Различные бентониты.
Бентонит — природное минеральное вещество из класса глин, гидрат силиката алюминия, состоящий в основном из монтмориллонита (Аl2O3 4SiO2 Н2О). Каолин — также глина, состоящая главным образом из каолинита (Аl2O3 2SiO2 2Н2О). Но каолинит, имеющий кристаллическое строение, мало разбухает в соприкосновении с водой и не переходит в гель, бентонитовые глины обладают ясно выраженными коллоидными свойствами: исключительно сильной тенденцией к набуханию (они способны поглощать количество воды, превосходящее в десять раз их собственный вес), свойством образовывать с водой желатинообразную массу и при сильном разбавлении весьма устойчивые суспензии.
Бентонит был впервые обнаружен в районе Вайоминг (США) и получил название от форта Бентон, где находятся его залежи. Образовался он в результате распада стекловидного пепла вулканического происхождения. Позднее название «бентонит», или «бентонитовая глина», было распространено на минералы обширного класса глин, обнаруженных в других странах, главным образом в Италии, Германии и Марокко. Эти вещества более или менее отличаются друг от друга по своим физическим свойствам, однако некоторые очень сходны. Одни из них применяют в природном виде, другие предварительно обрабатывают преимущественно серной кислотой или щелочными солями, которые активируют их. Иногда они фигурируют под названием «активные земли», или «коллоидные глины».
Первые наши опыты были проведены с американским бентонитом (из штата Вайоминг) в виде порошка под названием «Волклей» и зернистого препарата «Волклей квиксол». Затем мы всесторонне испытывали все доступные нам бентонитовые глины, представляющие интерес для виноделия, и выделили из них четыре разновидности. Две из них сходны по свойствам с американским бентонитом, мы будем называть их типом I. Другие две, которые вели себя одинаково, но резко отличались от первых двух, отнесены к типу II. Рассмотрим отличительные свойства бентонита этих типов.
Возможно, что испанская земля, рекомендовавшаяся в прошлом для осветления вина, обязана своими осветляющими свойствами присутствию бентонитовой глины.
Различные испытываемые вещества в виде водной смеси, содержащей примерно 4%, вели себя неодинаково.
Некоторые из них очень легко переходили в суспензию (без сгустков) и при отстое быстро выпадали, образуя обильный осадок и оставляя в жидкости муть. В этом отношении они обнаруживали сходство с обыкновенным каолином. Разбавленные водой или вином, они вели себя при обработке вина также подобно каолину: частично осаждались, образуя скученный порошкообразный осадок, оставляя интенсивное помутнение; достаточно полно удаляли протеины из белых вин, но при условии введения в вино довольно значительных количеств; обнаруживали недостаточную эффективность против медного касса. Поэтому эти вещества мы не будем рассматривать.
Напротив, вещества типа I с трудом образуют суспензию в воде или в вине; мелкие сгустки их сохраняют значительную устойчивость даже при довольно продолжительном размешивании и требуют особых мер при приготовлении из них суспензий. Водная суспензия этих веществ представляет собой ясно выраженную устойчивую коллоидную дисперсию, которая при достаточной концентрации образует настоящий гель, приобретающий весьма большую плотность при 10—15%-ной концентрации1.
Будучи введены в вино, они вызывают, подобно протеинам при обычной оклейке, настоящее образование хлопьев и объемистого хлопьевидного осадка, вызывая полное или достаточное осветление вина. Кроме того, вещества типа I целиком удаляют протеины из белых вин, даже при внесении небольших количеств, и весьма надежно устраняют опасность появления медного касса, даже если в вине находится сравнительно много меди.
Бентониты типа II занимают промежуточное положение. Приготовление из них суспензий не представляет особой трудности, но они более устойчивы, чем суспензии каолина, и дают более объемистые осадки (обнаружено было, что эти суспензии обладают ясно выраженным щелочным характером и что обыкновенный каолин образует более устойчивые суспензии при повышении pH). Бентонит II осветляет вина хуже, чем препараты типа I, но он столь же эффективен в отношении стабилизации белых вин.
Свойства бентонитов.
Особенности физического состояния бентонита обусловливают его значительную дисперсию в жидкостях. При соприкосновении с водой гранулы его, особенно у препаратов типа I, сильно разбухают и распадаются на множество мельчайших частиц, образующих высокоустойчивые суспензии.
Суспензия, содержащая 5% бентонита, приготовленная в дистиллированной воде и введенная затем в нее в отношении 1 1000, вызывает помутнение жидкости; хлопьев не наблюдается, осаждение почти отсутствует; осадки очень незначительны и скучены, но не в виде хлопьев.
Напротив, если такую же суспензию ввести в обыкновенную воду или в дистиллированную с небольшой примесью солей металлов, то происходит образование хлопьев и полное осветление жидкости с образованием обильного хлопьевидного осадка. Подобная же картина наблюдается, если ввести эту суспензию в дистиллированную воду с содержанием некоторого количества кислого виннокислого натрия, который доводит pH примерно до 3,5, или же в присутствии небольших количеств соляной кислоты и солей металлов. Этот основной опыт можно произвести с различными бентонитами.
1 Густая масса, расплывающаяся при размешивании и затем снова сгущающаяся при отстое. Авт.
Можно думать, что между бентонитом и протеинами происходит скорее взаимофлокуляция, чем адсорбция, но можно пользоваться в этом случае и обоими терминами для обозначения одного и того же явления.
Чрезвычайно высокая сорбционная способность бентонита объясняется очень малыми размерами его частиц и, следовательно, большой их поверхностью; это вызвано не только размерами частиц, рассеянных в суспензии, но, быть может, главным образом их губчатой структурой, обусловливающей глубокое проникновение в частицы жидкости и сорбируемых ими веществ. Это удачное сочетание большой поверхности частиц и проницаемости строения придает бентониту в высшей степени сильную, ни с чем не сравнимую в природе сорбционную способность. Понятно, что каолин, частицы которого крупнее и плотнее и улавливают те или иные вещества только своей наружной поверхностью, обладает значительно меньшей сорбционной способностью1.
Исключительно большая практическая ценность этих весьма интересных свойств бентонита обусловлена химической инертностью этого вещества. Он не дает почти ни одной реакции и обладает лишь невысокой щелочностью, гораздо более сильно выраженной у типа II: он безвкусен и не имеет запаха, исключая легкий запах земли, к которому мы еще вернемся.
Силикаты, образующие бентонит, состоят из ионов кальция, натрия или магния, которые легко вступают в обмен с другими ионами металлов, присутствующих в среде; для вин, обрабатываемых количествами не более 1 г/л, такого рода обменные реакции не имеют, конечно, практического значения.
Способ введения бентонита в обрабатываемое вино начиная с приготовления в воде или вине более или менее концентрированной суспензии непосредственно влияет, как мы увидим, на процесс образования хлопьев и осветления вина; надо эти суспензии приготовлять в воде и вводить в вино очень быстро; это необходимо для того, чтобы предупредить коагуляцию бентонита до равномерного распределения его в массе осветленного вина.
Напротив, в отношении результатов стабилизации вина, рассматриваемой в следующем разделе, метод введения бентонита не имеет практического значения; бентонит удаляет протеины лишь в случае приготовления его в вине, т. е. когда он уже коагулирован, по крайней мере в значительной своей части; это показывает, что коагулированные частицы сохраняют наряду с адсорбционной способностью свою пористость.
Иногда, однако, при равных количествах водные суспензии дают менее положительные и непостоянные результаты в связи с затрудненностью смешивания; винные суспензии гораздо легче распределяются в обрабатываемом вине и поэтому дают более постоянные результаты, что очень важно с экспериментальной точки зрения.
В производственных условиях можно приготовлять в вине бентониты обоих типов в большем разведении (4—5%), с тем чтобы избежать легкого постороннего привкуса, обусловленного щелочностью.
1 Кристаллографическое исследование глин показывает, что некоторые из них, типа монтмориллонита (бентонита), способны фиксировать ионы даже внутри кристаллической решетки. Другие, например, каолинит, с плотной структурой производят обмен ионов только на внешней поверхности. Авт.
