Kemija - 9. razred - Ogljikovi hidrati, monosaharidi | VOYO

Ogljikovodiki so organske spojine iz ogljika in vodika. Ogljikovodiki so pomembne spojine, ki jih uporabljamo kot goriva in kot surovine za različne vsakdanje stvari.

Oligosaharidi so sestavljeni ogljikovi hidrati, ki vsebujejo od 2 do 10 monosaharidnih enot. Najbolj pomembni oligosaharidi so disaharidi. Disaharidi so sestavljeni iz dveh monosaharidnih enot. Najbolj znana disaharida sta saharoza in laktoza. Polisaharidi so zgrajeni iz monosaharidnih enot, ki so med seboj povezane v zelo dolge verige. Polisaharide najdemo predvsem v rastlinah, manj v živalih. V rastlinah in v živalih imajo polisaharidi lahko dvojno nalogo: predstavljajo tako rezervno kot tudi oporno snov. Najbolj razširjena sta škrob in celuloza.

Pri kemiji uporabljamo osnovno veličino množino snovi. Množino snovi označujemo s črko n, njena osnovna enota pa je mol. Znanstveniki so se dogovorili, da je 1 mol katerekoli snovi sestavljen iz 6 x 1023 delcev. Število 6 x 1023 1 /mol imenujemo Avogadrovo število oziroma Avogadrova konstanta. Molska masa je masa 1 mola snovi. Množino snovi izračunamo tako, da maso snovi delimo z molsko maso snovi.

Poliamidi so polimeri, ki nastanejo s kondenzacijsko polimerizacijo. Imajo amidno funkcionalno skupino. Med umetne oziroma sintezne poliamide uvrščamo najlon in kevlar. Naravni poliamidi so pajčevina, volna in svila.

Beljakovine lahko dokažemo z biuretsko reakcijo. Beljakovine so občutljive na različne vplive. Koagulacija beljakovine je posledica spremembe strukture beljakovine, ki jo lahko povzročijo višja temperatura, različne kisline in baze, soli težkih kovin in različne organske spojine.

Alkohole razvrščamo v primarne, sekundarne in terciarne alkohole, odvisno od tega, kje imajo vezano –OH skupino. Primarni alkohol je alkohol, v katerem je hidroksilna skupina vezana na primarni ogljikov atom (vezan le na en sosednji ogljikov atom). Sekundarni alkohol je alkohol, v katerem je hidroksilna skupina vezana na sekundarni ogljikov atom (ogljikov atom, ki je vezan na dva sosednja ogljikova atoma). Terciarni alkohol je alkohol, v katerem je hidroksilna skupina vezana na terciarni ogljikov atom (ogljikov atom, ki je vezan na tri sosednje ogljikove atome).

Aminokisline se povezujejo v večje molekule. Če se povežeta dve molekuli aminokislin, nastane dipeptid. Če se povežejo tri aminokisline, nastane tripeptid itd. Polipeptid nastane iz velikega števila aminokislinskih enot do 100 enot. Aminska skupina ene molekule aminokisline reagira s karboksilno skupino druge molekule aminokisline. Odcepi se molekula vode. Nastane -CO-NH- amidna vez.

Osnovne nosilke življenja so molekule, ki imajo na ogljikove atome vezane atome elementa dušika. Te molekule so aminokisline. Aminokisline se povezujejo v beljakovine. V molekuli aminokisline imamo dve funkcionalni skupini. To sta amino skupina -NH2 in karboksilna skupina -COOH.

Poliestri so skupina polimerov, ki vsebujejo ponavljajoče se esterske funkcionalne skupine v glavni verigi. Poliestre dobimo iz alkoholov, ki imajo vsaj dve hidroksilni funkcionalni skupini (-OH) in karboksilnih kislin, ki morajo imeti v molekuli tudi vsaj dve karboksilni skupini (-COOH). Reakcija je kondenzacijska polimerizacija. Poliestri se pri segrevanju zmehčajo, zato jih uvrščamo med termoplastične polimere. Pomemben predstavnik poliestrov je polietilen tereftalat ali s kratico PET. Izdelki iz PET se zbirajo ločeno in se reciklirajo.

Voski so tako kot maščobe lipidi. Voski so estri. V molekuli voska sta zaestrena maščobna kislina in višji alkohol. Voski prekrivajo dlako, perje in volno živali ter jih ščitijo pred omočitvijo z vodo, izgubo toplote in napadi zajedavcev. Voski prekrivajo liste, sadeže in semena, ki jih ščitijo pred izsušitvijo, napadi plesni ter jim dajejo tudi lepši videz. Emulzija je zmes dveh ali več snovi, pri čemer je ena tekoča snov dobro porazdeljena v drugi tekoči snovi.

Maščobe so estri glicerola in maščobnih kislin. Glicerol je alkohol s tremi hidroksilnimi skupinami -OH, uporabljamo tudi ime glicerin. Maščobne kisline so karboksilne kisline, ki so zaestrene v maščobah. Maščobne kisline so lahko: nasičene (med ogljikovimi atomi so le enojne vezi) ali nenasičene (med ogljikovimi atomi je vsaj ena dvojna vez).

Večino karboksilnih kislin najdemo v naravi, v sadju in zelenjavi. Karboksilne kisline so organske kisikove spojine, ki imajo karboksilno skupino –COOH. Karboksilne kisline mnogokrat uporabljamo v prehrambeni industriji. Aciklične karboksilne kisline poimenujemo tako, da imenu osnovnega ogljikovodika dodamo končnico –ojska kislina. Pri reakciji z vodo tvorijo oksonijeve ione in karboksilatne anione.

Aldehidi so organske spojine s karbonilno skupino, na katero je vezan vodik, adehidno skupino –CH=O. Aldehide poimenujemo tako, da imenu osnovnega ogljikovodika dodamo končnico -al. Ketoni imajo karbonilno skupino C=O. Preproste ketone poimenujemo tako, da glavnemu imenu dodamo končnico -on. Pri poimenovanju višjih ketonov moramo navajati pozicijsko število karbonilne skupine.

Ogljikovodiki imajo manjšo gostoto kot voda. Njihova gostota se veča s številom ogljikovih atomov v molekuli. Ogljikovodiki so nepolarne snovi in se z vodo zelo slabo mešajo. Pri sobni temperaturi so lahko plini, tekočine ali trdne snovi, odvisno od števila ogljikovih atomov. Tališča in vrelišča nerazvejanih alkanov naraščajo s številom ogljikovih atomov v molekuli.

Alkoholi so kisikove organske spojine in imajo funkcionalno skupino, ki se imenuje hidroksilna skupina (–OH ). Alkohole poimenujemo tako, da določimo najdaljšo verigo ogljikovih atomov in imenu osnovnega ogljikovodika dodamo končnico –ol. Pri višjih alkoholih moramo navesti pozicijsko število hidroksilne skupine. Najpreprostejši alkohol je metanol, sledi etanol. Fermentacija je alkoholno vrenje, ko iz sladkorja ob sodelovanju gliv kvasovk nastaneta etanol in ogljikov dioksid.

Beljakovine so naravni polimeri, zgrajeni iz velikega števila (nad 100) aminokislin, ki so med seboj povezane s peptidnimi vezmi. Beljakovine se med seboj razlikujejo v številu, vrsti in zaporedju vezanih aminokislin. Beljakovine delimo glede na sestavo in obliko. Glede na sestavo jih delimo na enostavne beljakovine ali proteine, ki so sestavljeni le iz aminokislin, in sestavljene beljakovine ali proteide, ki imajo v molekuli beljakovinski in nebeljakovinski del. Glede na obliko molekul jih lahko razdelimo na dve veliki skupini: nitaste beljakovine in kroglaste.

Med fosilna goriva uvrščamo premog, nafto in zemeljski plin. Nafto predelujemo v rafinerijah. Postopek imenujemo frakcionirna destilacija nafte.

Gorenje je kemijska reakcija, pri kateri element ali spojina burno reagira s kisikom. Gorenje ogljikovodikov uporabljamo za ogrevanje, kuhanje, prevoz. Če je dovolj kisika, govorimo o popolnem gorenju, nastaneta ogljikov dioksid in vodna para. Pri nepopolnem gorenju, torej ob pomanjkanju kisika, nastanejo ogljikov monoksid in saje. Pri popolnem gorenju nastaja ogljikov dioksid, ki ni strupen, je pa toplogredni plin. Povečana koncentracija ogljikovega dioksida v ozračju povzroča učinek tople grede, globalno segrevanje ozračja. Gorenje fosilnih goriv pa poleg tople grede povzroča tudi kisli dež.

Ogljikovi hidrati so glavni vir energije za naše telo. Zaužijemo jih s kruhom, krompirjem, pecivom, z rižem in drugo hrano. Ogljikove hidrate delimo na monosaharide, disaharide in polisaharide. Monosaharide oz. enostavne sladkorje razdelimo glede na število ogljikovih atomov na: heksoze s šestimi ogljikovimi atomi in pentoze s petimi ogljikovimi atomi. Heksoze so: glukoza, fruktoza, galaktoza in manoza. Pentozi sta riboza in ribuloza. Monosaharide delimo na ketoze in aldoze glede na funkcionalno skupino.

Maščobe delimo na olja in masti. Izvor maščob je rastlinski ali živalski. Maščobe so pomembno živilo in so izredno pomembne za rast in gradnjo različnih spojin v telesu. So pomemben rezervni vir energije, predstavljajo tudi topila za maščobotopne vitamine (A, D, E in K). V telesu so maščobe ključna sestavina celičnih membran in predstopnja za nastanek različnih hormonov. Maščobe se lahko pokvarijo, imajo čuden okus, pravimo, da so žarke. Maščobe so v vodi slabo topne, imajo manjšo gostoto in so nepolarne.

Za estre je značilna esterska skupina -COO-. Vir naravnih estrov je sadje, nahajajo se tudi v zelenjavi. Sintetične estre dodajajo cenenim brezalkoholnim pijačam, sladkarijam, da dosežejo želeni okus. Estrenje je reakcija alkohola in kisline, pri kateri se odcepi voda. Poimenovanje estrov: ime estra je sestavljeno iz dveh besed s končnicama -il in -oat . S prvo besedo imenujemo alkilno skupino, ki je vezana na kisikov atom estrske skupine, z drugo pa osnovno verigo ogljikovih atomov z estrsko funkcionalno skupino.

Organsko spojino lahko predstavimo s strukturno, racionalno, molekulsko in skeletno formulo. Za nazorno ponazoritev lahko uporabimo kalotne in kroglične modele spojin. Najbolj je uporabna racionalna formula.

Adicija je reakcija za nenasičene ogljikovodike, torej alkene in alkine. Pri tej reakciji se na ogljikova atoma, ki sta povezana z dvojno ali s trojno vezjo, vežejo različne snovi. Poznamo različne vrste adicij: adicija vodika - hidrogeniranje, adicija halogena - halogeniranje, adicija vodikovega halogenida - hidrohalogeniranje, adicija vode - hidriranje.

Nevtralizacija je reakcija med kislino in bazo, pri tem nastaneta nevtralna sol in voda. Pri reakciji etanojske kisline z bazo nastanejo soli etanoati ali acetati, pri reakciji metanojske kisline z bazo nastanejo metanoati ali formati.

Spojine, ki imajo enako molekulsko formulo in različno razporeditev atomov v molekuli, imenujemo izomeri. Verižni izomeri so spojine z enako molekulsko maso in različno verigo ogljikovih atomov. Verižni izomeri imajo tudi različne fizikalne lastnosti, npr. tališče, vrelišče itd. Položajni izomeri alkenov in alkinov se razlikujejo v položaju multiplih vezi.

Adicija na alkine poteka podobno kot pri alkenih, ker pa imajo alkini trojno vez, poteka adicija v dveh stopnjah. Pri adiciji alkinov nastanejo alkeni in alkani.

Alkini so nenasičeni ogljikovodiki, ki imajo vsaj eno trojno kovalentno vez v molekuli. Za poimenovanje alkinov uporabljamo končnico -in. Pri poimenovanju višjih alkenov navajamo položaj trojne vezi. Trojna vez lahko nastopa tudi med ogljiki, ki so vezani v obroč in jih imenujemo cikloalkini.

Alkeni so nenasičeni ogljikovodiki, ki imajo vsaj eno dvojno kovalentno vez v molekuli. Za poimenovanje alkenov uporabljamo končnico -en. Pri poimenovanju višjih alkenov navajamo položaj dvojne vezi. Poznamo tudi alkene z več dvojnimi vezmi. Alkeni z dvema dvojnima vezema so dieni. Alkeni s tremi dvojnimi vezmi so trieni. Dvojna vez se lahko pojavi tudi med ogljiki, ki so vezani v obroč in jih imenujemo cikloalkeni.

Alkani so nasičeni ogljikovodiki z enojnimi vezmi med ogljikovimi atomi. Splošna formula alkanov nam omogoča, da lahko izračunamo število drugih atomov v molekuli, če poznamo število ogljikovih atomov. Alkane poimenujemo po določenih pravilih.

Ogljikovi atomi se povezujejo na različne načine. Delimo jih na nasičene, nenasičene, ciklične in aciklične.

Za alkane je značilna reakcija, pri kateri se atom ali skupina atomov v spojini zamenja z drugim atomom ali skupino atomov. To reakcijo imenujemo substitucija. Z njo lahko v molekule alkanov uvajamo atome halogenov, zato to reakcijo imenujemo tudi halogeniranje alkanov. Pri halogeniranju alkana nastaneta halogenoalkan in vodikov halogenid. Reakcija poteka pri povišani temperaturi ali s pomočjo UV svetlobe.

Za alkene je značilna adicija. Adicija halogena na alken je halogeniranje. Adicija broma na alken je bromiranje. Reakcija poteka pri sobni temperaturi, brez segrevanja. Če alkanu in alkenu dodamo raztopino broma, poteče le reakcija broma z alkenom.

Polimer je makromolekula, velika molekula, ki nastane s povezovanjem velikega števila manjših molekul. Te manjše molekule imenujemo monomeri. Reakciji, pri kateri se veliko monomerov poveže v polimer, pravimo polimerizacija. Polimere po izvoru delimo na naravne in umetne.

Kisikove organske spojine so ene od najpomembnejših sestavin organizmov, so pomemben del naše prehrane in pomembne surovine za vrsto snovi. Posamezne skupine organskih spojin ločimo po funkcionalni skupini. Poznamo več skupin organskih spojin: alkohole, karboksilne kisline, estre, etre, aldehide in ketone.

V alkoholih s krajšo nepolarno verigo (enim, dvema ali tremi C-atomi) prevladujejo polarne lastnosti in zato so metanol, etanol in propanol v vodi topni. Daljša kot je nepolarna veriga v molekuli alkohola, bolj je molekula nepolarna. Višji alkoholi so zato v vodi netopni oz. slabo topni. Pri popolnem gorenju alkoholi reagirajo s kisikom in nastaneta ogljikov dioksid in vodna para. Reakcija je eksotermna. Z oksidacijo alkoholov lahko nastanejo druge skupine organskih spojin.

Mila so natrijeve ali kalijeve soli višjih maščobnih kislin. V milu so anioni kisline in natrijevi ali kalijevi kationi. Natrijeva mila so trša, kalijeva mehkejša in celo tekoča. Milo nastane pri segrevanju maščobe z natrijevim hidroksidom ali kalijevim hidroksidom. Reakcijo imenujemo bazična hidroliza maščobe, umiljenje ali saponifikacija.