Хімія. 9 клас. Березан

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 35. Властивості жирів. Мило

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

дізнаєтесь про класифікацію, деякі властивості, біологічну роль жирів, про їх застосування;
довідаєтесь про хімічний склад мила, про його мийну дію.

Класифікація жирів

Жири (разом із жироподібними речовинами) входять до складу більшої групи сполук, яку називають ліпідами (від давньогр. λίπος — жир).

1. За походженням розрізняють жири:

тваринні — вершкове масло, свиняче сало, яловичий жир тощо;
рослинні — соняшникова, оливкова, кукурудзяна, лляна, ріпакова та інші олії.

2. За складом вуглеводневих залишків розрізняють:

а) тверді жири (за звичайних умов) — містять багато залишків насичених (алканових) кислот — пальмітинової (С₁₅Н₃₁СООН) та стеаринової (С₁₇Н₃₅СООН), незначну кількість маргаринової кислоти (С₁₆Н₃₃СООН). Деякі жири можуть містити залишки масляної С₃Н₇СООН, капронової С₅Н₁₁СООН та інших кислот. Зазвичай це жири штучного походження;

б) змішані жири — містять залишки насичених і ненасичених жирних кислот. Як правило це жири тваринного походження (риб'ячий жир має рідку консистенцію). Також вони містять залишки ненасичених кислот, переважно олеїнової, лінолевої та ліноленової;

в) рідкі жири (олії) — містять переважно залишки вищих ненасичених жирних кислот. Це зазвичай жири рослинного походження: ріпакова, соняшникова, оливкова (олії з кокоса і какао — тверді). Зверніть увагу, що молекули вищих карбонових кислот, залишки яких входять до складу природних жирів, зазвичай містять парну кількість атомів Карбону.

Поширеність у природі. Жири входять до складу всіх рослинних і тваринних організмів. Відомо близько 1300 видів жирів. У рослинах жир містять насіння та плоди.

Біологічне значення жирів зумовлене тим, що вони є носіями життєво необхідних для організму речовин: насичених і ненасичених жирних кислот, жиророзчинних вітамінів тощо. Жири — важлива складова їжі людини і тварин. В організмі вони виконують енергетичну, пластичну і захисну функції.

У тонкій кишці жири перетворюються на емульсію (за допомогою природного емульгатора — жовчі) і під впливом ферментів гідролізують (ферментативний гідроліз), тобто розкладаються на гліцерол і вищі карбонові кислоти, молекули яких всмоктують ворсинки тонкої кишки¹. Потім ці речовини частково витрачаються на синтез власного жиру та інших речовин, а частково окиснюються до вуглекислого газу і води з виділенням значної кількості енергії. Так, 1 г жиру в середньому дає 37,7 кДж енергії, що удвічі більше, ніж вуглеводи чи білки.

¹ У тонкій кишці людини розщеплюється лише 25-30 % насичених жирів, а ненасичених — 100 %.

Жири і фосфоліпіди беруть участь у побудові мембран клітин усіх живих організмів.

Жири є запасними поживними речовинами: вони накопичуються в підшкірній клітковині. Жири виконують захисні функції: виступають амортизатором під час механічних травм, беруть участь у терморегуляції, захищають шкіру від висихання.

Фізичні властивості жирів переважно визначаються їх складом (відношенням насичених і ненасичених кислот). Жири легші за воду, нерозчинні в ній, добре розчиняються в органічних розчинниках. Суміш води і рідкого жиру в результаті інтенсивного збовтування перетворюється на емульсію.

Жири використовують:

як харчовий продукт;
у медицині та парфумерії як розчинник, основу для мазей, кремів;
у текстильній промисловості для змащування ниток й рівномірного фарбування, у шкіряному виробництві; як сировину для виробництва гліцеролу, вищих карбонових кислот, мила, оліфи, фарб, замазок, лаків, емульсій, гумових виробів тощо.

Мила

Розчинні солі лужних елементів і насичених карбонових кислот з кількістю атомів Карбону від 10 до 20 називають милами.

У виробництві мила найчастіше використовують стеаринову, пальмітинову та деякі інші карбонові кислоти. За консистенцією мила бувають тверді (натрієві солі) та м'які, або рідкі (калієві солі).

Мийна дія мила

Розчиняючись у воді, мило утворює колоїдний розчин.

Складаючись із неполярної гідрофобної (-R) і полярної гідрофільної (-COO^-Na⁺) частин¹, мила належать до так званих поверхнево-активних речовин (ПАР):

Рис. 35.1. Масштабна модель аніона вищої карбонової кислоти

¹ Гідрофільність (від давньогр. ύδωρ — вода і φιλία — любов) — характеристика інтенсивності молекулярної взаємодії з водою, здатність речовини всмоктувати воду і змочуватись нею. Протилежна властивість — гідрофобність (від давньогр. φόβος — страх).

Їх властивості визначаються здатністю концентруватись на межі розділу фаз (сумішей) і знижувати коефіцієнт поверхневого натягу рідин, наприклад, води (про що ви дізнаєтесь із курсу фізики дещо пізніше).

Мийна дія мила зумовлена складним комплексом поверхневих явищ фізико-хімічних процесів взаємодії молекул мила, води і частинок бруду — зазвичай жирової плівки із включеннями пилу, у результаті чого молекули мила оточують частинки бруду. Така система утворює стійку емульсію / суспензію, що виводиться з поверхні предмета, який відмивається, у розчин:

Рис. 35.2. Схема мийного процесу:

пп — плівка ПАР на межі розділу води і повітря; пм — поверхня матеріалу, вкритого плівкою ПАР; ом — окремі молекули мила у товщі води (кулькою позначено гідрофільну частину, «хвостиком» — гідрофобну): б₁ — часточка бруду, прикріплена до поверхні матеріалу; б₂ — відривання часточки бруду від поверхні матеріалу; б₃ — часточка бруду, відірвана від поверхні матеріалу; п — повітряна кулька у товщі води.

Виготовлення мила. Традиційно мило варять, нагріваючи твердий жир з лугом. Утворюється густа в'язка рідина — мильний клей. До неї додають ропу — насичений розчин натрій хлориду. При цьому розчинність мила зменшується, і мило виділяється з розчину та спливає на поверхню. Цей процес називають висолюванням. Після цього милом заповнюють форми, де воно охолоджується і твердне. Так готують господарське мило. Воно містить 40-72 % власне мила, 1-2 % карбонатів, 0,1-0,2 % лугу. Його використовують переважно для прання.

Щоб виготовити туалетне (косметичне) мило, до нього додають барвники, ароматизатори (наприклад, ефірні олії), екстракти різних рослин тощо.

Карбонові кислоти для виробництва мила також одержують окисненням парафіну.

Це цікаво

Рис. 35.3. Плівка мильної бульбашки

Мильна бульбашка — це тонка багатошарова плівка мильної води, наповнена повітрям. Через оптичні явища (інтерференцію і відбивання світла) має переливчасту райдужну поверхню. Набуває сферичної форми. Мильні бульбашки — чудова дитяча і сімейна розвага. Розчин для них можна приготувати самому. Щоб було легко видмухувати великі й міцні бульбашки, слід дотримувати правил приготування розчину. Основні компоненти:

1) вода знесолена — переварена і відстояна, а краще — дистильована;

2) мило — тверде господарське або рідке;

3) гліцерол (можна купити в аптеці) або цукор (його краще розчинити окремо в невеликій кількості гарячої води) — додають для щільності.

Перевірити якість розчину можна так: видмухати бульбашку і торкнутись її змоченим у тому ж розчині пальцем. Якщо вона лусне, слід додати мила і гліцеролу. Готовий розчин краще витримати у холодильнику 12-24 години. Ось кілька рецептів:

1. Півсклянки натертого на тертці господарського мила, 5 склянок води, 2 чайні ложки гліцеролу (або цукру) добре вимішайте до отримання однорідної маси. Якщо це не вдається — підігрійте, постійно помішуючи (не кип'ятити).

2. Обережно змішайте 100 мл рідкого мила і 200 мл води. Коли осяде піна, додайте 10 крапель гліцеролу.

3. Обережно змішайте півсклянки рідини для миття посуду (не для посудомийних машин), 2 склянки води, 2 чайні ложки цукру (або 1-2 столові ложки гліцеролу).

4. 100 мл рідини для миття посуду, 300 мл води, 4 чайні ложки цукру, 50 мл гліцеролу. Цей розчин можна вилити в широку миску і робити великі бульбашки за допомогою вибивалки для килимів або спеціально зробленої дротяної рамки.

Видмухувати бульбашки можна за допомогою коктейльної соломинки (розрізаної на кінці), корпусу ручки або фломастера, пластикової пляшки (з відрізаним дном), лійки тощо. За температури -15 °С мильна бульбашка замерзне, торкнувшись будь-якої твердої поверхні (за температури -25 °С — навіть у повітрі).

Підсумки

1. Жири розділяють за походженням (тваринні, рослинні) та складом вуглеводневих залишків (тверді, рідкі, змішані).
2. Розчинні солі лужних елементів і насичених карбонових кислот з кількістю атомів Карбону від 10 до 20 називають милами.
3. Натрієві солі стеаринової та пальмітинової кислот — основна складова частина твердого мила, а калієві — рідкого.
4. Мила виробляють із різних жирів, а також із вищих карбонових кислот, які одержують окисненням парафіну.
5. З кислот, кислотні залишки яких містять від 10 до 20 атомів Карбону, виробляють туалетне мило.
6. З кислот, кислотні залишки яких містять від 16 до 20 атомів Карбону, отримують господарське мило, а також мило для технічних потреб.

Контрольні запитання

1. Назвіть кислоти, залишки яких найчастіше входять до складу твердих жирів.
2. Залишки яких кислот найчастіше входять до складу рідких жирів?
3. Наведіть приклад рослинних жирів. Які рослинні жири є твердими?
4. Опишіть фізичні властивості жирів.
5. Яке біологічне значення жирів?
6. Укажіть напрямки застосування жирів.
7. Назвіть жири, які найчастіше використовують як харчові продукти.
8. Який хімічний склад має господарське мило?
9. Порівняйте хімічний склад твердого і рідкого мила. Які переваги, на вашу думку, має рідке мило?

Вправи та задачі

1. Обчисліть масу 0,2 моль стеаринової кислоти.

2. Обчисліть масу суміші, до складу якої входить 0,4 моль калієвої солі стеаринової кислоти і 0,2 моль натрієвої солі пальмітинової кислоти.

3. Укажіть кількість речовини натрієвої солі в 200 г мила, масова частка натрій стеарату в якому становить 61,2 %.

4. Обчисліть масову частку Калію в солі, формула якої С₁₅Н₃₁СООК.

5. Обчисліть масову частку Карбону в стеариновій кислоті.

6*. Яку масу карбонової кислоти одержали в результаті гідролізу тристеарину, якщо утворилось 552 кг гліцеролу?