ВТОРНИК 08.12.20 г. 208, 301, 106, 303

ГРУППА 208

ТЕМА:Сахароза. Нахождение в природе. Свойства, применение.Крахмал, его строение, химические свойства, применение.

Сахароза

Привычный сладкий сахар, используемый в быту, называется сахарозой. Это олигосахарид, относящийся к группе дисахаридов. Формула сахарозы – C12H22O11.

Строение

В состав молекулы входят остатки двух циклических моносахаридов – α-глюкоза и β-фруктоза. Структурная формула вещества состоит из циклических формул фруктозы и глюкозы, соединённых атомом кислорода. Структурные единицы связаны вместе гликозидной связью, образующейся между двумя гидроксилами.

Рис. 1. Структурная формула.

Молекулы сахарозы образуют молекулярную кристаллическую решетку.

Получение

Сахароза – наиболее распространённый в природе углевод. Соединение входит в состав фруктов, ягод, листьев растений. Большое количество готового вещества содержится в свёкле и сахарном тростнике. Поэтому сахарозу не синтезируют, а выделяют с помощью физического воздействия, вываривания и очищения.

Рис. 2. Сахарный тростник.

Свёклу или сахарный тростник мелко натирают и помещают в большие котлы с горячей водой. Сахароза вымывается, образуя сахарный раствор. В нём присутствуют различные примеси – красящие пигменты, белки, кислоты. Чтобы отделить сахарозу, в раствор добавляют гидроксид кальция Ca(OH)₂. В результате образуется осадок и сахарат кальция С₁₂Н₂₂О₁₁·CaO·2Н₂О, через который пропускают диоксид углерода (углекислый газ). В осадок выпадает карбонат кальция, а оставшийся раствор выпаривают до образования кристалликов сахара.

Физические свойства

Основные физические характеристики вещества:

• молекулярная масса – 342 г/моль;
• плотность – 1,6 г/см³;
• температура плавления – 186°С.

Рис. 3. Кристаллы сахара.

Если расплавленное вещество продолжить нагревать, сахароза начнёт разлагаться с изменением окраски. При застывании расплавленной сахарозы образуется карамель – аморфное прозрачное вещество. В 100 мл воды при нормальных условиях можно растворить 211,5 г сахара, при 0°С – 176 г, при 100°С – 487 г. В 100 мл этанола при нормальных условиях сахар можно растворить только 0,9 г сахара.

Попадая в кишечник животных и человека, сахароза под действием ферментов быстро распадается на моносахариды.

Химические свойства

В отличие от глюкозы сахароза не проявляет свойства альдегида за счёт отсутствия альдегидной группы -CHO. Поэтому качественная реакция «серебряного зеркала» (взаимодействие с аммиачным раствором Ag₂O) не идёт. При окислении гидроксидом меди (II) образуется не красный оксид меди (I), а ярко-синий раствор.

Основные химические свойства описаны в таблице.

Реакция	Описание	Уравнение
Качественная реакция на наличие гидроксильных групп	Реагирует с гидроксидом меди (II) с образованием сахарата меди ярко-синего цвета	C12H22O11 + Cu(OH)2 → [Cu(C12H21O11)2] + Н2О
Гидролиз	Реакция идёт при нагревании в присутствии катализатора (серной или соляной кислоты). Сахароза разлагается на молекулы фруктозы и глюкозы	С12Н22О11 + Н2О → C6H12O6 + C6H12O6

Сахароза не способна окисляться (не является восстановителем в реакциях) и называется невосстанавливающим сахаром.

Применение

Сахар в чистом виде используется в пищевой промышленности для изготовления искусственного мёда, сладостей, кондитерских изделий, алкоголя. Сахарозу используют для получения различных веществ: лимонной кислоты, глицерина, бутанола.

В медицине сахарозу используют для изготовления микстур и порошков, чтобы скрыть неприятный вкус.

Что мы узнали?

Сахароза или сахар – дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Обладает сладким вкусом, легко растворяется в воде. Вещество выделяют из свёклы и сахарного тростника. Сахароза обладает меньшей активностью, чем глюкоза. Подвергается гидролизу, реагирует с гидроксидом меди (II), образуя сахарат меди, не окисляется. Сахар используют в пищевой, химической промышленности, медицине.

Тест по теме

1. Вопрос 1 из 10

   Какую формулу имеет сахароза?

   • C6H10O6
   • C6H10O8
   • C12H22O11
   • C12H22O12

Начать тест

Подробнее: https://obrazovaka.ru/himiya/saharoza-formula-molekula.html

Строение крахмала и целлюлозы

Состав этих полисахаридов, как вы уже знаете, можно выразить общей формулой (С₆Н₁₀О₅)_n. Число повторяющихся звеньев в макромолекуле крахмала может колебаться от нескольких сотен до нескольких тысяч. Целлюлоза же отличается значительно большим числом звеньев и, следовательно, молекулярной массой, которая достигает нескольких миллионов.

Однако эти углеводы различаются не только молекулярной массой, но и структурой. Для макромолекул крахмала характерны два вида структуры: линейная и разветвлённая. Линейную структуру имеют более мелкие макромолекулы той части крахмала, которую называют амилозой, а разветвлённую структуру имеют молекулы другой составной части крахмала — амилопектина (рис. 62).

В крахмале на долю амилозы приходится 10—20%, а на долю амилопектина — 80—90% . Амилоза крахмала в горячей воде растворяется, а амилопектин только набухает.

Структурные звенья крахмала и целлюлозы построены по-разному. Если звено крахмала включает остатки α-глюкозы, то целлюлоза — остатки β-глюкозы, ориентированные в природные волокна (рис. 63).

Химические свойства

Образование глюкозы. Крахмал и целлюлоза подвергаются гидролизу с образованием глюкозы в присутствии минеральных кислот, например серной:

В пищеварительном тракте животных крахмал подвергается сложному ступенчатому гидролизу:

крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза.

Организм человека не приспособлен к перевариванию целлюлозы, так как не имеет ферментов, необходимых для разрыва связей между остатками β-глюкозы в её макромолекуле.

Лишь у термитов и жвачных животных (например, коров) в пищеварительной системе живут микроорганизмы, вырабатывающие необходимые для этого ферменты.

Образование сложных эфиров. Крахмал может образовывать эфиры за счёт гидроксигрупп, однако эти эфиры не нашли практического применения.

Другое дело целлюлоза. Проанализируйте состав структурного звена целлюлозы, и вы увидите, что каждое звено содержит три свободные спиртовые гидроксигруппы. Поэтому общую формулу целлюлозы можно записать и таким образом: [С ₆ Н ₇ O ₂ (OН) ₃ ] _n .

За счёт этих спиртовых гидроксигрупп целлюлоза и может образовывать сложные эфиры, которые широко применяются.

При обработке целлюлозы смесью азотной и серной кислот получают в зависимости от условий моно-, ди- и тринитраты целлюлозы:

В отличие от целлюлозы, крахмал даёт синее окрашивание при взаимодействии с иодом (рис. 64). Это качественная реакция на крахмал.

Применение

Смесь моно- и динитратов целлюлозы называют коллоксилином. Раствор коллоксилина в смеси спирта и диэтилового эфира — коллодий — применяют в медицине для заклеивания небольших ран и для приклеивания повязок к коже.

При высыхании раствора коллоксилина и камфары в спирте получается целлулоид — одна из пластмасс, которая впервые стала широко использоваться в повседневной жизни человека (из неё делали фото- и киноплёнку, а также различные предметы широкого потребления). Растворы коллоксилина в органических растворителях применяются в качестве нитролаков. А при добавлении к ним красителей получаются прочные и эстетичные нитрокраски, широко используемые в быту и технике (рис. 65).

Как и другие органические вещества, содержащие в составе молекул нитрогруппы, все виды нитратов целлюлозы огнеопасны. Особенно опасен в этом отношении тринитрат целлюлозы — сильнейшее взрывчатое вещество. Под названием «пироксилин» он широко применяется для производства оружейных снарядов и проведения взрывных работ, а также для получения бездымного пороха.

С уксусной кислотой (в промышленности для этих целей используют более мощное этерифицирующее вещество — уксусный ангидрид) получают аналогичные (ди- и три-) сложные эфиры целлюлозы и уксусной кислоты, которые называются ацетатами целлюлозы:

Ацетат целлюлозы используют для получения лаков и красок, он служит также сырьём для изготовления искусственного шёлка. Для этого его растворяют в ацетоне, а затем этот раствор продавливают через фильеры — металлические колпачки с многочисленными отверстиями. Вытекающие струйки раствора обдувают тёплым воздухом. При этом ацетон быстро испаряется, а высыхающая ацетилцеллюлоза образует тонкие блестящие нити, которые идут на изготовление пряжи (рис. 66). Ткань из такого волокна называют ацетатным шёлком. Из ацетил целлюлозы изготовляют также негорючую рентгеновскую и киноплёнку.

Крахмал в значительных количествах перерабатывается на декстрины, патоку и глюкозу, используемые в пищевой промышленности.

Из продуктов гидролиза получают пищевой спирт, молочную кислоту и другие ценные продукты. Крахмал используют как клеящее средство, применяют для отделки тканей.

В медицине на основе крахмала готовят некоторые мази и присыпки (рис. 67).

1. Из 200 кг древесных опилок, массовая доля целлюлозы в которых равна 60%, в результате гидролиза было получено 72 кг глюкозы. Сколько процентов это составляет от теоретически возможного?
Ответ: 54%.

2. Сколько целлюлозы и азотной кислоты (в кг) нужно для производства 8 т тринитрата целлюлозы, если выход её составляет 88% от теоретически возможного?
Ответ: 4,96 т целлюлозы, 5,79 т HNO₃.

ГРУППА 301

ТЕМА: Особенности взаимодействия концентрированной серной и азотной кислот с металлами. Основные способы получения кислоты.

ЗАКОНСПЕКТИРУЙТЕ УРАВНЕНИЯ РЕАКЦИЙ ИЗ ВИДЕО!

ГРУППА 106

ТЕМА:Роль изменчивости в эволюционном процессе. Л.Р.№1 «Изменчивость организмов».

Теория:

Одно из важнейших свойств живых организмов — способность изменять признаки в зависимости от условий окружающей среды.

Изменчивость — это возникновение индивидуальных различий между особями одного вида.

Благодаря изменчивости популяции становятся генетически разнородными, и у вида появляется больше шансов приспособиться к изменению внешних условий.

 

Существуют два вида изменчивости:

• ненаследственная (фенотипическая);
• наследственная (генотипическая).

Ненаследственная (фенотипическая) изменчивость — это способность живого организма (фенотипа) подстраиваться под факторы внешней среды в пределах своего генотипа.

Фенотипическая изменчивость способствует приспособлению организмов к изменению условий внешней среды. Так, у домашних животных при улучшении условий содержания увеличивается продуктивность: надои и жирность молока, яйценоскость и др. Зайцы меняют окрас шерсти зимой и летом, а растения одуванчика, выросшие на бедной и плодородной почве, различаются размерами, числом листьев и соцветий.

 

 

 

 

Примеры фенотипической изменчивости можно наблюдать в повседневной жизни: кожа человека под воздействием ультрафиолетовых лучей становится тёмной; в результате физических нагрузок развиваются мышцы.

Наследственная изменчивость

Наследственная (генотипическая) изменчивость — способность живого организма изменять свой генотип.

Благодаря генотипической изменчивости особь может приобретать признаки, ранее не свойственные её виду. По Дарвину, генотипическая изменчивость является основным двигателем эволюции.

 

Различают следующие виды наследственной изменчивости:

• мутационная;
• комбинативная.

Мутационная изменчивость — случайные скачкообразные наследуемые изменения признаков.

Примером мутационной наследственности может служить появление животных-альбиносов, растений с изменённой формой листьев или необычной окраской лепестков. Так, иногда встречаются растения одуванчика с белой или оранжевой окраской цветков в соцветии.

 

  

 

 

 

У человека мутационной изменчивостью обусловлены фенилкетонурия, полидактилия (шестипалость), синдром Дауна и т. д.

  

  

  

Комбинативная изменчивость — возникновение у особей различий, обусловленных новым сочетанием родительских генов.

Возникает при половом размножении. При этом признаки родительских особей  случайным образом комбинируются в ряду поколений, повышая разнообразие организмов в популяции.

 

Щенки одного помёта

 

В результате действия разных форм изменчивости каждая природная популяция характеризуется высокой степень генетической разнородности и благодаря этому способна приспосабливаться к постоянно изменяющейся среде обитания.

Мутации — скачкообразные и устойчивые изменения признаков, передающиеся по наследству.

Для всех мутаций характерны следующие свойства:

• возникают внезапно;
• возникают у отдельных особей;
• могут быть рецессивными или доминантными;
• одна и та же мутация может повторяться.

Каждая мутация вызывается действием факторов внешней среды, которые в большинстве случаев точно определить невозможно.

Пример:

в популяциях многих видов животных иногда появляются альбиносы.

 

Выделяют генные мутации (вызваны изменением гена, т. е. нарушением последовательности нуклеотидов в ДНК), хромосомные (связаны с изменением структуры хромосом) или геномные (обусловлены изменением числа хромосом в кариотипе).

 

Мутационная изменчивость создаёт новые гены или изменяет уже имеющиеся, тем самым обогащая генофонд популяции.

 

Мутация каждого отдельного гена в природе возникает редко. Но количество генов в генотипе большое (у высших форм, например, их десятки тысяч). Особей в популяции много, и существует она продолжительное время. В результате оказывается, что каждая популяция насыщена мутациями. По оценкам учёных, у некоторых видов от 10 до 25 % гамет несут мутации.

 

Мутационная изменчивость играет важную роль в процессе эволюции. Сами по себе мутации не приводят к развитию популяции или вида, но они служат источником, материалом для их эволюции.

 

Доминантные мутации сразу попадают под действие отбора. Рецессивные мутации сразу не проявляются фенотипически. Постепенно накапливаясь в популяции, они появляются в гомозиготном состоянии и тоже оказываются под давлением отбора. Если мутация повышает приспособленность организма к среде обитания, она сохраняется, а если понижает — удаляется.

 

Мутационная изменчивость широко применяется в селекции. В экспериментальных условиях для получения мутаций используют мутагенные факторы — радиационное облучение, химические вещества и т. д.  Так, всё разнообразие сортов декоративных растений создано на основе спонтанных или индуцированных мутаций.

Пример:

создано огромное количество сортов тюльпанов с разной окраской цветков.

 

Лабораторная работа № 1. «Выявление изменчивости у особей одного вида».

Цель:

- сформировать понятие «изменчивость организмов» и отработать выявление признаков на практике;

- выработать умение наблюдать готовые объекты;

- установить сравнительные выводы.

Оборудование: раздаточный материал, демонстрирующий изменчивость организмов (гербарные растения 3-4 видов по 2-3 экземпляра каждого вида, наборы семян, плодов, листьев), лупа, измерительная линейка.

Ход работы:

1. Сравните 2-3 растения одного вида. Найдите признаки сходства в их строении (зафиксируйте это в их тетрадь). Объясните причины сходства.

2. Выясните признаки различия (зафиксируйте их). Объясните, какими свойствами организмов обуславливаются различия особей одного вида.

3. Какие различия обусловлены наследственной изменчивостью, какие – ненаследственной изменчивостью?

4. Объясните причины возникновения различий между особями одного вида.

5. Сформируйте вывод по лабораторной работе.

Ответы на вопросы:
1.Признаки сходства: форма листа, корневая система, длинный стебель, сетчатое жилкование листьев. Сходство этих растений говорит о том, что у них одинаковые наследственные признаки.
2.Признаки различия: ширина и длина листовой пластинки, длина стебля. Растения одного вида имеют различия, так как обладают индивидуальной изменчивостью.
3.Благодаря наследственности организмы передают свои признаки из поколения в поколение.

3. Наследственная изменчивость поставляет материал для эволюционных процессов (естественного отбора). Она ненаправленная, неопределённая, случайная. Причина: изменения в генотипе.

Ненаследственная (Модификационная) повышает пластичность вида. Эта изменчивость направленная, может проявляться у многих особей вида при данных условиях. Причина: изменения во внешней среде.
4. Различия, которые обусловлены наследственной изменчивостью: форма цветка, форма листа. Различия, которые обусловлены ненаследственной изменчивостью: ширина и длина листа, высота стебля.
Различия между особями одного вида могли произойти из-за разных условий окружающей их среды, а также из-за разного ухода за растениями.

Вывод:

ГРУППА 303

ТЕМА: ЗАВИСИМОСТЬ РАСТВОРИМОСТИ ВЕЩЕСТВ  ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

Растворимость веществ, т.е. способность растворяться в том или ином растворителе, различается; качественно по способности растворяться вещества можно разделить:

• на хорошо растворимые (больше 1 г вещества в 100 г растворителя);
• малорастворимые (0,1–1,0 г вещества в 100 г растворителя);
• нерастворимые (меньше 0,1 г вещества в 100 г растворителя).

Однако следует иметь в виду, что абсолютно нерастворимых веществ в природе нет. Например, погруженная в воду серебряная монета частично поставляет в раствор ионы Ag⁺, благодаря чему вода приобретает целебные свойства.

Количественно растворимость характеризуют содержанием растворенного вещества в насыщенном растворе. Это содержание выражают с помощью коэффициента растворимости или массовой доли насыщенного раствора.

Коэффициент растворимости s (k) равен максимальной массе вещества (в г), которое можно растворить в данных условиях в 100 г (реже — в 1 дм³) растворителя; в случае газов растворимость часто задают в кубических сантиметрах (или граммах) на 1 дм³: см³/дм³ или г/дм³.

Рассмотрим факторы, влияющие на растворимость веществ.

Прежде всего, растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя. Согласно известному правилу — подобное растворяется в подобном. Это означает, что энергия взаимодействия между частицами растворяемого вещества должна быть близка к энергии межмолекулярных сил в растворителе. Вода как полярный растворитель лучше растворяет ионные вещества или вещества молекулярного строения с полярными молекулами: соли, щелочи, галогеноводороды, серная кислота и др.; в то же время неполярные алканы, бензол в воде плохо растворимы. Напротив, хорошими растворителями неполярных веществ являются керосин, бензин, состоящие из неполярных молекул углеводородов; имеющий неполярные молекулы иод лучше растворим в бензоле, чем в воде. Растворимость веществ в воде возрастает, если они химически взаимодействуют с водой (SO₃, P₂O₅, Na₂O и др.) или образуют с ней водородные связи (спирты, аммиак, фтороводород, пероксид водорода).

Растворимость веществ зависит от температуры и подчиняется принципу Ле Шателье. Так, растворение газов — процесс чаще всего экзотермический, поскольку при растворении газов практически отсутствуют затраты энергии на разрыв связей между молекулами газа:

А (г) ⇄+H2O А (р-р)+Q.

Согласно принципу Ле Шателье, понижение температуры сместит это равновесие вправо, а повышение — влево. Таким образом, при повышении температуры растворимость газов в воде понижается, а при понижении температуры — возрастает.

По этой причине реки в северных широтах содержат больше кислорода и, следовательно, более богаты рыбой.

Повышение температуры на растворимость жидкостей влияет по-разному: иногда при нагревании жидкости смешиваются неограниченно, а иногда расслаиваются. В большинстве же случаев при повышении температуры взаимная растворимость жидкостей возрастает, вплоть до неограниченного по массе смешивания.

В случае твердых веществ влияние температуры на растворимость может быть различным (рис. 10.3); в большинстве случаев с ростом

Рис. 10.3. Кривые растворимости некоторых солей в вод

температуры раствормость твердых веществ возрастает, однако растворимость Ca(OH)₂, CaCO₃, CaSO₄ уменьшается. Растворимость NaCl от температуры зависит слабо.

На растворимость газов влияет давление. При растворении твердых веществ в жидкостях (или жидкости в жидкости) объем существенно не изменяется, поэтому изменение давления на растворимость в этом случае практически не влияет. Растворение газа в жидкости всегда сопровождается уменьшением объема, поэтому в случае газов повышение давления увеличивает их растворимость в жидкостях, а понижение давления, наоборот, уменьшает.

Растворимость не следует путать со скоростью растворения. Например, растворимость кускового сахара и сахарного песка одинаковые, однако насыщенный раствор сахара в воде быстрее образуется в случае сахара-песка (сахар-песок растворяется быстрее, так как в этом случае больше поверхность соприкосновения растворителя и растворяемого вещества). Повышению скорости растворения твердого вещества в жидкости способствует перемешивание, однако на растворимость оно не влияет.

Отметим, что не для всяких веществ можно получить насыщенные растворы. Есть вещества, растворимость которых в воде неограниченна: метанол, этанол, пропанол-1 и пропанол-2, уксусная, серная, муравьиная, пропановая и азотная кислоты, этаналь, этиленгликоль, глицерин.

Для растворов веществ, неограниченно смешивающихся с водой, понятия «насыщенный» и «ненасыщенный» не применимы (нельзя, например, говорить: насыщенный раствор серной кислоты). Очевидно, понятия «разбавленный» и «концентрированный» для веществ, неограниченно растворяющихся в воде, применимы

Пример . При температуре 40 °С растворимость вещества (в г на 100 г H₂O) составляет 75 г, а при 0 °С — 45,2 г. Укажите формулу вещества:

1) AgCl;

2) NH₃;

3) CH₃OH;

4) AgF.

Решение. Этим веществом не может быть аммиак (газ), так как его растворимость с понижением температуры увеличивается. Растворимость вещества достаточно высока, поэтому это не может быть AgCl (нерастворимая в воде соль). Искомым веществом не может быть метанол CH₃OH, поскольку он неограниченно растворяется в воде. Следовательно, имеется в виду AgF.

Ответ: 4).

Пример . Наименьшее влияние на скорость растворения оксида цинка в соляной кислоте оказывает:

1) изменение температуры;

2) степень измельчения цинка;

3) повышение концентрации кислоты;

4) изменение давления.

Решение. Реакция, уравнение которой

ZnO(тв) + 2HCl (р-р) = ZnCl₂ (р-р) + H₂O (ж),

протекает без участия газов, поэтому наименьшее влияние на ее скорость оказывает изменение давления.

Ответ: 4)