[CHEMIA] Chemia w życiu codziennym

Związki chemiczne w życiu codziennym

Pierwiastki chemiczne występujące w organizmach możemy podzielić na makro- i mikroelementy.

Makroelement to każdy z pierwiastków chemicznych, który stanowi przynajmniej 0,1% suchej masy. (C, H, O, N, P, S, Mg, Ca, Cl, Na, K)

Mikroelement to każdy pierwiastek chemiczny występujący w ilości nieprzekraczającej 0,01% suchej masy. (F, I, Zn, Fe, B, Se, Cu, Mn, Mo, Si, Cr, Co, V)

Składniki występujące w organizmie człowieka (niezbędne do jego prawidłowego funkcjonowania):

- białka [ok. 20%]

- tłuszcze [ok. 10%]

- woda [ok. 65-70%]

- sacharydy (cukry) [ok. 1%]

- witaminy (regulują przemiany zachodzące w komórkach)

- sole mineralne

Składniki odżywcze:

- budulcowe (białka, niektóre sole mineralne)

- energetyczne (cukry i tłuszcze)

- regulujące (witaminy, woda i sole mineralne)

słodkie Tłuszcze:

a) pochodzenia roślinnego:

- margaryna

- oleje jadalne (sojowy, słonecznikowy, rzepakowy)

- oliwa z oliwek

b) pochodzenia zwierzęcego:

- ser żółty

- ser biały i topiony

- masło

- smalec

- śmietana

- boczek

Białka:

a) pochodzenia roślinnego:

- makarony

- orzeszki ziemne

- kasze

- fasola, groch, bób, soja

- kukurydza

b) pochodzenia zwierzęcego:

- jaja

- czerwone mięso

- drób

- ryby

- nabiał

Witaminy- to składniki odżywcze konieczne do prawidłowej przemiany materii.

Przemiana materii- całokształt procesów zachodzących w komórkach organizmów. W procesach tych uczestniczą białka, sacharydy, tłuszcze, witaminy, sole mineralne oraz enzymy (które katalizują zachodzące reakcje).

Tłuszcze (glicerydy)- są mieszaniną wielu estrów wyższych kwasów karboksylowych i glicerolu. Są one estrami pochodzenia naturalnego, występującymi w nasionach roślin oleistych (np. rzepaku czy słonecznika), a także w organizmach zwierząt. Mogą powstawać w wyniku reakcji estryfikacji. Zapis ogólny reakcji estryfikacji – otrzymywania tłuszczów:

glicerol + kwas tłuszczowy → tłuszcz (ester) + woda

Wzór ogólny cząsteczki tłuszczu ma postać:

gdzie:

(R₁-), (R₂-), (R₃-) - trzy grupy alkilowe, takie same lub różne, w zależności od rodzajów nienasyconych lub nasyconych kwasów karboksylowych, od których pochodzi tłuszcz

Tłuszcze dzielimy:

a) ze względu na pochodzenie lub występowanie:

- zwierzęce (np. smalec, masło, tran)

- roślinne (np. olej słonecznikowy, oliwa z oliwek)

b) ze względu na budowę cząsteczki (stan skupienia):

- nasycone [stałe] (np. masło, smalec, łój)

- nienasycone [ciekłe] (np. oleje, oliwy, tran)

Emulsja- zawiesina drobnych kropelek jednej cieczy w drugiej.

Tłuszcz roślinny od zwierzęcego możemy odróżnić poprzez zadziałanie na ten tłuszcz wodą bromową lub roztworem manganianu (VII) potasu. Tłuszcz roślinny odbarwi te substancje oraz wytrąci się substancja stała.

Próba akroleinowa- próba mająca na celu odróżnienie tłuszczu od substancji tłustej (np. mineralny olej silnikowy). Polega na intensywnym podgrzaniu substancji. Jeśli dana substancja jest tłuszczem, to wydzielą się z niej pary akroleiny – substancji o ostrym zapachu powstałej w wyniku rozkładu tłuszczu. Substancja tłusta rozkłada się bez wydzielenia akroleiny.

Reakcja zmydlania tłuszczów- reakcja używana do otrzymywania mydła na skalę przemysłową. Polega na ogrzaniu mieszaniny tłuszczu i wodorotlenku sodu w równych proporcjach, co prowadzi do uzyskania mydła i glicerolu. Zapis ogólny tej reakcji to:

tłuszcz + wodorotlenek sodu → mydło + glicerol

Lipazy- to enzymy trawienne pod wpływem których tłuszcze ulegają hydrolizie podczas trawienia.

Hydroliza tłuszczu- to rozkład tłuszczu pod wpływem wody na glicerol i kwas tłuszczowy (z udziałem enzymów). Kwasy te ulegają dalszemu rozpadowi i utlenianiu. Produktami tej reakcji są tlenek węgla (IV), woda i duża ilość energii.

Zapis ogólny tej reakcji jest następujący:

tłuszcz + woda → kwasy tłuszczowe + glicerol

Katalizatorami (zaznaczane nad strzałką) są enzymy trawienne.

Reakcją odwrotną do hydrolizy jest reakcja powstawania tłuszczów (nad strzałką „estryfikacja”, pod strzałką „enzymy” i „hydroliza”).

Białka- to wielocząsteczkowe związki naturalne, które powstają z 20 różnych aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi (–CONH–).Występują we wszystkich organizmach i są najważniejszymi ich składnikami. Stanowią podstawowy materiał budulcowy tkanek. Wchodzą w skład m.in. krwi, mięśni, chrząstek, mleka, skóry, sierści, paznokci itd. Prawie wszystkie znane enzymy są białkami. Białka w organizmach powstają z aminokwasów.

Aminokwasy- to związki organiczne posiadające dwie grupy funkcyjne: aminową (–NH₂) i karboksylową (–COOH).

Skład pierwiastkowy białek:

- węgiel [50-55%]

- tlen [19-24%]

- azot [15-18%]

- wodór [6-8%]

- siarka [0,3-3%]

- fosfor [0-0,5%]

Podział białek:

a) proste (proteiny)- zbudowane z reszt aminokwasowych.

b) złożone (proteidy)- oprócz części pochodzącej od aminokwasów posiadają też pierwiastki lub przyłączone cząsteczki innych związków chemicznych.

Reakcja ksantoproteinowa- reakcja charakterystyczna mająca na celu wykrycie białka. Polega na zadziałaniu na substancję stężonym roztworem kwasu azotowego (V). Jeżeli dana substancja jest białkiem, to ścina się i żółknie.

Reakcja biuretowa- reakcja charakterystyczna mająca na celu wykrycie białka. Polega na zadziałaniu na substancję wodorotlenkiem miedzi (II). Pod jego wpływem białko ścina się i zmienia zabarwienie na ciemnofioletowe.

Białko ścina się pod wpływem:

- podwyższenia temperatury

- kwasów

- zasad

- alkoholu

- soli metali lekkich

- soli metali ciężkich

Ścięcie białka (koloidu) to inaczej koagulacja. Jeśli jest to proces nieodwracalny (działanie temperaturą, kwasem, zasadą, alkoholem czy solami metali ciężkich) to nazywa się go denaturacją. Jeśli zaś proces ten jest odwracalny (działanie solami metali lekkich), to nazywa się go wysalaniem białka.

Zol- koloidalny roztwór białka. Pod wpływem koagulacji zolu powstaje żel. Żel rozpuszczony w wodzie ponownie przechodzi w zol i zachodzi proces peptyzacji.

Sacharydy (cukry, węglowodany)- to związki organiczne zbudowane z węgla, wodoru i tlenu. Dzieli się je na:

a) cukry proste (monosacharydy) – cukry o najprostszej budowie, w reakcji hydrolizy nie tworzą prostszych cząsteczek (np. glukoza, fruktoza).

b) cukry złożone (oligosacharydy) – to cukry o cząsteczkach zbudowanych z 2-10 monosacharydów (np. sacharoza, laktoza, maltoza). Cukry składające się z 2 monosacharydów to disacharydy (dwucukry).

c) wielocukry (polisacharydy) – cukry o cząsteczkach zbudowanych z więcej niż 10 monosacharydów (np. skrobia, glikogen, celuloza).

Wzór ogólny sacharydów wygląda następująco:

a) monosacharydy:

C_n(H₂O)_m

n=m

b) oligosacharydy i polisacharydy:

C_n(H₂O)_m

n>m

Wzór sumaryczny monosacharydów (glukozy i fruktozy) to C₆H₁₂O₆.

Glukoza- to monosacharyd bardzo rozpowszechniony w przyrodzie. Ma właściwości redukujące. Powstaje ona w wyniku fotosyntezy, której przebieg można przedstawić za pomocą równania:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ +6O₂

(katalizatorami są energia słoneczna i chlorofil)

Reakcja biologicznego utleniania glukozy:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ +6H₂O + energia

Próba Trommera- reakcja charakterystyczna mająca na celu wykrycie glukozy. Polega na zadziałaniu na substancję wodorotlenkiem miedzi (II) i ogrzaniu jej. Jeżeli dana substancja jest glukozą, to zajdzie reakcja redukcji miedzi (II) do miedzi (I) – wodorotlenek zmieni barwę na czerwoną i wytrąci się niebieski osad, powstaje kwas glukonowy. Jest to reakcja redoks (utleniania-redukcji) można ją zapisać w następujący sposób:

2Cu(OH)₂ + C₆H₁₂O₆ → Cu₂O + C₆H₁₂O₇ + 2H₂O

Próba Tollensa- reakcja charakterystyczna mająca na celu wykrycie glukozy. Polega na zadziałaniu na substancję roztworem azotanu (V) srebra (I), amoniakiem, stężonym roztworem wodorotlenku sodu i ogrzewaniu jej. Jeśli daną substancją jest glukoza, to wytworzy się kwas glukonowy i srebro w postaci tzw. lustra srebrnego – srebrnego osadu na ściankach probówki. Jego powstawanie można wytłumaczyć równaniem:

Ag2O + C₆H₁₂O₆ → 2Ag + C₆H₁₂O₇

Izomery- związki chemiczne o takim samym wzorze sumarycznym, lecz o różnych wzorach strukturalnych.

Disacharydy (dwucukry)- to cukry złożone składające się z 2 monosacharydów. Zaliczają się do nich sacharoza (cukier trzcinowy lub buraczany), maltoza (cukier słodowy) i laktoza (cukier mlekowy). Sacharoza, w przeciwieństwie do laktozy i maltozy, nie wykazuje właściwości redukujących (wynik próby Trommera jest negatywny). Ich wzór ogólny ma postać:

C₁₂H₂₂O₁₁

Reakcja hydrolizy sacharozy- zachodzi w naszym organizmie podczas trawienia, kiedy na sacharozę działa kwas solny (w naszym żołądku). Pod wpływem enzymów reakcja ta ma swój początek już w jamie ustnej. W wyniku hydrolizy sacharoza rozkłada się na glukozę i fruktozę (katalizatorami są kwas solny i enzymy):

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

Polisacharydy (wielocukry)- to cukry złożone składające się z więcej niż 10 monosacharydów. Należą do nich skrobia, glikogen i celuloza. W odróżnieniu od mono- i disacharydów polisacharydy nie rozpuszczają się w wodzie i nie mają słodkiego smaku. Ich wzór ogólny ma postać:

(C₆H₁₀O₅)_n

gdzie n jest liczbą naturalną różną dla każdego związku chemicznego (polisacharydu).

Skrobia jest wytwarzana przez rośliny jako produkt asymilacji tlenku węgla (IV) i odkładana i ich komórkach jako materiał zapasowy. Znajduje się ona głównie w ziemniakach i nasionach zbóż. W procesie fotosyntezy powstaje w reakcji łączenia monosacharydów według schematu (katalizatorami są enzymy):

glukoza → skrobia

Skrobia połączona z wodą słabo się rozpuszcza i tworzy koloid - kleik skrobiowy.

Reakcją charakterystyczną skrobii jest działanie na nią roztworem jodu (np. jodyną). W wyniku reakcji na substancjach pojawi się ciemnoniebieskie zabarwienie świadczące o obecności skrobii. Skrobia ulega hydrolizie według schematu (katalizatory: enzymy i kwas solny):

(C₆H₁₀O₅)_n + n H2O → n/x (C₆H₁₀O₅)_x → n C₆H₁₂O₆

n<10

Dekstryny- pośrednie produkty rozkładu skrobii.

Celuloza (błonnik) to najważniejszy składnik wszystkich roślin. Zbudowane są z niej ściany komórkowe, które odgrywają rolę szkieletu rośliny. Szczególnie duże ilości celulozy zawierają rośliny takie jak len, bawełna, juta czy konopie. Skrobia odgrywa też rolę w procesie trawiennym człowieka – reguluje perystaltykę jelit. Najwięcej błonnika znajduje się w otrębach, kiełkach pszenicy, razowym chlebie, warzywach i owocach.

Włókna naturalne- włókna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Podstawowym składnikiem włókien roślinnych jest celuloza, a zwierzęcych – białka. Przykładami tych włókien są np. len, konopie, juta, bawełna oraz wełna i jedwab naturalny.

Włókna syntetyczne/sztuczne- włókna wytworzone przez człowieka. Włókna syntetyczne wytwarza się m.in. w procesach polimeryzacji związków organicznych (głównie węglowodorów i ich pochodnych), a sztuczne otrzymuje się poprzez formowanie polimerów naturalnych, np. celulozy.

Ich przykładami są anilana, nylon oraz jedwab sztuczny (wiskoza).

Włókna zwierzęce od roślinnych można odróżnić działając na nie stężonym roztworem wodorotlenku sodu i ogrzewając ten roztwór. Włókno zwierzęce zareaguje z wodorotlenkiem i utworzy z nim klarowny roztwór. Włókno roślinne nie reaguje w żaden sposób z wodorotlenkiem sodu.

Innym sposobem jest sprawdzenie palności włókien. Wsadzone do płomienia oba włókna zaczną się palić, ale włókno zwierzęce po wyjęciu z płomienia gaśnie i zwęgla się, a roślinne spala się szybko i całkowicie pozostawiając popiół.