• Принос от Ед Виц, Джон У. Мур, Джъстин Шорб, Ксавие Прат-Резина, Тим Уендорф и Адам Хан
  • ChemPRIME в Цифрова библиотека за химическо образование (ChemEd DL)

Калоричната стойност за мазнините е около 9 Cal/g, докато за въглехидратите (захари или нишестета) и протеините е около 4 Cal/g [1], така че една чаена лъжичка захар е само около 20 калории, но една чаена лъжичка масло е около 45 калории. Нашето тяло съхранява мазнините като дългосрочна енергия с висока енергия на грам енергиен източник, докато захарите могат да се метаболизират бързо, но не дават толкова енергия на грам. Енергията се освобождава, когато всяка се метаболизира, давайки същото количество енергия като изгарянето във въздуха.

захари

Мазнини и масла

Растителните мазнини и масла са всички триглицериди, които съдържат глицерол () три въглеродни "гръбнака" с 3 дълги вериги "мастни киселини" прикрепен чрез естерни връзки, както е показано на фигурата по-долу. Действителната форма е показана в модела Jmol, който може да се завърта с мишката. Триглицеридите се наричат ​​"мазнини", когато са твърди или полутвърди вещества, и "масла", когато са течности.

Триглицерид, като цяло ненаситен, с глицероловия „гръбнак“ вляво и наситена палмитинова киселина, мононенаситена олеинова киселина и полиненаситена алфа-линоленова киселина. Въглеродните атоми са при всеки завой в структурата, а водородните атоми са пропуснати.

Дълговерижните мастни киселини могат да бъдат наситен с водородни атоми, като в този случай те имат всички единични връзки като горната мастна киселина на фигурата (която е палмитинова киселина). Ако имат по-малко водородни атоми, те са ненаситен и имат двойни връзки като средната мастна киселина на фигурата (която е олеинова киселина). Долната мастна киселина е полиненаситени, с множество двойни връзки (това е линоленова киселина). Различните масла за готвене имат | известни концентрации на наситени и ненаситени мастни киселини.

Въглехидрати

Въглехидратите се състоят от прости захарни единици. Показаната по-долу молекула захароза (обикновена трапезна захар) е направена от глюкоза и фруктоза "монозахариди".

Захароза, C12H22O11 (С атомите са във всеки завой, Н атомите не са показани)

Ключът към това защо мазнините имат над два пъти калоричната стойност на захарите идва от реакциите на горене:

Типична реакция на горене на захар е

Необходими са 6 mol O2 на всеки 6 mol C, съотношение 1: 1. Тъй като моларната маса на захарозата е 180 g/mol, на грам се изискват около 0,033 mol O2.

Докато обикновено изгаряне на мазнини може да бъде

Необходими са 80 mol O2 на всеки 56 mol C, съотношение 1,42: 1. Или тъй като моларната маса на показаната мазнина е 878 g/mol, за грам се изисква около 0,091 mol O2 на грам. Мазнините изискват много повече кислород, за да изгорят и следователно произвеждат повече енергия. Виждаме защо, като разгледаме молните съотношения C: O в мазнините и захарите:

В мазнината по-горе,

(съотношение 9,3: 1). Или за захарта,
(съотношение 1: 1).

Тъй като захарта вече е по-кислородна, тя изгаря по-малко енергия.

Погледнато по друг начин, въглеродът, който реагира с кислород и отделя енергия при изгаряне, е по-голямата част от мазнините:

В мазнини: или 56 mol C/877,5 g C56H108O6 = 0,064 mol C/g мазнини.

В захар: или 6 mol C/180 g C6H12O6 = 0,033 mol C/g мазнини.

Ще видим по-долу, че тези съотношения всъщност ни позволяват да определим химическата формула за мазнина, захар или друго съединение.

Стехиометричните съотношения, получени от формули, вместо от уравнения, са включени в най-често срещаната процедура за определяне на емпиричните формули на съединения, които съдържат само C, H и O. Претеглено количество от веществото, което трябва да се анализира, се поставя в горивен блок и се загрява поток от сух O2. Всички Н в съединението се превръщат в H2O (g), който се улавя селективно в предварително претеглена абсорбционна епруветка. Всички С се превръщат в CO2 (g) и това се абсорбира селективно във втора тръба. Увеличението на масата на всяка епруветка показва, съответно, колко H2O и CO2 са получени при изгаряне на пробата

ПРИМЕР 1 Проба от 1000 g мазнина се изгаря в горивна машина, като се получават 2,784 g CO2 и 1,140 g H2O. Определете емпиричната формула на мазнината.

Решение Трябва да знаем количеството C, количеството H и количеството O в пробата. Съотношението на тези дава индексите във формулата. Първите две могат да бъдат получени от масите на CO2 и H2O, като се използват моларните маси и стехиометричните съотношения

По този начин

Съединението може също да съдържа кислород. За да видите дали е така, изчислете масите на C и H и извадете от общата маса на пробата

По този начин имаме 1.000 g проба - 0.7598 g C - 0.1275 g H = 0.1128 g O и следователно съотношенията на количествата на елементите в аскорбиновата киселина са

От н° С:нЗ:нO е 9 mol C: 18 mol H: 1 mol O, емпиричната формула е C9H18O1.

Тъй като повечето мазнини имат 3 мастни киселини, свързани с глицерол с 2 оксигенови атома във всяка "естерова" връзка, молекулярната формула вероятно е C54H108O6. Тази молекула ще съдържа 3 въглеродни глицеролови основи, 3-те вериги на мастни киселини ще споделят останалите 51 въглеродни атома и ще бъдат със средна дължина 51/3 = 17 въглеродни атома.

ПРИМЕР 2 Проба от 6,49 mg аскорбинова киселина (витамин С) е изгорена в горивен блок. Образуват се 9,74 mg СО2 и 2,64 mg Н20. Определете емпиричната формула на аскорбинова киселина.

Решение Трябва да знаем количеството C, количеството H и количеството O в пробата. Съотношението им дава индексите във формулата. Първите две могат да бъдат получени от масите на CO2 и H2O, като се използват моларните маси и стехиометричните съотношения

По този начин

Съединението може също да съдържа кислород. За да видите дали е така, изчислете масите на C и H и извадете от общата маса на пробата

По този начин имаме 6,49 mg проба - 2,65 mg C - 0,295 mg H = 3,54 mg O и съотношенията на количествата на елементите в аскорбиновата киселина са следователно

От н° С:нЗ:нO е 3 mol C: 4 mol H: 3 mol O, емпиричната формула е C3H4O3.

3D изображение на аскорбинова L-аскорбинова киселина | размер = 300

Препратки

  1. ↑ Wolke, R.L. „Какво Айнщайн каза на готвача си“, W.W. Norton & Co., NY, 2002, стр. 65

Сътрудници и атрибуции

Ед Виц (Университет Куцтаун), Джон У. Мур (UW-Медисън), Джъстин Шорб (Хоуп Колидж), Ксавие Прат-Резина (Университет в Минесота Рочестър), Тим Уендорф и Адам Хан.