Κεφάλαιο 5.2 – Σελίδα 135 – ΧΗΜΕΙΑ Β΄ ΛΥΚΕΙΟΥ – Απαντήσεις – Λύσεις – ΧΗΜΕΙΑ Β΄ ΛΥΚΕΙΟΥ

Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 64 (σελ. 158)

Οι σπόροι από το φυτό ηλιοτρόπιο περιέχουν ανά 28 g (μία ουγκιά) 7 g πρωτεΐνες, 5 g σάκχαρα και 12 g λίπους. Πόσα Kcal παίρνει κάποιος τρώγοντας 10 g από τους «ηλιόσπορους» αυτούς;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Χρησιμοποιούμε τον «κώδικα 4-4-9» του βιβλίου (kcal ανά g για πρωτεΐνες, σάκχαρα και λίπη αντίστοιχα): βρίσκουμε την ενέργεια που αποδίδουν τα 28 g σπόρων και μετά την αναγάγουμε αναλογικά στα 10 g.

Λύση:

1. Πρωτεΐνες: 7 g × 4 kcal/g = 28 kcal.
2. Σάκχαρα: 5 g × 4 kcal/g = 20 kcal.
3. Λίπη: 12 g × 9 kcal/g = 108 kcal.
4. Τα 28 g ηλιόσπορων αποδίδουν συνολικά 28 + 20 + 108 = 156 kcal.
5. Για 10 g: 156 × 10 / 28 ≈ 55,7 kcal.

Απάντηση: Τρώγοντας 10 g ηλιόσπορους παίρνει κανείς περίπου 55,7 kcal.

Πρόσεξε:

• Τα 28 g είναι η μάζα των σπόρων και όχι το άθροισμα των συστατικών (7 + 5 + 12 = 24 g)· η αναγωγή γίνεται με βάση τα 28 g.
• Θυμήσου τον κώδικα 4-4-9 (πρωτεΐνες-σάκχαρα-λίπη σε kcal/g).
• Σημείωση: το βιβλίο δίνει 55,8 Kcal (διαφορά στρογγυλοποίησης).

Άσκηση 65 (σελ. 158)

Οι εστέρες της γλυκερίνης με ανώτερα οργανικά οξέα είναι τα ....... και τα ....... . Οι εστέρες κατώτερων ή μέσων αλκοολών με κατώτερα ή μέσα οξέα είναι τα ....... ....... ή essences.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητούνται οι ονομασίες δύο κατηγοριών εστέρων: των εστέρων της γλυκερίνης με ανώτερα οργανικά οξέα και των εστέρων κατώτερων ή μέσων αλκοολών με κατώτερα ή μέσα οξέα.

Λύση:

1. Οι εστέρες της γλυκερίνης με ανώτερα οργανικά (λιπαρά) οξέα είναι τα λίπη και τα έλαια.
2. Οι εστέρες κατώτερων ή μέσων αλκοολών με κατώτερα ή μέσα οξέα είναι τα αιθέρια έλαια (essences).

Απάντηση: λίπη, έλαια· αιθέρια έλαια (essences).

Άσκηση 66 (σελ. 158)

Η ένωση: \(\mathrm{C_{17}H_{33}COOCH_2}\) \(\mathrm{C_{17}H_{33}COOCH}\) \(\mathrm{C_{17}H_{33}COOCH_2}\) Είναι η: α. τριελαΐνη β. τριελαϊκός εστέρας της γλυκερίνης γ. ελαΐνη δ. όλα αυτά

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ρίζα C17H33COO– προέρχεται από το ελαϊκό οξύ. Η ένωση είναι ο τριεστέρας της γλυκερίνης με τρία μόρια ελαϊκού οξέος, για τον οποίο χρησιμοποιούνται και τα τρία ονόματα της εκφώνησης.

Λύση:

1. Αναγνωρίζουμε τη ρίζα C17H33COO– ως προερχόμενη από το ελαϊκό οξύ (C17H33COOH).
2. Η ένωση είναι τριεστέρας της γλυκερίνης με τρία μόρια ελαϊκού οξέος: ονομάζεται τριελαϊκός εστέρας της γλυκερίνης ή τριελαΐνη ή, πιο σύντομα, ελαΐνη.
3. Αφού και τα τρία ονόματα αφορούν την ίδια ένωση, σωστή είναι η επιλογή δ.

Απάντηση: δ. όλα αυτά

Πρόσεξε:

• Τα ονόματα «τριελαΐνη», «τριελαϊκός εστέρας της γλυκερίνης» και «ελαΐνη» είναι συνώνυμα για το ίδιο τριγλυκερίδιο.

Άσκηση 67 (σελ. 158)

Η αντίδραση \(\mathrm{(C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5 + H_2 \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5}\) είναι: α. πολυμερισμός β. υδρογόνωση γ. σαπωνοποίηση δ. υδρόλυση

Σκέψη / Μεθοδολογία: Παρατηρούμε προσθήκη H2 στο μόριο (η ρίζα αλλάζει από C17H33- σε C17H35-, δηλαδή αφαιρείται ένας διπλός δεσμός) — αυτό είναι εξ ορισμού υδρογόνωση.

Λύση:

1. Συγκρίνουμε τις δύο ρίζες: C17H33COO- (ελαϊκό, ακόρεστο) → C17H35COO- (στεατικό, κορεσμένο).
2. Η προσθήκη H2 σε διπλό δεσμό C=C ονομάζεται υδρογόνωση.

Απάντηση: β. υδρογόνωση

Άσκηση 68 (σελ. 158)

Το 9-οκταδιενικό οξύ (για την ακρίβεια το cis-) είναι το α. παλμιτικό β. το ελαϊκό γ. το στεατικό δ. οξικό

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται το λιπαρό οξύ με 18 άτομα C και έναν διπλό δεσμό στη θέση 9 (cis-)· αυτό είναι το ελαϊκό οξύ.

Λύση:

1. 18 άτομα C και 1 διπλός δεσμός στη θέση 9: ελαϊκό οξύ, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH (C17H33COOH).

Απάντηση: β. το ελαϊκό

Πρόσεξε:

• Το παλμιτικό και το στεατικό οξύ είναι κορεσμένα (χωρίς διπλό δεσμό) και το οξικό έχει μόνο 2 άτομα C, άρα δεν ταιριάζουν.
• Σημείωση: στο βιβλίο η ονομασία είναι τυπωμένη «9-οκταδιενικό»· η ορθή ονομασία του ελαϊκού οξέος είναι cis-9-οκταδεκενικό οξύ (18 άτομα C, ένας διπλός δεσμός).

Άσκηση 69 (σελ. 159)

Η παρακάτω αντίδραση δίνει το γενικό σχήμα μιας αντίδρασης σαπωνοποίησης: \(\mathrm{CH_2OCOR{-}CHOCOR'{-}CH_2OCOR'' + 3\,NaOH \rightarrow CH_2OH{-}CHOH{-}CH_2OH + RCOONa + R'COONa + R''COONa}\) (γλυκερίνη, σάπωνες) Η αντίδραση αυτή είναι ποσοτική, δηλαδή από 1 mol γλυκεριδίου παράγεται 1 mol γλυκερίνης. Αν όμως η αντίδραση γίνει σε ουδέτερο περιβάλλον, τότε παράγεται 1/3 mol γλυκερίνης. Τότε η απόδοση αυτής θα είναι: α. 66,6% β. 33,3% γ. 0,333 δ. 11,1%

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η απόδοση είναι ο λόγος της ποσότητας που πράγματι παράγεται προς την ποσότητα που θα παραγόταν αν η αντίδραση ήταν ποσοτική. Μπορεί να εκφραστεί ως κλάσμα ή επί τοις εκατό.

Λύση:

1. Ποσοτική αντίδραση: 1 mol γλυκερίνης ανά 1 mol γλυκεριδίου.
2. Σε ουδέτερο περιβάλλον παράγεται 1/3 mol γλυκερίνης.
3. Απόδοση = (1/3) / 1 = 0,333, δηλαδή 33,3%.
4. Άρα σωστές είναι και η επιλογή β (33,3%) και η επιλογή γ (0,333, η ίδια τιμή ως κλάσμα).

Απάντηση: β και γ (33,3% ή, ως κλάσμα, 0,333)

Πρόσεξε:

• Η απόδοση μπορεί να δοθεί είτε ως δεκαδικός αριθμός (0,333) είτε ως ποσοστό (33,3%)· πρόκειται για την ίδια τιμή.

Άσκηση 70 (σελ. 159)

Τα συνθετικά απορρυπαντικά υπερέχουν ως προς τα σαπούνια διότι: (Επιλέξτε τα σωστά) α. είναι πιο δυσδιάλυτα, β. δρουν και σε σκληρό νερό, γ. έχουν συναγωνίσιμο κόστος, μια και χρησιμοποιούν ως πρώτες ύλες πετρέλαιο και \(\mathrm{H_2SO_4}\), δ. παρουσιάζουν αλκαλική αντίδραση, ε. δε χρησιμοποιούν ως πρώτες ύλες ουσίες που έχουν θρεπτική αξία.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ελέγχουμε κάθε πρόταση με βάση τη θεωρία για τα πλεονεκτήματα των συνθετικών απορρυπαντικών έναντι των σαπουνιών.

Λύση:

1. α: Λάθος — τα σαπούνια, όχι τα απορρυπαντικά, τείνουν να σχηματίζουν δυσδιάλυτα άλατα σε σκληρό νερό.
2. β: Σωστό — τα άλατα Ca/Mg των συνθετικών απορρυπαντικών παραμένουν διαλυτά, άρα δρουν και σε σκληρό νερό.
3. γ: Σωστό — χρησιμοποιούν φθηνές πρώτες ύλες (πετρέλαιο, H2SO4), σε αντίθεση με τα σαπούνια που χρειάζονται βρώσιμα λίπη/έλαια.
4. δ: Λάθος — η αλκαλικότητα δεν αναφέρεται ως πλεονέκτημα έναντι των σαπουνιών στη θεωρία.
5. ε: Σωστό — δε χρησιμοποιούν βρώσιμα λίπη/έλαια ως πρώτη ύλη, σε αντίθεση με τα σαπούνια.

Απάντηση: β, γ και ε

Πρόσεξε:

• Το «είναι πιο δυσδιάλυτα» (α) περιγράφει μειονέκτημα, όχι πλεονέκτημα, και μάλιστα ισχύει για τα σαπούνια σε σκληρό νερό, όχι για τα απορρυπαντικά.

Άσκηση 71 (σελ. 159)

Τα σαπούνια με κάλιο, δηλαδή τα με K άλατα των λιπαρών οξέων είναι πιο απαλά και πιο διαλυτά από εκείνα με νάτριο. Χρησιμοποιούνται στις κρέμες ξυρίσματος και στα υγρά σαπούνια. Να γράψετε την αντίδραση σαπωνοποίησης της τριστεαρίνης με KOH.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η τριστεαρίνη είναι το τριγλυκερίδιο του στεατικού οξέος, (C17H35COO)3C3H5. Η σαπωνοποίηση με KOH ακολουθεί το ίδιο γενικό σχήμα με το NaOH· το σαπούνι που προκύπτει είναι άλας του καλίου.

Λύση:

1. Η τριστεαρίνη είναι ο τριεστέρας της γλυκερίνης με τρία μόρια στεατικού οξέος: (C17H35COO)3C3H5.
2. Η σαπωνοποίηση με KOH δίνει γλυκερίνη και στεατικό κάλιο (σαπούνι καλίου):
3. (C17H35COO)3C3H5 + 3 KOH → C3H5(OH)3 + 3 C17H35COOK

Απάντηση: (C17H35COO)3C3H5 + 3 KOH → C3H5(OH)3 (γλυκερίνη) + 3 C17H35COOK (στεατικό κάλιο)

Πρόσεξε:

• Η στοιχειομετρία είναι ίδια με τη σαπωνοποίηση με NaOH· αλλάζει μόνο το κατιόν του σαπουνιού (K+ αντί Na+).

Άσκηση 72 (σελ. 159)

Ένα πλυντήριο περιέχει 40 L νερό το οποίο είναι πολύ σκληρό και περιέχει 0,1 mol \(\mathrm{Ca^{2+}}\) ανά L. Πόσα g \(\mathrm{Na_2CO_3}\) (το οποίο είναι αποσκληρυντικό) χρειάζονται για να απομακρύνουν την ποσότητα αυτή του Ca; Ποια ποσότητα σαπουνιού σε σκόνη [\(\mathrm{NaOCO(CH_2)_{16}CH_3}\)] με σχετική μοριακή μάζα 306 καταναλώνεται για την καταβύθιση της ποσότητας αυτής του Ca;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το Na2CO3 καθιζάνει το Ca2+ ως CaCO3 σε αναλογία 1:1. Το σαπούνι καταναλώνεται από το Ca2+ σχηματίζοντας αδιάλυτο άλας ασβεστίου, όπου κάθε Ca2+ δεσμεύει 2 ανιόντα σαπουνιού (αναλογία 1:2).

Λύση:

1. Συνολικά mol Ca2+ = 40 L × 0,1 mol/L = 4,0 mol.
2. Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3 + 2Na+ (αναλογία 1:1). Mr(Na2CO3) = 2(23)+12+3(16) = 106.
3. Μάζα Na2CO3 = 4,0 × 106 = 424 g.
4. Ca2+ + 2 RCOO- → Ca(RCOO)2 (αναλογία Ca2+:σαπούνι = 1:2). mol σαπουνιού = 2 × 4,0 = 8,0 mol.
5. Μάζα σαπουνιού = 8,0 × 306 = 2448 g.

Απάντηση: Χρειάζονται 424 g Na2CO3. Καταναλώνονται 2448 g σαπουνιού.

Πρόσεξε:

• Η αναλογία Ca2+:Na2CO3 είναι 1:1 (κατιόν:ανθρακικό), ενώ η αναλογία Ca2+:σαπούνι είναι 1:2 (το Ca2+ είναι δισθενές, το ανιόν σαπουνιού μονοσθενές) — μην τις συγχέεις.
• Σημείωση: το βιβλίο δίνει 416 g Na2CO3 και 1232 g σαπούνι· με Mr(Na2CO3) = 106 και αναλογία Ca2+ : σαπούνι = 1 : 2 προκύπτουν 424 g και 2448 g.

Άσκηση 73 (σελ. 159)

Γιατί δε θα χρησιμοποιούσατε για την παρασκευή σαπουνιού: α. λιπαρά οξέα με λιγότερα από 12 άτομα C, β. λιπαρά οξέα με πάνω από 18 άτομα C, γ. οξέα με μεγάλη ανθρακική αλυσίδα για υγρά σαπούνια.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Οι ιδιότητες ενός σαπουνιού (διαλυτότητα, φυσική κατάσταση) εξαρτώνται άμεσα από το μήκος της ανθρακικής αλυσίδας του λιπαρού οξέος από το οποίο προέρχεται.

Λύση:

1. α. Λιπαρά οξέα με λιγότερα από 12 C δίνουν άλατα πολύ διαλυτά στο νερό, χωρίς αρκετά ισχυρή υδρόφοβη αλυσίδα ώστε να σχηματίζονται σταθερά μικκύλια — η απορρυπαντική δράση είναι ασθενής.
2. β. Λιπαρά οξέα με πάνω από 18 C δίνουν άλατα με πολύ μεγάλη, δυσδιάλυτη ανθρακική αλυσίδα — το σαπούνι γίνεται δυσδιάλυτο στο νερό.
3. γ. Για υγρά σαπούνια χρειάζονται μικρότερες, πιο διαλυτές αλυσίδες — μεγάλη ανθρακική αλυσίδα οδηγεί σε στερεό, όχι υγρό, προϊόν.

Ενδεικτική απάντηση: α. Δίνουν πολύ διαλυτά, ασθενή σαπούνια. β. Δίνουν δυσδιάλυτα σαπούνια. γ. Μεγάλη αλυσίδα δίνει στερεό, όχι υγρό σαπούνι.

Πρόσεξε:

• Κριτήρια αξιολόγησης: σύνδεση μήκους αλυσίδας με διαλυτότητα/φυσική κατάσταση του σαπουνιού.

Άσκηση 74 (σελ. 159)

Μετά το 1970, πάνω από το 75% των απορρυπαντικών πλυντηρίων περιέχουν ένζυμα. Μπορείτε να κάνετε μια γενική αιτιολόγηση για την προσθήκη αυτή; Να εστιάσετε την προσοχή σας στη χρήση των ενζύμων λιπάση και πρωτεάση.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Τα ένζυμα καταλύουν συγκεκριμένα τη διάσπαση συγκεκριμένων τύπων λεκέδων (λιπαρών, πρωτεϊνικών) που τα απλά απορρυπαντικά δεν αφαιρούν εύκολα.

Λύση:

1. Η λιπάση καταλύει την υδρόλυση λιπαρών λεκέδων (τριγλυκεριδίων) σε λιπαρά οξέα + γλυκερίνη, ουσίες πιο εύκολα απομακρύνσιμες.
2. Η πρωτεάση καταλύει την υδρόλυση πρωτεϊνικών λεκέδων (αίμα, αυγό, γάλα) σε μικρότερα πεπτίδια/αμινοξέα, πιο εύκολα διαλυτά.
3. Η ενζυματική δράση επιτρέπει αποτελεσματικό καθαρισμό δύσκολων λεκέδων σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, εξοικονομώντας ενέργεια.

Ενδεικτική απάντηση: Τα ένζυμα προστίθενται για να διασπούν καταλυτικά συγκεκριμένους τύπους οργανικών λεκέδων που τα απορρυπαντικά μόνα τους δυσκολεύονται να αφαιρέσουν: η λιπάση διασπά λιπαρούς λεκέδες, η πρωτεάση διασπά πρωτεϊνικούς λεκέδες, καθιστώντας τους πιο εύκολα διαλυτούς/απομακρύνσιμους.

Πρόσεξε:

• Κριτήρια αξιολόγησης: ρητή αναφορά στο υπόστρωμα κάθε ενζύμου (λιπάση→λίπη, πρωτεάση→πρωτεΐνες) και στο πλεονέκτημα της καταλυτικής διάσπασης.

Άσκηση 75 (σελ. 160)

Η παρακάτω ένωση δε συνιστάται ως απορρυπαντικό διότι: \(\mathrm{CH_3{-}CH(CH_3){-}CH_2{-}CH(CH_3){-}CH_2{-}CH(CH_3){-}CH(CH_3){-}C_6H_4{-}SO_3Na}\) α. προκαλεί πολύ μεγάλο αφρισμό, β. δε διαλύεται στο νερό, γ. δε βιοαποσυντίθεται από τα ένζυμα.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ένωση έχει έντονα διακλαδισμένη ανθρακική αλυσίδα (πολλές πλευρικές ομάδες CH3). Τέτοιες διακλαδισμένες αλυσίδες είναι γνωστό ότι δεν αναγνωρίζονται εύκολα από τα ένζυμα αποδόμησης.

Λύση:

1. Παρατηρούμε την έντονα διακλαδισμένη ανθρακική αλυσίδα (πολλές ομάδες CH3 στα πλάγια).
2. Η ένωση έχει την πολική ομάδα –SO3Na, όπως τα συνθετικά απορρυπαντικά, άρα διαλύεται στο νερό (η β απορρίπτεται).
3. Οι διακλαδισμένες αλυσίδες δεν διασπώνται εύκολα από τα ένζυμα των μικροοργανισμών, οπότε η ένωση δε βιοαποσυντίθεται και συσσωρεύεται στο περιβάλλον.

Απάντηση: γ. δε βιοαποσυντίθεται από τα ένζυμα

Πρόσεξε:

• Τα πρώτα συνθετικά απορρυπαντικά με διακλαδισμένες αλυσίδες αντικαταστάθηκαν αργότερα από απορρυπαντικά με ευθύγραμμες αλυσίδες, ακριβώς επειδή αυτές βιοαποδομούνται ευκολότερα.
• Σημείωση: το βιβλίο δίνει ως απάντηση το β· όμως η ένωση, ως άλας σουλφονικού οξέος με νάτριο, διαλύεται στο νερό, και ο λόγος που δε συνιστάται είναι ότι δε βιοαποσυντίθεται (γ).