Chemia
Przedmiotowy Konkurs Chemiczny (mazowieckie) - związki biologiczne i mol
Tłuszcze, białka i cukry oraz narzędzia chemika: kwasy tłuszczowe, budowa tłuszczów, aminokwasy i białka z denaturacją i reakcjami wykrywania, cukry proste i złożone, hydroliza estrów i peptydów. Do tego mol, stała Avogadra, masa molowa, objętość molowa gazów i stężenie molowe jako definicje i wzory, chromatografia bibułowa ze współczynnikiem Rf oraz szkło i bezpieczeństwo w laboratorium.
Podcast
Ładuję…
1.Kwasy tłuszczowe - palmitynowy, stearynowy i oleinowy
Kwasy tłuszczowe to kwasy karboksylowe o długim łańcuchu węglowym z jedną grupą karboksylową . Nasycone (same wiązania pojedyncze między atomami węgla): kwas palmitynowy , czyli , oraz kwas stearynowy , czyli . Nienasycony: kwas oleinowy , czyli - ma jedno wiązanie podwójne w środku łańcucha.
2.Właściwości kwasów tłuszczowych
Kwas palmitynowy i kwas stearynowy to białe ciała stałe, w dotyku tłuste jak wosk. Kwas oleinowy jest oleistą cieczą. Wszystkie trzy nie rozpuszczają się w wodzie i mają gęstość mniejszą od wody, więc pływają po jej powierzchni. Są palne. Reagują z zasadami, tworząc sole - mydła: . Produkt tej reakcji, stearynian sodu, jest głównym składnikiem mydła.
3.Jak odróżnić kwas oleinowy od palmitynowego lub stearynowego?
Bierzemy: dwie probówki z badanymi kwasami i wodę bromową (pomarańczowobrunatny roztwór bromu w wodzie). Co widać: w probówce z kwasem oleinowym woda bromowa odbarwia się, w probówce z kwasem palmitynowym lub stearynowym barwa pozostaje. Wniosek: kwas oleinowy jest nienasycony - brom przyłącza się do wiązania podwójnego: . Brom jest trujący, dlatego doświadczenie wykonuje nauczyciel pod wyciągiem.
4.Tłuszcze - budowa chemiczna
Tłuszcze to estry glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerol, czyli propano-1,2,3-triol , ma trzy grupy hydroksylowe , więc jedna jego cząsteczka łączy się z trzema cząsteczkami kwasów tłuszczowych, a powstają przy tym trzy cząsteczki wody. Przykład: tristearynian glicerolu . W cząsteczce tłuszczu są trzy ugrupowania estrowe . Tłuszcze naturalne są mieszaninami różnych estrów.
5.Podział tłuszczów
Ze względu na pochodzenie: roślinne (olej rzepakowy, słonecznikowy, oliwa) i zwierzęce (smalec, masło, łój, tran). Ze względu na stan skupienia: stałe i ciekłe. Ze względu na charakter chemiczny: nasycone (reszty kwasów nasyconych, np. palmitynowego i stearynowego) i nienasycone (reszty kwasów nienasyconych, np. oleinowego). Tłuszcze roślinne są zwykle ciekłe i nienasycone, a zwierzęce zwykle stałe i nasycone. Wyjątki: olej kokosowy i palmowy są stałe, a tran jest ciekły.
6.Jak odróżnić tłuszcz nienasycony od nasyconego?
Bierzemy: próbkę oleju rzepakowego, próbkę czystego tristearynianu glicerolu oraz wodę bromową. Co widać: po wstrząśnięciu z olejem woda bromowa odbarwia się, a z tristearynianem glicerolu nie ulega odbarwieniu. Wniosek: olej zawiera reszty kwasów nienasyconych z wiązaniami podwójnymi między atomami węgla, do których przyłącza się brom. Tristearynian glicerolu zawiera wyłącznie reszty kwasu nasyconego. Doświadczenie z bromem wykonuje nauczyciel pod wyciągiem.
7.Właściwości, znaczenie i zastosowanie tłuszczów
Tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie, rozpuszczają się w benzynie, mają gęstość mniejszą od wody i nie mają ostrej temperatury topnienia, bo są mieszaninami. W organizmie są materiałem zapasowym i źródłem energii, chronią przed utratą ciepła i rozpuszczają witaminy A, D, E i K. Zastosowania: przemysł spożywczy, produkcja mydła, kosmetyków i farb olejnych. Utwardzanie to przyłączanie wodoru do ciekłych tłuszczów nienasyconych w obecności katalizatora - tak powstaje tłuszcz stały do wyrobu margaryny.
8.Aminokwasy - budowa
Aminokwasy to związki organiczne, których cząsteczki zawierają dwie różne grupy funkcyjne: grupę aminową o charakterze zasadowym i grupę karboksylową o charakterze kwasowym. Dzięki temu aminokwasy reagują zarówno z kwasami, jak i z zasadami. Są zbudowane z atomów węgla, wodoru, tlenu i azotu, a niektóre zawierają też siarkę. Cząsteczki aminokwasów mogą łączyć się ze sobą - są cegiełkami, z których zbudowane są peptydy i białka.
9.Glicyna (kwas aminooctowy)
Glicyna to najprostszy aminokwas o wzorze ; nazwa systematyczna: kwas aminoetanowy. Jej cząsteczka to cząsteczka kwasu etanowego (octowego), w której jeden atom wodoru grupy zastąpiono grupą aminową . Glicyna jest białą, krystaliczną substancją stałą, dobrze rozpuszcza się w wodzie, a odczyn jej roztworu jest zbliżony do obojętnego. Reaguje z kwasami i z zasadami.
10.Kondensacja dwóch cząsteczek glicyny - wiązanie peptydowe i dipeptyd
Kondensacja to łączenie się cząsteczek z wydzieleniem małej cząsteczki, tu wody. Grupa karboksylowa jednej cząsteczki glicyny reaguje z grupą aminową drugiej: . Produkt to dipeptyd (glicyloglicyna), czyli związek z dwóch reszt aminokwasów. Ugrupowanie , które je łączy, nazywamy wiązaniem peptydowym. Dipeptyd nadal ma wolną grupę aminową i karboksylową, więc może przyłączać kolejne aminokwasy.
11.Białka - skład pierwiastkowy i budowa
Białka to wielkocząsteczkowe związki organiczne zbudowane z bardzo wielu reszt aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi . W skład cząsteczek białek wchodzą atomy węgla (C), wodoru (H), tlenu (O), azotu (N) i siarki (S). O właściwościach białka decyduje rodzaj i kolejność aminokwasów w łańcuchu oraz to, jak łańcuch jest zwinięty w przestrzeni. Krótsze łańcuchy z reszt aminokwasów nazywamy peptydami.
12.Białka - właściwości, znaczenie i zastosowanie
Część białek rozpuszcza się w wodzie, tworząc roztwory koloidalne (białko jaja kurzego), inne są nierozpuszczalne (keratyna we włosach i paznokciach). Białka są podstawowym budulcem organizmów (kolagen w skórze i ścięgnach, keratyna), przyspieszają reakcje jako enzymy, przenoszą substancje (hemoglobina transportuje tlen) i biorą udział w obronie organizmu (przeciwciała). Zastosowania: żelatyna w przemyśle spożywczym, wełna i jedwab jako włókna białkowe, skóra w przemyśle obuwniczym.
13.Koagulacja (wysalanie) białek
Koagulacja to łączenie się cząsteczek białka w większe skupiska, przez co białko wytrąca się z roztworu jako osad. Wysalanie to koagulacja odwracalna wywołana solą metalu lekkiego, np. chlorkiem sodu . Bierzemy roztwór białka jaja i dodajemy roztwór chlorku sodu - pojawia się biały kłaczkowaty osad. Po dodaniu wody osad znika, bo białko ponownie przechodzi do roztworu (peptyzacja). Wniosek: wysalanie nie niszczy struktury białka.
14.Denaturacja białek
Denaturacja to nieodwracalne zniszczenie przestrzennej struktury białka - białko ścina się i traci swoje właściwości biologiczne. Wiązania peptydowe pozostają przy tym nienaruszone. Czynniki wywołujące denaturację: ogrzewanie, etanol, kwasy i zasady, sole metali ciężkich, np. siarczan(VI) miedzi(II) . Przykład: ścięcie białka jaja podczas gotowania. Po dodaniu wody ścięte białko nie rozpuszcza się ponownie - tym denaturacja różni się od wysalania chlorkiem sodu.
15.Reakcja ksantoproteinowa
Reakcja charakterystyczna białek ze stężonym roztworem kwasu azotowego(V) . Bierzemy: produkt spożywczy (biały ser, białko jaja, mleko) i kroplę stężonego kwasu azotowego(V). Co widać: w miejscu zetknięcia z kwasem próbka zabarwia się na żółto. Wniosek: w badanym produkcie jest białko. Stężony kwas azotowy(V) jest żrący, dlatego doświadczenie wykonuje nauczyciel. Ta sama reakcja powoduje żółknięcie skóry po kontakcie z tym kwasem.
16.Reakcja biuretowa - wykrywanie białka
Odczynnikiem jest wodorotlenek miedzi(II) w środowisku zasadowym. Bierzemy: roztwór białka jaja, roztwór wodorotlenku sodu i kilka kropli roztworu siarczanu(VI) miedzi(II). Najpierw powstaje niebieski osad: . Co widać: w obecności białka niebieski osad znika, a roztwór przybiera barwę fioletową. Wniosek: badana próbka zawiera białko - fioletowe zabarwienie świadczy o obecności wiązań peptydowych.
17.Cukry (węglowodany) - skład i podział
Cukry, inaczej węglowodany albo sacharydy, to związki organiczne zbudowane z atomów trzech pierwiastków: węgla (C), wodoru (H) i tlenu (O). Podział: cukry proste (monosacharydy) - glukoza i fruktoza, nie ulegają hydrolizie; dwucukry (disacharydy) - sacharoza, cząsteczka z dwóch reszt cukrów prostych; wielocukry (polisacharydy) - skrobia i celuloza, cząsteczki z bardzo wielu reszt glukozy. Cukry proste i dwucukry są słodkie i rozpuszczalne w wodzie, wielocukry nie są słodkie.
18.Glukoza i fruktoza
Cukry proste o tym samym wzorze sumarycznym , ale o różnej budowie cząsteczek. Obie są białymi, krystalicznymi substancjami o słodkim smaku, dobrze rozpuszczalnymi w wodzie. Glukoza powstaje w roślinach w procesie fotosyntezy: (potrzebne światło i chlorofil). Występuje w owocach, zwłaszcza winogronach, i w miodzie; jest źródłem energii dla komórek. Fruktoza (cukier owocowy) występuje w owocach, miodzie i nektarze kwiatów.
19.Sacharoza
Dwucukier o wzorze - zwykły cukier spożywczy. Jej cząsteczka składa się z reszty glukozy i reszty fruktozy. To biała, krystaliczna substancja o słodkim smaku, dobrze rozpuszczalna w wodzie; otrzymuje się ją z buraków cukrowych i trzciny cukrowej. Ogrzewana topi się i brunatnieje, tworząc karmel. W obecności kwasu ulega hydrolizie: - powstają glukoza i fruktoza.
20.Skrobia i celuloza
Wielocukry o wzorze ogólnym , zbudowane z bardzo wielu reszt glukozy; nie mają słodkiego smaku. Skrobia: biały proszek, w zimnej wodzie nie rozpuszcza się, w gorącej tworzy kleik skrobiowy (koloid). Jest materiałem zapasowym roślin - ziemniaki, ziarna zbóż, ryż. Zastosowania: przemysł spożywczy, kleje, krochmal. Celuloza: włóknista, nierozpuszczalna w wodzie, buduje ściany komórkowe roślin - drewno, bawełna, len. Zastosowania: papier, tkaniny.
21.Wykrywanie skrobi roztworem jodu
Odczynnikiem jest płyn Lugola, czyli roztwór jodu w wodnym roztworze jodku potasu ; zamiast niego stosuje się też jodynę. Bierzemy: produkty spożywcze (plasterek ziemniaka, chleb, mąkę, ryż, a dla porównania cukier i białko jaja) i nanosimy kroplę brunatnego płynu Lugola. Co widać: na produktach ze skrobią pojawia się granatowe zabarwienie, na pozostałych barwa odczynnika się nie zmienia. Wniosek: granatowe zabarwienie świadczy o obecności skrobi.
22.Hydroliza kwasowa estrów
Hydroliza estru to jego reakcja z wodą - odwrócenie estryfikacji. Hydroliza kwasowa zachodzi w obecności mocnego kwasu jako katalizatora, a jej produktami są kwas karboksylowy i alkohol. Jest to reakcja odwracalna, dlatego zapisujemy ją dwiema strzałkami: . Z etanianu etylu (octanu etylu) powstają kwas etanowy i etanol. Schemat: ester + woda ⇄ kwas + alkohol.
23.Hydroliza zasadowa estrów (zmydlanie)
Reakcja estru z roztworem zasady, np. wodorotlenku sodu. Jest nieodwracalna, a jej produktami są sól kwasu karboksylowego i alkohol: - powstają etanian sodu i etanol. Nazwa zmydlanie pochodzi od hydrolizy zasadowej tłuszczów, w której powstają glicerol i mydło: .
24.Hydroliza enzymatyczna peptydów
Reakcja peptydu lub białka z wodą, zachodząca w obecności enzymów - białek, które pełnią funkcję katalizatorów. W jej trakcie rozpadają się wiązania peptydowe , a łańcuch rozcinany jest na coraz krótsze fragmenty, aż do pojedynczych aminokwasów. Jest to proces odwrotny do kondensacji aminokwasów. Przykład: - z dipeptydu powstają dwie cząsteczki glicyny. Tak przebiega trawienie białek w przewodzie pokarmowym.
25.Liczność materii i mol
Liczność materii (ilość substancji) to wielkość, która mówi, ile drobin - atomów, cząsteczek lub jonów - zawiera próbka. Oznaczamy ją literą , a jej jednostką jest mol. Jeden mol to porcja substancji zawierająca drobin. Mol jest dla chemika tym, czym tuzin dla sprzedawcy: tuzin to 12 sztuk, a mol to sztuk. Zapis oznacza dwa mole cząsteczek wody.
26.Stała Avogadra
Liczba drobin w jednym molu substancji: . Liczbę drobin w próbce obliczamy ze wzoru , gdzie to liczba moli. Po przekształceniu: . Przykład podstawienia: w wody jest cząsteczek.
27.Masa molowa
Masa molowa to masa jednego mola substancji, wyrażona w gramach na mol (). Liczbowo jest równa masie atomowej lub cząsteczkowej wyrażonej w unitach. Obliczamy ją, sumując masy atomowe wszystkich atomów we wzorze. Przykład: dla wody przy masach atomowych H - 1, O - 16 otrzymujemy . Oznacza to, że cząsteczek wody ma masę .
28.Ilość substancji - wzór
Liczbę moli obliczamy, dzieląc masę próbki (w gramach) przez masę molową substancji (w ): . Po przekształceniu: oraz . Przykład podstawienia: w wody o masie molowej jest . Zawsze sprawdzaj jednostki: gramy podzielone przez gramy na mol dają mole.
29.Objętość molowa gazów w warunkach normalnych
Warunki normalne to temperatura i ciśnienie . W tych warunkach jeden mol dowolnego gazu zajmuje objętość - jest to objętość molowa gazów: . Wzory: oraz . Przykład podstawienia: tlenu zajmuje . Wzór dotyczy gazów, nie cieczy ani ciał stałych.
30.Bezwzględna masa atomu i cząsteczki
Bezwzględna masa to rzeczywista masa jednego atomu lub jednej cząsteczki wyrażona w gramach (albo kilogramach). Obliczamy ją, dzieląc masę molową przez stałą Avogadra: . Przykład podstawienia: jedna cząsteczka wody ma masę . Masy te są bardzo małe, dlatego na co dzień używa się unitu: .
31.Stężenie molowe
Stężenie molowe informuje, ile moli substancji rozpuszczonej znajduje się w roztworu. Wzór: , gdzie to liczba moli substancji, a - objętość roztworu w . Jednostka: . Po przekształceniu: . Przykład podstawienia: chlorku sodu w roztworu daje . Pamiętaj: .
32.Chromatografia bibułowa - na czym polega
Metoda rozdzielania mieszaniny substancji, najczęściej barwników. Faza nieruchoma to pasek bibuły, faza ruchoma to rozpuszczalnik (np. woda lub etanol), który wsiąka w bibułę i wędruje w górę. Linia startu to miejsce naniesienia próbki, czoło rozpuszczalnika to granica, do której dotarł rozpuszczalnik. Składniki mieszaniny wędrują z różną szybkością: te słabiej zatrzymywane przez bibułę docierają dalej. Bibuła z rozdzielonymi plamami to chromatogram.
33.Współczynnik
Współczynnik to stosunek drogi przebytej przez substancję do drogi przebytej przez rozpuszczalnik, obie mierzone od linii startu: , gdzie to odległość środka plamy od linii startu, a - odległość czoła rozpuszczalnika od linii startu. Nie ma jednostki i przyjmuje wartości od 0 do 1. Przykład podstawienia: plama przebyła , rozpuszczalnik , więc . W tych samych warunkach dana substancja ma stałą wartość .
34.Doświadczenie: chromatografia bibułowa barwników
Bierzemy: pasek bibuły, czarny flamaster lub tusz, zlewkę z niewielką ilością rozpuszczalnika. Na bibule rysujemy ołówkiem linię startu i nanosimy na nią kropkę barwnika. Pasek zanurzamy tak, by linia startu była powyżej poziomu cieczy. Co widać: rozpuszczalnik wędruje w górę, a czarna plama rozdziela się na kilka barwnych plam na różnych wysokościach. Wniosek: czarny tusz jest mieszaniną barwników. Zaznaczamy czoło rozpuszczalnika, suszymy bibułę i analizujemy chromatogram.
35.Szkło do przeprowadzania reakcji: probówka, zlewka, kolba stożkowa, parownica, szkiełko zegarkowe
Probówka - wąskie naczynie do reakcji z małymi ilościami substancji; można ją ogrzewać w płomieniu. Zlewka - szerokie naczynie z dzióbkiem do sporządzania roztworów i przelewania cieczy; jej podziałka jest orientacyjna. Kolba stożkowa - zwęża się ku górze, więc ciecz nie rozchlapuje się przy mieszaniu ruchem okrężnym. Parownica - płytka porcelanowa miseczka do odparowywania rozpuszczalnika z roztworu. Szkiełko zegarkowe - wypukłe szkiełko do odparowania kilku kropli, ważenia małych próbek albo przykrywania zlewki.
36.Szkło miarowe: cylinder miarowy, pipeta, biureta, kolba miarowa
Cylinder miarowy - wysokie naczynie z podziałką do odmierzania objętości cieczy. Pipeta - wąska rurka do dokładnego odmierzania i przenoszenia małych porcji cieczy. Biureta - długa rurka z podziałką i kranikiem, zamocowana w statywie; pozwala dodawać roztwór kroplami i odczytać zużytą objętość. Kolba miarowa - kolba z długą wąską szyjką i jedną kreską, do sporządzania roztworów o dokładnie znanej objętości, np. o zadanym stężeniu molowym. Objętość odczytujemy, patrząc na poziomie menisku.
37.Sprzęt do rozdzielania mieszanin: lejek, rozdzielacz, chłodnica
Lejek z sączkiem z bibuły służy do sączenia - oddzielania nierozpuszczalnego ciała stałego od cieczy; lejkiem przelewa się też ciecze do naczyń o wąskiej szyjce. Rozdzielacz to naczynie z kranikiem u dołu do rozdzielania dwóch niemieszających się cieczy o różnej gęstości, np. oleju i wody - dolną warstwę spuszcza się przez kranik. Chłodnica to część zestawu do destylacji: w rurce otoczonej płaszczem z zimną wodą pary cieczy skraplają się i spływają do odbieralnika.
38.Sprzęt pomocniczy: moździerz, bagietka, łapa i statyw, palnik
Moździerz z tłuczkiem - porcelanowe naczynie do rozdrabniania i ucierania ciał stałych. Bagietka - szklany pręcik do mieszania; po bagietce zlewa się też ciecz, żeby nie pryskała. Statyw - metalowy pręt na ciężkiej podstawie, do którego łapą (uchwytem) mocuje się kolby, biurety i chłodnice. Drewniana łapa do probówek pozwala trzymać ogrzewaną probówkę. Palnik (gazowy albo spirytusowy) służy do ogrzewania - naczynie ogrzewa się w górnej części płomienia.
39.Zasady bezpiecznej pracy z odczynnikami i piktogramy
Pracujemy w fartuchu, okularach ochronnych i rękawiczkach, na polecenie nauczyciela. Odczynników nie próbujemy i nie dotykamy; zapach badamy, nawiewając powietrze dłonią. Wylot ogrzewanej probówki kierujemy od siebie i od innych. Stężony kwas wlewamy do wody, nigdy odwrotnie. Piktogramy na etykietach to romby z czerwoną obwódką: płomień - substancja łatwopalna, płomień nad okręgiem - utleniająca, czaszka - toksyczna, probówki kapiące na dłoń i metal - żrąca, wykrzyknik - drażniąca, martwe drzewo i ryba - groźna dla środowiska.
40.Projektowanie doświadczenia - obserwacje a wnioski
Opis doświadczenia zawiera: cel lub problem badawczy, hipotezę, wykaz szkła i odczynników, schemat i czynności, obserwacje oraz wnioski. Obserwacja to zapis tego, co stwierdzamy zmysłami lub przyrządem: zmiana barwy, wydzielanie gazu, powstanie osadu, zmiana temperatury. Wniosek to wyjaśnienie obserwacji i odpowiedź na problem badawczy, często z równaniem reakcji. Przykład: obserwacja - woda bromowa odbarwiła się; wniosek - badany kwas jest nienasycony. Próba kontrolna pozwala porównać wynik.
Notatka
Kwasy tłuszczowe i tłuszcze - budowa a właściwości
Kwasy tłuszczowe mają długi łańcuch węglowodorowy i jedną grupę . Długi, niepolarny łańcuch przeważa nad małą grupą funkcyjną, dlatego kwasy te nie rozpuszczają się w wodzie i pływają po jej powierzchni, choć nadal reagują z zasadami, tworząc sole - mydła.
O nasyceniu decydują wyłącznie wiązania między atomami węgla w łańcuchu:
- nasycone - same wiązania pojedyncze: kwas palmitynowy (16 atomów węgla) i stearynowy (18); białe ciała stałe,
- nienasycony - jedno wiązanie podwójne w łańcuchu: kwas oleinowy (18 atomów węgla); oleista ciecz, ma o 2 atomy wodoru mniej niż kwas stearynowy.
Tłuszcz to ester glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerol ma trzy grupy , więc łączy się z trzema cząsteczkami kwasów - powstają trzy ugrupowania estrowe i trzy cząsteczki wody: (tripalmitynian glicerolu).
Tłuszcze naturalne są mieszaninami różnych estrów, dlatego miękną w pewnym zakresie temperatur, zamiast topić się w jednej. Dzieli się je na trzy niezależne sposoby: według pochodzenia (roślinne, zwierzęce), stanu skupienia (stałe, ciekłe) i charakteru chemicznego (nasycone, nienasycone). Tłuszcze roślinne są zwykle ciekłe i nienasycone, zwierzęce zwykle stałe i nasycone, ale olej kokosowy i palmowy są stałe, a tran jest ciekły.
Ważne
O nienasyceniu tłuszczu świadczą wiązania podwójne w resztach kwasowych, a nie stan skupienia ani pochodzenie. Rozstrzyga próba z wodą bromową: tłuszcz nienasycony ją odbarwia, bo brom przyłącza się do wiązań podwójnych; czysty ester nasycony, np. tripalmitynian glicerolu, barwy nie zmienia.
Utwardzanie to przyłączanie wodoru do wiązań podwójnych wobec katalizatora: . Trzy wiązania podwójne trioleinianu glicerolu przyłączają trzy cząsteczki wodoru i z cieczy powstaje tłuszcz stały.
Próby z bromem to wyłącznie pokaz nauczyciela pod wyciągiem albo film.
Hydroliza estrów, tłuszczów i peptydów
Hydroliza to rozpad związku pod wpływem wody - odwrócenie reakcji, w której związek powstał z wydzieleniem wody (estryfikacji albo kondensacji). O produktach i odwracalności decyduje środowisko:
- hydroliza kwasowa estru (mocny kwas jako katalizator) - odwracalna, daje kwas karboksylowy i alkohol: ,
- hydroliza zasadowa estru, czyli zmydlanie - nieodwracalna, daje sól kwasu i alkohol: (propanian potasu i metanol),
- hydroliza enzymatyczna peptydów i białek - rozpadają się wiązania peptydowe, powstają coraz krótsze peptydy, a na końcu aminokwasy.
Hydroliza zasadowa biegnie w jedną stronę, bo zasada od razu zamienia powstający kwas w sól, a sól nie reaguje z alkoholem z powrotem w ester.
Produkty ustalisz, rozcinając grupę estrową między jej atomem węgla a atomem tlenu połączonym z resztą alkoholu. Część z atomem węgla grupy estrowej uzupełnij do kwasu (albo do soli, gdy reaguje zasada), a część alkoholową - o atom wodoru.
Cząsteczka tłuszczu ma trzy ugrupowania estrowe, więc zużywa trzy porcje wodorotlenku: - powstają oleinian sodu (mydło) i glicerol. W środowisku kwasowym z tłuszczu powstają glicerol i kwasy tłuszczowe.
Łańcuch peptydowy z reszt aminokwasów ma wiązań peptydowych i do całkowitej hydrolizy zużywa tyle samo cząsteczek wody. Tripeptyd glicyny: . Enzymy to białka pełniące funkcję katalizatorów; w ten sposób przebiega trawienie białek w przewodzie pokarmowym.
Zapamiętaj
Ester z wodą wobec kwasu: kwas + alkohol, reakcja odwracalna. Ester z zasadą: sól + alkohol, reakcja nieodwracalna. Peptyd z wodą wobec enzymu: aminokwasy.
Aminokwasy, wiązanie peptydowe i budowa białek
Aminokwas ma w jednej cząsteczce dwie grupy o przeciwnym charakterze: aminową (zasadową) i karboksylową (kwasową). Z zasadami reaguje więc grupą karboksylową, a z kwasami grupą aminową. Najprostszy aminokwas, glicyna (kwas aminoetanowy), z wodorotlenkiem potasu daje sól i wodę: .
Kondensacja to łączenie cząsteczek z wydzieleniem wody. Produkt zapisujesz w trzech ruchach: ustaw wzory aminokwasów obok siebie; z grupy pierwszego usuń , a z grupy drugiego atom wodoru (razem cząsteczka wody); połącz atom węgla z atomem azotu. Powstaje wiązanie peptydowe .
Produkt ma nadal wolną grupę aminową na jednym końcu i karboksylową na drugim, więc łańcuch może rosnąć. Z trzech cząsteczek glicyny: - tripeptyd ma dwa wiązania peptydowe i powstają dwie cząsteczki wody.
Nazwy według długości łańcucha: dipeptyd (2 reszty aminokwasów), tripeptyd (3), peptydy (krótsze łańcuchy), białka (bardzo wiele reszt). Reszta to fragment aminokwasu pozostały w łańcuchu po odłączeniu wody.
Skład pierwiastkowy białek wynika z budowy aminokwasów: węgiel, wodór, tlen i azot są w każdym, a siarka w niektórych - stąd zestaw C, H, O, N, S. Tłuszcze i cukry zawierają tylko C, H i O.
O właściwościach białka decydują rodzaj i kolejność aminokwasów oraz sposób zwinięcia łańcucha w przestrzeni. Dlatego związki o tym samym typie wiązań pełnią różne funkcje: keratyna i kolagen budują (włosy, paznokcie, skóra, ścięgna), hemoglobina przenosi tlen, enzymy przyspieszają reakcje, przeciwciała bronią organizm. Część białek rozpuszcza się w wodzie, tworząc roztwory koloidalne, inne - jak keratyna - są nierozpuszczalne.
Denaturacja a wysalanie. Reakcje charakterystyczne białek
W obu procesach białko wytrąca się z roztworu jako osad (koagulacja), ale przyczyna i skutek są inne:
- wysalanie - wywołuje je sól metalu lekkiego, np. chlorek sodu; struktura białka pozostaje nienaruszona, a proces jest odwracalny: po dolaniu wody osad znów przechodzi do roztworu,
- denaturacja - wywołują ją ogrzewanie, etanol, kwasy, zasady i sole metali ciężkich, np. siarczan(VI) miedzi(II); niszczy przestrzenną strukturę białka i jest nieodwracalna, a białko traci właściwości biologiczne.
Podczas denaturacji wiązania peptydowe pozostają - zmienia się ułożenie łańcucha, nie jego skład. Dlatego białko ścięte nadal daje reakcje charakterystyczne białek.
Jak rozpoznać, który proces zaszedł: do probówki z osadem dolej wody i wymieszaj. Osad znika - było to wysalanie; osad pozostaje - denaturacja. Przykłady denaturacji z otoczenia: mięso zmienia barwę i twardnieje podczas pieczenia (ogrzewanie), a etanol w środkach dezynfekujących niszczy białka drobnoustrojów.
Białko wykrywa się dwiema reakcjami:
- ksantoproteinowa - stężony roztwór kwasu azotowego(V) barwi próbkę zawierającą białko na żółto,
- biuretowa - wodorotlenek miedzi(II) w środowisku zasadowym (do próbki z roztworem wodorotlenku sodu dodaje się kilka kropli roztworu siarczanu(VI) miedzi(II)); roztwór staje się fioletowy, co świadczy o obecności wiązań peptydowych.
Ten sam odczynnik, wodorotlenek miedzi(II), daje trzy różne wyniki, których nie wolno mylić: z etanolem niebieski osad pozostaje bez zmian, z glicerolem powstaje szafirowy roztwór, a z białkiem w środowisku zasadowym - fioletowy.
Próba kontrolna, np. z wodą zamiast roztworu białka, pokazuje, jak wygląda sam odczynnik, i pozwala uznać zmianę barwy za wynik obecności białka.
Stężony kwas azotowy(V) jest żrący i barwi skórę na żółto w tej samej reakcji, dlatego próbę ksantoproteinową ogląda się jako pokaz nauczyciela pod wyciągiem albo na filmie.
Cukry - zestawienie: wzór, występowanie, wykrywanie
Cukry (węglowodany, sacharydy) zbudowane są z węgla, wodoru i tlenu. Podział wynika z liczby reszt cukru prostego w cząsteczce:
- glukoza i fruktoza - cukry proste, obie , ale o innej budowie (są izomerami); słodkie, dobrze rozpuszczalne w wodzie. Glukoza: owoce, zwłaszcza winogrona, i miód; powstaje w fotosyntezie i jest źródłem energii dla komórek. Fruktoza: owoce, miód, nektar,
- sacharoza - dwucukier z reszty glukozy i reszty fruktozy; buraki cukrowe i trzcina cukrowa; słodka, dobrze rozpuszczalna,
- skrobia - wielocukier , materiał zapasowy roślin (ziemniaki, ziarna zbóż); w zimnej wodzie się nie rozpuszcza, w gorącej tworzy kleik,
- celuloza - wielocukier , buduje ściany komórkowe roślin (drewno, bawełna, len); włóknista, nierozpuszczalna w wodzie; surowiec na papier i tkaniny.
Wzory cukrów złożonych łatwo wyprowadzić: każde połączenie dwóch reszt oznacza utratę cząsteczki wody. Dwie cząsteczki to razem ; po odjęciu zostaje wzór sacharozy. W wielocukrze na każdą resztę glukozy przypada jedna odłączona cząsteczka wody, stąd w nawiasie.
Hydroliza odwraca ten proces - woda rozcina wiązania między resztami. Wielocukier rozpada się ostatecznie na glukozę: . Cukry proste hydrolizie nie ulegają.
Wraz ze wzrostem cząsteczki zwykle maleje rozpuszczalność i zanika słodki smak: cukry proste i sacharoza są słodkie, wielocukry nie. Skrobia i celuloza mają ten sam wzór ogólny, ale reszty glukozy są w nich połączone inaczej, więc pełnią w roślinie inne funkcje: zapasową i budulcową.
Skrobię wykrywa płyn Lugola (roztwór jodu w wodnym roztworze jodku potasu) albo jodyna: brunatna kropla na produkcie ze skrobią, np. na makaronie, kaszy lub płatkach owsianych, zmienia barwę na granatową. Na kryształkach sacharozy i na oleju barwa odczynnika pozostaje brunatna.
Mol krok po kroku - jeden schemat przeliczeń
Każde przeliczenie prowadzi przez liczbę moli . Ustaw ją pośrodku i dobierz wzór do tego, co jest dane albo szukane:
- liczba drobin: , gdzie ,
- masa: , gdzie to masa molowa w ,
- objętość gazu w warunkach normalnych (, ): , gdzie ,
- roztwór: , gdzie to stężenie molowe w , a - objętość roztworu w .
Tok postępowania: zamień dane na mole (dzielenie), z moli przejdź do szukanej wielkości (mnożenie), sprawdź jednostki.
Jedna próbka, trzy przeliczenia - amoniaku o masie molowej :
- cząsteczek,
- ,
- .
W drugą stronę: tlenku siarki(IV) () to .
Stężenie molowe: substancji w roztworu daje .
Bezwzględna masa jednej drobiny to masa molowa podzielona przez stałą Avogadra. Atom siarki: .
Ważne
Objętość molowa dotyczy gazów w warunkach normalnych - mol ciekłej wody zajmuje około . Objętość roztworu podstawiaj w i licz objętość całego roztworu, nie samej wody.
Nie myl cząsteczek z atomami: w amoniaku jest atomów azotu, ale atomów wodoru.
Chromatografia bibułowa i współczynnik Rf
Chromatografia bibułowa rozdziela składniki mieszaniny, najczęściej barwniki, dzięki temu, że wędrują one z różną szybkością. Bibuła jest fazą nieruchomą, a rozpuszczalnik, który w nią wsiąka i pnie się w górę - fazą ruchomą. Składnik słabiej zatrzymywany przez bibułę dociera dalej, silniej zatrzymywany zostaje bliżej linii startu.
Przebieg i uzasadnienie czynności:
- linię startu rysuje się ołówkiem, bo grafit nie rozpuszcza się w rozpuszczalniku i nie wędruje razem z barwnikami,
- kropka próbki jest mała, żeby plamy na chromatogramie się nie zlewały,
- linia startu musi być powyżej poziomu cieczy, inaczej próbka rozpuści się w zlewce, zamiast wędrować po bibule,
- czoło rozpuszczalnika zaznacza się od razu po wyjęciu paska, bo po wyschnięciu granica przestaje być widoczna.
Wysuszona bibuła z plamami to chromatogram. Współczynnik porównuje drogę substancji (od linii startu do środka plamy) z drogą rozpuszczalnika (od linii startu do czoła). Obie odległości mierzy się od linii startu, a nie od brzegu bibuły.
Przykład
Czoło rozpuszczalnika jest nad linią startu, a środki plam i nad nią: oraz .
Analiza chromatogramu:
- liczba plam mówi, z co najmniej ilu składników składa się mieszanina; jedna plama nie dowodzi, że substancja jest czysta - w innym rozpuszczalniku mogłaby się rozdzielić,
- plama, która została na linii startu, ma : rozpuszczalnik jej nie przenosi,
- nie ma jednostki i mieści się między 0 a 1, bo substancja nie wyprzedza rozpuszczalnika; wynik większy od 1 oznacza błąd pomiaru albo zamienione odległości,
- w tych samych warunkach (ta sama bibuła i ten sam rozpuszczalnik) dana substancja ma tę samą wartość , więc plamę identyfikuje się przez porównanie z wzorcem naniesionym obok.
Szkło, sprzęt i bezpieczna praca. Obserwacja a wniosek
Sprzęt dobiera się do czynności:
- reakcja i ogrzewanie - probówka (małe ilości, trzymana w drewnianej łapie), zlewka (roztwory i przelewanie), kolba stożkowa (mieszanie ruchem okrężnym bez rozchlapywania), palnik,
- odmierzanie objętości - cylinder miarowy (odmierzenie porcji cieczy), pipeta (mała, dokładna porcja), biureta (dodawanie kroplami i odczyt zużytej objętości), kolba miarowa (roztwór o dokładnie znanej objętości, np. o zadanym stężeniu molowym); podziałka zlewki jest tylko orientacyjna,
- rozdzielanie - lejek z sączkiem (ciało stałe od cieczy), rozdzielacz (dwie niemieszające się ciecze), parownica i szkiełko zegarkowe (odparowanie rozpuszczalnika), chłodnica (skraplanie par podczas destylacji),
- czynności pomocnicze - moździerz (rozdrabnianie), bagietka (mieszanie, zlewanie cieczy po pręciku), statyw z łapą (mocowanie biurety, kolby, chłodnicy).
Mieszaninę wody, oleju i piasku rozdzielisz w dwóch krokach: sączenie zatrzyma piasek na sączku, a w rozdzielaczu olej utworzy górną warstwę, bo ma mniejszą gęstość od wody.
Bezpieczeństwo: fartuch, okulary i rękawiczki; odczynników się nie próbuje ani nie dotyka, zapach bada się, nawiewając powietrze dłonią; wylot ogrzewanej probówki kieruje się od ludzi; stężony kwas wlewa się do wody. Piktogramy to romby z czerwoną obwódką: płomień - łatwopalna, płomień nad okręgiem - utleniająca, czaszka - toksyczna, probówki kapiące na dłoń i metal - żrąca, wykrzyknik - drażniąca, martwe drzewo i ryba - groźna dla środowiska. Doświadczenia z bromem, stężonym kwasem azotowym(V), sodem i karbidem to wyłącznie pokaz nauczyciela pod wyciągiem albo film.
Obserwacja to zapis tego, co stwierdzają zmysły lub przyrząd; wniosek ją wyjaśnia. „Wydzielają się pęcherzyki bezbarwnego gazu” to obserwacja, „powstaje wodór” - już wniosek, bo nazwy gazu nie widać. Próba kontrolna różni się od badanej jednym czynnikiem, więc zmianę można przypisać właśnie jemu.
Quizy w tym zestawie
50 pytań w 5 etapach
Odblokujesz je po dodaniu zestawu.
Sprawdzian do druku
Arkusz PDF z kluczem, punktacją i oceną
Pierwsze podejście. Klucz z punktacją i oceną jest na ostatniej stronie.
Pobierz sprawdzian (PDF)Znasz kogoś z klasy, komu się przyda? Podziel się zestawem
Podobne zestawy
28 fiszek uczy się 2
20 fiszek
20 fiszek
40 fiszek
12 fiszek uczy się 1
12 fiszek uczy się 3
