TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - CÔNG NGHỆ HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
**********
BÀI GIẢNG
HÓA LÝ
(Dành cho sinh viên ngành công nghệ thực phẩm)
Biên soạn: ThS. Vi Nh Trân
ThS. Đoàn Phương Linh
CẦN THƠ – 06/2022
Học phần Hóa lý
i
LỜI MỞ ĐU
Hóa lý là ngành khoa học trung gian lớn giữa hóa học và vật lý bởi vì hóa lý
nghiên cứu mối quan hệ giữa các hiện tượng hóa học và vật lý bằng các phương pháp
hóa học, vật lý cũng như phương pháp riêng của hóa lý.
Hóa lý nghiên cứu các quy luật xảy ra phản ứng hóa học trên cơ sở sự hiểu biết
về năng lượng, cấu trúc và cơ chế phản ứng. Vì vậy một phản ứng hóa học có thể khảo
sát theo các gốc độ, các cơ sở lý luận khác nhau mà bài giảng này được biên soạn với
ba nội dung chính như sau:
Nhiệt động hóa học nghiên cứu mặt năng lượng và entropy của các chất trong
phản ứng, trên cơ sở đó suy xét về khả năng xảy ra và giới hạn của phản ứng.
Khả năng phản ứng của các chất khác nhau phụ thuộc vào năng lượng liên kết
hóa học cũng như phụ thuộc vào yếu tố entropy,...
Động hóa học nghiên cứu quy luật diễn biến của phản ứng theo thời gian, tức
tốc độ phản ứng cũng như cơ chế phản ứng,...
Hóa keo nghiên cứu các điều kiện tạo thành và tính chất của các hạt trong hệ
phân tán, sự tạo thành và tính chất của các lớp và các màng làm bền giữa các
pha, tương tác tiếp xúc và các hiện tượng cấu thể và keo tụ, sự tạo cấu thể và
tính chất của cấu thể phân tán.
Trên cơ sở nhiệt động lực học, động hóa học và hóa keo, bài giảng đã trình bày
các nội dung tương ứng với các chương và đúc kết nội dung của ba chương kết hợp phần
ứng dụng các hiện tượng hóa lý trong chế biến thực phẩm, góp phần giúp sinh viên
ngành Công nghệ thực phẩm hiểu rõ hơn về bản chất và vị trí của môn học hóa lý đối
với ngành thực phẩm.
Học phần Hóa lý
ii
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vii
CHƯƠNG 1: NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC .............................................................. 1
1.1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG LỰC HỌC VÀ NHIỆT HÓA HỌ) ..... 1
1.1.1 Một số khái niệm ..................................................................................................... 1
1.1.2 Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học. Nội năng U(E) và enthalpy H ........................ 4
1.1.3 Áp dụng nguyên lý 1 ............................................................................................... 8
1.1.4 Biến đổi của nhiệt phản ứng theo nhiệt độ ............................................................ 15
1.2 NGUYÊN LÝ THỨ HAI NHIỆT ÐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC THẾ NHIỆT ĐỘNG
.................................................................................................................................................. 15
1.2.1 Khái niệm về quá trình phản ứng .......................................................................... 15
1.2.2 Nguyên lý II của nhiệt động lực học ..................................................................... 16
1.2.3 Chiều hướng và giới hạn của quá trình trong hệ cô lập ........................................ 19
1.2.4 Chiều hướng và giới hạn của quá trình trong hệ không cô lập ............................. 20
1.2.5 Cách tính biến đổi Entropy ................................................................................... 20
1.2.6 Thế đẳng nhiệt đẳng áp G (năng lượng Gibbs) ..................................................... 23
1.2.7 Thế đẳng nhiệt đẳng tích F (năng lượng Helmholtz) ............................................ 25
1.2.8 Hóa thế (Thế hóa học) ........................................................................................... 26
1.3 PHA VÀ CÂN BẰNG PHA .......................................................................................... 27
1.3.1 Một số khái niệm ................................................................................................... 27
1.3.2 Ðiều kiện cân bằng pha ......................................................................................... 29
1.3.3 Qui tắc pha ............................................................................................................ 29
1.3.4 Giản đồ pha và cách biểu diễn .............................................................................. 30
1.3.5 Cân bằng pha trong hệ một cấu tử ........................................................................ 33
1.3.6 Cân bằng trong hệ nhiều cấu tử ............................................................................. 36
1.4 DUNG DỊCH ................................................................................................................... 51
1.4.1 Khái niệm và phân loại ......................................................................................... 51
1.4.2 Sự hòa tan khí trong lỏng ..................................................................................... 52
1.4.3 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ đến độ hòa tan .............................................. 53
1.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hòa tan của khí và rắn trong chất lỏng ............... 53
1.4.5 Tính chất nồng độ của dung dịch .......................................................................... 54
1.4.6 Sự phân bố chất tan trong hai dung môi không tan lẫn. Định luật phân bố Nernst ..
............................................................................................................................... 55
1.4.7 Chưng cất dung dịch ............................................................................................. 56
1.5 ỨNG DỤNG NHIỆT ĐỘNG HỌC TRONG THỰC PHẨM .................................... 57
1.5.1 Sự kết tinh ............................................................................................................. 57
Học phần Hóa lý
iii
1.5.2 Ứng dụng của quá trình chuyển pha: Nóng chảy, sự đông đặc và kết tinh của chất
béo ............................................................................................................................... 57
1.5.3 Chocolate - Ví dụ về bơ ca cao............................................................................. 60
1.5.4 Sự tự lắp ráp của các đại phân tử .......................................................................... 60
1.5.5 Protein và nhiệt động học ..................................................................................... 61
CHƯƠNG 2: ĐỘNG HÓA HỌC .................................................................................. 63
2.1 CÂN BẰNG HÓA HỌC ................................................................................................ 63
2.1.1 Một số khái niệm ................................................................................................... 63
2.1.2 Định luật tác dụng khối lượng ............................................................................... 66
2.1.3 Định luật dời đổi mức cân bằng Le Chatelier ....................................................... 67
2.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG HÓA HỌC ......................................... 70
2.2.1 Phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp ................................................................ 70
2.2.2 Phản ứng đồng thể, dị thể, đồng pha, dị pha ........................................................ 71
2.2.3 Vận tốc phản ứng .................................................................................................. 71
2.2.4 Bậc phản ứng ........................................................................................................ 72
2.2.5 Tạp chất kích động ( Phức hoạt động ). Phân tử số phản ứng .............................. 72
2.2.6 Chất trung gian ..................................................................................................... 73
2.3 ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ.................................................. 75
2.3.1 Động học của các phản ứng đồng thể đơn giản một chiều ................................... 75
2.3.2 Động học các phản ứng phức tạp ......................................................................... 80
2.3.3 Phương pháp xác định vận tốc phản ứng - bậc phản ứng ..................................... 84
2.4 ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG DỊ THỂ ......................................................... 86
2.4.1 Động học của quá trình dị thể............................................................................... 86
2.4.2 Quá trình hấp phụ ................................................................................................. 89
2.5 CHẤT XÚC TÁC ............................................................................................................ 90
2.5.1 Khái niệm và định nghĩa ....................................................................................... 90
2.5.2 Phân loại xúc tác: Xúc tác là một quá trình dị thể gồm có: .................................. 91
2.5.3 Đặc điểm của hiện tượng xúc tác ......................................................................... 91
2.5.4 Động học của phản ứng xúc tác đồng thể acid – base .......................................... 91
2.5.5 Xúc tác men (ezyme) ............................................................................................ 92
2.6 ỨNG DỤNG ĐỘNG HỌC TRONG THỰC PHẨM .................................................. 94
2.6.1 Động học và enzyme .................................................................................................... 94
2.6.2 Động học và xúc tác ..................................................................................................... 94
2.6.3 Động học và sự phân ngăn .......................................................................................... 95
2.6.4 Động học và độ chậm của phản ứng .......................................................................... 95
2.6.5 Nhận biết động học trong phản ứng thực phẩm ....................................................... 96
CHƯƠNG 3: HÓA KEO ............................................................................................... 98
3.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN .................................................................................. 98
3.1.1 Hệ phân tán ........................................................................................................... 98
3.1.2 Hệ keo ................................................................................................................... 98
Học phần Hóa lý
iv
3.1.3 Độ phân tán ........................................................................................................... 98
3.2 PHÂN LOẠI HỆ KEO .................................................................................................... 99
3.2.1 Phân loại theo kích thước hạt ............................................................................... 99
3.2.2 Phân loại theo trạng thái tập hợp .......................................................................... 99
3.2.3 Phân loại theo tương tác giữa các hạt ................................................................. 100
3.2.4 Phân loại theo tương tác giữa pha phân tán và môi trường phân tán ................. 100
3.3 CẤU TẠO CỦA HỆ KEO ........................................................................................... 101
3.3.1 Cấu tạo lớp điện kép ........................................................................................... 102
3.3.2 Điện thế bề mặt của hạt keo ............................................................................... 103
3.3.3 Xác định thế điện động ....................................................................................... 103
3.4 ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ ......................................................................................... 104
3.4.1 Các phương pháp điều chế dung dịch keo .......................................................... 104
3.4.2 Tinh chế dung dịch keo ...................................................................................... 108
3.5 MỘT SỐ THUỘC TÍNH CỦA HỆ KEO ................................................................... 110
3.5.1 Tính chất điện học .............................................................................................. 110
3.5.2 Tính sa lắng ........................................................................................................ 110
3.5.3 Tính chất động học ............................................................................................. 111
3.5.4 Tính chất quang học của hệ keo ......................................................................... 113
3.6 CÁC HỆ PHÂN TÁN TRONG KHÍ, LỎNG, RẮN VÀ HỆ BÁN KEO .............. 115
3.6.1 Các hệ phân tán trong khí, lỏng, rắn ................................................................... 115
3.6.2 Hệ bán keo .......................................................................................................... 120
3.7 ỨNG DỤNG HÓA KEO TRONG THỰC PHẨM ................................................... 121
3.7.1 Protein trong dung dịch ...................................................................................... 121
3.7.2 Ảnh hưởng của dung môi đối với protein .......................................................... 122
3.7.3 Tác dụng của protein với dung môi của nó ........................................................ 123
3.7.4 Tổng quan biến tính protein ............................................................................... 124
3.7.5 Casein: Cấu trúc, tự lắp ráp và hấp phụ .............................................................. 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 126