Хімія. 9 клас. Попель

§ 31. Вуглеводи. Глюкоза і сахароза

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • отримати уявлення про склад вуглеводів;
  • з'ясувати властивості глюкози і сахарози;
  • дізнатися про добування й використання глюкози і сахарози.

Вуглеводи

Cn(H2O)m

Вуглеводи. У кожній рослині є органічна речовина, назва якої — целюлоза. Вона, а також крохмаль, сахароза (звичайний цукор), глюкоза є вуглеводами (назва походить від слів «вуглець» і «вода»). Загальна формула сполук цього класу — Cn(H2O)m, або CnH2mOm (n і m можуть мати значення 5 і більше). При сильному нагріванні без доступу повітря вуглеводи розкладаються на вуглець і воду (мал. 88).

Мал. 88. Термічний розклад вуглеводу

Деякі вуглеводи складаються з порівняно невеликих молекул, інші — з молекул, що містять тисячі атомів.

У зелених рослинах і деяких бактеріях вуглеводи утворюються внаслідок фотосинтезу1. Це — складний процес, під час якого відбувається синтез органічних речовин із неорганічних (вуглекислого газу, води, розчинних солей) за участю сонячної енергії (мал. 89). Процес фотосинтезу, який здійснюється в рослинах, супроводжується виділенням кисню.

1 Термін походить від грецьких слів phötos — світло і synthesis — сполучення.

Мал. 89. Фотосинтез

Схема фотосинтезу вуглеводів —

а узагальнене хімічне рівняння —

Вуглеводи є одним із джерел енергії для організму; вона виділяється під час хімічних реакцій за їх участю.

Глюкоза. Це — один із найважливіших вуглеводів. Сполуку іноді називають виноградним цукром; вона міститься у фруктах (найбільше — у винограді), меду, а в дуже малій кількості — у крові людини і тварин.

Хімічна формула глюкози — С6Н12О6.

Глюкоза

C6H12O6

Глюкоза — білий порошок або безбарвні кристали. Сполука добре розчиняється у воді, має солодкий смак, але вона менш солодка, ніж цукор.

Виявити глюкозу в розчині можна, використавши її здатність вступати в реакцію з купрум(ІІ) гідроксидом, яка супроводжується характерним зовнішнім ефектом.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 13

Взаємодія глюкози з купрум(ІІ) гідроксидом

Налийте в пробірку 1 мл розчину натрій гідроксиду і внесіть 3—4 краплі розчину купрум(ІІ) сульфату. До рідини з осадом купрум(ІІ) гідроксиду, що утворився, налийте 1 мл розчину глюкози і перемішайте суміш.

Чи розчинився осад? Яким став колір розчину?

Під час взаємодії глюкози з купрум(ІІ) гідроксидом утворюється розчинна сполука блакитного кольору (мал. 90, а). При нагріванні добутого розчину з'являється жовтий осад, колір якого швидко змінюється на червоний (мал. 90, б).

Мал. 90. Результат взаємодії глюкози з купрум(ІІ) гідроксидом

У промисловості глюкозу добувають, здійснюючи за певних умов реакції крохмалю або сахарози з водою.

Глюкоза є сировиною для кондитерської промисловості (мал. 91, а). З неї добувають аскорбінову кислоту (вітамін С), кальцій глюконат, інші речовини. Глюкозу також використовують у медицині як легкозасвоювану і калорійну речовину при виснаженні людини (мал. 91, б). Цей вуглевод входить до складу кровозамінних рідин (мал. 91, в).

Мал. 91. Застосування глюкози: а — печиво; б — сироп; в — розчин для ін'єкцій

При окисненні глюкози виділяється необхідна для організму енергія:

1 Умовним записом [O] в органічній хімії часто замінюють формулу речовини-окисника.

Сахароза. Сахароза — сполука, відома кожному; це звичайний цукор. Найбільше цієї речовини міститься в цукровому буряку і цукровій тростині (мал. 92); масова частка сахарози в них може сягати 27 %. Сполука є також у листі й соках дерев, фруктів, овочів. Вона утворюється в рослинах під час фотосинтезу.

Мал. 92. Рослини з високим вмістом сахарози: а — цукровий буряк; б — цукрова тростина

Сахароза

C12H22O11

Формула сахарози — С12Н22О11.

Сахароза — біла кристалічна речовина (мал. 93), солодка на смак, яка дуже добре розчиняється у воді (при 20 °С — 203 г речовини у 100 г води, при 100 °С — 487 г). Насичений розчин цукру має високу в'язкість; його часто називають сиропом.

Мал. 93. Мікрофотографія сахарози

За температури 184 °С сахароза плавиться і починає розкладатися. Розплав набуває коричневого забарвлення, і з'являється запах підгорілого цукру. Таке перетворення цукру називають карамелізацією (термін походить від слова «карамель»).

При дії на сахарозу концентрованої сульфатної кислоти органічна сполука починає розкладатися: кислота «відбирає» в молекул цукру молекули води. Спрощена схема перетворення:

Відповідний демонстраційний дослід проводять так. У невелику хімічну склянку насипають (на 1/3—1/4 її об'єму) розтертий цукор-пісок, додають трохи води і ретельно перемішують речовини скляною паличкою. Потім доливають концентровану сульфатну кислоту (до половини об'єму склянки) і швидко перемішують. Суміш розігрівається, темніє й починає збільшуватися в об'ємі (мал. 94). Виділяється водяна пара, а цукор перетворюється на вуглець.

Мал. 94. Розклад цукру під дією концентрованої сульфатної кислоти

У розчині сахарози (як і глюкози) розчиняється купрум(ІІ) гідроксид. Але якщо нагрівати добуту рідину, то в ній не утворюватиметься червоний осад (відміна від результату досліду з розчином глюкози).

Виробництво і застосування сахарози. В Україні працюють десятки цукрових заводів (мал. 95). Щорічний обсяг їх продукції становить 1,5—2 млн т.

Мал. 95. Цех цукрового заводу

Виробництво цукру відбувається в кілька стадій. Спочатку цукровий буряк миють, подрібнюють і промивають гарячою водою. Сахароза та інші розчинні у воді речовини переходять у розчин. Потім до нього додають суспензію вапна. Кальцій гідроксид реагує із сахарозою з утворенням розчинної сполуки, а продуктами його реакцій з іншими органічними речовинами є нерозчинні сполуки. Розчин відфільтровують від осаду і пропускають у рідину вуглекислий газ. При цьому знову утворюється сахароза й осаджується кальцій карбонат. Розчин фільтрують, додатково очищують і випарюють. Із нього кристалізується цукор.

Цікаво знати

Приблизно 2/3 цукру виробляють із цукрової тростини, а 1/3 — із цукрового буряку.

Цукор — важливий харчовий продукт. Його використовують у виробництві кондитерських виробів, багатьох напоїв. Цукор є консервантом для фруктів і ягід, тому його застосовують для приготування варення, джему (при цьому співвідношення мас цукру і плодів має бути не менш ніж 1 : 1).

Сахароза слугує сировиною для добування етанолу, деяких інших органічних сполук.

ВИСНОВКИ

Вуглеводи — сполуки із загальною формулою Cn(H2O)m. Вони є одним з основних джерел енергії для організму. Ці сполуки утворюються в зелених рослинах і деяких бактеріях унаслідок фотосинтезу. Найважливішими вуглеводами є глюкоза, сахароза, крохмаль і целюлоза.

Глюкоза С6Н12О6 і сахароза С12Н22О11 — білі кристалічні речовини, які мають солодкий смак і добре розчиняються у воді. Глюкозу можна виявити в розчині за допомогою реакції з купрум(ІІ) гідроксидом при нагріванні.

Глюкозу і сахарозу добувають із природної сировини. Їх використовують у харчовій промисловості, а глюкозу — ще й у медицині.

  • 226. Які сполуки називають вуглеводами? Поясніть походження цієї назви.
  • 227. Доведіть, що склад молекули оцтової кислоти СН3СООН відповідає загальній формулі вуглеводів Cn(H2O)m. Чи можна вважати цю сполуку вуглеводом? Чому?
  • 228. Як можна відрізнити розчин глюкози від розчину сахарози?
  • 229. Обчисліть масові частки елементів:

а) у глюкозі;

б) у сахарозі.

  • 230. Яка кількість речовини сахарози міститься в 0,5 кг цього вуглеводу?
  • 231. У якій масі води потрібно розчинити 50 г глюкози, щоб виготовити розчин із масовою часткою цієї речовини 25 %?
  • 232. Змішали 200 г розчину сахарози з масовою часткою сполуки 5 % і 300 г розчину сахарози з масовою часткою сполуки 20 %. Обчисліть масову частку вуглеводу в утвореному розчині.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Фруктоза

Фруктоза, або фруктовий цукор, міститься у фруктах, ягодах, меду. Хімічна формула фруктози така сама, що й глюкози, — С6Н12О6, але будова її молекули інша.

Фруктоза — безбарвна кристалічна речовина, добре розчинна у воді. Вона втричі солодша за глюкозу і в 1,5 раза — за сахарозу. Ця сполука утворюється при взаємодії сахарози з водою за певних умов:

Фруктозу та її похідні використовують у медицині, зокрема в лікувальному харчуванні хворих на цукровий діабет.