Κεφάλαιο 5.1 – Σελίδα 131 – ΧΗΜΕΙΑ Β΄ ΛΥΚΕΙΟΥ – Απαντήσεις – Λύσεις

(Πηγή: Βιβλίο Μαθητή, Χημεία Β΄ ΓΕΛ, §5.1 Υδατάνθρακες. Οι εκφωνήσεις των παρακάτω ερωτήσεων/ασκήσεων προέρχονται από το ενιαίο μπλοκ ασκήσεων του Κεφαλαίου 5 (σελ. 155-161) και ανατέθηκαν σε αυτό το υποκεφάλαιο με βάση τη θεματική τους συνάφεια.)

Ερωτήσεις επανάληψης

Ερώτηση 3 (σελ. 155)

Από πού προέρχεται η ονομασία υδατάνθρακες;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ονομασία σχετίζεται με το γενικό τύπο των πρώτων ενώσεων που μελετήθηκαν.

Λύση:

1. Οι πρώτες παρατηρήσεις έδειξαν ότι πολλά σάκχαρα έχουν γενικό τύπο Cx(H2O)ψ, δηλαδή φαίνονται σαν "ενυδατωμένος άνθρακας".

Απάντηση: Η ονομασία προέρχεται από το γενικό τύπο Cx(H2O)ψ που έχουν πολλοί από αυτούς — θεωρήθηκαν αρχικά «ενυδατωμένοι άνθρακες».

Πρόσεξε:

• Η ονομασία δεν σημαίνει ότι το μόριο περιέχει πραγματικά νερό — είναι μόνο τυπική ομοιότητα στον εμπειρικό τύπο.

Ερώτηση 4 (σελ. 155)

Όλα τα σάκχαρα έχουν γλυκιά γεύση;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ερώτηση ελέγχει αν η ονομασία «σάκχαρα» ταυτίζεται πάντα με γλυκιά γεύση.

Λύση:

1. Οι απλοί υδατάνθρακες (μονο-/δισακχαρίτες) έχουν συνήθως γλυκιά γεύση.
2. Οι πολυσακχαρίτες (άμυλο, κυτταρίνη) δεν έχουν γλυκιά γεύση, παρόλο που ονομάζονται και αυτοί υδατάνθρακες.

Απάντηση: Όχι· μόνο οι απλοί υδατάνθρακες (σάκχαρα/σακχαρίτες) έχουν γλυκιά γεύση. Οι πολυσακχαρίτες, όπως το άμυλο και η κυτταρίνη, δεν έχουν γλυκιά γεύση.

Πρόσεξε:

• Μην ταυτίζεις τον όρο «υδατάνθρακας» με «γλυκιά γεύση» — ισχύει μόνο για τους απλούστερους.

Ερώτηση 5 (σελ. 155)

Πώς ταξινομούνται τα σάκχαρα με βάση τις χαρακτηριστικές τους ομάδες;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ταξινόμηση αυτή στηρίζεται στο αν η χαρακτηριστική ομάδα είναι αλδεϋδο- ή κετο- ομάδα.

Λύση:

1. Ένας μονοσακχαρίτης με αλδεϋδομάδα λέγεται αλδόζη.
2. Ένας μονοσακχαρίτης με κετονομάδα λέγεται κετόζη.

Απάντηση: Με βάση τη χαρακτηριστική ομάδα, τα σάκχαρα ταξινομούνται σε αλδόζες (περιέχουν αλδεϋδομάδα) και κετόζες (περιέχουν κετονομάδα).

Πρόσεξε:

• Ο συνδυασμός με τον αριθμό ατόμων C δίνει πιο συγκεκριμένα ονόματα, π.χ. αλδοεξόζη, κετοπεντόζη.

Ερώτηση 6 (σελ. 155)

Ποια σάκχαρα καλούνται απλά και ποια υδρολυόμενα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η διάκριση στηρίζεται στο αν το σάκχαρο υδρολύεται σε μικρότερα μόρια.

Λύση:

1. Απλά σάκχαρα (μονοσακχαρίτες) δεν υδρολύονται σε απλούστερους υδατάνθρακες.
2. Υδρολυόμενα σάκχαρα (δισακχαρίτες, ολιγοσακχαρίτες, πολυσακχαρίτες) δίνουν με υδρόλυση μονοσακχαρίτες.

Απάντηση: Απλά λέγονται οι μονοσακχαρίτες, που δεν υδρολύονται περαιτέρω. Υδρολυόμενα λέγονται οι δισακχαρίτες, ολιγοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες, που με υδρόλυση δίνουν μονοσακχαρίτες.

Ερώτηση 7 (σελ. 155)

Τι είναι οι ολιγοσακχαρίτες και τι οι πολυσακχαρίτες;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η διάκριση στηρίζεται στον αριθμό μονοσακχαριτών που προκύπτουν από την υδρόλυση.

Λύση:

1. Ολιγοσακχαρίτες: υδρολύονται δίνοντας 2 έως 10 μόρια μονοσακχαριτών.
2. Πολυσακχαρίτες: υδρολύονται δίνοντας περισσότερα από 10 μόρια μονοσακχαριτών.

Απάντηση: Ολιγοσακχαρίτες είναι οι υδατάνθρακες που δίνουν με υδρόλυση 2-10 μόρια μονοσακχαριτών. Πολυσακχαρίτες είναι όσοι δίνουν περισσότερα από 10 μόρια μονοσακχαριτών.

Ερώτηση 8 (σελ. 155)

Τι είναι η γλυκόζη και τι η σακχαρόζη;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρόκειται για δύο συγκεκριμένα, ονομαστικά παραδείγματα υδατανθράκων διαφορετικής κατηγορίας.

Λύση:

1. Η γλυκόζη είναι μονοσακχαρίτης (αλδοεξόζη), C6H12O6, το κύριο ζάχαρο του αίματος.
2. Η σακχαρόζη είναι δισακχαρίτης που δίνει με υδρόλυση γλυκόζη + φρουκτόζη — η συνηθισμένη ζάχαρη.

Απάντηση: Η γλυκόζη είναι μονοσακχαρίτης (αλδοεξόζη, C6H12O6). Η σακχαρόζη είναι δισακχαρίτης, η κοινή ζάχαρη, που υδρολύεται σε γλυκόζη και φρουκτόζη.

Ερώτηση 9 (σελ. 155)

Δώστε δύο παραδείγματα πολυσακχαριτών.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Αναφέρονται ρητά στη θεωρία ως οι τρεις κύριοι πολυσακχαρίτες.

Λύση:

1. Το άμυλο και η κυτταρίνη (ή το γλυκογόνο) είναι πολυμερή της γλυκόζης, άρα πολυσακχαρίτες.

Απάντηση: Άμυλο και κυτταρίνη (εναλλακτικά: γλυκογόνο).

Ερώτηση 10 (σελ. 155)

Δώστε από ένα παράδειγμα αλδοπεντόζης και κετοεξόζης.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Συνδυάζουμε τον αριθμό ατόμων C με τη χαρακτηριστική ομάδα.

Λύση:

1. Αλδοπεντόζη: μονοσακχαρίτης με 5 άτομα C και αλδεϋδομάδα.
2. Κετοεξόζη: μονοσακχαρίτης με 6 άτομα C και κετονομάδα.

Απάντηση: Αλδοπεντόζη: π.χ. ριβόζη (γενικά κάθε πεντόζη με αλδεϋδομάδα). Κετοεξόζη: φρουκτόζη.

Πρόσεξε:

• Αρκεί ένα ορθό παράδειγμα ανά κατηγορία, όχι απαραίτητα τα συγκεκριμένα ονόματα.

Ερώτηση 11 (σελ. 155)

Ποιο είναι το απλούστερο σάκχαρο;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το απλούστερο σάκχαρο έχει τον ελάχιστο δυνατό αριθμό ατόμων C για μονοσακχαρίτη.

Λύση:

1. Μονοσακχαρίτης με τα λιγότερα δυνατά άτομα C είναι η τριόζη (3 C).

Απάντηση: Η τριόζη (μονοσακχαρίτης με 3 άτομα C) είναι το απλούστερο σάκχαρο.

Ερώτηση 12 (σελ. 155)

Ποια σάκχαρα ονομάζονται αναγόμενα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ονομασία σχετίζεται με τη θετική αντίδραση σε οξειδωτικά αντιδραστήρια.

Λύση:

1. Σάκχαρα που περιέχουν αλδεϋδομάδα ή α-υδροξυκετονομάδα οξειδώνουν τα αντιδραστήρια Fehling/Benedict/Tollens, δίνοντας θετική αντίδραση.

Απάντηση: Αναγωγικά (ή ανάγοντα) σάκχαρα λέγονται όσα αντιδρούν θετικά με τα αντιδραστήρια Fehling, Benedict ή Tollens, επειδή περιέχουν αλδεϋδομάδα ή α-υδροξυκετονομάδα.

Πρόσεξε:

• Οι πολυσακχαρίτες δεν εμφανίζουν αναγωγικές ιδιότητες.

Ερώτηση 13 (σελ. 155)

Ποιο είναι το αντιδραστήριο του Fehling;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται η ταυτότητα/λειτουργία του συγκεκριμένου αντιδραστηρίου.

Λύση:

1. Το αντιδραστήριο Fehling οξειδώνει αλδεΰδες/α-υδροξυκετόνες, ανάγοντας Cu2+ σε Cu2O (κεραμέρυθρο ίζημα).

Απάντηση: Είναι ένα αντιδραστήριο που περιέχει Cu2+ και χρησιμοποιείται για την ανίχνευση αναγωγικών σακχάρων (αλδεϋδών/α-υδροξυκετονών) — δίνει κεραμέρυθρο ίζημα Cu2O όταν η αντίδραση είναι θετική.

Ερώτηση 14 (σελ. 155)

Ποια δοκιμασία δίνει ως προϊόν το κάτοπτρο Ag;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται η δοκιμασία που σχηματίζει μεταλλικό άργυρο.

Λύση:

1. Το αντιδραστήριο Tollens ανάγεται σε μεταλλικό Ag, το οποίο επικάθεται στα τοιχώματα του δοχείου σαν καθρέφτης.

Απάντηση: Η δοκιμασία (αντιδραστήριο) Tollens δίνει κάτοπτρο αργύρου.

Ερώτηση 15 (σελ. 156)

Τι χρώμα έχει το ίζημα που προκύπτει από το αντιδραστήριο του Fehling;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται το χαρακτηριστικό χρώμα του ιζήματος Cu2O.

Λύση:

1. Το Cu2O που καθιζάνει είναι κεραμέρυθρο (κεραμιδί/κόκκινο-καφέ) ίζημα.

Απάντηση: Κεραμέρυθρο (κοκκινοκαφέ) χρώμα.

Ερώτηση 16 (σελ. 156)

Τι καλείται ταυτοποίηση μιας ένωσης;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρόκειται για γενικό ορισμό διαδικασίας αναγνώρισης ουσίας.

Λύση:

1. Η ταυτοποίηση χρησιμοποιεί χαρακτηριστικές αντιδράσεις/δοκιμασίες (π.χ. Fehling, Tollens) για να αναγνωριστεί με βεβαιότητα μια ένωση.

Ενδεικτική απάντηση: Ταυτοποίηση είναι η διαδικασία με την οποία προσδιορίζεται με βεβαιότητα η ταυτότητα μιας ένωσης, συνήθως μέσω χαρακτηριστικών αντιδράσεων ή δοκιμασιών.

Ερώτηση 17 (σελ. 156)

Τι είναι η φωτοσύνθεση και τι ο μεταβολισμός ενός σακχάρου;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρόκειται για δύο αντίστροφες, ενεργειακά, διαδικασίες.

Λύση:

1. Φωτοσύνθεση: σύνθεση υδατανθράκων από CO2 και H2O με χρήση ηλιακής ενέργειας — ενδοεργονική διαδικασία.
2. Μεταβολισμός: οξείδωση υδατανθράκων προς CO2 και H2O, με απελευθέρωση ενέργειας — εξωεργονική διαδικασία.

Ενδεικτική απάντηση: Φωτοσύνθεση: x CO2 + ψ H2O + ηλιακή ενέργεια → Cx(H2O)ψ + x O2 (γίνεται στα πράσινα φυτά). Μεταβολισμός: Cx(H2O)ψ + x O2 → x CO2 + ψ H2O + ενέργεια (απελευθερώνει την αποθηκευμένη χημική ενέργεια).

Πρόσεξε:

• Οι δύο αντιδράσεις είναι σχηματικά αντίστροφες η μία της άλλης.

Ερώτηση 18 (σελ. 156)

Ποια είναι σε μέσο όρο η θερμιδομετρική αξία ενός g υδατάνθρακα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται συγκεκριμένη αριθμητική τιμή από τη θεωρία.

Λύση:

1. Η θερμιδομετρική αξία των σακχάρων δίνεται ρητά στη θεωρία.

Απάντηση: Περίπου 4,0 kcal/g.

Πρόσεξε:

• Σύγκρινε με τα λίπη, που αποδίδουν περίπου 9,0 kcal/g.

Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 55 (σελ. 158)

Η αντίδραση C${12}$H${22}$O$_{11}$ + H$_2$O \rightarrow C$6$H${12}$O$_6$ + C$6$H${12}$O$_6$, είναι μία: α. φωτοσύνθεση β. καύση γ. υδρόλυση δ. ισομερείωση

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο δισακχαρίτης (C12H22O11) διασπάται με πρόσληψη H2O σε δύο μόρια μονοσακχαρίτη — αυτό είναι εξ ορισμού υδρόλυση.

Λύση:

1. Παρατηρούμε ότι προστίθεται H2O στα αντιδρώντα και ο δισακχαρίτης διασπάται σε δύο μονοσακχαρίτες.
2. Αυτή η διάσπαση μέσω πρόσληψης νερού ονομάζεται υδρόλυση.

Απάντηση: γ. υδρόλυση

Άσκηση 56 (σελ. 158)

Στη φύση απαντούν περίπου 20 μονοσακχαρίτες εκ των οποίων ιδιαίτερη σημασία παρουσιάζουν η γλυκόζη και η φρουκτόζη. Και οι δύο έχουν μοριακό τύπο C$6$H${12}$O$_6$, αλλά διαφέρουν στη δομή τους, δηλαδή στο δομικό, συντακτικό τύπο τους. Συνεπώς είναι ενώσεις: α. πολυμερείς β. ισομερείς γ. μονομερείς δ. διμερείς

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ίδιος μοριακός τύπος, διαφορετικός συντακτικός τύπος είναι εξ ορισμού το κριτήριο της ισομέρειας.

Λύση:

1. Ελέγχουμε τον ορισμό: ενώσεις με ίδιο μοριακό αλλά διαφορετικό συντακτικό τύπο λέγονται ισομερείς.

Απάντηση: β. ισομερείς

Άσκηση 57 (σελ. 159)

Η αμυλόζη που είναι το κύριο συστατικό του αμύλου βρέθηκε να έχει M$_r$ ίσο με 4,5·10$^5$. Αυτή είναι πολυμερές της γλυκόζης προς την οποία και υδρολύεται: (C$6$H${10}$O$_5$)$_ν$ + νH$_2$O \rightarrow ν C$6$H${12}$O$_6$. Από πόσες λοιπόν γλυκοζιτικές μονάδες αποτελείται η συγκεκριμένη αμυλόζη;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η αμυλόζη αποτελείται από ν επαναλαμβανόμενες μονάδες C6H10O5 (όχι C6H12O6 — κάθε γλυκοζιτική μονάδα μέσα στην αλυσίδα έχει αποβάλει ένα H2O κατά τη σύνδεσή της). Βρίσκουμε ν διαιρώντας την Mr της αμυλόζης με την Mr της επαναλαμβανόμενης μονάδας.

Λύση:

1. Mr μονάδας (C6H10O5) = 6(12) + 10(1) + 5(16) = 72+10+80 = 162.
2. ν = Mr(αμυλόζης) / Mr(μονάδας) = 4,5·10^5 / 162 ≈ 2778.

Απάντηση: Η αμυλόζη αποτελείται από περίπου 2778 γλυκοζιτικές μονάδες.

Πρόσεξε:

• Χρησιμοποιούμε την Mr της επαναλαμβανόμενης μονάδας C6H10O5 (162), όχι της ελεύθερης γλυκόζης C6H12O6 (180) — η διαφορά είναι η αποβολή H2O ανά σύνδεση.

Άσκηση 58 (σελ. 159)

Να αντιστοιχείσετε τους παρακάτω υδατάνθρακες με τις κατηγορίες στις οποίες ανήκουν: C${12}$H${22}$O$_{11}$ · C$6$H${12}$O$_6$ · (C$6$H${10}$O$_5$)$ν$ · C${18}$H${32}$O${16}$ Κατηγορίες: πολυσακχαρίτης · τριοσακχαρίτης · εξόζη · δισακχαρίτης

Σκέψη / Μεθοδολογία: Εξετάζουμε κάθε μοριακό/γενικό τύπο: πόσα άτομα C έχει το μόριο (για «εξόζη») και πόσα μόρια μονοσακχαρίτη δίνει με υδρόλυση (για δι-/τρι-/πολυσακχαρίτη).

Λύση:

1. C12H22O11: δισακχαρίτης (12 C = 2×6, δίνει 2 μόρια μονοσακχαρίτη με υδρόλυση).
2. C6H12O6: μονοσακχαρίτης με 6 άτομα C, δηλαδή εξόζη.
3. (C6H10O5)ν: αλυσίδα πολλών (>10) μονάδων γλυκόζης, άρα πολυσακχαρίτης.
4. C18H32O16: 18 C = 3×6, δίνει 3 μόρια μονοσακχαρίτη με υδρόλυση, άρα τριοσακχαρίτης.

Απάντηση: C12H22O11 → δισακχαρίτης· C6H12O6 → εξόζη· (C6H10O5)ν → πολυσακχαρίτης· C18H32O16 → τριοσακχαρίτης.

Πρόσεξε:

• Η κατηγορία «εξόζη» αναφέρεται στον αριθμό ατόμων C ενός μονοσακχαρίτη, ενώ οι υπόλοιπες κατηγορίες αναφέρονται στο πλήθος μονάδων που δίνει η υδρόλυση — δύο διαφορετικά κριτήρια ταξινόμησης.

Άσκηση 59 (σελ. 159)

Στα φυτά η περίσσεια της παραγόμενης γλυκόζης αποθηκεύεται ως ........, ενώ στα ζώα η αποθήκευση γίνεται στο συκώτι και τους μύες ως ............

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητούνται οι δύο κύριες αποθηκευτικές μορφές γλυκόζης, μία για φυτά και μία για ζώα.

Λύση:

1. Στα φυτά, η αποθηκευτική μορφή της γλυκόζης είναι το άμυλο.
2. Στα ζώα, η αντίστοιχη αποθηκευτική μορφή είναι το γλυκογόνο.

Απάντηση: Στα φυτά: άμυλο. Στα ζώα: γλυκογόνο.

Άσκηση 60 (σελ. 159)

Μία από τις σπουδαιότερες ζυμώσεις (ενζυματικές διασπάσεις) που υφίστανται ορισμένα ζάχαρα είναι και η οινοπνευματική: C$6$H${12}$O$_6$ \rightarrow 2 CH$_3$CH$_2$OH + 2 CO$_2$. Το παραγόμενο CO$_2$ απομακρύνεται από το διάλυμα προκαλώντας έτσι μείωση βάρους του διαλύματος του ζυμώματος. Άρα η απώλεια βάρους % του σακχάρου θα είναι: α. 88% β. 48,8% γ. 52% δ. 44% ε. 24,4%

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η % απώλεια βάρους υπολογίζεται ως ο λόγος της μάζας του CO2 που διαφεύγει προς τη μάζα της αρχικής γλυκόζης.

Λύση:

1. Mr γλυκόζης = 6(12)+12(1)+6(16) = 180.
2. Από 1 mol γλυκόζης παράγονται 2 mol CO2, μάζα CO2 = 2 × 44 = 88 g.
3. % απώλεια = (88/180) × 100 ≈ 48,9%.

Απάντηση: β. 48,8%

Πρόσεξε:

• Η μάζα που «χάνεται» από το διάλυμα είναι μόνο του CO2 που διαφεύγει ως αέριο — η αιθανόλη παραμένει στο διάλυμα.

Άσκηση 61 (σελ. 159)

Με ποια σειρά αντιδράσεων είναι δυνατόν με πρώτη ύλη γλυκόζη να παρασκευαστεί κοινός οξικός αιθυλεστέρας; Να αναφέρετε συνθήκες για κάθε προτεινόμενη αντίδραση.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Χρειαζόμαστε δύο συστατικά για τον εστέρα: αιθανόλη (από ζύμωση γλυκόζης) και οξικό οξύ (από οξείδωση αιθανόλης), και τέλος εστεροποίηση μεταξύ τους.

Λύση:

1. 1. Αλκοολική ζύμωση της γλυκόζης (ένζυμα ζύμης): C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2.
2. 2. Οξείδωση μέρους της παραγόμενης αιθανόλης προς οξικό οξύ (π.χ. με KMnO4/H+ ή K2Cr2O7/H+, ή βιολογικά με οξική ζύμωση): CH3CH2OH → CH3COOH.
3. 3. Εστεροποίηση της υπόλοιπης αιθανόλης με το παραγόμενο οξικό οξύ, παρουσία πυκνού H2SO4 ως καταλύτη, με θέρμανση: CH3COOH + CH3CH2OH ⇌ CH3COOCH2CH3 + H2O.

Ενδεικτική απάντηση: Γλυκόζη →(ζύμωση) αιθανόλη →(οξείδωση, ένα μέρος) οξικό οξύ →(εστεροποίηση με το υπόλοιπο αιθανόλη, H2SO4/θέρμανση) οξικός αιθυλεστέρας.

Πρόσεξε:

• Η εστεροποίηση είναι αντιστρεπτή αντίδραση — δεν φτάνει σε 100% απόδοση.
• Χρειάζονται δύο ξεχωριστές ποσότητες αιθανόλης: μία που θα οξειδωθεί σε οξύ και μία που θα παραμείνει αλκοόλη για την εστεροποίηση.

Άσκηση 62 (σελ. 160)

Σε περίσσεια διαλύματος του Benedict προστίθενται 50,0 mL ενός διαλύματος C$6$H${12}$O$_6$. Καταβυθίζεται έτσι ερυθρό ίζημα Cu$_2$O, το οποίο πυρώνεται στον αέρα και μετατρέπεται σε CuO. Αυτό τελικά ζυγίζει 3,18 g. Να υπολογίσετε την % w/v περιεκτικότητα του σακχαρούχου διαλύματος.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ακολουθούμε την αλυσίδα: μάζα CuO → mol CuO → mol Cu2O (κάθε Cu2O δίνει 2 CuO με πύρωση) → mol γλυκόζης (1:1 με Cu2O, αφού η γλυκόζη ως αλδόζη ανάγει 1 mol Cu2+ σε ½ mol Cu2O ανά mol αλδεΰδης, δηλαδή 1 mol γλυκόζης : 1 mol Cu2O) → μάζα γλυκόζης → %w/v.

Λύση:

1. Mr(CuO) = 63,5+16 = 79,5. n(CuO) = 3,18/79,5 = 0,0400 mol.
2. 2 Cu2O + O2 → 4 CuO, άρα n(Cu2O) = n(CuO)/2 = 0,0200 mol.
3. Η οξείδωση της αλδεΰδης της γλυκόζης από Cu2+ δίνει 1 mol Cu2O ανά mol γλυκόζης, άρα n(γλυκόζης) = n(Cu2O) = 0,0200 mol.
4. Mr(γλυκόζης) = 180, άρα μάζα γλυκόζης = 0,0200 × 180 = 3,60 g.
5. %w/v = (μάζα διαλυμένης ουσίας σε g) / (όγκος διαλύματος σε mL) × 100 = (3,60/50,0) × 100 = 7,20%.

Απάντηση: Το διάλυμα γλυκόζης έχει περιεκτικότητα 7,20% w/v.

⚠️ υπό επαλήθευση

Πρόσεξε:

• Η μετατροπή Cu2O→CuO με πύρωση διπλασιάζει τα mol χαλκού (2 Cu2O δίνουν 4 CuO) — μην παραλείψεις αυτό το βήμα.
• Η αναλογία γλυκόζης:Cu2O θεωρείται 1:1, όπως σε κάθε απλή αλδεΰδη — το σχολικό βιβλίο δεν διευκρινίζει ρητά τη στοιχειομετρία της αντίδρασης Benedict, οπότε η υπόθεση 1:1 σημειώνεται ως αμφίβολη.

Άσκηση 63 (σελ. 160)

Από 1 000 Kg σακχαρότευτλα, τα οποία περιέχουν 15% σε βάρος καλαμοσάκχαρο, λαμβάνεται σε σειρά ποσοτικών αντιδράσεων οινοπνευματικό διάλυμα 94 αλκοολικών βαθμών. Αν η πυκνότητα ρ της αλκοόλης είναι 0,8 g·mL$^{-1}$ να υπολογίσετε τον όγκο του διαλύματος.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η σακχαρόζη (καλαμοσάκχαρο) υδρολύεται πρώτα σε γλυκόζη+φρουκτόζη, και κάθε εξόζη ζυμώνεται σε 2 mol αιθανόλης — συνολικά 1 mol σακχαρόζης δίνει 4 mol αιθανόλης. Υπολογίζουμε τη μάζα αιθανόλης, μετά τον όγκο καθαρής αιθανόλης από την πυκνότητα, και τέλος τον όγκο του διαλύματος 94° (94% v/v).

Λύση:

1. Μάζα σακχαρόζης = 1 000 000 g × 0,15 = 150 000 g.
2. Mr(σακχαρόζης) = 12(12)+22(1)+11(16) = 342. n(σακχαρόζης) = 150 000/342 ≈ 438,6 mol.
3. Συνολική αντίδραση: C12H22O11 + H2O → 4 C2H5OH + 4 CO2, άρα n(αιθανόλης) = 4 × 438,6 ≈ 1754,4 mol.
4. Mr(αιθανόλης) = 46. Μάζα αιθανόλης = 1754,4 × 46 ≈ 80 702 g ≈ 80,7 kg.
5. Όγκος καθαρής αιθανόλης = μάζα/πυκνότητα = 80 702/0,8 ≈ 100 877 mL ≈ 100,9 L.
6. Το διάλυμα είναι 94 αλκοολικοί βαθμοί, δηλαδή 94% v/v αιθανόλη σε 100 mL διαλύματος, άρα ο όγκος του διαλύματος = όγκος καθαρής αιθανόλης / 0,94 ≈ 100 877/0,94 ≈ 107 316 mL ≈ 107,3 L.

Απάντηση: Ο όγκος του παραγόμενου διαλύματος είναι περίπου 107,3 L.

Πρόσεξε:

• Η σακχαρόζη πρέπει πρώτα να υδρολυθεί σε δύο εξόζες πριν ζυμωθεί — η στοιχειομετρία τελικά δίνει 4 mol αιθανόλης ανά mol σακχαρόζης, όχι 2.
• «94 αλκοολικοί βαθμοί» σημαίνει 94% v/v — μην το συγχέεις με %w/w ή %w/v.

Δραστηριότητες

Δραστηριότητα Δραστηριότητα (σελ. 161)

Η λακτόζη είναι ένας δισακχαρίτης που βρίσκεται στο γάλα. Παρόλο που το γάλα θεωρείται «σωματοφύλακας της υγείας», πολλοί ενήλικοι σε όλο τον κόσμο δεν μπορούν να πιουν γάλα, διότι δεν το χωνεύουν. Ο λόγος είναι ότι τα άτομα αυτά στερούνται της λακτάσης. Στα άτομα αυτά όταν πιουν γάλα, η λακτόζη σωρεύεται στο λεπτό έντερο, μια και δεν υπάρχει μηχανισμός απορρόφησης αυτού του δισακχαρίτη. Η συσσώρευση αυτή προκαλεί «φούσκωμα», κράμπες και διάρροια. Συνδυάζοντας χημεία και φυσιολογία απαντήστε: α. Γιατί η λακτόζη δεν περνά μέσα από τη μεμβράνη των επιθηλίων κυττάρων του εντέρου στο κυτταρικό υγρό; β. Γιατί αυτή η αυξημένη συγκέντρωση σακχάρου στο έντερο προκαλεί την υπερβολική είσοδο νερού σε αυτό με αποτέλεσμα να προκαλεί διάρροια; γ. Πώς όλα αυτά αποφεύγονται από την παρουσία του κατάλληλου ενζύμου;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ερώτηση συνδυάζει τη δομή του δισακχαρίτη (μέγεθος μορίου) με τη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης και με το φαινόμενο της ώσμωσης.

Λύση:

1. α. Η λακτόζη, ως δισακχαρίτης, είναι μεγαλύτερο και πιο πολικό μόριο από έναν μονοσακχαρίτη — δεν μπορεί να διαπεράσει τη μεμβράνη των επιθηλιακών κυττάρων χωρίς ειδικό μηχανισμό μεταφοράς, ο οποίος στην περίπτωση αυτή απουσιάζει (λόγω έλλειψης λακτάσης δεν διασπάται πρώτα σε απορροφήσιμους μονοσακχαρίτες).
2. β. Η συσσώρευση αδιάσπαστης λακτόζης στο έντερο αυξάνει την ωσμωτική συγκέντρωση εκεί· με βάση την ώσμωση, νερό εισέρχεται από τα κύτταρα/αίμα προς το έντερο για να εξισορροπήσει τις συγκεντρώσεις, προκαλώντας διάρροια.
3. γ. Η παρουσία λακτάσης υδρολύει τη λακτόζη σε γλυκόζη + γαλακτόζη (μονοσακχαρίτες), οι οποίοι απορροφώνται κανονικά από το έντερο, χωρίς να συσσωρεύονται και χωρίς να προκαλούν ωσμωτική ανισορροπία.

Ενδεικτική απάντηση: α. Λόγω μεγέθους/πολικότητας του δισακχαρίτη δεν διαπερνά τη μεμβράνη χωρίς προηγούμενη υδρόλυση. β. Η συσσώρευση σακχάρου αυξάνει την ωσμωτική πίεση στο έντερο και προσελκύει νερό (ώσμωση), προκαλώντας διάρροια. γ. Το ένζυμο λακτάση υδρολύει τη λακτόζη σε απορροφήσιμους μονοσακχαρίτες, αποτρέποντας τη συσσώρευση.

Πρόσεξε:

• Κριτήρια αξιολόγησης: αναφορά στη διαπερατότητα της μεμβράνης ανάλογα με το μέγεθος του μορίου (α), σύνδεση με το φαινόμενο της ώσμωσης (β), και ρόλος της υδρόλυσης από το ένζυμο (γ).