Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Величко

§ 20. Целюлоза (клітковина)

СКЛАД І БУДОВА МОЛЕКУЛ. Целюлоза, як і крохмаль, — природний полімер, побудований із ланок складу —C6H10O5—, такого самого, як у крохмалю. Загальна формула целюлози, як і крохмалю, —(C6H10O5)n, проте молекулярна маса целюлози набагато більша, ніж у крохмалю: n становить 10—14 тисяч.

Вам відома також інша назва целюлози — клітковина.

  • Пригадайте або з’ясуйте за словником походження слова «целюлоза».
  • Складіть розповідь про поширення целюлози у природі.

Молекули целюлози ниткоподібні, лінійні, вона має волокнисту структуру.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ. Реакція повного окиснення. Целюлоза горить з утворенням вуглекислого газу та води і виділенням енергії:

(C6H10O5)n + 6nO2 —> 6nCO2 + 5nH2O; △H < 0

Під час спалювання деревини, хмизу, соломи тощо відбувається саме ця реакція.

Реакція гідролізу. Як і крохмаль, целюлоза зазнає гідролізу під час нагрівання з розбавленими кислотами, перетворюючись на глюкозу. Сумарне рівняння реакції:

(C6H10O5)n + nН2О —> nС6Н12О6

В організмі людини целюлоза, спожита з рослинною їжею, не гідролізується, отже, не засвоюється.

  • Пригадайте, які тварини здатні перетравлювати целюлозу.

Целюлоза зазнає часткового гідролізу під час силосування соломи, кукурудзи тощо, такі продукти є цінним кормом для сільськогосподарських тварин.

Реакція розкладу. У результаті нагрівання деревини без доступу повітря відбувається розклад целюлози з утворенням деревного вугілля, метанолу та інших цінних оксигеновмісних сполук:

Штучний шовк. Нині природні волокнисті матеріали не можуть задовольнити зрослі потреби людства, тому широко використовують їхні замінники, добуті штучно. Серед них — штучний шовк (віскозу, ацетатний шовк), що його виробляють із целюлози, виділеної з деревини або відходів бавовнику.

Для переробки целюлози на волокно її переводять у розчинну форму, наприклад в естер триацетат:

Ця сполука розчиняється в органічних розчинниках. В’язкий розчин продавлюють крізь т. зв. фільєри — пристрої з отворами малого діаметра, що нагадують сітку душу (мал. 39). Тонкі цівки розчину обдувають гарячим повітрям у вертикальній шахті. Розчинник випаровується, а триацетат перетворюється на тонкі нитки, що є основою для скручування товстіших ниток, з яких виробляють тканини.

Мал. 39 Фільєра

БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ВУГЛЕВОДІВ. Вуглеводи виконують важливі функції у живих організмах. З глюкози та інших моносахаридів, що утворюються в результаті фотосинтезу, в рослинах синтезуються полісахариди крохмаль (енергетичний резерв) і целюлоза (будівельний матеріал клітин).

Вуглеводи посідають чільне місце в раціоні людини, це клітинне паливо організму. Сахароза і крохмаль, спожиті у вигляді їжі, під дією ферментів розщеплюються в організмі до глюкози, а вже вона окиснюється в клітинах з вивільненням енергії. Сумарно цей процес можна описати рівнянням:

C6H12O6 + 6О2 —> 6СО2 + 6Н2О; △Н = -2,87 • 103 кДж/моль

Надлишки глюкози відкладаються в печінці у вигляді «запасного» вуглеводню глікогену, близького за структурою до крохмалю. Якщо людина витрачає енергію, наприклад під час фізичних чи розумових навантажень, то глікоген знову перетворюється на глюкозу, яка живить організм. Кожен грам вуглеводів у результаті окиснення в організмі дає 19,2 кДж енергії.

Отже, крохмаль — запасна речовина рослин, а тварини запасають енергію у вигляді глікогену. На думку фахівців, енергетичні потреби людини на 60 % мають задовольнятися внаслідок уживання рослинної їжі, зокрема овочів і фруктів.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Чим різняться між собою крохмаль і целюлоза: за складом і будовою молекул?

2. Які продукти утворюються внаслідок термічного розкладу целюлози?

3. На якій реакції целюлози ґрунтується виробництво штучного волокна?

4. Позначте назви речовин у схемі реакції:

  • А 1 — метан, 2 — етанол, 3 — глюкоза, 4 — вуглекислий газ
  • Б 1 — глюкоза, 2 — сахароза, 3 — етанол, 4 — метан
  • В 1 — целюлоза, 2 — глюкоза, 3 — етанол, 4 — вуглекислий газ

Додаткові завдання

  • 1. Поясніть класифікацію вуглеводів. Наведіть приклади.
  • 2. Як за допомогою одного й того самого реактиву можна розпізнати сахарозу й глюкозу?
  • 3. Які з вивчених вуглеводів дають реакцію «срібного дзеркала»? Що це засвідчує?
  • 4. Яку спільну властивість мають оліго- і полісахариди?
  • 5. Яке значення реакцій гідролізу вуглеводів? Відповідь поясніть.
  • 6. Складіть рівняння послідовних реакцій, за допомогою яких можна добути кальцій глюконат з крохмалю.
  • 7. Поясніть залежність властивостей речовини від складу і будови молекул на прикладі крохмалю й целюлози.
  • 8. Поясніть взаємозв’язок органічних та неорганічних речовин на прикладі вуглеводів.
  • 9. Поясніть значення й перспективи біотехнологічної переробки целюлози. Підготуйте повідомлення на цю тему.
  • 10. Чи можна дрова назвати біопаливом?
  • 11. Унаслідок окиснення жирів у організмі виділяється вдвічі більше енергії, ніж під час окиснення вуглеводів. Яке значення це має для підтримання нормальної маси тіла?
  • 12. Визначте речовини, що утворюються за схемою перетворень:

Висновки

  • У природі вуглеводи утворюються завдяки реакції фотосинтезу.
  • Вуглеводи поділяються на моно-, оліго- та полісахариди.
  • Глюкоза — моносахарид. Загальна фомула — С6Н12О6.
  • Глюкоза вступає в реакції окиснення й відновлення, естерифікації, бродіння.
  • Фруктоза — ізомер глюкози.
  • Сахароза — дисахарид, загальна формула — C12H22O11.
  • У результаті гідролізу сахарози утворюються глюкоза і фруктоза.
  • Крохмаль і целюлоза — природні полімери, полісахариди. Загальна формула цих сполук — (С6Н10О5)n.
  • Крохмаль і целюлоза різняться між собою будовою молекул, ступенем полімеризації.
  • Крохмаль — неоднорідна сполука; він складається з амілози й амілопектину. Проміжні продукти гідролізу крохмалю — декстрини, кінцевий продукт — глюкоза.
  • Целюлоза вступає в реакції окиснення, гідролізу (до глюкози), термічного розкладу.
  • Естери целюлози є основою виробництва штучних волокон.
  • Вуглеводи — цінні поживні речовини.

Практична робота

Розв’язування експериментальних задач

Задача 1. Доведіть експериментально, що в пронумерованих пробірках міститься: а) гліцерол; б) глюкоза.

Складіть перелік реактивів та обладнання, потрібних для виконання дослідів. Напишіть рівняння реакцій.

Задача 2. Доведіть експериментально, що етанова кислота належить до слабких кислот.

Складіть перелік реактивів та обладнання, потрібних для виконання дослідів. Напишіть рівняння реакцій.

Задача 3. Визначте хімічним способом, у якій з виданих вам пробірок міститься крохмальний клейстер.

Складіть перелік реактивів та обладнання, потрібних для виконання досліду. Опишіть спостереження без запису рівняння реакції.

Задача 4. Добудьте стеаринову кислоту з мила.

Складіть перелік реактивів та обладнання, потрібних для виконання дослідів. Напишіть рівняння реакцій.