Сахара молекулы формула: Сахароза – формула и состав молекулы, структурная кристаллическая решетка

Содержание

Про сахара с точки зрения химика. Химия на кухне 2 / Хабр

Старинная форма фасовки сахара — «сахарная голова»
Выкладываю продолжение, как обещал. Первый пост был про соль.
Про сахар. Какие бывают сахара. Про кленовый сахар и сахар ли он? Сосульки из кленового сока — ценный дар природы. Моно- и много- сахариды. Что общего у омара, тарантула, ёлки, гриба, мёда и ракеты «Кассам». Ставим химический опыт по превращению крахмала… Как блеснуть эрудицией. Фруктоза — польза и вред, две стороны вопроса. Кто виноват в том, что от молока болит живот. Как получается, что кислое варенье меньше засахаривается. Из чего делают мёд. Из чего делают сахар. Про тростниковый сахар — едим ради его вкуса.
Всем привет! Что-то после рассказов про «белую смерть», захотелось поговорить про «сладкую». Это такой каламбур, шутка юмора. Вопрос вреда, и в данном случае, как Вы уже догадываетесь, заключается в основном, в неумеренном потреблении. Ну вот, значит, встречаются на полке много разных сортов сахара, и из местных и приезжие, и начинают выяснять, кто из них лучше… Стоп! Не допустим мордобоя, и разберемся сами.

Сироп из кленового сока

Вот и начнем разбор полётов с него, потому что, его мало и штука это интересная. Это традиционный продукт, который получали в США и Канаде, в то время, когда сахара свекловичного еще не было, а тростниковый был дорог. Получают его упариванием весеннего кленового сока. Кстати, наверное Вы знаете, что так же как из берёзы, весной, можно добывать сок и из клёна, и не обязательно в Америке. Во время моего проживания в подмосковном Троицке, случилась такая весна, что морозец еще держался, а в деревьях сок уже двинулся. В результате из всех трещинок и поломов на веточках начали расти сосульки.

Реально вкусные сосульки

Вычислив природу образования этих странно высоко висящих сосулек — попробовал их на вкус… в общем первый сок с любого дерева сладенький, отдает древесиной, некоторые породы деревьев давали совсем вкусный, некоторые — с неприятным привкусом, но сладкий. Так что в кленовом сахаре нет ничего удивительного, зато есть довольно много минеральных веществ, и сладость его определяется… Оп!

Да ведь получается, что это и не сахар вовсе, а лишь его близкий химический родственник — глюкоза. Она получается в дереве при расщеплении накопленного осенью крахмала. Вот так, легко и естественно, мы пришли к теме моно-, ди-, и полисахаридов. Постараюсь внести ясность. Сахара — это целый класс соединений, их еще зовут — углеводы. На самом деле какая-то смысловая разница между ними есть, расплывчатая, но нас сильно стыдить за её незнание вряд ли будут. Вообще, растительное царство, оказывается, в основном, состоит из разнообразнейших углеводов или по-другому поли-, олиго-, три-, ди- и моносахаридов. При этом некоторые из них бывают сладкими… Удивил?

Итак: что вообще, в химии, значит сахара или углеводы? Ну их так назвали потому что, в начале развития химии, их анализ показывал, что они как бы состоят из смеси молекул воды и углерода. Тогда еще не вникали в тонкости структуры молекулы — то есть, как атомы соединены между собой. А это важно. Анализ, чаще всего, выполнялся самым простым способом — сжиганием и взвешиванием. После сжигания становилось известно количество углерода, водорода и кислорода, содержавшегося в навеске вещества. А сахарами — понятно — под рукой был сахар, и вещи химически похожие на него, стали называть (моно, ди… поли-) — сахаридами или углеводами. Самые простые молекулы сахаров, которые уже не удавалось расщепить кипячением в воде с кислотой, назвали моносахаридами, — сахара, одна молекула которых расщеплялась на две молекулы моносахаридов — назвали дисахаридами. Олигосахариды, это сахара состоящие из небольшого количества моносахаридов. В этом месте каждый сам придумывает ему приятную шутку про олигархов и олигосахариды. Напрашивается. Полисахариды — это разнообразнейшие природные полимеры из моносахаридов.

Вы удивитесь, но панцирь краба, шкурка тарантула и основное вещество грибов, состоят из полисахарида — хитина. Ах, какой соблазн — начать производство — «крабового сахара». Или «скорпионового», да хоть «грибного». Или даже водки. Нет! Не получается. Моносахарид из хитина хоть и не сладкий, а очень интересный. Это глюкозамин — популярное средство при болях в суставах. Хотя официальная медицина и эксперименты показывают, что плацебо почти так же хорошо действует. Только вот, если уж очень болит, тогда был замечен положительный эффект. Хотя, многие люди клянутся, что им реально помогает. Это вещество можно делать из шкурок от креветок. А вот если из этого хитина сделать трисахарид — хитозан, получится средство для похудения и перспективное средство для заживления ран. Мощный полисахарид — целлюлоза (она состоит из глюкозы, кстати), из неё гм… делают деревья, бумагу, хлопок и бездымный порох. Первый искусственный пластик был из нитроцеллюлозы и делали из него шары для бильярда и клавиши для роялей. До этого приходилось использовать слоновую кость.

Пектин — тоже полисахарид, природный, его много в яблоках и цитрусовых( и не только). Моносахарид, из которого он состоит, штука нам не слишком знакомая и сказать про неё что-либо интересное не могу, а грузить Вас ненужным не буду. Прелесть пектина, в том, что его легко и приятно извлекать из жмыха от выжимок сока. В общем, сырья навалом. Причем это не какая-то синтетика, вполне себе натуральный продукт. Старинный мармелад и зефир — обязаны были своему происхождению именно яблокам, вернее их пектину. В старинный зефир, видимо, добавляли просто разваренный яблочный жмых — ну или не сильно очищенный, даже вроде опилки от яблочных семянок попадались, поэтому он был сероватый и имел интересный такой, натуральный вкус. Там, в составе, яблоки фигурируют или яблочный пектин. Не помню.

Похоже на яблочный мармелад времён моей юности

А яблочный мармелад обходился естественным пектином, получавшимся из яблок при варке. Пектин — почти не усваивается организмом, зато хорошо соединяется с ионами тяжёлых металлов и радионуклидов(что то же самое, он радиацию не чувствует, он чувствует тяжелый металл. Химия) — это используют в медицине. Неплохое свойство для пищевой добавки, блокировать ядовитые тяжёлые металлы(многие из тяжелых металлов — ядовиты).

Поперечное сечение гликогена. В середине — белок. Вокруг — шуба из глюкозных частиц.

А вот еще полисахарид — гликоген, — основной запасной углевод человека и животных. Он откладывается в мускулах и печени. В отличие от запаса энергии накопленного в жирах, гликоген расщепляется быстро, но и запасы его невелики. Это запас энергии для относительно коротких по времени нагрузок.

Ну и распространённый углевод — крахмал. Из углеводов, до сих пор, именно его, мы съедаем больше всего. Моносахарид из которого построен крахмал — глюкоза. Потому и едим.

Вот так химики рисуют молекулы гликогена и крахмала

Внимание, опыт! Предлагаю химический опыт для домашней работы. Делать натощак. Чем голоднее будете, тем выше активность фермента амилаза в Вашей слюне. Берёте кусочек хлеба, чёрного, несладкого и жуёте. Долго. По мере жевания, Вы увидите, что хлеб становится слаще и слаще. Крахмал в хлебе, под действием фермента амилаза, превращается в сладкую мальтозу(глюкозу). Вот так лаборатория!

А ещё, если нагреть крахмал(до соответствующей температуры), то он станет «модифицированным» или по-старинному «декстрином». Просто станет лучше растворяться, даже в холодной воде. Не путать с ГМ! Потому повара часто прожаривают муку для приготовления соуса — она разойдётся в тёплой воде, и не будет комочков при приготовлении соуса. Можете сделать соус бешамель, и считать это домашней работой — рецепт взять из Интернета.

Мука, превращается, превращается в элегантный соус

В заголовке обещал упомянуть арабскую народную ракету «Кассам», к сахару она имеет то отношение, что её топливо состоит из смеси сахара и удобрения — селитры. Очень бюджетный вариант. Любители домашнего малобюджетного ракетостроения тоже очень уважают смесь из расплавленного сахара с селитрой, по причине сравнительной безопасности, удобства работы с ней и доступности.

Так что родственников у нашего сахара много — как у китайца с фамилией Ванг. Мы пробежались по всему этому богатству. Просто чтоб было интересно.

А сейчас, внимание! Штука, которую надо знать, чтобы прослыть тонким знатоком химии: — углеводы, это всё состоящее из сахаров и крахмала (обычно так говорят о том что едят, но как мы видели, это не совсем так — панцирь омара сожрать трудно, а усвоить ещё труднее). Углеводороды — это всё воняющее бензином и горючее, даже газ. Это едят в единственном случае — детский вазелин при запорах. Да и то, потому что, он как вошел, так и вышел, ну никак не усваивается. Запомнить просто — (угле-)водород — газ, его не съешь, (угле-)вод — вода, её можно выпить, а значит, съедобно. Теперь Вы можете блеснуть эрудицией на любой тусовке. И при переводах.

Так. Мы выяснили, что сахаров этих и моно и других, очень много. Не драматизируем. В реальной жизни нас волнует совсем немногие из них. О них поговорим. Моносахариды глюкоза и фруктоза употребляются нами в чистом виде и даже легко усваиваются.

Глюкоза усваивается моментально. Собственно она разносится кровью по нашему организму, для получения энергии, как топливо.

Фруктоза — в чистом виде этот моносахарид начали производить относительно недавно, лет 30-50 назад. До этого, его добывали в чистом виде, кажется, из клубней гладиолуса. Отделять фруктозу от глюкозы, например из мёда — не умели. А потому была она лекарством. Фруктоза считалась хорошим заменителем сахара — она в полтора раза слаще его, значит принесёт меньше калорий, она не повышает уровень сахара в крови, она не так быстро всасывается, как глюкоза, значит не будет сразу откладываться в жир. Она меньше вредит зубам, чем сахар, потому что хуже усваивается микробами. Теперь, когда фруктозу научились делать дёшево и много из сахара, стали выясняться и другие факторы. Выяснилось, что хоть она и слаще, люди используют не меньше фруктозы, а пьют более сладкое. Ещё — глюкоза моментально попадает в кровь и в нас начинает работать один из механизмов насыщения — уровень глюкозы растёт и есть перестаёт хотеться. Второй механизм — по срабатыванию датчика набитости желудка 8)). Ещё — фруктоза усваивается только печенью, так что при избытке калорий, там же в жир и откладывается. И какой вывод можно сделать? Если есть сколько надо, и регулировать калорийность своей пищи и количество движения, продукты с фруктозой вреда не принесут. А вот с реальными людьми так получается не всегда. Так кто виноват фруктоза или переедание? «Девушка была виновата в том, что мужчина к ней приставал — она была слишком красивой».

Так что, однозначно — если Вы голодны и выпьете немного фруктозосодержащего напитка, это будет полезно. Избыток — нет. Немного добавлю фактов, что бы Вы могли более философски глянуть на публикации по фруктозе. Наш любимый сахар (химики его зовут- сахароза), это дисахарид, его молекула слеплена из одной молекулы глюкозы и одной фруктозы. В организме он обязательно расщепляется на фруктозу и глюкозу. И было это испокон веков. Пчелиный мед — как было где-то красиво определено — «отрыжка насекомых, из полупереваренных выделений половых органов растений». Хе-хе. Так вот, в мёде, фруктоза и глюкоза пополам. Фруктоза во фруктах — вообще, однозначно, полезна — яблоки, груши, инжир — содержат довольно много фруктозы. Так что, мне видится причина вреда — переедание, вызванное неестественно вкусными продуктами. И вот еще штрих. Мы об этом забыли, но это было, и было хорошо. Инвертный сахар. А что это такое? Раствор сахара кипятили с небольшим количеством серной кислоты. Да, при этом молекула сахарозы разваливалась на исходную фруктозу и глюкозу. Кислоту осаждали мелом. Избыток мела и получившийся гипс отфильтровывали. Как видите, ничего криминального. Гипс, мел — источники кальция. А в чём же смысл реакции? Получавшийся раствор был в полтора раза слаще исходного сахара. За счет сладости фруктозы и глюкозы.

Так же происходит и у пчёл, только они используют специальный фермент. Такой раствор имеет ещё один неочевидный плюс. Он засахаривается гораздо медленнее, чем исходный сахарный сироп. Пчёлы это тоже знают, им работать с засахарившимся мёдом трудно — ложек и зубов нету. Почему засахаривается труднее? Вы только не обижайтесь( голосом Мкртчана — из Мимино), я Вам сейчас скажу одну очевидную для химика вещь: — Когда растёт кристалл -любого вещества — на его поверхность нарастают только молекулы того типа, из которых сложен этот кристалл. Во всяком случае они к этому стремятся. И сильно. Поэтому перекристаллизация, издревле, любимый способ очистки множества веществ. Растворили грязное, вырастили кристаллы, остатки отделили, кристаллы будут сильно чище. Так вот, когда у нас в растворе два разных сахара, возможные центры роста кристалла видят только свои молекулы и получается, что возможностей для роста кристаллов (засахаривания) в два раза меньше.

Немного про мёд. Мёд продукт исторически популярный и освящённый традицией. Ещё древние римляне лакомились напитком из мёда пополам с виноградным соком. И ничего у них не склеивалось. Нам трудно проникнуться теми ощущениями. Да, не было в те времена ничего столь же концентрированно сладкого и питательного, как мёд. Пища была достаточно грубой, с малым содержанием жиров и с очень малым количеством сладостей, поэтому съедение мёда вызывало необычно быстрый прилив сил и сытости. Даже от малого количества. В фильме «Легенда о Нараяме», люди чрезвычайно бедны, питаются почти одними трудноусвояемыми бобами. Одна из старушек собралась помирать. Плохо ей стало. Перед смертью ей сварили риса — гораздо более легко усвояемый продукт. Старушка поела и — ей стало хорошо, она выздоровела. Благодаря чудодейственной силе риса.

Процесс сбора и приготовления мёда пчелами тоже впечатляющ. Ручная работа, да какая мелкая! Сначала пчела облетает тысячу цветков и собирает 70 миллиграмм нектара, отвозит его в улей, где специальные работники долго его жуют для ферментирования, потом раскладывают по сотам и упаривают до нужных кондиций, обмахивая крыльями. Запечатывают воском. И только тогда мёд готов. С химической же точки зрения мёд состоит в основном, из смеси фруктозы, глюкозы и совсем чуть других сахаров. Остальные вещества составляют около 3%. Боюсь навлечь гнев читателей, но не забудьте — я ведь химик: рекламные публикации о составе мёда невнятны и нелогичны, так же как и про гималайскую соль. Там есть немного ферментов, в основном, амилазы — мёд с горячим чаем, приводит к разрушению ферментов, которые там были (амилаза и другие, если дожили — их разрушить не трудно, даже небольшим нагревом). Опять же, фермент — это природный катализатор, ускоритель какой-то химической реакции. Ну есть в мёде фермент, расщепляющий крахмал до мальтозы и сахарозу на глюкозу и фруктозу, а нам от этого какая польза? Чуть лучше булка усвоится. Не за то любим. Бывает у людей и детей аллергия на мёд, бывает что им мёд не нравится. Не надо переживать, на свете есть много других полезных продуктов. Но! Давайте вспомним метафору о том, что человек есть сумма «харда» и «софта». Софт — это наши эмоции, чувства, убеждения и вера. Если Вам приятно и хорошо попить чаю с мёдом — пейте на здоровье, будет полезно. Как выбрать хороший мёд — не скажу, не знаю. Я его вообще не покупаю, у жены дядька — пасечник. Дарит.

Немного скажу о других сахаридах, различных ди- и трисахаридах. Например в горохе есть некий трисахарид, который, нами в большинстве, не усваивается. А вот микробы кишечника начинают его жадно лопать. Результат — бурчание в животе, и не побоюсь этого выражения: — «испускание ветров». В молоке другой сахар — лактоза, который усваивается далеко не всеми людьми. То есть, маленькие дети имеют фермент для его расщепления, а у взрослых его активность может падать совсем. Вообще, мутация, позволяющая усваивать молочный сахар появилось в Европе 5000 лет назад, и связана с одомашниванием молочного скота. Так что, если у вас от молока болит живот — Вы не европеец. А если Вы можете пить молоко литрами — то Вы мутант-европеец. Это шутка такая.

Уйдём теперь от этих ужасных проблем к нашей простой, доброй милой сахарозе. Итак добывают её двумя способами: — первый нам наиболее привычный и известный — из сахарной свёклы(она -белая). Кстати, Вы её пробовали?

Сахарная свёкла — на вкус не очень

Но сладкая. Так вот, из свекольной стружки вымывают сахар. Получившийся коричневый раствор, очищают от примесей известью, углекислым и сернистым газом — сернистый газ, это вонючий газ получающийся при сгорании серы, им чистят подвалы и теплицы от всяких грибков и вредителей, придают дивный светлый цвет кураге и изюму. Вреда от него особого нет, он благополучно нейтрализуется и переходит в безвредные сульфаты. Так вот, раствор упаривают, и для получения рафинированного сахара, обрабатывают активированным углем. Он связывает на своей поверхности все красящие и вонючие вещества и получается совсем прозрачный раствор. Кстати, свекловичный сахар, традиционно очищают углём из твёрдых пород дерева, а вот рафинированный тростниковый(который становится совсем белым), по- традиции очищают костным углем. Углем, полученным при пережигании костей животных(по большей части коров, вероятно- не бойтесь, там ничего органического не остается, уголь, фосфаты кальция, всё нерастворимое). Так что свекловичный сахар можно считать вполне себе постным(вегетарианским?). Ну и нерафинированный тростниковый, потому что в процессе их приготовления животные не были задействованы. На самом деле вопрос постности сахара решается сугубо директивно, я думаю. Вернёмся к очищенному сахарному сиропу — его упаривают, вносят затравку кристаллов сахара, выпадающие кристаллы отделяют и сушат. Вот и получился рафинированный сахар-песок. Раньше из него делали твёрдый сахар-рафинад. Смешивали сахар-песок с сахарным сиропом. Вещь получалась по твёрдости — ядрёная и экономичная. Пока растворишь или сгрызёшь кусок, выпьешь три стакана чая. Теперь кусковой, быстрорастворимый сахар делают обработкой сахара -песка паром и прессованием. Получается гораздо более удобосъедаемый продукт.

Сахарный тростник

С тростниковым сахаром всё похоже и всё по-другому. Это был первый вид сахара, который люди начали делать. Получают его из сока сахарного тростника. Получается, густой коричневый сироп. Но вкус у него приятный, хотя цвет очень тёмный. Такой сироп бывает в магазине, но перед покупкой приглядитесь — должно быть написано, что он сделан конкретно из сахарного тростника. Ещё продают нерафинированный тростниковый сахар. А так же продается тёмный кусковой тростниковый сахар, его кажется делают из смеси рафинированного и тростникового сиропа, приятный на вкус.

Тёмный тростниковый кусковой сахар

С ценой интересная зависимость получается — чем продукт ближе к высушенному тростниковому соку, тем он дороже… Хотя не логично до крайности. Чем больше мы возимся на заводе с тростниковым сахаром, тем дешевле он становится… Парадоксы маркетинга. А вот ещё более тёмный продукт — фариновый сахар. Мягкая сахарная паста тёмного цвета. Тоже из тростника.

Фариновый сахар

Бывает ещё — Крупный карамельный сахар. Крупные, красивые кристаллы золотисто-тёмного цвета. Увы цвет в этом случае получается из-за добавки карамелизованного (нагреванием) сахара и не связан с веществами из тростниковой травки, а значит и вкус у него — сахарный.

Крупный карамельный сахар

На этом тему закончим — хотя есть ведь ещё и несахарные подсластители… может когда-нибудь поговорим и об этом. А вывод у нас будет такой: все сахара, вещь в некотором роде, искусственная, яблоко всяко полезнее, а уж если хотите съесть сахара выбирайте тот, который нравится. Вкус или цвет — тоже могут нести положительные эмоции, а это, согласитесь — хорошо.

Cпасибо за внимание. Теперь буду думать о следующем посте. Больше готовых у меня нет, так что когда будет — не знаю, это как Музы распорядятся. Предыдущий пост смотрите

Сахароза — урок. Химия, 8–9 класс.

Дисахариды — углеводы, при гидролизе которых их молекула распадается на две молекулы моносахаридов.

Общая формула дисахаридов — C12h32O11. Наиболее известный дисахарид — сахароза, или свекловичный сахар.

 

Сахароза широко распространена в растительном мире. Она содержится в соке всех растений. Особенно много её в корнеплодах сахарной свёклы, в стеблях сахарного тростника, в соке сахарного клёна. Эти растения специально выращивают, чтобы получать из них сахарозу.

 

Рис. \(1\). Сахарный тростник

 

Рис. \(2\). Сахарная свёкла

 

Сахароза — кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус.

 

Она подвергается гидролизу, т. е. разложению водой. Если к раствору сахарозы добавить раствор серной кислоты и смесь прокипятить, то образуется смесь двух моносахаридов — глюкозы и фруктозы. Поэтому сахарозу относят к дисахаридам.

 

C12h32O11+h3O→C6h22O6+C6h22O6.

 

При нагревании сахароза легко плавится, обугливается, но не горит. Смесь же сахарной пыли с воздухом может взрываться.

 

Применяется сахароза в питании для придания продуктам сладкого вкуса. В организме она расщепляется на глюкозу и фруктозу и в таком виде затем усваивается.

 

Рис. \(3\). Сахар

 

Употребление слишком большого количества сахара может привести к серьёзным нарушениям обмена веществ и вызвать сахарный диабет.

Источники:

Рис. 1. Сахарный тростник

https://cdn.pixabay.com/photo/2014/09/09/02/33/sugarcane-439880_960_720.jpg

Рис. 2. Сахарная свёкла

https://cdn.pixabay.com/photo/2019/04/18/21/46/sugar-beet-4138196_960_720.jpg

Рис. 3. Сахар

https://cdn.pixabay.com/photo/2017/07/16/20/45/sugar-2510536_960_720.jpg

Сахар — белая смерть: миф или реальность?

Что же говорят нам реальные данные о вреде фруктозы? Действительно ли она настолько опасна, как может показаться? Одни исследователи отвечают утвердительно. Потребление напитков, содержащих фруктозу вместо глюкозы, утверждают они, приводит к усиленному отложению жира и развитию диабета II типа.

Другие исследователи показывают, что если генетически отключить способность мышей перерабатывать фруктозу, то они гораздо лучше переносят диету, богатую углеводами. Подобных данных в научной литературе огромное количество — некоторые учёные даже предлагают ввести налог на сахар, по аналогии с налогами на алкоголь и табак.

Наконец, фруктоза, как показывает ряд исследований, действительно влияет на мозг иначе, чем глюкоза, и существенно менее эффективно утоляет голод. Повышенный аппетит означает большее потребление калорий, а значит — и ожирение.

Но многие учёные менее однозначны в своих оценках. Исследования вреда фруктозы, по их мнению, могут быть интересны с научной точки зрения, но в реальной жизни мы практически никогда не сталкиваемся с чистой фруктозой. Мы употребляем её либо в смеси с глюкозой, либо в форме сахарозы, тоже содержащей, напомним, глюкозу и фруктозу в равных пропорциях. Это может существенно влиять на метаболизм фруктозы.

Действительно, ряд исследований, в которых документировалась связь между естественным потреблением фруктозы и проблемами со здоровьем, не выявили серьёзных рисков повышенного употребления фруктозы. По мнению многих авторов, в реальной жизни все негативные свойства фруктозы оказываются настолько размытыми остальными компонентами диеты, что на выходе значение имеет только итоговая калорийность употребляемого сахара — но не его состав.

Кому полезна фруктоза

Итого, консенсуса в отношении фруктозы в научном сообществе на данный момент нет. Сторона обвинения в целом отличается гораздо более резкими суждениями, но заявления вида «сахар — это яд!», в принципе, звучат гораздо эффектнее, чем «сахар не полезен, но не вреднее всего остального».

Чем же так привлекла фруктоза Европейское сообщество? Посмотрим ещё раз на строчку, из-за которой разгорелся научный спор. В ней нет ни слова о влиянии фруктозы на ожирение — проблему, столь остро стоящую в медицине последних десятилетий. С ожирением связан и диабет, которому посвящено большинство исследований вреда фруктозы.

Дело в том, что спорная фраза, внесённая в реестр ЕС, связана исключительно с содержанием в крови глюкозы. Фруктоза — не глюкоза, поэтому при прочих равных большая доля фруктозы означает более низкий уровень глюкозы. Почему нас волнует уровень именно глюкозы? Этот показатель крайне важен для диабетиков, для которых контроль глюкозы (но не фруктозы!) — это основная забота.

Урок 8. количество вещества. молярная масса. молярный объём газазакон авогадро — Химия — 8 класс

Количество вещества. Молярная масса. Молярный объем газа. Закон Авогадро
Из курса физики мы знаем о таких физических величинах, как масса, объём и плотность. При помощи этих величин легко характеризовать вещества. Например, мы идём в магазин и покупаем 1 кг сахара или литровую бутылку минеральной воды. Но оказывается, что этих величин недостаточно, если необходимо рассмотреть вещество с точки зрения числа частиц. Сколько молекул сахара содержится в 1 кг сахара? А сколько молекул воды в литровой бутылке? А в одной капле? Ответ на этот вопрос можно получить, если знать ещё об одной физической величине, которая называется количество вещества. Точное число молекул посчитать сложно, но если считать не штуками, а порциями, то задача упрощается. Например, мы никогда не покупаем в магазине спички поштучно, но купив одну порцию спичек – коробок, знаем, что там 100 штук. И салфетки мы тоже поштучно не покупаем, но купив пачку салфеток, то есть порцию, мы точно будем знать, сколько штук салфеток мы купили.
Количество вещества – это порция вещества с определённым числом структурных частиц. Количество вещества принято обозначать греческой буквой ν [ню]. В системе СИ единица измерения количества вещества называется моль. Один моль вещества содержит столько же структурных частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода, а именно 6*1023 частиц. Это количество является постоянной величиной и называется «постоянная Авогадро». Количество вещества можно определить как отношение числа структурных частиц к числу частиц в одном моле вещества.
Например, количество вещества, которое соответствует 3*1023 атомов железа можно легко рассчитать по этой формуле.
Преобразовав исходную формулу легко определить число структурных частиц по известному количеству вещества: N = v * NA
Своё имя эта постоянная получила в честь Амедео Авогадро, который в 1811 году сделал предположение, которое затем подтвердилось экспериментально и теперь носит имя Закона Авогадро. Закон Авогадро: «в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул».
Из закона Авогадро следует, что при одинаковых условиях массы газов, содержащие одинаковое число структурных частиц, будут занимать одинаковый объём. При давлении 1 атмосфера и температуре 0 градусов Цельсия 1 моль любого газа занимает объём равный 22, 4 л. Этот объём называется молярный объём. А условия – нормальные условия. Молярный объём обозначается Vm, показывает объём газа количеством 1 моль. При нормальных условиях является постоянной величиной.
При нормальных условиях количество вещества это отношение объёма к молярному объему.
По этой формуле можно определить объём вещества, если известно его количество: V = ν * Vm
Массу вещества количеством 1 моль называют молярной массой, обозначают буквой M. Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе. Единица измерения молярной массы г/моль.
Зная массу вещества, легко определить количество вещества.

Найдём количество вещества 5,6 г железа.
Чтобы найти массу вещества по известному количеству преобразуем формулу: m = ν * M
Справочный материал
• Количество вещества ν [ню] – это физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц (любые частицы, из которых состоит вещество – атомы, молекулы, ионы и т.д), содержащихся в веществе. Единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ) – моль.
• Моль – это единица измерения количества вещества. Один моль вещества содержит столько же структурных частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода.
• Молярная масса (M) – масса вещества количеством один моль. Единица измерения г/моль.
• Нормальные условия (н.у.) – физические условия, определяемые давлением 101325 Па (нормальная атмосфера) и температурой 273,15 К (0 °С).
• Молярный объём (Vm) – объём вещества количеством один моль. Единица измерения л/моль; при н.у. Vm = 22,4 л/моль
• Закон Авогадро – в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул.
• Постоянная Авогадро (NA) показывает число структурных частиц в веществе количеством один моль.

Урок 10. углеводы. глюкоза. олигоса- хариды. сахароза — Химия — 10 класс

Химия, 10 класс

Урок № 10. Углеводы. Глюкоза. Олигосахариды. Сахароза

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению углеводов, особенностям их строения. Рассмотрено влияние функциональных групп на свойства углеводов. Даётся характеристика химических свойств глюкозы и сахарозы. Объяснена биологическая роль углеводов и области их применения.

Глоссарий

Алкилирование реакция образования простых эфиров в результате замещения атома водорода углеводородным радикалом в гидроксогруппе.

Ацилирование – реакция образования сложных эфиров в результате взаимодействия спиртов, в том числе многоатомных, с кислотами или кислотными ангидридами.

Брожение маслянокислое – превращение глюкозы под действием маслянокислых бактерий в масляную кислоту. Сопровождается выделением углекислого газа и водорода.

Брожение молочнокислое – превращение глюкозы под действием молочнокислых бактерий в молочную кислоту.

Брожение спиртовое – разложение глюкозы под действием дрожжей с образованием этилового спирта и углекислого газа.

Глюкоза – моносахарид состава С6Н12О6, состоящий из 6 атомов углерода, 5 гидроксильных групп и альдегидной группы. Может существовать как в виде линейной, так и циклической молекул. Вступает в реакции окисления, восстановления, ацилирования, алкилирования, подвергается молочнокислому, спиртовому, маслянокислому брожению.

Крахмал – полисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы.

Лактоза, или молочный сахар – дисахарид С12Н22О11, состоящий из остатков глюкозы и галактозы, подвергается гидролизу, может окисляться до сахариновых кислот.

Моносахариды – углеводы, не подвергающиеся гидролизу, состоят из 3–10 атомов углерода, могут образовывать циклические молекулы с одним циклом (глюкоза, фруктоза, рибоза).

Невосстанавливающие углеводы – углеводы, не содержащие альдегидной группы и не способные к реакциям восстановления (фруктоза, сахароза, крахмал).

Олигосахариды – углеводы, образующие при гидролизе от 2 до 10 молекул моносахаридов (сахароза, лактоза).

Полисахариды – углеводы, образующие при гидролизе от нескольких десятков до сотен тысяч молекул моносахаридов (целлюлоза, крахмал).

Рибоза— моносахарид, относится к пентозам. Линейная молекула содержит альдегидную группу. Образует пятичленный цикл. Входит в состав РНК.

Сахароза – дисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы и β-фруктозы. Относится к невосстанавливающим углеводам, так как не содержит альдегидную группу и не может восстанавливать гидроксид меди (II) до одновалентного оксида меди и серебро из аммиачного раствора гидроксида серебра. Является многоатомным спиртом. Подвергается гидролизу.

Углеводы – кислородсодержащие органические соединения, содержащие карбонильную и несколько гидроксильных групп.

Фруктоза – моносахарид состава С6Н12О6, относится к кетозам. Может существовать как в виде линейной молекулы, так и образовывать пятичленный цикл.

Целлюлоза – полисахарид, состоящий из остатков β-глюкозы.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Понятие об углеводах, их классификация

Углеводами называются кислородсодержащие органические соединения, содержащие карбонильную и несколько гидроксильных групп и обычно отвечающие общей формуле Сп2О)т. К углеводам относятся глюкоза, фруктоза, рибоза, сахароза, лактоза, крахмал, целлюлоза и другие. Углеводы могут существовать как в виде линейных, так и циклических молекул. Углеводы, молекулы которых могут образовывать только один цикл, называют моносахаридами (глюкоза, фруктоза, рибоза). Если молекула углевода при гидролизе распадается на несколько (от двух до десяти моносахаридов), они называются олигосахаридами (сахароза, лактоза). Углеводы, образующие при гидролизе десятки, сотни и более моносахаридов, называются полисахаридами (крахмал, целлюлоза).

Моносахариды

В молекуле моносахарида может быть от двух до десяти атомов углерода. Все моносахариды имеют окончание -оза. В названии сначала указывается количество атомов углерода, а затем прибавляется окончание: триоза, тетроза, пентоза, гексоза.

Для живых организмов наиболее важны пентоза и гексоза. Моносахариды с альдегидной группой называют альдозами (например, глюкоза), а содержащие кетогруппу – кетозами (например, фруктоза). Нумерация атомов углерода в альдозах начинается с атома альдегидной группы, а в кетозах – с крайнего атома, наиболее близкого к карбонильной группе.

Глюкоза

Самым распространённым моносахаридом в природе является глюкоза. Она содержится в сладких ягодах и фруктах. Мёд также содержит много глюкозы.

Глюкоза относится к группе гексоз, так как содержит шесть атомов углерода. Молекулы глюкозы могут быть как линейными (D-глюкоза, альдоза), так и циклическими (α и β-глюкоза). Линейная молекула глюкозы содержит на конце альдегидную группу. Общей формулой С6Н12О6 можно обозначить как глюкозу, так и фруктозу.

Фруктоза относится к кетозам и образуется пятичленный цикл. Она является изомером глюкозы. Фруктоза, также, как и глюкоза, может существовать в виде линейных и циклических молекул, в зависимости от положения заместителей у второго атома углерода различают α- и β-фруктозу.

Глюкоза – бесцветное кристаллическое вещество. Она хорошо растворяется в воде, имеет сладкий вкус. Факт наличия в молекуле глюкозы альдегидной группы доказывает реакция «серебряного зеркала». С фруктозой эта реакция не идёт. Один моль глюкозы реагирует с пятью молями уксусной кислоты с образованием сложного эфира, что доказывает наличие в молекуле глюкозы пяти гидроксильных групп. Такая реакция называется ацилированием. Если к раствору глюкозы на холоде добавить растворы сульфата меди и щелочи, то вместо осадка образуется ярко-синее окрашивание. Эта реакция доказывает, что глюкоза – многоатомный спирт. Благодаря наличию в молекуле глюкозы альдегидной группы, она может не только вступать в реакцию «серебряного зеркала», но и восстанавливать гидроксид меди (II) до одновалентного оксида. Водород в присутствии никелевого катализатора восстанавливает глюкозу до сорбита – шестиатомного спирта. В реакциях с низшими спиртами в кислой среде или с йодистым метилом в щелочной среде гидроксильные группы участвуют в образовании простых эфиров – происходит реакция алкилирования.

Глюкоза, в зависимости от условий, вступает в реакции брожения с образованием различных продуктов. Под действием молочнокислых бактерий глюкоза превращается в молочную кислоту – этот процесс получил название «молочнокислое брожение». Он используется при изготовлении кисломолочных продуктов. В присутствии дрожжей глюкоза подвергается спиртовому брожению. Этот вид брожения используется при изготовлении алкогольных напитков, а также дрожжевого теста. В этом процессе, кроме спирта, образуется углекислый газ, который делает тесто пышным. Брожение глюкозы, в результате которого образуется масляная кислота, происходит под действием особых маслянокислых бактерий. Этот вид брожения применяют в производстве масляной кислоты, эфиры которой широко используют в парфюмерии. Но если маслянокислые бактерии попадут в пищевые продукты, они могут вызвать их гниение.

Одним из продуктов фотосинтеза, который идет с участием зеленых растений, является глюкоза. Для человека и животных глюкоза является основным источником энергии для осуществления обменных процессов. В организмах животных глюкоза накапливается в виде гликогена (полисахарида, образованного остатками глюкозы). В растениях глюкоза превращается в крахмал (полисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы). Клеточные оболочки высших растений построены из целлюлозы (полисахарид, состоящий из остатков β-глюкозы).

В крови человека находится около 0,1% глюкозы. Этой концентрации достаточно для снабжения организма энергией. Но при заболевании, называемом «сахарный диабет», глюкоза не расщепляется, её концентрация в крови может достигать 12%, что приводит к серьёзным нарушениям в работе всего организма.

В лабораторных условиях глюкозу можно получить из формальдегида в присутствии гидроксида кальция. Впервые этот синтез осуществил Александр Михайлович Бутлеров в 1861 году. В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала под действием серной кислоты.

Сахароза

Самым распространенным дисахаридом является сахароза. В природе она в большом количестве находится в свёкле и в сахарном тростнике. Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы.

Сахароза – бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, в два раза слаще глюкозы. Температура плавления равна 160 оС. В результате реакции сахарозы с гидроксидом меди появляется ярко-синее окрашивание, что характерно для многоатомных спиртов, но при нагревании раствора красный осадок не образуется, что указывает на отсутствие альдегидной группы. В присутствии минеральных кислот при нагревании сахароза подвергается гидролизу, распадаясь на α-глюкозу и β-фруктозу. Если к суспензии известкового молока прилить раствор сахарозы, то осадок растворяется. Образуется растворимый в воде сахарат кальция. Эта реакция лежит в основе получения сахарозы из сахарной свеклы и сахарного тростника. Если через раствор сахарата кальция пропустить углекислый газ, то образуется осадок карбоната кальция и раствор сахарозы.

Сахарозу применяют в пищевой промышленности для изготовления кондитерских изделий, консервирования (джемы, варенья, компоты).

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет количества реагента, необходимого для реакции с глюкозой

Условие задачи: Для получения ацетоуксусного эфира глюкозы на 1 моль глюкозы необходимо 5 моль уксусной кислоты. Сколько граммов 35%-ного раствора уксусной кислоты требуется, чтобы полностью прореагировать с 10 г глюкозы, если выход продукта реакции равен 75%?

Ответ запишите в виде целого числа.

Шаг первый: найдём молярные массы глюкозы и уксусной кислоты.

М(С6Н12О6) = 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 (г/моль).

М(СН3СООН) = 2·12 + 1·16 + 4·1 = 60 (г/моль).

Шаг второй: Найдём массу уксусной кислоты, которая вступает в реакцию с 10 г глюкозы. Для этого составим пропорцию:

180 г глюкозы реагирует с 5·60 г уксусной кислоты;

10 г глюкозы реагирует с х1 г уксусной кислоты.

(г).

Шаг третий: Найдём массу уксусной кислоты с учетом выхода продукта реакции. Для этого составим пропорцию:

16,7 г уксусной кислоты прореагирует с 75% глюкозы;

х2 г уксусной кислоты прореагирует со 100% глюкозы.

(г).

Шаг четвёртый: Найдём массу 35%-ного раствора уксусной кислоты, в котором содержится 22,2 г кислоты. Для этого составим пропорцию:

В 100 г раствора содержится 35 г кислоты;

в х3 г раствора содержится 22,2 г кислоты.

(г)

Ответ: 63

2. Расчёт количества энергии, полученной организмом при расщеплении глюкозы.

Условие задачи: В процессе расщепления 1 моль глюкозы в организме человека выделяется 200 кДж энергии. В сутки старшекласснику необходимо 12500 кДж энергии. Какой процент от суточной потребности в энергии восполнит ученик, съевший 200 г винограда, если содержание глюкозы в винограде составляет 30%? Ответ запишите с точностью до десятых долей.

Шаг первый: Найдём молярную массу глюкозы:

М(С6Н12О6) = 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 (г/моль).

Шаг второй: Найдём массу глюкозы, которая содержится в 200 г винограда.

Для этого массу винограда умножим на 30% и разделим на 100%:

г.

Шаг третий: Найдём количество моль глюкозы, которое содержится в 60 г этого углевода.

Для этого массу глюкозы разделим на её молярную массу:

(моль).

Шаг четвёртый: Найдём количество энергии, которая выделится при расщеплении 0,33 моль глюкозы.

Для этого составим пропорцию:

При расщеплении 1 моль глюкозы выделяется 200 кДж энергии;

при расщеплении 0,33 моль глюкозы выделяется х1 кДж энергии.

(кДж).

Шаг пятый: Найдём, какой процент от суточной потребности составляет это количество энергии.

Для этого составим пропорцию:

12500 кДж составляет 100% суточной потребности;

66 кДж составляет х2% суточной потребности.

(%).

Ответ: 0,5.

Из чего состоит сахар — Химия жизни — Практическая химия

2 августа 2007

Нагреем в пробирке немножко сахара — вначале осторожно, а затем сильнее. Сахар плавится, приобретает коричневатую окраску, затем чернеет и, наконец, после сильного прокаливания от него остается почти чистый углерод, а в верхней части пробирки конденсируются капельки воды.

Общая формула углеводов Сm(Н2О)n, где m и n — целые числа. Большинство углеводов — отсюда и происходит их название — можно представить себе состоящими из углерода и воды. При нагревании без доступа кислорода, они, как мы только что наблюдали, распадаются на свои составные части.

Приведенная здесь формула одного из углеводов свидетельствует о том, что их молекулы имеют довольно сложное строение. С цепочкой атомов углерода, которая у важнейших видов сахаров составлена из шести атомов, связаны гидроксильные группы и атомы водорода.

Молекула содержит также остаток альдегидной группы, благодаря которому возникает так называемый кислородный мостик. Строение углеводов представлено выше на примере виноградного сахара, который химики называют глюкозой.

Наряду с приведенной кольчатой формой, в равновесии к ней в растворе глюкозы содержится небольшое количество цепной формы, содержащей альдегидную группу СН=О.

Когда гидроксильная группа присоединяется к ненасыщенной связи альдегидной группы СН = О, молекула приобретает изображенную выше кольчатую форму. Взаимные превращения цепной и кольчатой форм обратимы. За счет цепной формы глюкоза вступает в реакции, характерные для алканалей (альдегидов).

Молекулы глюкозы могут объединяться друг с другом или с молекулами других подобных сахаров, образуя длинные цепи. Говоря другими словами, они способны к поликонденсации с отделением воды. При таком соединении остатков глюкозы образуется крахмал, содержащий в среднем от 200 до 1000 звеньев глюкозы, или целлюлоза, у которой в цепь соединено еще больше — от 300 до 5000 звеньев глюкозы.

В отличие от простых сахаров такие вещества называются полисахаридами. Простые же сахара, содержащие в молекуле только одно звено, называются моносахаридами. Глюкоза является примером моносахарида.

В заключение отметим, что тростниковый сахар (сахароза), содержащийся в сахарном тростнике, сахарной свекле и некоторых других растениях, представляет собой дисахарид. Он состоит из двух звеньев — остатка молекулы глюкозы и остатка другого моносахарида, сходного с ней по строению,— фруктозы (фруктового сахара).

При нагревании сахарозу не удается разделить на эти составные части. Она только частично разлагается в ином направлении, образуя коричневатые промежуточные продукты, которые называют карамелью (жженым сахаром) и используют при изготовлении различных кондитерских изделий. Жженый сахар с еще более темной окраской служит природным красителем для некоторых продуктов питания — пива, уксуса и др. Остаток, полученный после нагревания сахара,— сахарный уголь — успешно применяется в качестве активного угля.

Чтобы разложить сахарозу на глюкозу и фруктозу, нужно присоединить к ней воду. Если просто кипятить сахар с водой, то реакция протекает слишком медленно и почти не обнаруживается. Однако эту реакцию катализируют ионы водорода. Поэтому можем ускорить расщепление сахарозы добавлением любых кислот.

Источник: Э.Гроссе, Х.Вайсмантель, «Химия для любознательных»

Сахар: описание и использование — Обзоры


В пивоварении от сахара зависит многое. Глюкоза (декстроза), фруктоза, сахароза, мальтоза, вербоза и другое. Если вы похожи на меня, то вам нужно краткое пояснение, без углубления в тонкости вроде отличия
фруктозы от глюкозы и описания кетона и альдегида карбонильной группы. Возможно, вы хотели бы получить ответы на следующие вопросы: что такое кукурузный, тростниковый, свекольный сахар? Могу ли я добавлять
в пиво обычный сахар? Мед? Кленовый сироп? Я отвечу вам.

Что такое сахар?


Прежде, чем я смогу ответить на перечисленные выше вопросы, мне нужно объяснить некоторые основы. Это не займет много времени и облегчит ваше понимание ответов. Любой сахар является углеводом – его молекулы
содержат атомы как углерода, так и водорода. Углеводы имеют общую формулу Cnh3nOn, что означает, что они содержат один атом углерода (С) и один атом кислорода (O) на каждые два атома водорода (h3). В сахаре «n»,
как правило, равно 5 или 6. Например, глюкоза имеет формулу С6Н12О6, то есть она состоит из шести атомов углерода, двенадцати атомов водорода и шести атомов кислорода. Между прочим, фруктоза также имеет формулу
С6Н12О6, но атомы в молекуле расположены по-разному.


Наиболее распространенным видом сахара является глюкоза (или декстроза, кровяной сахар, кукурузный сахар). Глюкоза является моносахаридом гексозного типа, а это означает, что она представляет собой молекулу,
состоящую из шести атомов углерода. Другие гексозы, имеющие отношение к пивоварению, это фруктоза и галактоза. По сути, все эти моносахариды одинаковы, но представляют собой изомеры друг друга, то есть их химическая
структура и расположение атомов дает им различные свойства. Например, изомер глюкозы называется фруктозой (также известной как фруктовый сахар), ее вкус слаще, чем у глюкозы.


Давайте рассмотрим сахар, обычно содержащийся в пивном сусле, которое изготовлено из 2-рядного ячменного базового солода. Основным компонентом сусла является мальтоза, которая обычно содержит около 50% от общего
количества углеводов. Затем следует мальтотриоза, которая включает в себя около 18% от общего количества углеводов. Остальная часть сусла состоит из глюкозы (10%), сахарозы (8%), фруктозы (2%) и, наконец, разнообразных
декстринов, которые вместе составляют 12% углеводов.


Мальтоза представляет собой дисахарид глюкозы. Это значит, что она состоит из двух молекул глюкозы. Сахароза является еще одним дисахаридом и состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Сахароза
имеет растительное происхождение и используется в качестве столового сахара во всем мире. Среди источников, из которых получается сахар, можно назвать сахарный тростник, свеклу, кленовый сок и нектар. Мальтотриоза
является трисахаридом, состоящим из трех молекул глюкозы. Декстрины (иначе, олигосахариды) являются крупными углеводами, состоящими из более чем трех моносахаридных групп. Моносахариды слаще на вкус, чем полисахариды.
В порядке убывания сладости: фруктоза, сахароза, глюкоза, мальтоза, мальтотриоза. Смотрите таблицу ниже с дальнейшим описанием этих сахаридов.

Брожение


Очевидно, дрожжи – это очень последовательные маленькие организмы. Хотя сахароза, как правило, составляет лишь небольшую часть сусла, исследования показали, что большинство штаммов пивных дрожжей первым делом
разбивают сахарозу на глюкозу и фруктозу. После того, как сахароза разбита, дрожжевые клетки сперва поглощают глюкозу, а затем фруктозу, мальтозу и, наконец, мальтотриозу. Некоторые штаммы дрожжей ведут себя иначе,
поглощая мальтозу одновременно с моносахаридами, но это исключение.


Большинство штаммов дрожжей – глюкофилы и поглощают основную часть глюкозы в сусле перед тем, как взяться за другие моносахариды. Они также ферментируют большинство моносахаридов до начала действия с мальтозой
и мальтотриозой. Известно, что высокие уровни глюкозы и фруктозы в сусле (например, >15-20%) будут препятствовать ферментации мальтозы. Это репрессивное поведение часто является причиной «застрявших» взвесей в
сусле. Взвеси содержат много рафинированного сахара – дрожжи ферментируют моносахариды, на чем их работа заканчивается, в результате чего более половины от общего количества сахаров прекращают ферментацию.


Дрожжи метаболизируют различные виды сахара в сусле по-разному. Для поглощения дисахарида сахарозы, дрожжи используют фермент инвертазы, который работает за пределами клетки, чтобы гидролизовать молекулу на ее
компоненты — глюкозу и фруктозу. Молекулы глюкозы и фруктозы затем переносятся через клеточную стенку и метаболизируются внутри клетки. С другой стороны, мальтоза и мальтотриоза переносятся внутрь клетки, а затем
разбиваются на глюкозы с помощью фермента мальтозы. Несмотря на то, что фермент для обоих видов сахара один и тот же, мальтоза, как правило, поглощается в первую очередь. Это указывает на то, что ход переноса
клеточной стенки для двух видов сахара различен. Может быть, мальтотриоза слишком велика, чтобы пройти в дверь мальтозы.


Основная мысль заключается в том, что все виды сахара для брожения расщепляются на моносахариды вроде глюкозы перед тем, как за них возьмутся дрожжи. Дрожжи, очевидно, предпочитают поедать их сахар постепенно. Это
имеет значительные последствия для производства сусла в нашей погоне за новыми рецептами и неповторимыми стилями.

Сахар, используемый в пивоварении


Множество видов сахара может использоваться в производстве пива. Теперь, когда вы знаете, чем и когда питаются дрожжи, мы можем определиться с их выбором. Это ставит нас перед вопросом: зачем брать что-либо другое,
кроме сахара, который получается естественным путем из ячменя? Что ж, есть несколько причин:

  1. Повысить крепость без повышения плотности пива
  2. Уменьшить плотность пива, сохраняя крепость
  3. Добавить новые оттенки вкуса
  4. Насытить пиво для появления газа


Первые две причины – это две стороны одной медали, но показывают два разных подхода к пиву с рафинированным сахаром. Бельгийский крепкий золотой эль имеет плотность 1.065-1.080. В его производстве используется
бельгийский сахар для получения ясного, крепкого, но легкого напитка. Американское легкое пиво имеет плотность 1.035–1.050, а в ходе приготовления берется кукурузный и тростниковый сахар или рисовый сироп. Получается
легкое пиво со средним содержанием спирта, которое лучше всего подойдет для дня работы с газонокосилкой. Большинство американских пивоваров используют кукурузу или рис, или кукурузный сироп с набором углеводов, похожим
на такой же в многосолодовом сусле. Для низкоуглеродистых сортов пива берут простые виды сахара.


Разные виды сахара производят разные вкусы. Моносахариды не имеют ярко выраженного вкуса, кроме сладости. Однако, природные источники вроде меда или кленового сиропа и простые виды полученного сахара, такие, как
черная патока, отличаются яркими оттенками, которые придадут пиву приятные нотки. В этом заключена вся суть домашнего пивоварения – взятие за основу привычного рецепта и добавление составляющих по вашему усмотрению.
Вы можете приготовить портер с кленовым сиропом, или медово-клубничное пиво – возможности неисчислимы. С другой стороны, я выработал формулу, которая поможет вам в вашем творчестве: «Скромность – лучшая часть вкуса».
Напиток с 20% черной патоки будет на вкус как черная патока, а не пиво.


Наконец, насыщение (прайминг) пива – добавление около 1 единицы плотности ферментируемого сахара на 1 литр пива для карбонирования (выделения углекислого газа). Большинство наших ребят не хочет изменять вкус на стадии
варения, им просто нужно получить сахар для карбонирования. Другие думают добавить нотки в конце приготовления. Как бы там ни было, вы можете выбрать один из видов сахара.

Глюкоза


Наиболее используемым видом простого сахара для пивоварения является кукурузный сахар. Он содержит примерно 95% твердых частиц и 5% жидкости. Твердые частицы примерно на 99% состоят из глюкозы. Кукурузный сахар хорошо
рафинирован и не содержит кукурузного вкуса. Пивовары, которые ищут такой вкус, например, в американском пилснере, должны будут добавить в сусло кукурузные зерна.


Как я говорил ранее, мы знаем, что сравнительно большие объемы глюкозы в сусле (свыше 15-20%) будут препятствовать ферментации мальтозы. Ферментация может пострадать, если в сусле дрожжей недостаточно, или есть нехватка
свободных амино-азотных соединений (FAN) или других питательных веществ.


Другой источник глюкозы — твердые частицы рисового сиропа. Например, один из видов глюкозы состоит из ферментируемого сахара на 75% (50% глюкозы, 25% мальтозы), на 20% из других углеводов (декстринов) и на 5% из жидкости.
Рисовый сироп понадобится для приготовления бадвайзера.

Сахароза


Чистая сахароза является эталонным стандартом для любого ферментируемого сахара, поскольку она отдает 100% своего веса в качестве вытяжки. Сахароза не содержит 5% влаги, как глюкоза. 0.5 килограмма сахарозы, растворенной
в достаточном количестве воды, дает выход до 4 литров плотностью 1,046.


Множество рецептов напитков не обходится без сахарозы или ее производных. И сахарная свекла, и сахарный тростник используются в производстве столового сахара, а их производные неотличимы. Тем не менее, для пивоварения
свекла не годится. Черная патока является распространенным побочным продуктом и нужна для получения коричневого сахара. В ходе брожения патока создает ромовые нотки и сладкие ароматы. Коричневый сахар содержит лишь
небольшое количество черной патоки и добавляет легкий привкус рома к пиву.


Бельгийский сахар – это карамелизированная до определенной степени сахароза, показателем этой степени является свет. Темный бельгийский сахар, в отличие от янтарного, имеет более карамельный вкус. Помимо вкусовых свойств,
бельгийский сахар ничем не отличается от столового.


Сиропы инвертного сахара, вроде золотого сиропа Лайла, сделаны из сахарозы, гидролизованной для отделения глюкозы и фруктозы. Это имеет двоякий эффект: во-первых, делает сахар более густым и менее предрасположенным к
кристаллизации. Во-вторых, это делает его слаще. Инвертный сахарный сироп, подобный искусственному меду, не имеет узнаваемого медового вкуса. Золотистые сиропы более соленые из-за кислотных реакций, происходящих во
время их производства. В состав патоки входит инвертный сахар и другие сиропы. Патока придает напитку сильные нотки, поэтому лучше всего использовать ее в более плотных сортах пива, например, в английских крепких элях,
портерах и стаутах. Половина чашки на 20 литров – таков приблизительный расчет.

Кленовый сироп


Кленовый сок обычно содержит около 2% сахарозы. Сироп соответствует как минимум 66° по шкале Брикса, и, как правило, имеет в составе 95% сахарозы или более. Сироп категории Б может содержать 6% инвертного сахара, в то
время как свело-янтарный категории А – менее 1%. Вы получите больше кленового вкуса из сиропа «Б». Характерные кленовые ароматы, как правило, теряются во время первичного брожения, так что для сохранения вкуса
рекомендуется добавление сиропа после окончания первичного брожения. Этот ход также поможет для более полной ферментации браги, поскольку не приведет к остановке работы мальтозы, о которой мы говорили ранее. Чтобы
достичь ощутимого аромата клена, возьмите 1 литр сиропа «Б» на каждые 5 литров пива.

Мед


Сахар, содержащийся в меду, ферментируется на 95% и обычно состоит из 38% фруктозы, 30% глюкозы, 8% различных дисахаридов и 3% не ферментирующих декстринов. В меду также есть дикие дрожжи и бактерии, но малые доли
воды (обычно около 18%) держат эти микроорганизмы в спящем состоянии. Следующая составляющая меда – фермент амилазы, разбивающийся на ферментируемый и не ферментирующий сахар (вроде мальтозы и сахарозы) и крахмал.
По этим причинам, мед нужно пастеризовать перед добавлением в ферментатор. Сайт www.nhb.org советует пастеризовать мед в течение 30 минут при 80°C, охладить и добавить в сусло. Для сохранения вкуса меда, его следует
добавлять при первичном брожении.


Также рекомендуется придерживаться таких соотношений: добавьте 3-10% меда в светлый эль и пиво. Добавьте 11-30% для более выраженного вкуса. Нужно рассмотреть такие составляющие, как хмель, карамелизированный или
жареный солод, пряности и другое. Это уравновесит сильное участие меда. 30-66% меда будут еще более ощутимы во вкусе пива. Такая доля присутствует в браггате (напиток из меда и солода) и считается предельно высокой.
66–100% дадут вам уже не пиво, а мед, известный древним славянам и скандинавам.

Насыщение (прайминг)


Как говорилось ранее, при насыщении вы можете выбрать один из двух путей – спрятать сахар или вывести его на первый план. Моносахариды и чистая сахароза позволяют карбонировать пиво, не меняя вкуса. Другие производные
сахарозы: бельгийский сахар, инвертный сахарный сироп, медовый и кленовый сироп, придадут напитку некоторые вкусовые нотки. Следующий вопрос – сколько взять?


Наиболее частый ответ – 3/4 чашки (113 г) кукурузного сахара на 19 литров браги. Это произведет около 2.5 единиц двуокиси углерода, что свойственно большинству европейских и американских видов белого эля. 0.1 литра
произведут немного меньше углекислого газа (около 2 единиц), а 0.12 – до 3 единиц. Более подробные сведения ищите в книге «Как варить пиво», доступной на сайте www.howtobrew.com. Давайте рассчитаем, как много меда
нужно на 113 г кукурузного сахара.


Уравнение:


(вес A)(процентный показатель твердых частиц А)(ферментирующая способность A) = (Вес Б)(процентный показатель твердых частиц Б)(ферментирующая способность B),


где А – сахар, чей вес, доля твердых частиц и ферментирующая способность известны, а Б – сахар, чья доля твердых частиц и ферментирующая способность известны. Подставив цифры, мы получим:


(113 г)(90%)(100%) = (X)(82%)(95%)


Х составит 131 г. Итак, насыщение браги 131 граммом меда должно дать карбонирование, соответствующее добавлению 113 г кукурузного сахара.


Другой подход к этому вопросу лежит в рассмотрении сахара соответственно выработке, то есть выясняя ответ на вопрос: «Какая будет плотность браги, если добавить в нее определенного количества сахара?»


Таблица



показывает выход некоторых видов сахара. Знание выхода позволит вам вычислить, насколько повысится плотность пива после добавления сахара. Столбец «Ферментирующая способность» (см. таблицу) показывает
долю сахара, используемого дрожжами.


Используя точные цифры выхода из таблицы, мы получим:


(113 г)(42)(100%) = (X)(38)(95%)


Х = 291 г меда. Вычисление для других производных сахарозы несложно, поскольку сахар, как правило, на 100% ферментируется. Есть исключение – частично рафинированный сахар вроде черной патоки, где
присутствуют примеси. Солодовая вытяжка обычно имеет значительную долю не ферментирующего сахара, около 60-85%, в зависимости от вида и штамма дрожжей. Типичная ферментируемость для вытяжки составляет около 75%.

Итог


Пивоварение во многом зависит от выбора сахара, а сахар всегда разбивается на моносахариды при брожении. Тем не менее, дрожжи обрабатывают каждый вид сахара по-разному и разбивают его на глюкозу и фруктозу.
Эти различия повлияют на брожение. Обычно, высокое содержание глюкозы и фруктозы в браге будут препятствовать ферментации мальтозы и мальтотриозы, что нежелательно.


Таким образом, богатые моносахаридами добавки нужно добавлять после окончания первичного шага брожения. Тем не менее, сахар используют для насыщения браги. Надеюсь, эта статья поможет вам понять некоторые
тонкости пивоварения.


Джон Палмер, автор книги «Как варить пиво» («How to Brew» 2001, Defenestrative).

Какова химическая формула сахара?

Химическая формула сахара зависит от того, о каком сахаре вы говорите и какая формула вам нужна. Столовый сахар — это общее название сахара, известного как сахароза. Это тип дисахарида, состоящий из комбинации моносахаридов глюкозы и фруктозы. Химическая или молекулярная формула сахарозы: C 12 H 22 O 11 , что означает, что каждая молекула сахара содержит 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода.

Тип сахара, называемый сахарозой, также известен как сахароза. Это сахарид, который производится на многих различных заводах. Большинство столового сахара получают из сахарной свеклы или сахарного тростника. Процесс очистки включает обесцвечивание и кристаллизацию для получения сладкого порошка без запаха.

Английский химик Уильям Миллер придумал название сахароза в 1857 году, объединив французское слово sucre, что означает «сахар», с химическим суффиксом -ose, который используется для всех сахаров.

Формулы для различных сахаров

Однако, помимо сахарозы, существует много разных сахаров.

Другие сахара и их химические формулы включают:

Арабиноза — C 5 H 10 O 5

Фруктоза — C 6 H 12 O 6

Галактоза — C 6 H 12 O 6

Глюкоза — C 6 H 12 O 6

Лактоза — C 12 H 22 O 11

Инозитол — C 6 H 12 O 6

Манноза — C 6 H 12 O 6

Рибоза — C 5 H 10 O 5

Трегалоза — C 12 H 22 O 11

Ксилоза — C 5 H 10 O 5

Многие сахара имеют одну и ту же химическую формулу, поэтому различать их — не лучший способ.Кольцевая структура, расположение и тип химических связей, а также трехмерная структура используются для различения сахаров.

сахара | Определение, типы, формула, обработка, использование и факты

Сахар , любое из многочисленных сладких, бесцветных, водорастворимых соединений, присутствующих в соке семенных растений и молоке млекопитающих и составляющих простейшую группу углеводов. Самый распространенный сахар — это сахароза, кристаллический столовый и промышленный подсластитель, используемый в пищевых продуктах и ​​напитках.

сахарный тростник

Сахарный тростник.

© Hywit Dimyadi / Shutterstock.com

В качестве химического термина «сахар» обычно относится ко всем углеводам общей формулы C n (H 2 O) n . Сахароза — это дисахарид или двойной сахар, состоящий из одной молекулы глюкозы, связанной с одной молекулой фруктозы. Поскольку одна молекула воды (H 2 O) теряется в реакции конденсации, связывающей глюкозу с фруктозой, сахароза представлена ​​формулой C 12 H 22 O 11 (по общей формуле C n [H 2 O] n — 1 ).

Сахароза содержится почти во всех растениях, но она встречается в концентрациях, достаточно высоких для экономического восстановления, только в сахарном тростнике ( Saccharum officinarum ) и сахарной свекле ( Beta vulgaris ). Первый — это гигантская трава, растущая в тропических и субтропических областях; последний — корнеплод, произрастающий в зонах умеренного климата. Сахарный тростник составляет от 7 до 18 процентов сахара по весу, а сахарная свекла — от 8 до 22 процентов сахара по весу. Сахароза из любого источника (или из двух относительно второстепенных источников, сахарного клена и финиковой пальмы) представляет собой одну и ту же молекулу, что дает 3.94 калории на грамм, как и все углеводы. Различия в сахарных продуктах обусловлены другими компонентами, изолированными сахарозой.

сахарный тростник; сахарная свекла

Структуры сахарного тростника (слева) и сахарной свеклы (справа).

Encyclopædia Britannica, Inc.

Первой культурой сахарного тростника был сахарный тростник, выведенный из диких сортов в Ост-Индии, вероятно, в Новой Гвинее. Сахарная свекла была выращена в Европе в 19 веке во время наполеоновских войн, когда Франция искала альтернативный отечественный источник сахара, чтобы спасти свои корабли от блокады источников сахарного тростника в Карибском бассейне.Собранный сахарный тростник нельзя хранить из-за разложения сахарозы. По этой причине тростниковый сахар обычно производится в два этапа: производство сахара-сырца происходит в районах выращивания тростника, а переработка в пищевые продукты происходит в странах-потребителях сахара. С другой стороны, сахарная свекла может храниться и поэтому обычно перерабатывается в белый сахар в один этап.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Сахар | Химическая формула

Химическая формула столового сахара

Глюкоза и фруктоза — это моносахаридных сахаров.Моносахарид — это наименьшая единица сахара, моно означает 1.

Сахароза обычно называется столовым сахаром и представляет собой дисахарид . Дисахарид — это сахар, состоящий из двух сахарных единиц, di означает 2.

Сахароза производится, когда глюкоза и фруктоза соединяются вместе посредством реакции конденсации . В процессе удаляется молекулы воды. См. Следующее уравнение.

C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 => C 12 H 22 O 11 + H 2 O

глюкоза + фруктоза => сахароза + вода

Подсказка: Это простой способ запомнить химическую формулу сахарозы. 2 x C 6 H 12 O 6 — H 2 O = C 12 H 22 O 11

Молекулярная формула сахарозы: C 12 H 22 O 11

Сахар представляет собой белую кристаллическую группу растворимых углеводов, которые имеют сладкий вкус.Эти молекулы сахара включают глюкозу, сахарозу, лактозу, фруктозу, мальтозу, лактозу и галактозу. Молекулы сахара классифицируются как моносахаридов, или дисахаридов. В следующей таблице перечислены распространенные молекулы сахара и их химическая формула.

Имя

Тип сахара (моно = 1 или ди = 2 единицы сахара)

Химическая формула сахара

Глюкоза

Моносахарид

С 6 В 12 О 6

Фруктоза

Моносахарид

С 6 В 12 О 6

Галактоза

Моносахарид

С 6 В 12 О 6

Лактоза

Дисахарид (глюкоза + галактоза)

С 12 В 22 О 11

Сахароза

Дисахарид (глюкоза + фруктоза)

С 12 В 22 О 11

Мальтоза

Дисахарид (глюкоза + глюкоза)

С 12 В 22 О 11

Моносахариды , глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую молекулярную формулу, но различаются по своей молекулярной структуре.

Три общих дисахарида лактоза, сахароза и мальтоза также имеют одинаковую молекулярную формулу, но отличаются структурной формулой

Лактоза также известна как «молочный сахар», потому что она в основном содержится в молочных продуктах. Непереносимость лактозы — это генетическое заболевание, которое поражает многих людей, у которых отсутствует фермент, необходимый для расщепления лактозы на глюкозу и галактозу. Это предотвращает усвоение лактозы организмом.

Сахароза получают из сахарного тростника и сахарной свеклы и обычно называют столовым сахаром.

Глюкозная песня

Наука о конфетах: что такое сахар?

Что
это сахар?

белое вещество, которое мы знаем как сахар, — это сахароза, молекула, состоящая из
из 12 атомов углерода, 22 атомов водорода и 11 атомов
кислорода (C 12 H 22 O 11 ).
Как и все соединения, состоящие из этих трех элементов, сахар
это углевод.Он естественным образом содержится в большинстве растений,
но особенно в сахарном тростнике и сахарной свекле — отсюда и их
имена.

сахароза
на самом деле два простых сахара, слипшихся вместе: фруктоза
и глюкоза. В рецептах немного кислоты (например,
немного лимонного сока или винного камня) вызовет сахарозу
чтобы разбить на эти два компонента.

Если
присмотритесь к сухому сахару, вы заметите, что он
в маленьких кубовидных формах.Это кристаллы сахара, упорядоченные
расположение молекул сахарозы.

Меньше
под микроскопом видно, что кристаллы сахара не
кубики точно, но продолговатые и скошенные с обоих концов.

(Изображение
любезно предоставлено Департаментом питания и управления пищевыми продуктами, Орегон
Государственный университет)

Что
происходит при нагревании раствора сахара?

Когда
вы добавляете сахар в воду, кристаллы сахара растворяются и
сахар переходит в раствор.Но ты не можешь раствориться
бесконечное количество сахара в фиксированный объем воды.
Когда в растворе растворено столько сахара, сколько
возможно, раствор называется насыщенным.

точка насыщения различна при разных температурах.
Чем выше температура, тем больше сахара можно удержать.
в растворе.

Когда
вы готовите партию конфет, вы варите сахар, воду и
различные другие ингредиенты до чрезвычайно высоких температур.При таких высоких температурах сахар остается в растворе,
хотя большая часть воды выкипела. Но когда
конфета готовится и начинает остывать, есть
больше сахара в растворе, чем обычно возможно. Решение
считается перенасыщенным сахаром.

Перенасыщение
это нестабильное состояние. Молекулы сахара начнут
кристаллизоваться обратно в твердое тело при малейшей провокации.
Любое перемешивание или толчки может привести к потере сахара.
начать кристаллизоваться.

Почему
кристаллы нежелательны в некоторых рецептах конфет, и
как остановить их формирование?

Мешает
агентов

(Изображение любезно предоставлено Департаментом питания и управления пищевыми продуктами,
Государственный университет Орегона)

В
тот факт, что сахар затвердевает в кристаллы, чрезвычайно важен
в изготовлении конфет.В основном есть две категории конфет
кристаллический (конфеты, содержащие кристаллы в
их готовая форма, такая как помадка и помадка), и некристаллические ,
или аморфные (конфеты, не содержащие кристаллов,
такие как леденцы, ириски и карамель). Ингредиенты рецепта
и процедуры для некристаллических конфет специально
предназначен для предотвращения образования кристаллов сахара, потому что
они придают полученной конфете зернистую текстуру.

Один
способ предотвратить кристаллизацию сахарозы в конфетах
чтобы убедиться, что есть другие виды сахара — обычно
фруктоза и глюкоза — мешают. Крупные кристаллы
сахарозы сложнее образуется, когда молекулы
вокруг есть фруктоза и глюкоза. Кристаллы что-то образуют
как Лего, соединяющиеся вместе, за исключением того, что вместо Лего
штук, есть молекулы. Если некоторые из молекул
другого размера и формы, они не подходят друг другу,
и кристалл не образуется.

А
простой способ добавить в смесь другие виды сахара —
«инвертировать» сахарозу (основной белый сахар,
хорошо знаю), добавив в рецепт кислоту. Кислоты, такие как
лимонный сок или крем из зубного камня вызывают расщепление сахарозы
(или преобразовать) в два более простых компонента, фруктозу и
глюкоза. Другой способ — добавить сахар без сахара, например
как кукурузный сироп, который в основном состоит из глюкозы. Некоторые рецепты леденцов
используйте до 50% кукурузного сиропа; это для предотвращения сахара
кристаллы от разрушения текстуры.

Жиры
в конфетах служат аналогичной цели. Жирные ингредиенты, такие
поскольку сливочное масло препятствует кристаллизации — опять же,
препятствуя молекулам сахарозы, которые
пытаясь замкнуть вместе кристаллы. Ирис обязан своей гладкости
текстура и легкая ломкость, отсутствие кристаллов сахара,
благодаря большому количеству масла в смеси.

Молекула сахара: структура и формула — видео и стенограмма урока

Моносахариды

Моносахариды являются простейшими сахаридами, потому что они не могут быть расщеплены на более мелкие сахара.Общая формула моносахарида — (Ch3O) n, где n равно трем или более. На рисунке 1 показан пример простейшего моносахарида дигидроксиацетон (DHA), который представляет собой 3-углеродный сахар.

Молекулярная структура DHA

Наиболее известными моносахаридами являются, вероятно, глюкоза и фруктоза . Глюкоза — это молекула, которую наш организм может использовать для производства АТФ, который является энергетической молекулой наших клеток.Фруктоза содержится в меде и фруктах, а глюкоза — в большинстве продуктов.

Дисахариды

Когда вы думаете о сахаре, вы, вероятно, думаете о белых сладких вещах, которые ваша мама не хотела, чтобы вы клали во все хлопья для завтрака. Это сахароза , дисахарид, состоящий из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Дисахариды состоят из двух моносахаридов, связанных кислородной связью. На рисунке 2 показаны глюкоза, фруктоза и их комбинация, сахароза.

Молекулярные структуры глюкозы, фруктозы и сахарозы

Реакция образования дисахарида из моносахарида имеет два названия; 1) реакция конденсации или 2) синтез дегидратации . Любое название процесса является правильным. Название реакции подсказывает, что происходит. То есть, когда два моносахарида конденсируются с образованием дисахарида, это называется реакцией конденсации.Когда они конденсируются, молекула воды теряется. Потеря воды — это дегидратация , в то время как образование чего-то нового — синтез , таким образом альтернативное название дегидратационный синтез .

Красный прямоугольник на рис. 2 показывает потерянную молекулу воды. Две группы -ОН, по одной от каждого сахара, объединяются с образованием воды. Вода теряется в окружающей среде. Оставшаяся молекула кислорода образует мостик между двумя сахарами.

Все организмы используют сахара для производства АТФ для получения энергии.И фруктоза, и глюкоза могут использоваться для производства АТФ; однако фруктоза дает меньше АТФ, чем глюкоза. Дисахариды не используются напрямую для производства АТФ. Они должны расщепляться на глюкозу и фруктозу.

Процесс, который мы используем для разложения дисахаридов, называется гидролиз . Это противоположно реакции образования. В частности, при гидролизе к сахарозе добавляется молекула воды. Это разрывает связь между глюкозой и фруктозой. Мы можем напрямую использовать глюкозу для производства АТФ или хранить ее как гликоген .Гликоген — это просто несколько соединенных вместе молекул глюкозы. Он очень похож на сеть с цепочками молекул глюкозы, обернутыми вокруг белкового центра (рис. 3).

Молекулярная структура гликогена

Полисахариды и олигосахариды

Полисахариды и олигосахариды представляют собой сложные углеводы. Полисахарид считается сложным, потому что он имеет сотни моносахаридов, связанных вместе в несколько цепей.Как вы, наверное, догадались, гликоген — это полисахарид. Крахмал также является полисахаридом. Обе эти молекулы используются для хранения молекул сахара. Животные используют гликоген, а растения — крахмал (как в картофеле).

Олигосахарид — это также несколько связанных вместе молекул сахара. Однако, в отличие от полисахаридов, которые содержат сотни сахаридов, олигосахариды содержат от двух до десяти моносахаридов. Инулин , распространенный олигосахарид, содержащийся в пище, является одним из примеров (см. Рисунок 4).

Молекулярная структура инулина

Олигосахариды, такие как инулин, имеют присоединенные к ним дополнительные молекулы, не содержащие сахара. Их называют боковыми цепями , и они придают олигосахаридам множество различных свойств и позволяют использовать их разными способами. Например, у инулина есть боковые цепи, которые не усваиваются человеком. Однако эти боковые цепи очень важны для полезных бактерий (пробиотики) в нашем кишечнике, потому что они могут использовать их в пищу.Действительно, во многие продукты с пробиотиками также добавлен инулин.

Резюме урока

Давайте рассмотрим:

Сахара являются членами семейства углеводов сахаридов . Сахара — это органические соединения, содержащие только углерод, водород и кислород. Существует четыре основных типа сахаридов: моносахаридов , дисахаридов , олигосахаридов и полисахаридов . Моносахариды и дисахариды считаются простыми сахарами, поскольку они являются простейшими из сахаридов.Олигосахариды и полисахариды представляют собой сложные углеводы, потому что их структуры содержат либо сотни сахаров, либо другие молекулы.

Сахар химическая формула

Сахар, также известный как сахароза, сахароза или химическое название α-D-глюкопиранозил, представляет собой углевод, широко используемый в пищевой промышленности и при приготовлении пищи в домашних условиях.

Формула и структура: Химическая формула сахарозы: C 12 H 22 O 11 , а молярная масса — 342.30 г моль -1 . Структура представляет собой дисахарид, образованный двумя субъединицами, одной из глюкозы и одной единицей фруктозы. Кристаллическая структура моноклинная. Его химическая структура может быть записана, как показано ниже, в общих представлениях, используемых для органических молекул.

Происхождение: сахарозу экстрагируют из сахарного тростника или сахарной свеклы. Он также содержится во многих растениях, нектарах и участвует в метаболизме многих млекопитающих, насекомых и птиц.

Препарат: В промышленности не синтезируется.В основном его добывают из сахарного тростника или сахарной свеклы. Были попытки разработать стратегии синтеза сахарозы, но это экономически невыгодно.

Физические свойства: Сахароза — белое кристаллическое твердое вещество без запаха и сладкого вкуса. Он хорошо растворяется в воде (2000 г / л) и других полярных растворителях. Его плотность составляет 1,587 г / мл -1 . У сахарозы нет температуры плавления, она разлагается до 186 C.

Химические свойства: Сахароза образована двумя субъединицами других очень известных сахаров: фруктозой и глюкозой.Один из них представляет собой шестичленный гетероцикл (кольцо глюкозы), а другой — пятичленный гетероцикл (кольцо фруктозы), оба кольца связаны гликозидной связью. Его высокая растворимость в воде обусловлена ​​наличием в молекулах нескольких гидроксильных групп, которые делают это соединение полярной структурой. Другой важной характеристикой является то, что сахароза не имеет температуры плавления, вместо этого она разлагается до 186 ° C, образуя карамель в реакции, которая широко используется в пищевой промышленности.

Применение: Сахароза — главный ингредиент современного сладкого производства.Его используют в домашних условиях для приготовления десертов, а также в качестве консерванта в пищевой промышленности. Его также можно добавлять в некоторые лекарства, пилюли и сиропы.

Воздействие на здоровье / опасность для безопасности: Сахар не является опасным веществом, однако при чрезмерном потреблении он вызывает множество проблем со здоровьем, например: кариес, высокий гликемический индекс, диабет и ожирение.

3.3: Формула масс — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Для определения эмпирической формулы соединения по его массовому составу.
  • Вывести молекулярную формулу соединения на основе его эмпирической формулы.

Когда новое химическое соединение, такое как потенциально новое лекарство, синтезируется в лаборатории или выделяется из природного источника, химики определяют его элементный состав, его эмпирическую формулу и структуру, чтобы понять его свойства. В этом разделе основное внимание уделяется тому, как определить эмпирическую формулу соединения, а затем использовать ее для определения молекулярной формулы, если молярная масса соединения известна.

Формула и молекулярная масса

По формуле вес вещества представляет собой сумму атомных масс каждого атома в его химической формуле . Например, вода (H 2 O) имеет вес по формуле:

\ [2 \ times (1.0079 \; а.е.м.) + 1 \ times (15.9994 \; amu) = 18.01528 \; amu \]

Если вещество существует в виде дискретных молекул (как с атомами, которые химически связаны между собой ), то химическая формула — это молекулярная формула , а формула с массой — это с молекулярной массой .Например, углерод, водород и кислород могут химически связываться с образованием молекулы сахара , глюкозы с химической и молекулярной формулой C 6 H 12 O 6 . Формульный вес и молекулярный вес глюкозы составляют:

\ [6 \ раз (12 \; amu) + 12 \ times (1.00794 \; amu) + 6 \ times (15.9994 \; amu) = 180.0 \; amu \]

Ионные вещества не связаны химически и не существуют в виде дискретных молекул. Однако они действительно объединяются в дискретных соотношениях ионов.Таким образом, мы можем описать их формулы масс, но не их молекулярные массы . Например, столовая соль (\ (\ ce {NaCl} \)) имеет формульный вес:

\ [23,0 \; а.е.м. + 35,5 \; а.е.м. = 58,5 \; а.е.м.]

Процентное содержание формулы

В некоторых типах анализа важно знать массовых процентов каждого типа элемента в соединении. Закон определенных пропорций гласит, что химическое соединение всегда содержит одинаковую пропорцию элементов по массе; то есть процентный состав — процентное содержание каждого элемента, присутствующего в чистом веществе — , константа (хотя есть исключения из этого закона).Возьмем, например, метан (\ (CH_4 \)) с формулой и молекулярной массой:

\ [1 \ times (12.011 \; amu) + 4 \ times (1.008) = 16.043 \; amu \]

относительные (массовые) проценты углерода и водорода равны

\ [\% C = \ dfrac {1 \ times (12.011 \; amu)} {16.043 amu} = 0,749 = 74.9 \% \]

\ [\% H = \ dfrac {4 \ times (1.008 \; amu)} {16.043 \; amu} = 0,251 = 25,1 \% \]

Более сложным примером является сахароза (столовый сахар), которая содержит 42,11% углерода, 6,48% водорода и 51.41% кислорода по массе. Это означает, что 100,00 г сахарозы всегда содержат 42,11 г углерода, 6,48 г водорода и 51,41 г кислорода. Сначала молекулярная формула сахарозы (C 12 H 22 O 11 ) используется для расчета массового процента составляющих элементов; Затем массовый процент можно использовать для определения эмпирической формулы .

Согласно молекулярной формуле каждая молекула сахарозы содержит 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода.Следовательно, моль молекул сахарозы содержит 12 моль атомов углерода, 22 моль атомов водорода и 11 моль атомов кислорода. Эта информация может быть использована для расчета массы каждого элемента в 1 моль сахарозы, что дает молярную массу сахарозы. Эти массы затем можно использовать для расчета процентного состава сахарозы. С точностью до трех знаков после запятой производятся следующие вычисления:

\ [\ text {масса C / моль сахарозы} = 12 \, моль \, C \ times {12.011 \, г \, C \ over 1 \, mol \, C} = 144.132 \, g \, C \ label {3.1.1a} \]

\ [\ text {масса H / моль сахарозы} = 22 \, моль \, H \ times {1,008 \, г \, H \ over 1 \, mol \, H} = 22,176 \, г \, H \ label {3.1.1b} \]

\ [\ text {масса O / моль сахарозы} = 11 \, моль \, O \ times {15.999 \, г \, O \ over 1 \, mol \, O} = 175.989 \, g \, O \ label {3.1.1c} \]

Таким образом, 1 моль сахарозы имеет массу 342,297 г; Обратите внимание, что более половины массы (175,989 г) составляет кислород, а почти половина массы (144,132 г) — углерод.

Массовый процент каждого элемента в сахарозе — это масса элемента, присутствующего в 1 моль сахарозы, деленная на молярную массу сахарозы, умноженную на 100 для получения процента. Результат отображается с двумя десятичными знаками:

\ [\ text {мас.% C в сахарозе} = {\ text {масса C / моль сахарозы} \ over \ text {молярная масса сахарозы}} \ times 100 = {144,132 \, г \, C \ более 342,297 \, г / моль} \ раз 100 = 42,11 \% \]

\ [\ text {мас.% H в сахарозе} = {\ text {масса H / моль сахарозы} \ over \ text {молярная масса сахарозы}} \ times 100 = {22.176 \, г \, H \ более 342,297 \, г / моль} \ раз 100 = 6,48 \% \]

\ [\ text {мас.% O в сахарозе} = {\ text {масса O / моль сахарозы} \ over \ text {молярная масса сахарозы}} \ times 100 = {175.989 \, g \, O \ over 342.297 \, г / моль} \ раз 100 = 51,41 \% \]

Это можно проверить, убедившись, что сумма процентов всех элементов в составе составляет 100%:

\ [42,11 \% + 6,48 \% + 51,41 \% = 100,00 \% \]

Если сумма не 100%, в расчетах допущена ошибка.(Однако округление до правильного числа десятичных знаков может привести к тому, что общее количество будет немного отличаться от 100%.) Таким образом, 100,00 г сахарозы содержат 42,11 г углерода, 6,48 г водорода и 51,41 г кислорода; с точностью до двух знаков после запятой процентный состав сахарозы действительно составляет 42,11% углерода, 6,48% водорода и 51,41% кислорода.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): процентный и абсолютный состав сахарозы

Также можно рассчитать массовые проценты, используя атомные массы и молекулярные массы с атомными единицами массы.Поскольку ответ представляет собой соотношение, выраженное в процентах, единицы массы отменяют, являются ли они граммами (с использованием молярных масс) или атомными единицами массы (с использованием атомных и молекулярных масс).

Пример \ (\ PageIndex {1} \): NutraSweet

Аспартам — это искусственный подсластитель, продаваемый как NutraSweet and Equal. Его молекулярная формула \ (\ ce {C14h28N2O5} \).

Молекулярная структура аспартама. (CC BY-NC-SA 3.0; анонимно)

  1. Рассчитайте массовый процент каждого элемента в аспартаме.
  2. Рассчитайте массу углерода в пакете Equal 1,00 г, предполагая, что это чистый аспартам.

Дано : молекулярная формула и масса образца

Запрошенный : массовый процент всех элементов и масса одного элемента в образце

Стратегия :

  1. Используйте атомные массы из периодической таблицы, чтобы вычислить молярную массу аспартама.
  2. Разделите массу каждого элемента на молярную массу аспартама; затем умножьте на 100, чтобы получить проценты.
  3. Чтобы найти массу элемента, содержащегося в заданной массе аспартама, умножьте массу аспартама на массовый процент этого элемента, выраженный в десятичной дроби.

Решение :

а.

A Мы вычисляем массу каждого элемента в 1 моль аспартама и молярную массу аспартама, здесь с точностью до трех знаков после запятой:

\ [14 \, C (14 \, моль \, C) (12.011 \, г / моль \, C) = 168.154 \, г \]

\ [18 \, H (18 \, моль \, H) (1.008 \, г / моль \, H) = 18,114 \, г \]

\ [2 \, N (2 \, моль \, N) (14.007 \, г / моль \, N) = 28.014 \, г \]

\ [+5 \, O (5 \, моль \, O) (15.999 \, г / моль \, O) = 79.995 \, г \]

\ [C_ {14} H_ {18} N_2O_5 \ text {молярная масса аспартама} = 294,277 \, г / моль \]

Таким образом, более половины массы 1 моля аспартама (294,277 г) составляет углерод (168,154 г).

B Чтобы вычислить массовый процент каждого элемента, мы разделим массу каждого элемента в соединении на молярную массу аспартама, а затем умножим на 100, чтобы получить проценты, которые здесь указаны с двумя десятичными знаками:

\ [масса \% \, C = {168.154 \, г \, С \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 57,14 \% С \]

\ [масса \% \, H = {18,114 \, г \, H \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ times 100 = 6,16 \% H \]

\ [масса \% \, N = {28,014 \, г \, N \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 9,52 \% \]

\ [масса \% \, O = {79,995 \, г \, O \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 27,18 \% \]

Для проверки мы можем сложить проценты:

\ [57,14 \% + 6,16 \% + 9.52 \% + 27,18 \% = 100,00 \% \]

Если вы получили итоговое значение, которое отличается от 100% более чем примерно на ± 1%, значит, в вычислении должна быть ошибка.

г. C Масса углерода в 1,00 г аспартама рассчитывается следующим образом:

\ [\ text {масса C} = 1,00 \, г \, аспартам \ times {57,14 \, г \, C \ более 100 \, г \, аспартам} = 0,571 \, г \, C \]

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \): оксид алюминия

Рассчитайте массовый процент каждого элемента в оксиде алюминия (Al 2 O 3 ).Затем рассчитайте массу алюминия в 3,62 г образца чистого оксида алюминия.

Ответ

52,93% алюминия; 47,08% кислорода; 1,92 г Al

Определение эмпирической формулы пенициллина

Так же, как эмпирическая формула вещества может использоваться для определения его процентного состава, процентный состав образца может использоваться для определения его эмпирической формулы, которая затем может использоваться для определения его молекулярной формулы.Такая процедура фактически использовалась для определения эмпирических и молекулярных формул первого открытого антибиотика: пенициллина.

Антибиотики — это химические соединения, которые избирательно убивают микроорганизмы, многие из которых вызывают заболевания. Хотя сегодня антибиотики часто воспринимаются как должное, пенициллин был открыт всего около 80 лет назад. Последующая разработка широкого спектра других антибиотиков для лечения многих распространенных заболеваний в значительной степени способствовала значительному увеличению продолжительности жизни за последние 50 лет.Открытие пенициллина — это исторический детектив, в котором ключевую роль сыграло использование массовых процентов для определения эмпирических формул.

В 1928 году Александр Флеминг, молодой микробиолог из Лондонского университета, работал с обычной бактерией, вызывающей фурункулы и другие инфекции, такие как заражение крови. Для лабораторных исследований бактерии обычно выращивают на поверхности геля, содержащего питательные вещества, в небольших плоских чашках для культивирования. Однажды Флеминг заметил, что одна из его культур была заражена голубовато-зеленой плесенью, похожей на плесень, обнаруженную на испорченном хлебе или фруктах.Такие несчастные случаи довольно часты, и большинство лабораторных работников просто выбросили бы культуры. Однако Флеминг заметил, что бактерии растут повсюду на геле, за исключением контаминации плесени (часть (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)), и предположил, что плесень должна производить вещество, которое либо убили бактерии или предотвратили их рост. Чтобы проверить эту гипотезу, он вырастил плесень в жидкости, а затем отфильтровал жидкость и добавил ее к различным культурам бактерий.Жидкость убила не только бактерии, которые первоначально изучал Флеминг, но и множество других болезнетворных бактерий. Поскольку плесень была членом семейства Penicillium (названного по имени их карандашообразных ветвей под микроскопом) (часть (b) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)), Флеминг назвал активный ингредиент в бульоне пенициллином.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Penicillium. а) плесень Penicillium растет в культуральной посуде; на фото показано его влияние на рост бактерий. (b) На этой микрофотографии Penicillium видны его стержневые и карандашные ветви.Название происходит от латинского penicillus, что означает «кисть».

Хотя Флеминг не смог выделить пенициллин в чистом виде, медицинское значение его открытия стимулировало исследователей в других лабораториях. Наконец, в 1940 году два химика из Оксфордского университета, Говард Флори (1898–1968) и Эрнст Чейн (1906–1979), смогли выделить активный продукт, который они назвали пенициллин G. В течение трех лет пенициллин G получил широкое распространение. его использовали для лечения пневмонии, гангрены, гонореи и других болезней, и его использование значительно увеличило выживаемость раненых солдат во время Второй мировой войны.В результате своей работы Флеминг, Флори и Чейн разделили Нобелевскую премию по медицине в 1945 году.

Как только им удалось выделить чистый пенициллин G, Флори и Чейн подвергли это соединение процедуре, называемой анализом горения (описанной далее в этом разделе), чтобы определить, какие элементы присутствовали и в каких количествах. Результаты таких анализов обычно выражаются в массовых процентах. Они обнаружили, что типичный образец пенициллина G содержит 53,9% углерода, 4.8% водорода, 7,9% азота, 9,0% серы и 6,5% натрия по массе. Сумма этих чисел составляет всего 82,1%, а не 100,0%, что означает, что должен быть один или несколько дополнительных элементов. Разумным кандидатом является кислород, который является обычным компонентом соединений, содержащих углерод и водород; не думайте, что «недостающая» масса всегда связана с кислородом. Это может быть любой другой элемент. Однако по техническим причинам непосредственный анализ кислорода затруднен. Если предположить, что вся недостающая масса обусловлена ​​кислородом, тогда пенициллин G содержит (100.0% — 82,1%) = 17,9% кислорода. Из этих массовых процентов можно определить эмпирическую формулу и, в конечном итоге, молекулярную формулу соединения.

Чтобы определить эмпирическую формулу на основе массовых процентов элементов в таком соединении, как пенициллин G, массовые проценты должны быть преобразованы в относительное количество атомов. Для удобства предположим, что образец соединения составляет 100,0 г, хотя размеры образцов, используемых для анализа, обычно намного меньше, обычно в миллиграммах.Это предположение упрощает арифметику, поскольку массовый процент углерода 53,9% соответствует 53,9 г углерода в 100,0 г образца пенициллина G; аналогично 4,8% водорода соответствует 4,8 г водорода в 100,0 г пенициллина G; и так далее для других элементов. Затем каждую массу делят на молярную массу элемента, чтобы определить, сколько молей каждого элемента присутствует в пробе 100,0 г:

\ [{масса \, (г) \ по молярной \, \, массе \, \, (г / моль)} = (г) \ влево ({моль \ по г} \ справа) = моль \ метка {3 .3.2a} \]

\ [53.9 \, g \, C \ left ({1 \, mol \, C \ over 12.011 \, g \, C} \ right) = 4.49 \, mol \, C \ label {3.3.2b} \ ]

\ [4.8 \, g \, H \ left ({1 \, mol \, H \ over 1.008 g \, H} \ right) = 4.8 \, mol \, H \ label {3.3.2c} \]

\ [7.9 \, g \, N \ left ({1 \, mol \, N \ over 14.007 \, g \, N} \ right) = 0.56 \, mol \, N \ label {3.3.2d} \ ]

\ [9 \, g \, S \ left ({1 \, mol \, S \ over 32.065 \, g \, S} \ right) = 0.28 \, mol \, S \ label {3.3.2e} \ ]

\ [6.5 \, g \, Na \ left ({1 \, mol \, Na \ over 22.990 \, g \, Na} \ right) = 0.28 \, mol \, Na \ label {3.3.2f} \]

Таким образом, 100,0 г пенициллина G содержит 4,49 моль углерода, 4,8 моль водорода, 0,56 моль азота, 0,28 моль серы, 0,28 моль натрия и 1,12 моль кислорода (при условии, что вся недостающая масса составляла кислород). Число значащих цифр в количестве молей элементов варьируется от двух до трех, потому что некоторые аналитические данные были представлены только двумя значащими цифрами.

Эти результаты дают отношения молей различных элементов в образце (4,49 моль углерода к 4,8 моль водорода и 0,56 моль азота и т. Д.), Но они не являются целочисленными отношениями, необходимыми для эмпирического расчета. формула — эмпирическая формула выражает относительное количество атомов в наименьших возможных целых числах. Чтобы получить целые числа, разделите количество молей всех элементов в образце на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем относительном количестве, которым в данном примере является сера или натрий.Результатом будут индексы элементов в эмпирической формуле. С двумя значащими цифрами результаты таковы:

\ [C: {4.49 \ over 0.28} = 16 \, \, \, \, \, H: {4.8 \ over 0.28} = 17 \, \, \, \, \, N: {0.56 \ over 0.28 } = 2.0 \ label {3.3.3a} \]

\ [S: {0,28 \ более 0,28} = 1,0 \, \, \, \, \, Na: {0,28 \ более 0,28} = 1,0 \, \, \, \, \, O: {1,12 \ более 0,28 } = 4.0 \ label {3.3.3b} \]

Таким образом, эмпирическая формула пенициллина G: C 16 H 17 N 2 NaO 4 S.Другие эксперименты показали, что пенициллин G на самом деле является ионным соединением, которое содержит катионы Na + и [C 16 H 17 N 2 O 4 S] анионы в соотношении 1: 1. Сложная структура пенициллина G (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) не была определена до 1948 года.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Структурная формула и шариковая модель аниона пенициллина G

. В некоторых случаях один или несколько индексов в формуле, вычисляемой с помощью этой процедуры, могут не быть целыми числами.Означает ли это, что интересующее нас соединение содержит нецелое число атомов? Нет; Ошибки округления в расчетах, а также экспериментальные ошибки в данных могут привести к нецелым отношениям. Когда это происходит, необходимо принять решение при интерпретации результатов, как показано в примере 6. В частности, отношения 1,50, 1,33 или 1,25 предполагают, что вам следует умножить все индексы в формуле на 2, 3 или 4 соответственно. Только если отношение находится в пределах 5% от целого значения, следует рассмотреть возможность округления до ближайшего целого числа.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): фосфат кальция в зубной пасте

Рассчитайте эмпирическую формулу ионного соединения фосфата кальция, основного компонента удобрений и полирующего агента в зубных пастах. Элементный анализ показывает, что он содержит 38,77% кальция, 19,97% фосфора и 41,27% кислорода.

Дано : процентное соотношение

Запрошено : эмпирическая формула

Стратегия :

  1. Возьмем образец весом 100 г и вычислим количество молей каждого элемента в этом образце.
  2. Получите относительное количество атомов каждого элемента в соединении, разделив количество молей каждого элемента в 100-граммовой пробе на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем количестве.
  3. Если отношения не целые, умножьте все индексы на одно и то же число, чтобы получить целые значения.
  4. Поскольку это ионное соединение, определите анион и катион и запишите формулу так, чтобы заряды были сбалансированы.

Решение :

A В 100 г образца фосфата кальция содержится 38.77 г кальция, 19,97 г фосфора и 41,27 г кислорода. Разделив массу каждого элемента в образце 100 г на его молярную массу, можно получить количество молей каждого элемента в образце:

\ [\ text {моль Ca} = 38,77 \, г \, Ca \ times {1 \, моль \, Ca \ более 40,078 \, г \, Ca} = 0,9674 \, моль \, Ca \]

\ [\ text {моль P} = 19,97 \, г \, P \ times {1 \, моль \, P \ более 30,9738 \, г \, P} = 0,6447 \, моль \, Ca \]

\ [\ text {молей O} = 41,27 \, g \, O \ times {1 \, mol \, O \ более 15.9994 \, г \, О} = 2,5800 \, моль \, О \]

B Чтобы получить относительное количество атомов каждого элемента в соединении, разделите количество молей каждого элемента в 100-граммовой пробе на количество молей элемента в наименьшем количестве, в данном случае фосфора:

\ [P: {0,6447 \, моль \, P \ более 0,6447 \, моль \, P} = 1.000 \, \, \, \, Ca: {0,9674 \ более 0,6447} = 1,501 \, \, \, \ , O: {2,5800 \ более 0,6447} = 4,002 \]

C Мы могли бы записать эмпирическую формулу фосфата кальция как Ca 1.501 P 1.000 O 4.002 , но эмпирическая формула должна показывать отношения элементов в виде небольших целых чисел. Чтобы преобразовать результат в интегральную форму, умножьте все нижние индексы на 2, чтобы получить Ca 3.002 P 2.000 O 8.004 . Отклонение от интегральных атомных отношений невелико и может быть объяснено небольшими экспериментальными ошибками; следовательно, эмпирическая формула Ca 3 P 2 O 8 .

D Ион кальция (Ca 2 + ) является катионом, поэтому для поддержания электрической нейтральности фосфор и кислород должны образовывать многоатомный анион.Из главы 2 «Молекулы, ионы и химические формулы» мы знаем, что фосфор и кислород образуют фосфат-ион (PO 4 3-; см. Таблицу 2.4). Поскольку в эмпирической формуле присутствуют два атома фосфора, должны присутствовать два иона фосфата. Итак, запишем формулу фосфата кальция как Ca 3 (PO 4 ) 2 .

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \): нитрат аммония

Вычислите эмпирическую формулу нитрата аммония, ионного соединения, содержащего 35.00% азота, 5,04% водорода и 59,96% кислорода по массе. Хотя нитрат аммония широко используется в качестве удобрения, он может быть взрывоопасным. Например, он был основным компонентом взрывчатки, использованной во время взрыва в Оклахома-Сити в 1995 году.

Федеральное здание Альфреда П. Мурра было разрушено в результате бомбардировки Оклахома-Сити с помощью химических взрывчатых веществ (быстрые химические реакции, в результате которых образуется огромное количество газов).

Ответ

N 2 H 4 O 3 — NH 4 + NO 3 , записывается как NH 4 NO 3

От эмпирической формулы к молекулярной формуле

Эмпирическая формула дает только относительное число атомов в веществе в минимально возможном соотношении.Для ковалентного вещества химики обычно больше интересуются молекулярной формулой, которая дает фактическое количество атомов каждого типа, присутствующих в молекуле. Однако без дополнительной информации невозможно узнать, является ли формула пенициллина G, например, C 16 H 17 N 2 NaO 4 S или целым кратным, таким как C 32 H 34 N 4 Na 2 O 8 S 2 , C 48 H 51 N 6 Na 3 O 12 S 3 , или (C 16 H 17 N 2 NaO 4 S) n , где n — целое число.(Фактическая структура пенициллина G показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \)).

Рассмотрим глюкозу, сахар, который циркулирует в нашей крови, обеспечивая топливо для тела и мозга. Результаты анализа горения глюкозы показывают, что глюкоза содержит 39,68% углерода и 6,58% водорода. Поскольку горение происходит в присутствии кислорода, невозможно напрямую определить процентное содержание кислорода в соединении с помощью анализа горения; необходимы другие более сложные методы. Если предположить, что оставшийся процент приходится на кислород, тогда глюкоза будет содержать 53.79% кислорода. Таким образом, образец глюкозы весом 100,0 г будет содержать 39,68 г углерода, 6,58 г водорода и 53,79 г кислорода. Чтобы рассчитать количество молей каждого элемента в образце 100,0 г, разделите массу каждого элемента на его молярную массу:

\ [моль \, C = 39,68 \, g \, C \ times {1 \, mol \, C \ over 12.011 \, g \, C} = 3.304 \, mol \, C \ label {3.3.4a} \]

\ [моль \, H = 6.58 \, g \, H \ times {1 \, mol \, H \ over 1.0079 \, g \, H} = 6.53 \, mol \, H \ label {3.3.4b} \]

\ [молей \, O = 53,79 \, g \, O \ times {1 \, mol \, O \ over 15.9994 \, g \, O} = 3.362 \, mol \, O \ label {3.3.4c} \]

Еще раз, индексы элементов в эмпирической формуле находятся путем деления количества молей каждого элемента на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем количестве:

\ [C: {3.304 \ over 3.304} = 1.000 \, \, \, \, H: {6.53 \ over 3.304} = 1.98 \, \, \, \, O: {3.362 \ over 3.304} = 1.018 \ ]

Отношение кислород: углерод равно 1.018, или приблизительно 1, а соотношение водород: углерод составляет приблизительно 2. Эмпирическая формула глюкозы, следовательно, CH 2 O, но какова ее молекулярная формула?

Многие известные соединения имеют эмпирическую формулу CH 2 O, включая формальдегид, который используется для сохранения биологических образцов и имеет свойства, которые сильно отличаются от сахара, циркулирующего в крови. На данный момент невозможно узнать, является ли глюкоза CH 2 O, C 2 H 4 O 2 или любой другой (CH 2 O) n .Однако экспериментально определенная молярная масса глюкозы (180 г / моль) может быть использована для решения этой дилеммы.

Сначала вычислите формульную массу, молярную массу формульной единицы, которая представляет собой сумму атомных масс элементов в эмпирической формуле, умноженную на их соответствующие индексы. Для глюкозы,

\ [\ text {формула массы} CH_2O = \ left [1 \, моль C \ left ({12.011 \, g \ over 1 \, mol \, C} \ right) \ right] + \ left [2 \ , mol \, H \ left ({1.0079 \, g \ over 1 \, mol \, H} \ right) \ right] + \ left [1 \, mol \, O \ left ({15.5994 \, mol \, O \ over 1 \, mol \, O} \ right) \ right] = 30,026 г \ label {3.3.5} \]

Это намного меньше наблюдаемой молярной массы 180 г / моль.

Во-вторых, определите количество формульных единиц на моль. Для глюкозы рассчитайте количество единиц (CH 2 O), то есть n в (CH 2 O) n , разделив молярную массу глюкозы на формулу массы CH 2 O :

\ [n = {180 \, г \ более 30,026 \, г / CH_2O} = 5,99 \ приблизительно 6 CH_2O \, \ text {формульные единицы} \ label {3.3.6} \]

Каждая глюкоза содержит шесть формульных единиц CH 2 O, что дает молекулярную формулу глюкозы (CH 2 O) 6 , которую чаще записывают как C 6 H 12 O 6 . Молекулярные структуры формальдегида и глюкозы, оба из которых имеют эмпирическую формулу CH 2 O, показаны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Структурные формулы и шаровые модели для (а) формальдегида и (б) глюкозы

Пример \ (\ PageIndex {3} \): Кофеин

Рассчитайте молекулярную формулу кофеина, соединения, содержащегося в кофе, чае и напитках колы, которое оказывает заметное стимулирующее действие на млекопитающих.Химический анализ кофеина показывает, что он содержит 49,18% углерода, 5,39% водорода, 28,65% азота и 16,68% кислорода по массе, а его экспериментально определенная молярная масса составляет 196 г / моль.

Дано : процентный состав и молярная масса

Запрошено : молекулярная формула

Стратегия :

  1. Допустим, 100 г кофеина. Из приведенных процентных соотношений используйте процедуру, приведенную в примере 6, для расчета эмпирической формулы кофеина.
  2. Рассчитайте массу по формуле, а затем разделите экспериментально определенную молярную массу на массу по формуле. Это дает количество присутствующих формульных единиц.
  3. Умножьте каждый индекс в эмпирической формуле на количество формульных единиц, чтобы получить молекулярную формулу.

Решение :

A Начнем с деления массы каждого элемента в 100,0 г кофеина (49,18 г углерода, 5,39 г водорода, 28,65 г азота, 16,68 г кислорода) на его молярную массу.Это дает количество молей каждого элемента в 100 г кофеина.

\ [моль \, C = 49,18 \, г \, C \ раз {1 \, моль \, C \ более 12,011 \, г \, C} = 4,095 \, моль \, C \]

\ [моль \, H = 5,39 \, г \, H \ раз {1 \, моль \, H \ более 1,0079 \, г \, H} = 5,35 \, моль \, H \]

\ [моль \, N = 28,65 \, г \, N \ раз {1 \, моль \, N \ более 14,0067 \, г \, N} = 2,045 \, моль \, N \]

\ [моль \, O = 16,68 \, г \, O \ раз {1 \, моль \, O \ более 15,9994 \, г \, O} = 1.043 \, моль \, О \]

Чтобы получить относительное количество атомов каждого присутствующего элемента, разделите количество молей каждого элемента на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем количестве:

\ [O: {1.043 \ over 1.043} = 1.000 \, \, \, \, C: {4.095 \ over 1.043} = 3.926 \, \, \, \, H: {5.35 \ over 1.043} = 5.13 \ , \, \, \, N: {2.045 \ over 1.043} = 1.960 \]

Эти результаты достаточно типичны для реальных экспериментальных данных. Ни одно из атомных соотношений не является точно целым, но все они находятся в пределах 5% от целых значений.Как и в примере 6, разумно предположить, что такие небольшие отклонения от целых значений вызваны небольшими экспериментальными ошибками, поэтому округлите их до ближайшего целого числа. Таким образом, эмпирическая формула кофеина: C 4 H 5 N 2 O.

B Молекулярная формула кофеина может быть C 4 H 5 N 2 O, но это также может быть любое целое кратное этого числа. Чтобы определить действительную молекулярную формулу, мы должны разделить экспериментально определенную молярную массу на формульную массу.Формула массы рассчитывается следующим образом:

\ [4C \, \, \, (4 \, атомы \, C) (12,011 \, г / атом \, C) = 48,044 \, г \]

\ [5H \, \, \, (5 \, атомов \, H) (1,0079 \, г / атом \, H) = 5,0395 \, г \]

\ [2N \, \, \, (2 \, атомы \, N) (14,0067 \, г / атом \, N) = 28,0134 \, г \]

\ [+ 1O \, \, \, (1 \, атом \, O) (15.9994 \, г / атом \, O) = 15.9994 \, г \]

\ [C_4H_5N_2O \, \, \, \, \ text {формула массы кофеина} = 97,096 \, г \]

Разделив измеренную молярную массу кофеина (196 г / моль) на расчетную массу по формуле, получим

\ [{196 г / моль \ более 97.096 г / C_4H_5N_2O} = 2,02 \ приблизительно 2 \, C_4H_5N_2O \, \ text {единицы эмпирической формулы} \]

C В кофеине две формулы C 4 H 5 N 2 O, поэтому молекулярная формула должна быть (C 4 H 5 N 2 O) 2 = C 8 H 10 N 4 O 2 . Состав кофеина следующий:

Упражнение \ (\ PageIndex {3} \): Хладон-114

Рассчитайте молекулярную формулу фреона-114, который имеет 13.85% углерода, 41,89% хлора и 44,06% фтора. Экспериментально измеренная молярная масса этого соединения составляет 171 г / моль. Как и фреон-11, фреон-114 является широко используемым хладагентом, который участвует в разрушении озонового слоя.

Ответ

\ [C_2Cl_2F_4 \ nonumber \]

Сводка

Эмпирическая формула вещества может быть рассчитана на основе его процентного состава, а молекулярная формула может быть определена на основе эмпирической формулы и молярной массы соединения.Эмпирическая формула вещества может быть рассчитана на основе экспериментально определенного процентного состава, процентного содержания каждого элемента, присутствующего в чистом веществе по массе. Во многих случаях эти проценты можно определить анализом горения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.