C12h22o11 cuo при нагревании уравнение реакции

Докажите возможность усвоения организмом человека сахарозы, которое сводится к ее окислению

Сахароза (тростниковый сахар) чрезвычайно широко распространена в природе и играет важную роль в жизнедеятельности человека. Сахарозу используют как пищевой продукт, а в высоких концентрациях как консервант. В фармацевтической практике сахароза служит основой для приготовления сахарных сиропов и используется как корригирующее средство. Докажите возможность усвоения организмом человека сахарозы, которое сводится к ее окислению:

Для того, чтобы решить с помощью термодинамики этот вопрос необходимо рассчитать ∆Gр-ции, пользуясь ее основными законами, о которых мы говорили выше.

∆Hºр-ции равна разности алгебраической суммы энтальпий образования всех продуктов реакции и алгебраической суммы энтальпий образования всех исходных веществ.

Стандартная энтальпия образования сложных веществ равна энтальпии реакции получения 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях.

Выписываем из справочной литературы ∆Hºf, 298исходных веществ и продуктов реакции:

Для простых веществ значения стандартной энтальпии и энергии Гиббса образования всегда равны нулю.

+12•∆Hº_f,298(O2(г))]=[12•(–394) + 11•(–286)] – [–2222 + 12•0] = –5652кДж/моль

Благоприятствует ли энтальпийный фактор самопроизвольному протеканию процесса? Да, так как ∆Hºр-ции

Основные сведения о сахарозе: строение, формула вещества

Характеристика сахарозы

Сахароза (сахар, sucrose или тростниковый сахар) — углевод, дисахарид природного происхождения. Углеводы — главный источник энергии в организме. Человек и животные не могут синтезировать их самостоятельно, поэтому запас пополняется за счет употребления растительных пищевых продуктов.

Сахароза в небольших количествах (менее 0,4 г на 100 г продукта) вместе с глюкозой присутствует в плодах и листьях многих зеленых растений. В результате обменных процессов, протекающих в клетках, остатки глюкозы образуют резервный полисахарид — крахмал. Когда основная часть глюкозы в крахмале израсходована, он переходит в сахарозу.

Высоким содержанием сахарозы отличаются:

• сок стеблей сахарного тростника 14-19 %; корни сахарной свеклы 16-21 %;
• фрукты: абрикосы до 11 %, слива до 8 %; апельсины до 6 %; яблоки, груши до 5 %;
• овощи: лук до 8 %, морковь 4-6 %;
• зародыши семян зерновых культур, например, маис до 14 % и сорго до 11 %;
• сок деревьев около 20 %, например, сахарный клен и различные виды пальм, в том числе кокосовая и финиковая.

Рисунок 1. Кристаллы сахарозы.

Физические свойства сахарозы

Таблица 1. Физические свойства сахарозы.

Из-за низкой температуры плавления быстро становится жидкой и тягучей.

Имеет изомеры с молекулярной формулой С 12 Н 22 О 11 — мальтозу и лактозу.

Химические свойства сахарозы. Химические реакции (уравнения) сахарозы

1. Как многоатомный спирт, к примеру, глицерин или глюкоза, сахароза имеет гидроксильные группы. Это проявляется в способности сахарозы реагировать с гидроксидами металлов.

Например, качественная реакция на сахарозу: бесцветный раствор сахарозы при реакции с C u ( O H ) 2 становится ярко-синим:

C 12 H 22 O 5 + C u ( O H ) 2 → ( C 12 H 20 O 5 ) C u ярко-синий сахарат меди (II) + 2 H 2 O .

2. Сахароза является невосстанавливающим дисахаридом и не обладает свойствами альдегидов, поэтому не идут реакции:

• «серебряного зеркала» при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра (I);
• образования красного раствора оксида меди (I) при нагревании с гидроксидом меди (II);
• полного окисления.

3. Гидролиз сахарозы идет при кипячении с добавлением серной кислоты:

C 12 H 22 O 11 + H 2 O → t ° , H 2 S O 4 C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 .

В результате реакции образуется смесь двух моносахаридов — глюкозы и фруктозы.

В живых организмах гидролиз сахарозы происходит при участии ферментов.

4. Горение и обугливание сахарозы проходит в присутствии солей лития.

C 12 H 22 O 11 + 12 O 2 → с о л и L i 12 C O 2 + 11 H 2 O .

Формула, молекула, строение сахарозы

В химии сахароза имеет формулу C 12 H 22 O 11 .

Сахароза — это дисахарид, в состав которого входят остатки глюкозы и фруктозы, соединенные атомом кислорода O-глюкозидным типом связи.

Рисунок 2. Строение сахарозы.

Структура молекулы сахарозы: молекулярная кристаллическая решетка.

Получение и производство сахарозы

Способы производства сахарозы основаны на выделении сока из растений и получении из него сначала раствора, а затем кристаллической сахарозы.

Рассмотрим на схеме получения сахарозы из свеклы.

Продукт измельчают в тонкую стружку, помещают в большие котлы (диффузоры). Через них пропускают горячую воду, которая вымывает сахарозу в виде раствора.

В нем присутствуют различные примеси, в том числе органические кислоты с общей формулой R-COOH.

Чтобы отделить их от сахарозы, в раствор добавляют известковое молоко (гидроксид кальция) C a ( O H ) 2 . Параллельно идут две реакции:

• 2 R — C O O H + C a ( O H ) 2 → ( R — C O O ) 2 C a ↓ + 2 H 2 O и
• С 12 Н 22 О 11 + C a ( O H ) 2 → С 12 Н 22 О 11 C a сахарат кальция + 2 H 2 O .

Затем через раствор сахарата кальция пропускают диоксид углерода (углекислый газ):

С 12 Н 22 О 11 C a + C O 2 + H 2 O → С 12 Н 22 О 11 + C a C O 3 ↓ .

Осадок карбоната кальция отфильтровывают, а раствор сахарозы упаривают в вакуумных аппаратах до образования кристалликов сахара. Получается сахар-сырец желтого цвета.

Далее его очищают и обесцвечивают: растворяют в воде и полученный раствор фильтруют через активированный уголь. Затем раствор снова упаривают и кристаллизуют, получая на выходе очищенный сахар или рафинад.

Применение сахара в производстве

1. Пищевые производства: в качестве продукта питания; компонента кондитерских изделий, алкогольных напитков, соусов и искусственного меда. Растворы с высоким содержанием сахарозы — консервант при производстве фруктово-овощных заготовок.
2. Химическая отрасль: как субстрат при ферментации этанола, глицерина, бутанола, левулиновой и лимонной кислот.
3. Фармакология: тростниковый сахар используют при изготовлении лекарственных средств (сиропов, порошков), главным образом, для детей (как консервант, а также для маскировки горького или неприятного привкуса).

Биологическая функция в организме: сахароза — источник энергии. Она быстро расщепляется в пищеварительном тракте на глюкозу и фруктозу, легко проникает в кровь. Сахароза необходима для образования жира, гликогена, белково-углеродных соединений.

В умеренных количествах (до 40 грамм в день) оказывает благоприятное влияние на организм:

• активизирует работу головного мозга;
• снабжает клетки энергией;
• защищает печень от токсинов.

Однако чрезмерное употребление сахара, особенно в детском возрасте, повышает риск возникновения кариеса и диабета, ведет к ожирению.

Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

3.2. Дихроматные змеи

Чтобы осуществить этот опыт, смешивают и растирают в ступке 10 г дихромата калия K₂Cr₂O₇, 5 г нитрата калия KNO₃ и 10 г сахара (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁. Полученную смесь увлажняют этанолом (этиловый спирт) C₂H₅OH или коллодием, который можно купить в аптеке. Потом эту смесь спрессовывают в стеклянной трубочке диаметром 5–8 мм.

Полученный столбик выталкивают из трубочки и поджигают с одного конца. Вспыхивает едва заметный огонек, из-под которого начинает выползать сначала черная, а потом зеленая «змея». Столбик смеси диаметром 4 мм горит со скоростью 2 мм в секунду. При горении он может удлиниться в 10 раз!

Реакция горения сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ в присутствии двух окислителей – нитрата калия и дихромата калия – довольно сложна. Продукты реакции: черные частицы сажи, зеленый оксид хрома(III) Cr₂O₃, расплав карбоната калия K₂CO₃, а также диоксид углерода CO₂ и нитрит калия KNO₂. Газообразный диоксид углерода вспучивает смесь твердых продуктов и заставляет ее двигаться.

Другой способ приготовления смеси для дихроматной «змеи» включает смешивание порошков 1 г дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇, 2 г нитрата аммония NH₄NO₃ и 1 г сахарной пудры. Эту смесь смачивают водой, лепят из нее палочку и сушат на воздухе. Если палочку поджечь, из нее в разные стороны поползут черно-зеленые «змеи».

При поджигании смеси происходят следующие реакции:

При разложении дихромата аммония образуются азот N₂, водяной пар и зеленый оксид хрома(III) Cr₂O₃. Реакция протекает с выделением теплоты. В реакции термического разложения нитрата аммония выделяется бесцветный газ – оксид диазота N₂O, который уже при слабом нагревании разлагается на кислород O₂ и азот N₂. Горение сахара дает еще один газ – диоксид углерода CO₂, вдобавок происходит обугливание – выделение углерода. Много газов плюс твердые продукты окисления – вот причина «змеиного» поведения горящей смеси.

Хроматы и дихроматы

Хроматы – соли не существующей в свободном состоянии хромовой кислоты H₂CrO₄, получаемой лишь в виде водных растворов с концентрацией не выше 75%.

Хроматы, как правило, малорастворимы в воде (за исключением солей щелочных металлов и аммония). Растворы хроматов в воде имеют желтый цвет. При их подкислении, например добавлением небольшого количества разбавленной серной кислоты H₂SO₄, ионы CrO₄ 2- превращаются в дихромат-ионы Cr₂O₇ 2– , отщепляя воду:

Почти все дихроматы хорошо растворимы в воде. Дихроматы – сильные окислители. В кислой среде для них характерна полуреакция:

где каждый атом хрома(VI) в анионе принимает по три электрона и превращается в катион Cr 3+ . Раствор при этом становится зеленым.

Особые свойства у дихромата аммония: он легко разлагается. При слабом нагревании дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ самовоспламеняется с выбрасыванием искр – раскаленных частичек оксида хрома(III) Cr₂O₃, газообразного азота N₂ и паров воды.

Хромат калия K₂CrO₄ плавится без разложения при 968 °С, а дихромат калия K₂Cr₂O₇ разлагается в соответствии с уравнением реакции:

Коллодий – раствор нитроклетчатки (нитроцеллюлоза) в смеси этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:10. Это – бесцветная, прозрачная жидкость, легко воспламеняющаяся даже от искры.

Когда коллодий намазывают на кожу тонким слоем, он после высыхания дает прочно пристающую пленку, нерастворимую в воде и похожую на лак. При добавлении к коллодию скипидара или касторового масла пленка делается эластичной.

Нитраты – соли азотной кислоты HNO₃. Это – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. При нагревании они ведут себя по-разному в зависимости от катиона металла, входящего в их состав. Так, нитраты щелочных металлов плавятся с разложением, выделяя кислород O₂ и превращаясь в нитриты. Например, нитрат калия переходит в нитрит калия:

Нитраты металлов, которые в ряду напряжений находятся между магнием и медью (включая эти два металла), при нагревании превращаются в оксиды металлов с выделением диоксида азота и кислорода:

Нитраты благородных металлов термически разлагаются, выделяя металл:

Все нитраты в той или иной мере опасны, но особое место среди них занимает нитрат аммония NH₄NO₃: он является взрывчатым веществом. При нагревании он разлагается на оксид диазота N₂O и воду:

В 1921 г. в немецком городке Оппау произошел взрыв на заводе, выпускавшем удобрения – смесь нитрата и сульфата аммония (NH₄NO₃ и (NH₄)₂SO₄). Эти соли долго хранились на складе и слежались. Их решили раздробить небольшими взрывами, т. к. считали их совершенно безопасными.

Первый же небольшой взрыв вызвал детонацию (мгновенный взрыв) всей массы слежавшихся солей. Погибли 560 человек и было много раненых. Полностью были разрушены не только городок Оппау, но и некоторые дома в соседнем городе Мангейме, в шести километрах от места взрыва. Более того, взрывной волной выбило стекла в домах, расположенных в 70 км от Оппау.

Несчастье можно было предвидеть и предотвратить. Ведь еще раньше, в 1917 г., на химическом заводе в канадском городе Галифаксе произошел чудовищный взрыв из-за саморазложения нитрата аммония, стоивший жизни трем тысячам человек.

3.3. Содовая «гадюка»

Это очень простой и изящный опыт получения «черной змеи». Чтобы его осуществить, в столовую тарелку насыпают 3–4 ложки сухого просеянного речного песка и делают из него горку с углублением в вершине. Затем готовят реакционную смесь, состоящую из 1 чайной ложки сахарной пудры и 1/4 чайной ложки гидрокарбоната натрия NaHCO₃ (питьевая сода). Пропитывают песок 96–98%-м раствором этанола C₂H₅OH и насыпают в углубление горки приготовленную реакционную смесь, после этого поджигают спирт.

Через 3–4 мин на поверхности смеси появляются черные шарики, а у основания горки – черная жидкость. Когда почти весь спирт сгорит, смесь чернеет, и из песка медленно выползает извивающаяся толстая черная «гадюка». У основания она окружена «воротником» догорающего спирта.

Диоксид углерода CO2, выделяющийся при разложении гидрокарбоната натрия и горении этилового спирта в соответствии с реакциями:

вспучивает горящую массу, заставляя ее ползти, как змея. Чем дольше горит спирт, тем длиннее получается «змея», состоящая из карбоната натрия Na₂CO₃, смешанного с мельчайшими частичками угля, который образуется при окислении сахара.

Подобную картину можно наблюдать, если вместо гидрокарбоната натрия использовать нитрат аммония NH₄NO₃. В этом случае реакционная смесь должна состоять из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной ложки сахарного песка, тщательно перетертых в ступке. Эту смесь засыпают в углубление пропитанной этиловым спиртом песочной горки, а потом поджигают спирт. После того как он почти весь выгорит, с вершины горки начинает сползать черная «гадюка».

Ее появление на свет вызвано взаимодействием нитрата аммония с сахаром:

Приводят в движение «гадюку» опять-таки образующиеся газы: азот N₂, диоксид углерода CO₂ и пары воды.

3.4. «Черный удав» из стакана

Этот опыт представляет собой захватывающее зрелище. Сахарную пудру в количестве 75 г помещают в высокий стеклянный стакан, смачивают ее 5–7 мл воды и перемешивают длинной стеклянной палочкой. Потом к влажному сахару приливают по этой палочке 30–40 мл концентрированной серной кислоты H₂SO₄. (Осторожно! Серная кислота – едкое и опасное вещество!) Затем смесь быстро перемешивают стеклянной палочкой, которую оставляют в стакане.

Через 1–2 мин содержимое стакана начинает чернеть, вспучиваться и в виде объемистой, рыхлой и ноздреватой массы подниматься, увлекая вверх стеклянную палочку. Смесь в стакане сильно разогревается и даже немного дымится. Она медленно выползает из стакана.

Серная кислота отнимает от сахара (сахароза C₁₂H₂₂O₁₁) воду, разрушая его молекулярную структуру, и окисляет его, а сама превращается в диоксид серы SO₂. При окислении сахара получается диоксид углерода CO₂. Эти газы вспучивают образующийся уголь и выталкивают его из стакана вместе с палочкой.

Уравнение, передающее эти химические превращения, таково:

Диоксиды углерода и серы вместе с парами воды увеличивают объем реакционной массы и заставляют ее перемещаться.