Przypomnijcie sobie:
• jakie roztwory nazywamy koloidami (na podstawie § 3);
• jakie substancje nazywamy polimerami (na podstawie § 28).
Skrobia
Najważniejszymi polisacharydami naturalnymi jest skrobia i celuloza. Obydwie substancje to polimery o tym samym wzorze chemicznym: [C6H10O5]n. Różnią się one jedynie strukturą molekuł.
Skrobia - amorficzny proszek o charakterystycznym chrzęszczeniu,
0 gęstości 1,5 g/cm3, w przeciętnych warunkach nie rozpuszcza się w wodzie. W przypadku przedostania się do gorącej wody cząsteczki skrobi wchłaniają wodę i mocno pęcznieją, ich warstwy zewnętrzne niszczą się, ziarna pękają i powstaje roztwór koloidalny. Nazywamy go pastą klejącą
1 czasami wykorzystujemy jako klej. Temperatury topnienia i wrzenia skrobia nie ma, ponieważ podczas nagrzewania rozkłada się.
Skrobia składa się z dwóch typów molekuł. Z tego powodu czasami mówi się, że składa się ona z dwóch substancji: amylozy i amylopektyny. Amyloza (jej zawartość wynosi około 20 %) ma molekuły liniowe (rys.
37.1, a) i lepiej rozpuszcza się w wodzie. Jedna molekuła amylozy zawiera około tysiąca resztek molekuł glukozy. Molekuły amylopektyny są rozgałęzione i zawierają około dziesięć tysięcy resztek molekuł glukozy (rys.
37.1, b). Amyłopektyna nie rozpuszcza się w wodzie, ale tylko pęcznieje.
Podczas dłuższego nagrzewania w środowisku kwaśnym lub w obecności enzymów skrobia poddaje się hydrolizie, a wiązania pomiędzy resztkami molekuł glukozy rozrywają się. Produktem hydrolizy całkowitej skrobi jest glukoza:
Reakcja ta jest stosowana w przemyśle do produkcji melasy i produkcji spożywczego spirytusu etylowego.
Obecność skrobi ustala się za pomocą roztworu jodu: jod tworzy ze skrobią substancję o kolorze ciemnoniebieskim (rys. 37.2). Korzystając z tej reakcji jakościowej, można znaleźć skrobię w wielu produktach spożywczych: ziemniakach, chlebie, kukurydzy i in:
Skrobia powstaje w roślinach z glukozy i gromadzi się w korzeniach, bulwach i nasionach:
Skrobia jest głównym węglowodanem naszego pożywienia. Dużo skrobi znajduje się w pszenicy oraz innych zbożach i mące, która z nich powstaje. Bezpośrednio przez organizm nie jest ona trawiona. W wyniku działania enzymów następuje hydroliza skrobi, która zaczyna się już podczas żucia w jamie ustnej, trwa w żołądku i kończy się w jelitach. Glukoza, która powstaje w wyniku hydrolizy, jest wchłaniana do krwi i przedostaje się do wątroby, a stamtąd - do wszystkich tkanek ciała. Nadmiar glukozy jest osadzany w wątrobie w postaci polisacharydu gli-kogenu, który ponownie hydrolizuje się do glukozy w zależności od jej wytrat w komórkach organizmu.
Duże ilości skrobi przetwarzane są podczas produkcji spirytusu etylowego. W tym procesie skrobia najpierw jest poddawana hydrolizie pod wpływem enzymów słodu, a produkt hydrolizy po fermentacji pod warunkiem zawartości drożdży przekształca się w spirytus.
Celuloza
Celuloza (błonnik) - biała substancja włóknista, nierozpuszczalna w wodzie i innych rozpuszczalnikach (w przeciwieństwie do skrobi). Gęstość celulozy, w zależności od surowca, wynosi od 1,27 no 1,61 g/cm3.
Wzór chemiczny celulozy jest taki sam jak skrobi - [C6H10O5]n. Ale w przeciwieństwie do skrobi, molekuły celulozy nie bywają rozłożone i zawierają dziesiątki tysięcy resztek molekuł glukozy (masa molekularna celulozy osiąga kilku milionów). Z tego powodu poszczególne makromo-lekuły celulozy rozmieszczają się uporządkowanie i szczelnie względem siebie, tworząc silne włókna, co nie jest cechą charakterystyczna dla skrobi (rys. 37.3).
Celuloza współdziała z wodą poddając się hydrolizie w znacznie trudniejszych warunkach niż skrobia - w przypadku długiego wrzenia z kwasem. Oczywiście produktem hydrolizy jest również glukoza.
Celulozę, a dokładniej drewno, które ją zawiera, wykorzystuje się jako paliwo. Podobnie jak większość substancji organicznych, celuloza spala się do dwutlenku węgla i wody:
Celuloza - główna substancja komórek roślinnych: drewno składa się z niej w 50%, a bawełna i len - to prawie czysta celuloza (rys. 37.4). Ciało ludzkie oraz wielu innych zwierząt (z wyjątkiem zwierząt żujących, koni i królików) nie jest w stanie strawić celulozy.
Choć skrobia i celuloza mają ten sam skład chemiczny, ze względu na różną budowę molekuł pełnią różne funkcje w organizmie: skrobia -składnik odżywczy, a celuloza - trwały materiał budowlany.
Główny przemysł, w którym jest wykorzystywana celuloza - papierniczy. Papier, na którym ten tekst jest nadrukowany, składa się głównie z celulozy, która jest otrzymywana z drewna. Celuloza jest również stosowana do produkcji sztucznych włókien i materiałów wybuchowych. Z
prawie czystej celulozy produkowana jest bardzo mocna folia - celofan. Poprzez obrabianie celulozy kwasem octowym uzyskuje się acetylocelulozę, z której produkuje się włókno octanowe (sztuczny jedwab), taśmę filmową i fotograficzną oraz inne wartościowe materiały.
Niemieckie Kraftmehl („krochmal") pochodzi od niemieckich wyrazów Kraft -„moc" oraz Mehl - „mąka", czyli krochmal (skrobia) - moc mąki. Skrobię z ziemniaków uzyskano po raz pierwszy w 1781 roku, a do tego czasu pozyskiwano ją z pszenicy.
DOŚWIADCZENIA LABORATORYJNE nr 13, 14
Wyposażenie: statyw z probówkami, łopatka, statyw do probówek, palnik.
Odczynniki: woda, skrobia, roztwór jodu (alkohol lub roztwór Lugol). Zasady bezpieczeństwa:
• do przeprowadzenia doświadczeń korzystajcie z niewielkich ilości odczynników;
• podczas nagrzewania nie dotykajcie gorących przedmiotów;
• unikajcie trafiania odczynników na skórę, do oczu, na odzież.
Stosunek skrobi z wodą
Do dwóch probówek wiejcie po 2-3 ml wody. Jedną z nich na-grzejcie prawie do wrzenia wody. W obydwie probówki wsypcie nieduże ilości (na czubku łopatki) skrobi oraz delikatnie wymieszajcie poprzez wstrząśnięcie. Wyciągnijcie wniosek na temat rozpuszczalności skrobi w zimnej i gorącej wodzie.
Jak nazywamy roztwór skrobi w wodzie? Do jakiego rodzaju systemów rozproszonych on należy?
Oddziaływanie skrobi z jodem
Do roztworu skrobi uzyskanego w poprzednim doświadczeniu, dodajcie jedną kroplę rozcieńczonego roztworu jodu (o kolorze jasnosłomianym). Co widzicie? Wyciągnijcie wnioski na temat cech reakcji jakościowej na skrobię.
EKSPERYMENT DOMOWY nr 3
Wykrycie skrobi w żywności
Będziecie potrzebowali: pipetka, szklanka, jodyna, spirytus salicylowy (albo borowy czy mrówkowy) - można je kupić w aptece łub wziąć w apteczce domowej; dowolna żywność z zawartością skrobi: skrobia ziemniaczana, mąka, chleb, ciasteczka, chipsy, sok pomidorowy, makaron, ryż gotowany lub inne zboża, mortadela (lub parówki), śmietana i in.
Zasady bezpieczeństwa:
• do przeprowadzenia doświadczeń korzystajcie z niewielkich ilości substancji;
• unikajcie trafiania substancji na skórę, odzież, do oczu; w przypadku dostania się substancji należy ją zmyć dużą ilością wody.
1. Przygotujcie roztwór jodu. Zwykła apteczna jodyna zawierająca 5 % jodu. Aby wykryć skrobię taki roztwór jest niewygodny w użyciu: jest bardzo ciemny i pojawienia się granatowego koloru pod warunkiem obecności skrobi można nie zauważyć. Dlatego roztwór jodu należy rozcieńczyć. W wodzie jod nie rozpuszcza się, dlatego do rozpuszczenia jodu należy wykorzystać etanol (w postaci produktów farmaceutycznych na jego bazie). Do zbędnej szklanki lub buteleczki wlać około dwóch łyżek spirytusu salicylowego. Do tego spirytusu pipetką dodać jedną lub więcej kropli jodyny, żeby uzyskać roztwór o kolorze jasnosłomianym. Z tego roztworu można teraz korzystać do wykrywania skrobi.
2. Przetestujcie posiadaną przez was żywność na zawartość skrobię. W tym celu na niewielkie kawałki pipetką dodajcie po kilka kropel roztworu jodu. Wraz ze zmianą koloru wyciągnijcie wnioski o obecności skrobi w badanych produktach. Wyniki doświadczeń podajcie w postaci tabeli:
Myśl główna
Polisacharydy - to naturalne polimery, monomerami których są resztki molekuł monosacharydów. Najbardziej rozpowszechnione z nich - skrobia i celuloza -polimery utworzone przez glukozę.
Pytania kontrolne
455. Podajcie wzór chemiczny skrobi i celulozy. Dlaczego te węglowodany nazywane są polimerami?
456. Czym różni się budowa molekuł skrobi i celulozy?
457. Scharakteryzujcie właściwości fizyczne skrobi i celulozy.
458. W jaki sposób można wykryć skrobię w roztworze lub w innych mieszankach?
459. Opiszcie stosowanie skrobi oraz celulozy. Na jakich ich właściwościach jest ono oparte?
Zadania utrwalające wiedzę
460. Opiszcie, które procesy zachodzą podczas następujących przekształceń: celuloza —> dwutlenek węgla —> glukoza —> skrobia.
461. Ile jednostek strukturalnych C6H10O5 znajduje się w molekule celulozy, jeśli jej względna masa molekularna wynosi 2,1 min?
462. Obliczcie objętość celulozy ilością substancji 1 mola, jeśli jedna molekuła celulozy zawiera średnio 10 000 resztek molekuł glukozy, a jej gęstość -1,52 g/cm3.
463. Do przyrządzenia kiślu na 1 litr płynu zwykle dodaje się 2 łyżki skrobi. Obliczcie udział w masie skrobi w takim kiślu, jeśli w jednej łyżce jest około 30 g skrobi ziemniaczanej.
464.Obliczcie objętość dwutlenku węgla emitowanego podczas całkowitego spalania waty o masie 1 kg, zakładając, że ona całkowicie składa się z celulozy. Jaka objętość tlenu będzie potrzebna do tego (w.n.)?
465*. Wyobraź sobie, że jesteś chemikiem w przemyśle włókienniczym i musisz przeprowadzić projekt badawczy mający na celu wykorzystanie syntetycznych zamienników bawełny. Jaką informację należy zebrać i jakie kwestie rozwiązać dla wykonania tego zadania? Ułóżcie plan eksperymentu dla rozpoczęcia swoich badań.
466*. Jak usunąć plamę jodyny na tkaninie, wykorzystając w tym celu rozcięty kawałek surowej bulwy ziemniaka?
467*. Jak myślicie, z jakich ziemniaków można uzyskać więcej skrobi: ze świeżo wykopanych czy tych, które przez całą zimę leżały w piwnicy z warzywami?
PRACA PRAKTYCZNA nr 5
Wykrycie związków organicznych w produktach spożywczych
Wyposażenie: statyw z probówkami, łopatka.
Odczynniki: próbki produktów spożywczych (w przybliżeniu): winogrona, jabłka, świeże mleko, kefir, twaróg miękki (twaróg domowy),
sok winogronowy, pomarańczowy i pomidorowy; roztwory jodu, siarczanu miedzi(II), zasady, wskaźnik uniwersalny (lub papier wskaźnikowy).
Zasady bezpieczeństwa:
• do przeprowadzania eksperymentów używajcie małych ilości substancji;
• unikajcie trafiania substancji na skórę, odzież, do oczu; w przypadku dostania się substancji należy zmyć ją dużą ilością wody.
Doświadcznie 1. Poznajcie zawartość skrobi w kefirze, twarogu domowym i soku pomidorowym. W celu zidentyfikowania skrobi do próbki testowej należy dodać 1-2 krople roztworu jodu. Jaka cecha ma świadczyć o obecności skrobi? Opiszcie swoje obserwacje. Czy powinna znajdować się skrobia w badanych produktach?
Doświadcznie 2. Korzystając ze wskaźnika uniwersalnego, ustalcie wartość pH w istniejących próbkach produktów (dla zbadania winogron z nich należy wycisnąć sok, a mały kawałek jabłka należy pokroić). Jakie środowisko (kwaśne, alkaliczne lub obojętne) jest w posiadanych próbkach? Jakie środowisko powinno być w tych próbkach? Jeśli środowisko jest kwaśne, zastanówcie się, które kwasy organiczne zawierają te produkty.
Doświadcznie 3. Zbadajcie zawartość glukozy w winogronach, jabłkach, soku winogronowym i pomarańczowym (w celu zbadania winogron należy z nich wycisnąć sok, a nieduży kawałek jabłek należy pokroić). W celu określenia zawartości glukozy najpierw trzeba uzyskać świeżo wytrącony osad wodorotlenku miedzi(II) poprzez oddziaływanie siarczanu miedzi(II) z zasadami (jak to robiliście w doświadczeniu laboratoryjnym nr 12, s. 209). Następnie do osadu dodajcie badany sok, aż zniknie osad. Opiszcie swoje obserwacje. Czy we wszystkich próbkach znajduje się glukoza? W jakiej próbce znaleźliście glukozę?
Wyniki doświadczeń przedstawcie w postaci tabeli:
Wyciągnijcie wniosek podsumowujący. W tym celu skorzystajcie z odpowiedzi na pytania:
1. Jakie reakcje nazywamy jakościowymi? Na jakich cechach opiera się wykrycie tych lub innych substancji w roztworze?
2. Za pomocą których reakcji jakościowych można wykryć glicerol, glukozę, skrobię?
3. Co wspólnego jest w budowie molekuł glicerolu i glukozy?
4. Jakie wnioski dotyczące jakości produktów spożywczych można wyciągnąć na podstawie wyników doświadczeń?
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz