Въглеродът – лего с четири връзки

Диамант и графит

И двете вещества са само от въглерод. Различни са, защото атомите са подредени различно: в диаманта всеки атом има 4 съседа в пространството, а в графита – 3 съседа в слой.

Диамантът реже и пробива, графитът е в моливите (с глина – без олово), в електродите и в смазките. Лавоазие и Тенант изгарят диамант и получават само CO₂.

Оксиди и соли на въглерода

CO е неутрален оксид, CO₂ – киселинен оксид (с водата дава въглеродна киселина H₂CO₃). Формулите на солите се пишат по валентността: Ca(II) и CO₃(II) – CaCO₃, Na(I) и CO₃(II) – Na₂CO₃, Ca(II) и HCO₃(I) – Ca(HCO₃)₂.

Въглеродният оксид (CO) е отровен газ без цвят и мирис: свързва се с хемоглобина много по-силно от кислорода. Получава се при непълно горене в печки и уреди без проветряване.

Едно правило: една връзка – една капка вода

Големите природни молекули са сглобени от малки блокове. Всяка нова връзка между два блока отделя една молекула вода, а хидролизата разглобява връзката, като поема вода. Затова масата не е просто сумата от масите на блоковете:

захароза = глюкоза + фруктоза − H₂O: 180 + 180 − 18 = 342 (не 360)

Мазнини

Мазнината е глицерол и три мастни киселини („опашки“). Опашка с двойна връзка C=C има „коляно“ – такива опашки не се подреждат плътно и мазнината е по-скоро течна.

Тристеаринът (без двойни връзки) е твърд, топи се при 54–72,5 °C. Триолеинът (3 двойни връзки) е течен, топи се при 5 °C. Хидрирането добавя по една H₂ на двойна връзка и прави маслото твърда мазнина: триолеин + 3 H₂ → тристеарин.

Сапуни и синтетични миещи вещества

При осапунване мазнината с NaOH дава глицерол и натриеви соли на мастните киселини – това е сапунът (C₁₇H₃₅COONa). Опашката влиза в мазнината, главата остава във водата и около капката се образува мицела – мазнината не изчезва, а се отнася с водата.

• Разтворът на сапуна е слабо основен.
• В твърда вода (Ca²⁺) сапунът се утаява – „пръстенът във ваната“ – и пяната спада.
• В кисела вода се отделя неразтворима мастна киселина.
• Синтетичните миещи вещества мият и в твърда, и в кисела вода.
• Старите разклонени синтетични молекули се разграждаха трудно и са заменени с линейни, а фосфатите в праховете замърсяват водите.

Захари

Глюкозата и фруктозата (C₆H₁₂O₆) са монозахариди, захарозата (C₁₂H₂₂O₁₁) – дизахарид, нишестето и целулозата – полизахариди от много глюкозни блока. Нишестето и целулозата имат една и съща обща формула (C₆H₁₀O₅)ₙ, но блоковете им са свързани различно: йодът оцветява в синьо-черно само нишестето, а целулозата хората не я смилат.

Пробите показват групите в молекулата: Cu(OH)₂ на студено дава син разтвор при много –OH групи една до друга; при нагряване дава червена утайка с алдехидната група (както и сребърното огледало). Глюкозата дава и двете – в нея има и –OH, и –CHO. Захарозата не дава червена утайка.

Аминокиселини и пептиди

В α-аминокиселините аминогрупата –NH₂ е при въглерода до –COOH (глицин, аланин, серин, валин). β-аланинът има същата формула като аланина, но не е α и не влиза в белтъците.

Две аминокиселини се свързват с пептидна връзка –CO–NH– и отделят една молекула вода: Gly-Ala има Mr 75 + 89 − 18 = 146. Редът има значение – Gly-Ala и Ala-Gly са различни молекули с една и съща формула. С 20 вида аминокиселини има 400 дипептида и 8000 трипептида.

Извън програмата

Фулеренът C₆₀ (60 атома, 12 петоъгълника и 20 шестоъгълника), малтозата и вериги над три аминокиселини има в режим „Изследване“ – те не се изискват в 9 клас.

Тук има само модели: без опити у дома. Истинското осапунване става с разяждаща основа и се прави само в лаборатория, с учител.