Хімія. 9 клас. Березан

§ 37. Сахароза

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • дізнаєтесь про хімічний склад сахарози;
  • з'ясуєте деякі властивості сахарози;
  • довідаєтесь про поширення сахарози в природі та про виробництво цукру.

Сахароза С12H22O11 — це дисахарид. Дисахаридами також є мальтоза (солодовий цукор), лактоза (молочний цукор); вони мають таку ж формулу, як і сахароза.

Сахароза відома в побуті як цукор. Це біла кристалічна речовина, солодка на смак, без запаху, дуже добре (але повільно) розчиняється у воді.

Що ж відбувається між молекулами цукру і води під час розчинення?

У молекулі сахарози є значна кількість гідроксильних груп, які несуть частковий електричний заряд:

Рис. 37.1. Масштабна модель сахарози. Розчинення цукру у воді

Завдяки цьому на поверхні кристала цукру між молекулами сахарози і води утворюються водневі зв'язки: з однією молекулою цукру зв'язується кілька молекул води. Ви вже знаєте, що такі частинки називають гідратованими. Тепловий рух молекул руйнує зв'язок з молекулами сахарози, вони відокремлюються від кристала і переходять у розчин. Однак дифузія молекул відбувається дуже повільно. Поблизу поверхні кристаликів накопичується значна кількість молекул цукру. Вони вже відокремлені від кристала, але ще не перейшли в розчин. Це перешкоджає молекулам води наблизитись до поверхні кристала. Під час перемішування розчину дифузія відбувається інтенсивніше, тож розчинення цукру пришвидшується. Згодом гідратовані молекули сахарози рівномірно розподіляються між молекулами води.

Рис. 37.2. Послідовна зміна кольору розплавленої сахарози під час нагрівання

Розчинність цукру у воді, як і більшості твердих речовин, зростає під час нагрівання: у 100 г води за температури 0 °С можна розчинити 179 г, за 20 °С — 203 г, а за 100 °С — уже 287 г. Насичений розчин цукру називають сиропом. Це досить в'язка рідина. Температура плавлення сахарози 160 °С. Доведена до температури кипіння й охолоджена сахароза втрачає свою кристалічну будову, перетворюючись на жовто-коричневу карамель. Таке перетворення цукру називають карамелізацією.

Поширення в природі

Сахароза дуже поширена в природі: синтезується у клітинах усіх зелених рослин і накопичується в стеблах, насінні, плодах і коренях. Сахароза входить до складу цукрової тростини (14-26 %) і цукрових буряків (до 28 %).

Ці рослини є основними джерелами отримання сахарози, звідси виникли і її назви: тростяний цукор (становить 65 % світового виробництва) і буряковий цукор.

Сахароза входить до складу соку берези, цукрового клена і пальми. Також вона міститься в кукурудзі — 1,4-1,8 %, картоплі — 0,6 %, дині — 5,9 %, абрикосі — 6 %.

Рис. 37.3. Цукровий буряк та цукрова тростина

Застосування сахарози

Цукор — важливий інгредієнт різних страв, напоїв, хлібобулочних та кондитерських виробів. Його додають до чаю, кави, какао; це головний компонент цукерок, глазурі, кремів, морозива.

Цукор слугує консервантом у вареннях, желе та інших продуктах, які виготовляють із плодів. Його також використовують для консервування м’яса, вичинки шкіри, у тютюновій промисловості. Значна частина цукру йде на виробництво етанолу. Це важлива сировина для хімічної промисловості. Із цукру отримують тисячі похідних, які використовують у найрізноманітніших галузях.

Це цікаво

Отримання сахарози

В Україні сахарозу отримують на цукрових заводах із цукрового буряка. Цей процес відбувається в кілька стадій.

1. Буряк миють, подрібнюють і промивають гарячою (+75 °С) водою. Унаслідок цього з буряків вимивається майже вся сахароза та інші розчинні у воді речовини (білки, крохмаль, органічні кислоти).

2. Щоб позбутися домішок, отриманий розчин обробляють вапняним молоком:

C12H22O11 + Ca(OH)2 → C12H22O11 · CaO + H2O

Кальцій гідроксид реагує з органічними кислотами та іншими речовинами, утворюючи малорозчинні сполуки, а сахароза — добре розчинний кальцій сахарат.

3. Розчин фільтрують. Крізь профільтрований розчин пропускають карбон(IV) оксид. У розчині, крім кальцій сахарату, міститься ще Са(ОН)2, а тому кальцій сахарат і кальцій гідроксид взаємодіють з вуглекислим газом, у результаті чого випадає осад кальцій карбонату й утворюється розчин сахарози:

С22Н22О11 · СаО + СО2 → С12H22O11 + CaCO3

4. Розчин знову фільтрують, очищують, випарюють та центрифугують.

5. Кристалічна сахароза відокремлюється від меляси (бурої рідкої маси, яка містить близько 65 % сахарози) — отримують так званий «перший продукт».

6. У результаті повторного промивання та центрифугування отримують «другий продукт» (власне цукор-пісок), який сушать і фасують. Пресуючи його, отримують рафінад, а збираючи окремо цукровий пил, — цукрову пудру.

Обвуглення сахарози. Для проведення цього досліду слід взяти 50 г цукру, розтерти його в ступці. Готову пудру висипати в хімічну склянку, додати кілька мілілітрів води.

Одержану масу потрібно перемішати й обережно додати до неї 20 мл концентрованої сульфатної кислоти. Знову перемішати. За хвилину суміш у склянці почне темнішати й у вигляді чорної пористої маси підніматиметься над склянкою.

Рис. 37.4. Обвуглення сахарози під дією сульфатної кислоти

Ефект реакції пояснюється тим, що концентрована сульфатна кислота, віднімаючи воду, обвуглює сахарозу.

Рафінад. Рафінований (очищений від домішок цукор) приваблює білосніжним кольором. Однак він не надто корисний, тому що позбавлений багатьох біологічно активних речовин, які зникають під час рафінування. Сучасні дієтологи радять вживати коричневий цукор.

Як замінник цукру можна використовувати стевію медову — багаторічну трав’янисту рослину. Вона багата на вітаміни С, А, Е, Р, мікроелементи, полісахариди. Солодкі органічні речовини стевії (глікозиди) в 10-15 разів солодші за цукор.

Рис. 37.5. Стевія медова

Пам'ятник кубику рафінаду споруджено на центральній площі містечка Дачіце в Моравії (Чехія) навпроти величного костелу Св. Лаврентія, на тому місці, де до XIX ст. стояв цукровий завод, що виробляв перші у світі кубики цукру.

Рис. 37.6. Пам'ятник кубику цукру-рафінаду

Це містечко, у якому поживав швейцарець Якоб Крістоф Рад, управляючий цукрового заводу. У 2013 р. винаходу цукру-рафінаду виповнилося 170 років і на його честь встановлено пам'ятник. На п'єдесталі із сірого граніту стоїть білосніжний, блискучий куб з полірованими гранями. На постаменті вирізьблено дату — 1843. Саме цього року Рад отримав патент і ліцензію на виробництво пресованого цукру за допомогою пресувального верстата. До цього великі «цукрові голови» кололи за допомогою спеціальних щипців.

Рис. 37.7. Цукор-рафінад у вигляді «цукрової голови»

Підсумки

  • 1. Сахароза — біла кристалічна речовина, має солодкий смак, дуже добре розчиняється у воді. Під час нагрівання сахароза плавиться і карамелізується.
  • 2. Молекулярна формула сахарози С12Н22О11.
  • 3. Цукор виготовляють із природної сировини — цукрової тростини і буряка.
  • 4. Цукор використовують не лише як харчовий продукт, а й у різних галузях виробництва.

Контрольні запитання

  • 1. Як сахароза поширена в природі?
  • 2. Який хімічний склад сахарози?
  • 3. Які фізичні властивості має сахароза?
  • 4. Які основні напрямки використання сахарози?

Вправи та задачі

1. Обчисліть масу сахарози та об'єм води, які необхідно взяти для приготування 350 г розчину з масовою часткою сахарози 20 %.

2. Обчисліть масові частки Карбону й Оксигену в сахарозі (%).

3. Обчисліть масу глюкози, яку одержали з 1026 г сахарози за реакцією:

4. Юний хімік вирішив спалити грудочку цукру, однак це йому не вдалося. Він дізнався, що спалити цукор усе-таки можна. Для цього на грудочку цукру потрібно насипати попелу. Піднісши запалений сірник до цієї грудочки, він був вражений, тому що цукор відразу загорівся. Яку роль у цій реакції відіграв попіл? Чи можете ви запропонувати інший спосіб, щоб змусити цукор горіти?

5. Напишіть рівняння горіння сахарози та обчисліть об'єм карбон(ІV) оксиду, який виділився під час згоряння 0,5 моль цукру (н. у.).

6. Змішали дві склянки з розчинами сахарози: перша містила 300 г розчину з масовою часткою сахарози 20 %, а друга — 100 г розчину з масовою часткою 35 %. Обчисліть масову частку сахарози в одержаному розчині.

7. Змішали 0,25 моль сахарози і 214,5 мл води. Обчисліть масову частку сахарози в одержаному розчині.

8. Для приготування розчину сахарози використали 2,5 моль води та 0,01 кг сахарози. Обчисліть масову частку сахарози в одержаному розчині.

9. Обчислити масу суміші, що містить 0,2 моль сахарози та 0,1 моль глюкози.

10. Обчисліть кількість речовини в 6,84 кг сахарози.

11. До 240 г розчину з масовою часткою сахарози 10% добавили 10 г С12Н22О11. Обчисліть масову частку сахарози в приготовленому розчині.

12. Розчин масою 300 г з масовою часткою сахарози 10% нагрівали до тих пір, поки маса розчину не стала 240 г. Обчисліть масову частку сахарози

13. До 180 г розчину сахарози з масовою часткою вуглеводу 20% додали 2 моль води. Обчисліть масову частку сахарози в одержаному розчині.

13. Яка кількість речовини води міститься в 60 г розчину сахарози з масовою часткою вуглеводу 25 %?