Здравствуйте, уважаемые самогонщики!
На свете не существует ни одного самогонщика, которого не посещала бы мысль о сокращении времени брожения браги. И дело не только в том, чтобы быстрее получить конечный продукт. Чем раньше дрожжи превратят сахар в спирт, тем он чище.
Ну, не могу я, ни писать, ни читать на тему: "почему у булочек делают надрезы?"
Самогонщики - народ изобретательный и, конечно же, они нашли способ ускорить процесс брожения. Этот фантастический способ они назвали соответственно - гравицапа. Так называлось фантастическое устройство из культового советского кинофильма «Кин-дза-дза!» режиссёра Георгия Данелия, позволяющее персонажам фильма совершать мгновенные межгалактические перелёты.
Гравицапа, которая применяется для ускорения брожения или, другими словами, бражная гравицапа, представляет собой обычную пластиковую бутылку с проделанными в ней в низу отверстиями. Эту бутылку наполняют мраморной крошкой или щебнем и опускают в брагу. За счет отверстий в бутылке создается однонапралевнный поток жидкости и газа, брага начинает мгновенно бурлить, особенно на хлебопекарных дрожжах, ускоряется процесс выделения из неё углекислого газа, снижается степень ее окисления и сроки её полного сбраживания.
В чем же секрет бражной гравицапы и на чем основан принцип ее действия?
Какое воздействие оказывает мраморная крошка на брагу?
Что происходит с брагой и что заставляет её производить бурное газовыделение при воздействии на неё мрамора?
Мне самому очень захотелось изготовить гравицапу и испытать её в действии. Но, ещё больше было желание разобраться на чем основан принцип её действия.
Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов
Пластиковая бутылка, как емкость для размещения в ней мраморной крошки, не рассматривалась изначально. Только стекло или нержавейка. За исходную ёмкость была взята стеклянная 3-х литровая банка. (видео здесь МОЯ ГРАВИЦАПА). В ней достаточно широкое горло, но нет отверстий внизу. Это не стало большой проблемой. Сверло-перышко для стеклокерамической плитки решило вопрос достаточно быстро - надо только погрузить банку в ёмкость с водой и просверлить несколько отверстий по периметру банки на высоте 3-х см от дна.
По объявлению нашёл байкальскую мраморную крошку максимальной белизны и твердости. Щебень крупный, общий вес 3 кг.
Дополнительно узнал, что мраморная крошка устойчива к высоким перепадам температур, практически не требует ухода, экологически чистая и устойчивая к радиации.
Сам по себе белый мрамор – это «чистый» материал. Его бесцветный тон говорит о том, что в породе не присутствуют посторонние примеси.
Итак, аккуратненько, чтобы не разбить, поместил мраморную крошку в мою "дырявую" банку, опустил её в брагу и она заработала. Конечно не так бурно как на хлебопекарных дрожжах (я пользуюсь спиртовыми), но все же.
И вот теперь настало время разобраться, что же происходит в браге на самом деле, что вызывает в ней такое сильное газовыделение, похожее на кипение.
Первым делом прогуглил, что есть такое мрамор и из чего он состоит.
Мрамор (др.-греч. μάρμαρος — «белый или блестящий камень») — метаморфическая горная порода, состоящая из кальцита CaCO3 с примесями других минералов и органических соединений.
Итак, мы выяснили химическую формулу мрамора - это карбонат кальция CaCO3, так как именно он является его главной составной частью. Он не токсичен, нерастворим в воде и этаноле.
Теперь давайте посмотрим из чего состоит брага. Конечно, вначале брожения это вода, сахар и дрожжи. Дрожжи перерабатывают сахар в спирт и углекислый газ СО2. И, если вначале брожения спирта немного, то концентрация СО2 просто огромна.
А что делает углекислый газ в браге? Оказывается, он не только "просто выходит" через гидрозатвор. На самом деле, его изобилие оказывает очень серьезное, если не самое главное, влияние на все химические процессы происходящие в браге.
Отвлечемся на секундочку от браги и вспомним кое-что об углекислом газе. В атмосфере земли углекислого газа совсем немного – всего 0.038%. В сухом атмосферном воздухе при нормальном давлении 760 мм. рт. ст. его парциальное давление составляет всего 0,29 мм. рт. ст. (0.038% от 760). Но и этого очень незначительного количества вполне достаточно, чтобы углекислый газ важным образом обозначил своё присутствие. К примеру, дистиллированная вода, постояв в открытой таре достаточное время, становится слегка кислой. Это произойдет потому, что в ней растворился углекислый газ. То есть, углекислый газ проявляет кислотные свойства.
Как это происходит?
Парциальное давление углекислого газа вызывает его концентрацию в воде до 0,6 мг на литр, что в свою очередь приводит к снижению рН (до значений близких к 5,6).
Почему?
Дело в том, что некоторые молекулы углекислого газа (не более 0,6 %, но и этого достаточно для падения рН) взаимодействуют с молекулами воды с образованием угольной кислоты:
СО2 + H2O ↔ H2CO3.
В свою очередь, угольная кислота диссоциирует на ион водорода и гидрокарбонатный ион:
H2CO3 ↔ [H+]+ [HCO3-]
Вот поэтому и происходит подкисление дистиллированной воды. Напомним, что показатель рН как раз и отражает содержание ионов водорода [H+] в воде.
В чистой воде концентрации ионов водорода [H+] и гидроксид-ионов [OH−] одинаковы и при 25 °C составляют по 10 в степени -7 моль/л.
Чтобы избавиться от отрицательных степеней датский химик Сёренсен в 1909 году ввел понятие водородный показатель рН ( лат. pondus hydrogenii произносится «пэ-аш») — вес водорода, как меру кислотности водных растворов:
рН = -lg[H+].
Так, для водных растворов водородный показатель pH < 7 соответствует кислотному раствору, pH = 7 - нормальному, pH > 7 - щелочному.
Поэтому при добавлении к воде кислоты, т. е., химических соединений способных отдавать катион водорода, концентрация ионов водорода увеличивается (на самом деле увеличивается не концентрация собственно ионов, а концентрация именно таких соединений с «присоединённым» к кислоте ионом водорода).
Вернемся к браге. В ней вода настолько насыщается углекислым газом, что рН < 4,3. Для сравнения водородный показатель яблочного сока рН = 3. Еще выше кислотность у пищевого уксуса рН = 2,4. (Вот откуда в браге появляется уксусная кислота). При таких значениях кислотности дрожжи перестают работать и процесс спиртового брожения замедляется.
И вот тут на помощь приходит мраморная крошка.
Взаимодействуя при комнатной температуре 25 °C с породами, содержащими известняк, такая кислая вода при избытке углекислого газа переводит малорастворимый карбонат кальция в хорошо растворимую в воде кислую соль - гидрокарбонат кальция:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Замечу, что по этой реакции образуются сталактиты и сталагмиты. Именно это уравнение является причиной того, что мраморная крошка разъедается.
Как хорошо известно при нагревании раствора гидрокарбоната кальция он разлагается:
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O
Таким образом, реакция разложения гидрокарбоната кальция является обратной реакцией его образования. Именно это уравнение является основным, по которому образуется накипь в чайниках и водонагревательных системах, так как в исходной воде почти всегда содержится гидрокарбонат кальция, который более растворим, чем карбонат. Именно это уравнение является причиной того, что мраморная крошка осыпается.
Таким образом, реакция
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2
обратима. Она может быть смещена в право или влево в зависимости от концентрации углекислого газа. Если содержание СО2 достаточно продолжительное время остается стабильным, то в такой воде устанавливается углекислотно-известковое равновесие: новых гидрокарбонатных ионов не образуется.
Углекислотно-известковое равновесие может складываться при разных значениях рН, причем соотношение концентраций имеющихся в воде ионов [CO32-] , [HCO3-] и свободного углекислого газа СО2 будет зависеть от рН водного раствора браги и температуры.
Эта зависимость от водородного показателя при температуре 25°C может быть представлена в виде (по материалам сайта НИУ МЕИ)
Применительно к браге это означает следующее.
Сначала вода в браге окисляется углекислым газом. Чем больше углекислого газа, тем больше в ней углекислоты. Водородный показатель водного раствора снижается до значений pH < 4,3. При таких значениях pH вся растворенная в воде углекислота - это свободный углекислый газ.
Как только в браге появляется карбонат кальция (гравицапа с мраморной крошкой), он, вступая в реакцию со свободными молекулами углекислого газа, превращается в гидрокарбонат. (Применительно к нерастворимому в нормальной воде мрамору, это означает, что он начинает растворяться (фонить)). Углекислого газа становится меньше, кислотность раствора снижается до уровня pH = 4,3.
На этом этапе система начинает стремиться к углекислотно-известковому равновесию.
Если в такую систему добавлять углекислый газ (а это и делают дрожжи), то равновесие будет отклоняться в сторону повышения кислотности. Это опять приводит к растворению карбоната кальция, снижению углекислого газа и кислотности. Такое вот равновесие системы в динамике.
Другими словами,
бражная гравицапа поддерживает в браге динамическое углекислотно-известковое равновесие на постоянном уровне кислотности pH = 4,3.
Вот в этом и состоит весь секрет бражной гравицапы*.
Постепенно дрожжи перестают вырабатывать углекислый газ и его концентрация снижается. Реакции растворения карбоната кальция прекращаются, а из раствора содержащего гидрокарбонаты, он будет выпадать в виде осадка. Применительно к мрамору, это означает, что его растворенная часть осыпается мелким песком (накипь).
(*) Может быть все это и не так происходит, кто знает.
Вот, такая она, АРИФМЕТИКА САМОГОНА!
/Если Вам, уважаемые господа самогонщики, было интересно, напишите мне об этом или поставьте плюсик - я пойму./
Еще статьи автора:
Эффективность перегонки
При каком градусе наилучшие питейные свойства
Сколько брать сахара для самогона?
