Презентація - Крохмаль і целюлоза, 10 клас

ВУГЛЕВОДИКрохмаль, целюлоза10 клас

Фізичні властивості крохмалю і целюлози  Крохмаль — це аморфний порошок з характерним хрускотом (картопляного крохмалю), нерозчинний у воді у звичайних умовах. При потраплянні в гарячу воду зерна крохмалю сильно набухають, утворюючи клейстер їхні оболонки розриваються, утворюється колоїдний розчин. Целюлоза являє собою волокнисту речовину білого кольору, не розчинну у воді. На відміну від крохмалю, целюлоза зовсім не взаємодіє з водою навіть при кип’ятінні. Чиста целюлоза в нашому житті зустрічається у вигляді вати.

Будова молекули крохмалю Найпростіша формула крохмалю —(С6 Н10 О5)n- У цій формулі значення n — від кількох сотень до кількох тисяч. Отже, крохмаль — це природний полімер, що складається з багаторазово повторюваних структурних ланок С6 Н10 О5. Він складається з молекул двох типів. Із цієї причини крохмаль навіть вважають сумішшю двох речовин — амілози та амілопектину. Амілоза (її в крохмалі 20%) має лінійні молекули й більш розчинна. Молекули амілопектину (його 80%) розгалужені, і він менш розчинний у воді. Ці молекули відрізняються й за відносною молекулярною масою: для лінійних молекул (амілози) вона сягає близько сотень тисяч, для розгалужених молекул (амілопектину) — кількох мільйонів.

Будова молекули целюлози Найпростіша формула целюлози така ж —(С6 Н10 О5)n- Очевидно, що при однаковому складі ці речовини істотно відрізняються за властивостями. Порівняно із крохмалем у целюлози більш висока відносна молекулярна маса. Причина міцності й нерозчинності целюлози полягає в тому, що вона має просторову тривимірну структуру. Однак целюлоза не має не тільки тривимірної, але й розгалуженої структури. Але в цьому й полягає причина міцності молекул целюлози, тому що вони мають лінійну структуру, і окремі макромолекули розташовані упорядковано щільно одна до одної. Унаслідок цього значно зростає сила міжмолекулярної взаємодії між окремими макромолекулами. Між упорядковано розташованими макромолекулами целюлози встановлюються численні водневі зв’язки: атоми Оксигену гідроксильних груп однієї молекули електростатично взаємодіють із атомами Гідрогену гідроксильних груп іншої молекули. Із цієї ж причини целюлоза утворює міцні волокна, що не характерно для крохмалю. Тим часом у крохмалі більшість молекул має розгалужену будову, тому можливостей для встановлення водневих зв’язків менше.

Будова молекул крохмалю і целюлози Молекули крохмалю складаються із залишків α-глюкози, а целюлози — із залишків молекул β-глюкози. У цьому також полягає причина відмінностей хімічних властивостей крохмалю та целюлози: 

Крохмаль

Целюлоза

Хімічні властивості крохмалю й целюлози 1. Комплексоутворення крохмалю з йодом. Властивість крохмалю утворювати сине забарвлення з йодом використовують як якісну реакцію для виявлення крохмалю. З йодом реагує здебільшого амілоза, утворюючи забарвлену сполуку. Молекула амілози у вигляді спіралі оточує молекули йоду, при цьому навколо кожної молекули йоду виявляється шість глюкозних залишків. Нагрівання руйнує такий комплекс, і забарвлення зникає. 

Хімічні властивості крохмалю й целюлози2. Гідроліз. Для сахарози була характерною реакція гідролізу. Така сама властивість притаманна й крохмалю. При тривалому кип’ятінні крохмалю в присутності кислоти (найчастіше сульфатної) молекули піддаються гідролізу. Причому кінцевим продуктом гідролізу є тільки  α-глюкоза. Однак процес гідролізу відбувається ступінчасто з утворенням проміжних продуктів гідролізу. Ступінчастий процес гідролізу може бути виражений наступною схемою:

Хімічні властивості крохмалю й целюлози Аналогічну властивість має й целюлоза. Однак гідроліз целюлози проходить у більш жорстких умовах, і кінцевим продуктом гідролізу є β-глюкоза. Проміжні продукти гідролізу целюлози не становлять особливого інтересу, тому їх можна не зазначати й рівняння реакції складати в сумарному вигляді:

Хімічні властивості крохмалю й целюлози 3. Термічне розкладання. При нагріванні деревини до високої температури без доступу повітря виділяється досить велика кількість продуктів. Окрім вуглецю й води, утворюються рідкі продукти, зокрема й метиловий спирт (який саме тому й називають деревним спиртом), ацетон, оцтова кислота.

Хімічні властивості крохмалю й целюлози 4. Естерифікація. Оскільки залишки глюкози, що входять до складу целюлози, зберігають гідроксильні групи, то вона здатна вступати в реакцію естерифікації з кислотами. У кожній ланці целюлози містяться три гідроксильні групи. Усі вони можуть вступати в реакції утворення естерів. У звичайній формулі целюлози ці гідроксильні групи виділяють так:

Хімічні властивості крохмалю й целюлози Найбільше значення мають естери целюлози з нітратною кислотою (нітроцелюлоза) та оцтовою кислотою (ацетилцелюлоза).

Застосування крохмалю. Крохмаль — це основний вуглевод нашої їжі; безпосередньо він, подібно до жирів, організмом не засвоюється. Гідроліз крохмалю під дією ферментів починається в роті при пережовуванні їжі, продовжується в шлунку та кишечнику. Утворена в результаті гідролізу глюкоза всмоктується в кров і надходить у печінку, а звідти — в усі тканини організму. Надлишок глюкози відкладається в печінці у вигляді високомолекулярного вуглеводу глікогену, який знову гідролізується до глюкози в міру витрачання її в клітинах організму. Для добування глюкози крохмаль нагрівають із розведеною сульфатною кислотою впродовж кількох годин. Коли процес гідролізу закінчиться, кислоту нейтралізують крейдою, утворений осад кальцій сульфату відфільтровують і розчин упарюють. При охолодженні з розчину кристалізується глюкоза. Якщо процес гідролізу не доводити до кінця, то в результаті утворюється густа солодка маса — суміш декстринів та глюкози — патока. Декстрини, добуті з крохмалю, використовують як клей. Крохмаль застосовують для накрохмалювання білизни: під дією нагрівання гарячою праскою він перетворюється в декстрини, які склеюють волокна тканини й утворюють щільну плівку, що охороняє тканину від швидкого забруднення. Крім того, це полегшує наступне прання, оскільки часточки бруду, зв’язані з декстринами, значно легше змиваються водою. Крохмаль використовують для виробництва етилового спирту. Під час цього процесу його спочатку гідролізують під дією ферменту, який міститься в солоді, а потім продукт гідролізу зброджують у присутності дріжджів у спирт.

Застосування целюлози Завдяки своїй механічній міцності целюлоза в складі деревини використовується в будівництві, з неї виготовляють усілякі столярні вироби. У вигляді волокнистих матеріалів (бавовни, льону, коноплі) її використовують для виготовлення ниток, тканин, канатів. Виділена з деревини (звільнена від супутніх речовин), целюлоза йде на виготовлення паперу. Естери целюлози використовують для виготовлення нітролаків, кіноплівки, медичного колодію, штучного волокна та вибухових речовин.