При удалении избыточной влаги из влажного тела происходит нарушение ее связи с материалом, на что затрачивается определенное количество энергии, величина которой зависит
от формы связи влаги с материалом. Формы связи влаги с материалом классифицированы на три группы: химическую, физико-химическую и физико-механическую.
Химическая связь.Для химической связи характерно то, что вода связывается с материалом в строгих соотношениях. Она бывает ионная (в гидрооксидах (NaOH, CaOH) и молекулярная (в кристаллогидратах (CuSO4 + 5H2O)). В процессе сушки, при нагревании до 120-150°С, химически связанная вода не удаляется, так как энергия химической связи велика. Химически связанная вода удаляется при докаливании, но при этом нарушается химический состав и изменяются физико-механические свойства материала.
Физико-химическая связь.При этом виде связи вода связана с телом в различных, не строго определенных соотношениях. Физико-химическая связь бывает адсорбционная и осмотическая.
Адсорбционная связь характерна для типичных коллоидных тел. При поглощении типичным коллоидным телом жидкости ее молекулы адсорбируются молекулами и мицеллами внешней и внутренней поверхностей клеток коллоидного тела. Процесс адсорбции сопровождается выделением теплоты набухания.
Наибольшее количество теплоты выделяется при образовании первого мономолекулярного слоя. Последующие слои связаны менее прочно: по мере поглощения жидкости теплота набухания уменьшается, пока толщина слоя полимолекулярной адсорбции не достигнет нескольких сотен диаметров молекул. При сушке сначала удаляются наружные по отношению к стенкам клеток коллоидного тела слои адсорбированной влаги; последующие слои удаляются лишь при больших затратах теплоты. Мономолекулярный адсорбционный слой при сушке не удаляется.
Адсорбционно связанная вода по сравнению со свободной имеет иные свойства: она не растворяет соли и потому является диэлектриком, обладает повышенной плотностью и свойствами упругого твердого тела; мономолекулярный адсорбционный слой не замерзает даже при температуре -78°С. Свойства последующих адсорбционных слоев постепенно приближаются к свойствам свободной жидкости.
Осмотическая связь. В процессе набухания коллоидные тела — желатин и костный клей — поглощают до 2000% воды в расчете на сухое вещество, но лишь 50% воды связывают адсорбционно, а остальную влагу — осмотически вследствие разности осмотических давлений внутри и снаружи замкнутых клеток. К осмотической связи относится и структурная— связь жидкости, захваченной при образовании геля. Поглощение жидкости в обоих случаях происходит без выделения тепла, следовательно, при сушке для удаления осмотически и структурно связанной жидкости необходимо затратить лишь теплоту парообразования.
Физико-механическая связь.Для этого вида связи характерно то, что вода удерживается телом в неопределенных соотношениях, а энергия связи невелика. Здесь различают связи в микрокапиллярах, в макрокапиллярах и связь смачивания.
Связь в микрокапиллярах. Микрокапиллярами называют капилляры с радиусом до 10 -7 м. В процессе адсорбции толщина слоя адсорбированной влаги может достигать 10 -7 м. В капиллярах такого же радиуса адсорбированные пленки сливаются и в сквозных, без дна, капиллярах образуют, в случае смачивающей жидкости, вогнутые мениски. Давление насыщенного пара над вогнутым мениском всегда меньше давления насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости. Это различие давлений насыщенного пара растет по мере уменьшения радиусов капилляров и менисков и становится заметным в микрокапиллярах. Насыщенный пар над мениском микрокапилляра оказывается пересыщенным и конденсируется, поэтому микрокапилляры способны сорбировать влагу из влажного воздуха и достаточно прочно ее удерживать. Радиус микрокапилляров сравним со средней длиной свободного пробега молекул в газах, что определяет особый механизм переноса парообразной влаги — путем эффузии.
Связь в макрокапиллярах. В капиллярах с радиусом более 10 -7 м адсорбированный слой жидкости может образовывать мениск только на дне замкнутого, несквозного капилляра. Давление насыщенного пара над таким мениском с точностью до 1% равно давлению пара над плоской поверхностью, поэтому макрокапилляры не сорбируют влагу из влажного воздуха. Если они заполняются водой при влажной обработке полуфабриката, то в процессе естественной сушки отдают всю влагу влажному воздуху.
Связь смачивания. Связь смачивания — это связь прилипания при непосредственном соприкосновении воды с поверхностью гидрофильного непористого тела.
Влага смачивания и макрокапилляров является свободной и удаляется при сушке; удельная энергия этих видов связи за теплоте парообразования.
