ЭлБиб

иноделие

иноградарство

5/2011

виноделие



в странах зарубежьЯ

Газы в бутылке.

К построению теоретической модели

Б. Робияр

, д-р биол. наук

Институт энологии Шампани (Франция, г. Эперне)

Ж. Лиже-Белэр

, д-р физ. наук, проф.

Реймский университет (Франция, г. Реймс)

астворимость газов: закон Генри.

Часть газа, находящегося в контакте

с жидкостью, растворяется в этой

жидкости под влиянием различных фак-

торов, в частности температуры и давле-

ния. При равновесии существует строго

пропорциональное соотношение между

концентрацией в жидкой фазе чистого ве-

щества

, обозначенной

, и парциальным

давлением в газовой фазе, обозначенным

. Следовательно, можно записать следую-

щее равенство, известное как

закон Генри

(рис. 1):

= H

(1)

Коэффициент пропорциональности

называется

постоянной Генри

и находится

в сильной зависимости от природы данно-

го газа, жидкости и температуры.

Насыщение.

Если химическое ве-

щество

находится в равновесии с той

и другой стороны поверхности раздела

фаз

газ/жидкость

, показатель его кон-

центрации в растворе подтверждает

закон Генри (

= H

). Говорят, что

жид-

кость насыщена данным веществом

В этом случае насыщение означает рав-

новесие.

Перенасыщение.

Если концентрация

химического вещества

, растворенного

в жидкости выше, чем предусматривает

закон Генри (т. e.

c > c

= H

), то жид-

кая фаза пересыщена в отношении этого

вещества. Для количественной оценки

данной ситуации вне равновесия, являю

щейся перенасыщением, определяют

коэффициент перенасыщения

как от-

носительный избыток концентрации рас-

творенного вещества

по отношению

к исходному значению концентрации, обо-

значенному

, в качестве которого было

выбрано значение концентрации данно-

го вещества в условиях равновесия при

парциальном давлении над раствором,

равном давлению (газовое напряжение)

в жидкости

. Пусть

(2)

тогда коэффициент перенасыщения мож-

но представить в виде

–

= ——— = —— – 1

(3)

Если раствор перенасыщен в отноше-

нии данного вещества,

—

. Следо

вательно, жидкость должна вывести часть

этого растворенного в ней компонента,

чтобы найти новое состояние равновесия

в подтверждение закона Генри.

Диффузия.

Как правило, при нали-

чии градиента в концентрации в среде

возникает поток материи с целью вос-

становления равновесия. Процесс пере-

носа вещества в среде определяет закон

Фика, который выражается следующим

образом:

              ∆

≈

–

——

(4)

где

— плотность потока материи, воз-

никающего в результате появления раз-

ницы в концентрации

∆

, моль/м

. Эта

величина выражается числом молей ве-

щества на единицу площади в единицу

времени — моль/(м

·с);

— коэффици-

ент диффузии чистого вещества, м

/с,

распространяющегося в среде, отражает

проницаемость среды для диффундирую-

щего вещества;

— характерное расстоя

ние, м, на котором проявляется данный

градиент концентрации, называемое

дли-

ной диффузии

. Число молей диффундирую

щего вещества, проходящего в единицу

времени через участок площади

, пока-

зано соотношением:

∆

——

≈

–

——

(5)

Надвинное пространство в головке за-

купоренной бутылки представляет собой

воздушную камеру, осуществляющую га-

зообмен с вином и атмосферой.

Различные виды укупорки винной бу-

тылки не являются абсолютным барье

ром для проникновения газов. В зави-

симости от используемых укупорочных

материалов (натуральная или синтети-

ческая пробка, винтовые колпачки и др.)

непроницаемость будет более или менее

эффективной, но никогда не будет пол-

ной [1, 2]. Таким образом, через пробку

за счет диффузии газы передвигаются

между надвинным пространством головки

и окружающим воздухом, чтобы восстано-

вить равновесие Генри для компонентов

воздушной камеры бутылки и газов, раст

воренных в вине. Изменения концентра-

ций растворенных газов и парциального

давления этих газов в воздушной камере

над поверхностью жидкости подчиняют-

ся в конечном итоге неустойчивым физи-

ко‑химическим равновесиям, предписан-

ным одновременно (

) законом Генри и (

)

законом Фика (рис. 2) [3–7].

Дифференциальное уравнение, пока

зывающее изменение числа молей O

в надвинном пространстве закупоренной

бутылки, представлено ниже:

Первый член правой части уравнения

соответствует поступлению атмосферно-

го кислорода через пробку, а второй —

характеризует процесс растворения O

через поверхность вина. В физике жид-

костей и газов говорят, что

атмосфе-

ра — это источник O

, а вино — кисло-

родосборник

. Предполагая, что O

ведет

себя как идеальный газ, приведенное

уравнение можно переписать с учетом

не варьирования числа молей O

в воз-

душной камере головки, а изменений

парциального давления кислорода. Таким

образом, дифференциальное уравнение,

УДК 663.8

Ключевые слова:

кислород

в надвинном пространстве,

перенасыщение, диффузия,

укупорка бутылок

Рис. 1.

В герметично закрытом пространстве

существует отношение строгой

пропорциональности между

концентрацией чистого вещества

растворенного в жидкости,

и парциальным давлением этого же

вещества в газовой фазе

Газ

Жидкость

(

–

)

——— =

пр

обка

——————— –

пробка

               (

ра

вн

–

ви

но

)

–

ви

но

————————

вино

(6)

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека