Хімія. Повторне видання. 9 клас. Савчин

§ 33. Вуглеводи: крохмаль, целюлоза

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

• знати хімічний склад вуглеводів: крохмалю та целюлози, молекулярні формули цих сполук як природних полімерів;
• порівнювати склад молекул крохмалю та целюлози;
• пояснювати утворення і поширення в природі крохмалю та целюлози;
• характеризувати фізичні властивості крохмалю та целюлози;
• спостерігати якісну реакцію на крохмаль;
• висловлювати судження про значення вуглеводів для людини, їх біологічну роль;
• формувати підприємницьку ініціативу й підприємливість.

Склад і будова молекули крохмалю. Крохмаль — вуглевод, що належить до природних полімерів. Він утворюється в зелених листках рослин під час фотосинтезу й накопичується в насінні, кореневищах, бульбах, стеблах і листках.

• Пригадайте, які речовини називають полімерами. Що називають мономером і що таке ступінь полімеризації?

Крохмаль, так само як усі полімери, складається з мономерних ланок, що багато разів повторюються. Мономерами в макромолекулах крохмалю є залишки молекули глюкози складу -С₆Н₁₀О₅-, тому склад молекули крохмалю відображає формула (-С₆Н₁₀О₅-)_n.

Запишемо схему утворення полімеру:

... -C₆H₁₀O₅- + -C₆Н₁₀O₅- + -C₆H₁₀O₅- + -C₆H₁₀O₅- ... → (-С₆Н₁₀O₅-)_n,

або за допомогою молекулярної формули:

nС₆H₁₂O₆ → (-С₆H₁₀O₅)_n + nН₂О.

Оберненою до цієї є реакція гідролізу, тобто утворення глюкози:

(-С₆Н₁₀О₅-)_n + nН₂О → nС₆Н₁₂О₆.

Трапляються макромолекули крохмалю лінійної та розгалуженої структури.

Фізичні властивості крохмалю. Крохмаль — білий аморфний порошок, хрусткий на дотик (якщо розтерти крохмаль пальцями, відчувається характерне поскрипування), нерозчинний у холодній воді. Однак у гарячій воді утворюється крохмальний клейстер. Виконаємо лабораторний дослід 13.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 13

ВІДНОШЕННЯ КРОХМАЛЮ ДО ВОДИ

Завдання 1. Дослідіть розчинність крохмалю у воді.

Завдання 2. Доведіть експериментально вплив температури на крохмаль.

Обладнання та реактиви: хімічна склянка, крохмаль.

Дослід 1. Покладіть на дно хімічної склянки столову ложку крохмалю. Долийте холодну воду й перемішайте вміст. Опишіть свої спостереження. Зробіть висновок.

Дослід 2. У хімічну склянку з крохмалем, що не розчинився в холодній воді, долийте гарячу воду й перемішайте. Що спостерігаєте? Зробіть висновок.

Запишіть результати спостережень у зошит. Зробіть відповідні висновки.

Якісна реакція на крохмаль. Крохмаль легко визначити серед інших речовин за характерною для нього якісною реакцією.

Виконаємо лабораторний дослід 14.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 14

ВЗАЄМОДІЯ КРОХМАЛЮ З ЙОДОМ

Завдання 1. Доведіть експериментально дію йоду на крохмаль. Зробіть відповідні висновки.

Завдання 2. Дослідіть наявність крохмалю в харчових продуктах.

Обладнання та реактиви: пробірки, крохмальний клейстер, спиртовий розчин йоду; харчові продукти — білий хліб, картопля, пшеничне й кукурудзяне борошно.

Дослід 1. Налийте в пробірку крохмальний клейстер об’ємом 1 мл. Капніть спиртовий розчин йоду та перемішайте вміст. Опишіть ваші спостереження (рис. 115).

Рис. 115. Якісна реакція для виявлення крохмалю

Дослід 2. Крапніть спиртовий розчин йоду краплинами на шматок білого хліба, зріз картоплі, пшеничне й кукурудзяне борошно (рис. 116).

Рис. 116. Виявлення крохмалю в харчових продуктах

Запишіть результати спостережень у зошит. Зробіть висновки.

Склад і будова молекули целюлози. Целюлоза — найпоширеніший серед вуглеводів природний полімер. Молекули целюлози містять залишки молекули глюкози складу -С₆Н₁₀О₅-, тому склад молекули целюлози такий самий, як і в крохмалю: (-С₆Н₁₀О₈-)_n.

Чим відрізняються молекули цих речовин? Учені з’ясували, що їхні структурні ланки по-різному сполучаються між собою. Відносна молекулярна маса целюлози становить від кількох сотень до десятків сотень тисяч. Мономерні ланки розміщуються лінійно, утворюючи довгі волокна.

Фізичні властивості целюлози. Целюлоза — тверда волокниста речовина білого кольору. Доведено, що окремі молекули бавовни, конопель і льону мають лінійну структуру. Целюлоза не розчиняється у воді й органічних розчинниках, виявляє стійкість до нагрівання та високу механічну міцність.

Поширення в природі. Цей природний полімер має іншу назву — клітковина, що вказує на безпосередню участь у побудові рослинних клітин. Для волокон рослин (рис. 117) i деревини характерний високий вміст целюлози. Її масова частка становить 50 % у деревині й 85-90 % у бавовняному волокні. Чимало целюлози міститься в соломі зернових культур.

Рис. 117. Сировина для виробництва волокон: льон (а), бавовник (б), коноплі (в)

Застосування вуглеводів. Про використання глюкози й сахарози ви вже дізналися з § 32. Розглянемо застосування двох природних полімерів — крохмалю та целюлози (рис. 118, 119).

Рис. 118. Схема застосування крохмалю

Рис. 119. Сфери застосування целюлози

Під дією ферментів, за знижених температур, крохмаль перетворюється на глюкозу.

• Опишіть самостійно взаємодію крохмалю з водою з утворенням глюкози.

Як бачимо, крохмаль застосовують у побуті та промисловості, а целюлозу використовують значно частіше.

Біологічна роль вуглеводів. Вуглеводи належать до речовин, що необхідні кожній людині. Про це свідчать галузі їх застосування. Значну кількість вуглеводів використовують як компонент їжі, переважно рослинної. Потрапляючи в організм людини та тварин, вони виконують дуже важливі функції. Насамперед вони є основним джерелом енергії в організмі людини та тварин. Під час повного розкладу 1 г вуглеводу виділяється 17,6 кДж енергії. Саме в цьому полягає енергетична функція вуглеводів. За надмірної кількості вуглеводи перетворюються на глікоген — полісахарид, що відкладається в печінці й м’язах і є додатковим джерелом енергії та регулятором рівня цукру в крові.

Вуглеводи містяться в рослинних клітинних оболонках, підтримуючи їхню стійкість, міцність і відповідну форму. У людини та тварин вони містяться в кістках. Деякі вуглеводи беруть участь у синтезі нуклеїнових кислот: дезоксинуклеїнової (ДНК) і рибонуклеїнової (РНК). Цим пояснюється їхня будівельна функція.

Захисна функція вуглеводів полягає в підтримуванні імунітету. Полісахариди містяться в смозі, що вкриває поверхню стравоходу, дихальних шляхів, захищаючи їх від проникнення хвороботворних бактерій, вірусів і механічних пошкоджень. Окрім того, вони мають здатність регулювати процес окиснення жирів, тобто виконують регулятивну функцію.

Отже, ознайомившись із найпоширенішими представниками вуглеводів, можемо класифікувати їх за складом і будовою (рис. 120).

Рис. 120. Схема класифікації вуглеводів

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Крохмаль і целюлоза — природні полімери, склад яких відображає формула (-С₆Н₁₀О₅-)_n. У будові вони різняться сполученням і кількістю мономерних ланок у макромолекулі.

• Відносні молекулярні маси високі, оскільки мономерні ланки повторюються від кількох сотень до кількох тисяч разів, а в целюлозі — до десятків тисяч.

• Фізичні властивості: крохмаль — білий аморфний порошок, хрусткий на дотик, нерозчинний у холодній воді, у гарячій воді утворює крохмальний клейстер; целюлоза — тверда волокниста речовина білого кольору, не розчиняється у воді й органічних розчинниках, стійка до нагрівання, має високу механічну міцність.

• Якісною реакцією для виявлення крохмалю є взаємодія з йодом, унаслідок якої утворюється речовина синього кольору.

• Крохмаль і целюлоза — вуглеводи, поширені в природі, є біологічно активними речовинами, джерелами енергії, структурними компонентами клітин. Вони відіграють захисну, регулятивну й інші функції.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Назвіть основних представників класу сполук «вуглеводи».

2. Порівняйте склад і будову молекул крохмалю та глюкози.

3. Здійсніть перетворення, що подані схемою: С₂Н₆ → СО₂ → С₆Н₁₂О₆ → (-С₆Н₁₀О₅-)_n.

4. Обчисліть масову частку Карбону в структурній ланці крохмалю.

5. Глюкозу кількістю речовини 6 моль повністю окиснили. Обчисліть об’єм карбон(ІV) оксиду (н. у.) і масу води, що утворилися.

6. Здійсніть перетворення, що відповідають схемі: С₆Н₁₂O₆ → СO₂ → СаСО₃ → СаО → Са(OН)₂.

7. Макромолекула крохмалю складається з 450 залишків молекули глюкози. Обчисліть масу полімеру та води, що утворяться внаслідок синтезу її з глюкози.

ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ

Виявлення крохмалю в харчових продуктах

• Випробуйте харчові продукти на наявність крохмалю: а) борошно й білий хліб; б) рис і рисову кашу; в) сир і зварену картоплю; г) яблуко та грушу. Зробіть висновок зі спостережень.

• Дослідіть за позначеннями на етикетках напої «Кока-кола» і «Спрайт» та чіпси й сухарі, користуючись Е-числами.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Батьківщина цукру — Індія, де він відомий уже впродовж 2300 років. Місцеві жителі назвали його «сак-кара».

• Перша згадка в історичних документах про наявність на Русі-Україні кристалічного цукру, привезеного «із заморськими товарами», зафіксована 1273 р. Проте для населення він ще тривалий час був недоступним продуктом. І тільки в XVII ст. цукор почав надходити в значній кількості через порти Чорного та Балтійського морів.

• Так званий «ячмінний цукор» готують зовсім не з ячменю, а зі звичайного цукру внаслідок його карамелізації. Назву ймовірно можна пояснити тим, що для його приготування колись могли використовувати ячмінний відвар.

• Листя парагвайського чагарнику стевія більш як у 300 разів солодше за цукор, а листя мексиканської цукрової трави — у 1000 разів. Червоні ягоди трав’янистої рослини тоуматокус данелій з африканської савани солодші у 2000 разів, а червоні ягоди діоскорефілюм кумінісіі з лісів Нігерії та інших західноафриканських країн — у 3000 разів. У Західній Африці росте й найсолодша рослина — чагарник кетемф, яка містить речовину тоуматін, що перевершує за солодкістю цукор у 100 000 разів.

НАВЧАЛЬНИЙ ПРОЄКТ

І. Виконайте навчальний проєкт із теми «Друге життя паперу».

II. Презентуйте проєкту класі. Обговоріть його з однокласниками й однокласницями.