Białka, cukry i chemia stosowana
Gleba: kwasowość i właściwości sorpcyjne
Kwasy, zasady, pH, hydroliza i bufory
W teorii Brønsteda kwas oddaje proton, a zasada go przyjmuje. Każdej reakcji odpowiadają sprzężone pary różniące się o H⁺. Woda jest amfiprotyczna i może pełnić obie role.
pH=−log[H₃O⁺], a w 25°C pH+pOH=14. Zmiana pH o 1 oznacza dziesięciokrotną zmianę stężenia jonów hydroniowych.
Mocny elektrolit przyjmuje się za całkowicie zdysocjowany, a dla słabego stosuje się stałą Ka lub Kb. Hydroliza jonów soli wynika z reakcji sprzężonych kwasów lub zasad z wodą.
Bufor zawiera słaby kwas i jego sprzężoną zasadę lub słabą zasadę i sprzężony kwas. Zużywa niewielkie ilości dodanych H⁺ lub OH⁻, ograniczając zmianę pH.
pH=−log[H₃O⁺]; pOH=−log[OH⁻]; Ka·Kb=Kw
- Moc kwasu to położenie równowagi, nie jego stężenie.
- Sprzężona zasada mocnego kwasu jest bardzo słaba.
- Punkt równoważnikowy nie zawsze ma pH=7.
- W buforze największa pojemność występuje przy porównywalnych stężeniach pary.
Schemat: Kwasy, zasady, pH, hydroliza i bufory
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XXII.1
Chemia cukrów, tłuszczów i białek
Monosacharydy zawierające wolną grupę hemiacetalową są cukrami redukującymi. Glukoza i fruktoza dają dodatnie próby redukcyjne, ponieważ w zasadowym środowisku fruktoza może izomeryzować.
Disacharydy i polisacharydy powstają przez wiązania glikozydowe. Sacharoza nie jest cukrem redukującym, ponieważ oba atomy anomeryczne uczestniczą w wiązaniu.
Tłuszcze są estrami glicerolu i wyższych kwasów karboksylowych. Nienasycone wiązania C=C mogą ulegać addycji i utlenianiu; zasadowa hydroliza daje glicerol i sole kwasów — mydła.
Białka są poliamidami aminokwasów. Denaturacja zmienia strukturę przestrzenną, a hydroliza rozcina wiązania peptydowe.
- Tollens: lustro srebrne; Trommer/Fehling: ceglastoczerwony Cu₂O.
- Jod tworzy barwny kompleks ze skrobią.
- Uwodornienie tłuszczów zmniejsza liczbę wiązań C=C.
- Reakcja ksantoproteinowa wskazuje aminokwasy aromatyczne w białku.
Podstawa programowa: XXII.1
Najczęstsze błędy
„Mocny kwas zawsze ma niższe pH niż słaby”
Poprawnie: pH zależy także od stężenia; rozcieńczony mocny kwas może mieć wyższe pH niż stężony słaby.
„Sól mocnego kwasu i mocnej zasady zawsze daje pH=7 w każdych warunkach”
Poprawnie: W idealnym rozcieńczonym roztworze w 25°C tak, ale temperatura, aktywności i dodatkowe reakcje mogą zmieniać wynik.
„Fruktoza nie daje próby Tollensa, bo jest ketozą”
Poprawnie: W zasadowym środowisku izomeryzuje do aldoz i daje dodatnią próbę.
„Denaturacja i hydroliza białka są tym samym”
Poprawnie: Denaturacja zmienia konformację, a hydroliza rozcina wiązania peptydowe.
Zadania z odpowiedziami
1. pH mocnego kwasu
Oblicz pH roztworu HCl o c=1,0×10⁻³ mol/dm³.
- 1.Przyjmij pełną dysocjację.
- 2.[H₃O⁺]=10⁻³ mol/dm³.
- 3.Oblicz −log(10⁻³).
Odpowiedź
pH=3,00.
2. Hydroliza anionu
Oceń odczyn roztworu Na₂CO₃.
- 1.Na⁺ pochodzi od mocnej zasady i nie hydrolizuje istotnie.
- 2.CO₃²⁻ jest sprzężoną zasadą słabego HCO₃⁻/H₂CO₃.
- 3.Zapisz CO₃²⁻+H₂O⇌HCO₃⁻+OH⁻.
Odpowiedź
Roztwór ma odczyn zasadowy wskutek powstawania OH⁻.
3. Rozpoznanie cukru redukującego
Próbka daje ceglasty osad z odczynnikiem Trommera. Jaki wniosek wolno sformułować?
- 1.Wskaż redukcję Cu²⁺ do Cu₂O.
- 2.Połącz z właściwością redukującą próbki.
- 3.Nie utożsamiaj wyniku wyłącznie z glukozą.
Odpowiedź
Próbka zawiera substancję redukującą zdolną do redukcji Cu²⁺, np. cukier redukujący; sama próba nie identyfikuje jednoznacznie glukozy.
Podsumowanie
- Moc kwasu to położenie równowagi, nie jego stężenie.
- Sprzężona zasada mocnego kwasu jest bardzo słaba.
- W teorii Brønsteda kwas oddaje proton, a zasada go przyjmuje. Każdej reakcji odpowiadają sprzężone pary różniące się o H⁺. Woda jest amfiprotyczna i może pełnić obie role.
- Tollens: lustro srebrne; Trommer/Fehling: ceglastoczerwony Cu₂O.
- Jod tworzy barwny kompleks ze skrobią.
- Monosacharydy zawierające wolną grupę hemiacetalową są cukrami redukującymi. Glukoza i fruktoza dają dodatnie próby redukcyjne, ponieważ w zasadowym środowisku fruktoza może izomeryzować.
Słownik pojęć
- Sprzężona para
- Kwas i zasada różniące się jednym protonem.
- Hydroliza soli
- Reakcja jonu soli z wodą wpływająca na pH.
- Pojemność buforowa
- Ilość kwasu lub zasady, którą bufor może zobojętnić przy małej zmianie pH.
- Cukier redukujący
- Cukier zdolny do redukcji łagodnych utleniaczy w odpowiednich warunkach.
- Zmydlanie
- Zasadowa hydroliza tłuszczu do glicerolu i soli kwasów.
- Denaturacja
- Zmiana struktur wyższych rzędów białka bez pełnej hydrolizy.