Страница 266 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Запишите уравнения реакций уксусной кислоты с оксидом, гидроксидом, хлоридом и карбонатом бария в молекулярном и ионном виде.

с оксидом бария

Реакция уксусной кислоты с оксидом бария является реакцией обмена между кислотой и основным оксидом, в результате которой образуется соль ацетат бария и вода.

Молекулярное уравнение:
$2CH_3COOH + BaO \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + H_2O$

Ионное уравнение. Уксусная кислота – слабый электролит, оксид бария – твердое вещество, поэтому они записываются в молекулярном виде. Ацетат бария – растворимая соль. Полное и сокращенное ионные уравнения совпадают, так как нет ионов-наблюдателей.
$2CH_3COOH + BaO \rightarrow Ba^{2+} + 2CH_3COO^{-} + H_2O$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + BaO \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + H_2O$
Ионное уравнение: $2CH_3COOH + BaO \rightarrow Ba^{2+} + 2CH_3COO^{-} + H_2O$

с гидроксидом бария

Реакция нейтрализации между слабой уксусной кислотой и сильным основанием (щёлочью) гидроксидом бария.

Молекулярное уравнение:
$2CH_3COOH + Ba(OH)_2 \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + 2H_2O$

Полное ионное уравнение. Гидроксид бария и ацетат бария являются сильными электролитами.
$2CH_3COOH + Ba^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Ba^{2+} + 2CH_3COO^{-} + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение, полученное после исключения ионов-наблюдателей ($Ba^{2+}$):
$CH_3COOH + OH^{-} \rightarrow CH_3COO^{-} + H_2O$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + Ba(OH)_2 \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + 2H_2O$
Полное ионное уравнение: $2CH_3COOH + Ba^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Ba^{2+} + 2CH_3COO^{-} + 2H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $CH_3COOH + OH^{-} \rightarrow CH_3COO^{-} + H_2O$

с хлоридом бария

Реакция обмена между уксусной кислотой и хлоридом бария ($BaCl_2$) не протекает. Уксусная кислота является слабой и не может вытеснить сильную соляную кислоту из ее соли. Кроме того, все возможные продукты реакции растворимы в воде и являются сильными электролитами.
$CH_3COOH + BaCl_2 \not\rightarrow$

Ответ: Реакция не протекает.

с карбонатом бария

Уксусная кислота сильнее угольной, поэтому она вытесняет ее из солей (карбонатов). Карбонат бария – нерастворимая соль, которая реагирует с кислотой с выделением углекислого газа.

Молекулярное уравнение:
$2CH_3COOH + BaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + H_2O + CO_2\uparrow$

Ионное уравнение. Уксусная кислота – слабый электролит, карбонат бария – нерастворимая соль, поэтому они записываются в молекулярном виде. Полное и сокращенное ионные уравнения совпадают.
$2CH_3COOH + BaCO_3 \rightarrow Ba^{2+} + 2CH_3COO^{-} + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + BaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + H_2O + CO_2\uparrow$
Ионное уравнение: $2CH_3COOH + BaCO_3 \rightarrow Ba^{2+} + 2CH_3COO^{-} + H_2O + CO_2\uparrow$

3. Наличие каких связей отличает стеариновую кислоту от олеиновой? Как сказывается наличие остатков этих кислот на физических свойствах образованных ими жиров?

Наличие каких связей отличает стеариновую кислоту от олеиновой?

Стеариновая и олеиновая кислоты являются высшими карбоновыми кислотами, содержащими по 18 атомов углерода, но различаются строением своих углеводородных цепей. Стеариновая кислота ($C_{17}H_{35}COOH$) — это насыщенная (предельная) кислота, в её цепи все связи между атомами углерода одинарные ($C-C$). Это придаёт её молекуле линейную, зигзагообразную структуру, позволяющую молекулам плотно располагаться друг относительно друга.

Олеиновая кислота ($C_{17}H_{33}COOH$) — это ненасыщенная (непредельная) кислота. Её углеводородная цепь содержит одну двойную связь ($C=C$) между 9-м и 10-м атомами углерода. Эта двойная связь, состоящая из одной $\sigma$- и одной $\pi$-связи, является ключевым отличием. Как правило, эта связь имеет цис-конфигурацию, что создаёт жёсткий изгиб в молекуле примерно на 30 градусов и мешает молекулам плотно упаковываться.

Ответ: Олеиновую кислоту от стеариновой отличает наличие одной двойной углерод-углеродной связи ($C=C$) в её углеводородном радикале.

Как сказывается наличие остатков этих кислот на физических свойствах образованных ими жиров?

Физические свойства жиров (триглицеридов) напрямую зависят от того, остатки каких кислот — насыщенных (как стеариновая) или ненасыщенных (как олеиновая) — входят в их состав.

Жиры, образованные преимущественно остатками насыщенных кислот (например, тристеарин — жир, содержащий три остатка стеариновой кислоты), являются твёрдыми при комнатной температуре. Прямые, линейные цепи остатков стеариновой кислоты позволяют молекулам жира плотно упаковываться, образуя упорядоченную кристаллическую структуру. Это создаёт сильные межмолекулярные взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса), что обуславливает высокую температуру плавления. Такие жиры характерны для животных (например, говяжий или бараний жир).

Жиры, в которых преобладают остатки ненасыщенных кислот (например, триолеин — жир из трёх остатков олеиновой кислоты), являются жидкостями при комнатной температуре и называются маслами. Изгибы в углеводородных цепях, вызванные цис-двойными связями, мешают молекулам плотно упаковываться. В результате межмолекулярные взаимодействия значительно слабее, что ведёт к низкой температуре плавления. Такие жиры (масла) в основном имеют растительное происхождение (например, оливковое или подсолнечное масло).

Ответ: Наличие остатков насыщенной стеариновой кислоты приводит к образованию твёрдых жиров с высокой температурой плавления из-за плотной упаковки их линейных молекул. Наличие остатков ненасыщенной олеиновой кислоты с изгибом в цепи приводит к образованию жидких жиров (масел) с низкой температурой плавления из-за рыхлой, неупорядоченной упаковки молекул.

4. Вспомните из курса биологии жировой обмен в клетках и тканях и расскажите о нём с точки зрения химии.

Жировой обмен, или метаболизм липидов, представляет собой совокупность сложных биохимических процессов, включающих переваривание, всасывание, транспорт, расщепление (катаболизм) и синтез (анаболизм) жиров в организме. С точки зрения химии, в основе этих процессов лежат реакции гидролиза, этерификации, окисления и восстановления.

Переваривание и всасывание жиров

Основная часть жиров поступает в организм с пищей в виде триглицеридов (триацилглицеролов) — сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и трех остатков высших жирных кислот.

В тонком кишечнике происходит их переваривание. Сначала крупные капли жира под действием желчных кислот эмульгируются, то есть разбиваются на мельчайшие капельки. Это значительно увеличивает площадь поверхности для действия ферментов.

Затем фермент панкреатическая липаза катализирует гидролиз триглицеридов. При этом происходит разрыв сложноэфирных связей с присоединением молекул воды. В результате образуются в основном две молекулы свободных жирных кислот и одна молекула 2-моноацилглицерола.

Схематически реакцию гидролиза можно представить так:

$Триацилглицерол + 2H_2O \xrightarrow{липаза} 2-Моноацилглицерол + 2~Жирные~кислоты$

Полученные продукты всасываются клетками стенки кишечника (энтероцитами), где происходит обратный процесс — ресинтез триглицеридов (реакция этерификации).

Транспорт и депонирование жиров

Поскольку жиры нерастворимы в воде (и, следовательно, в крови), для их транспорта они "упаковываются" в специальные белково-липидные комплексы — липопротеины. В энтероцитах ресинтезированные триглицериды вместе с холестерином и белками образуют хиломикроны. Они поступают в лимфу, а затем в кровь.

В крови под действием фермента липопротеинлипазы хиломикроны снова гидролизуются, высвобождая жирные кислоты. Эти кислоты поступают в клетки тканей, в первую очередь в жировую ткань (адипоциты) и мышцы.

В адипоцитах жирные кислоты вновь подвергаются этерификации с глицерин-3-фосфатом (который образуется из глюкозы), формируя запасные триглицериды. Это основной способ хранения энергии в организме.

Катаболизм жиров (высвобождение энергии)

Когда организму требуется энергия (например, при голодании или физической нагрузке), запускается процесс расщепления запасенных жиров.

Липолиз. В адипоцитах под действием гормонов (адреналина, глюкагона) активируется гормон-чувствительная липаза. Она катализирует полный гидролиз триглицеридов до глицерина и трех молекул жирных кислот.

$Триацилглицерол + 3H_2O \xrightarrow{гормон-чувствительная~липаза} Глицерин + 3~Жирные~кислоты$

Глицерин поступает в печень, где включается в гликолиз или глюконеогенез. Жирные кислоты связываются с белком альбумином в крови и транспортируются к клеткам (мышц, сердца и др.) для получения энергии.

β-окисление жирных кислот. Это основной процесс извлечения энергии из жирных кислот, протекающий в митохондриях клеток. Перед началом процесса жирная кислота должна быть активирована путем присоединения к коферменту А (CoA-SH) с затратой энергии АТФ. Образуется ацил-КоА:

$R-COOH + CoA-SH + ATP \rightarrow R-CO-SCoA + AMP + PP_i$

Процесс β-окисления представляет собой циклический каскад из четырех реакций, в каждом цикле отщепляющий от жирной кислоты двухуглеродный фрагмент в виде ацетил-КоА.

1. Окисление. Ацил-КоА дегидрогенируется с образованием двойной связи между α- и β-углеродными атомами. Восстанавливается кофермент FAD до $FADH_2$.
2. Гидратация. Присоединение молекулы воды по двойной связи с образованием гидроксильной группы у β-атома углерода.
3. Окисление. Вторичная спиртовая группа окисляется до кетогруппы. Восстанавливается кофермент $NAD^+$ до $NADH + H^+$.
4. Тиолиз. Молекула расщепляется тиольной группой нового кофермента А с образованием ацетил-КоА (двухуглеродный фрагмент) и укороченного на два атома углерода ацил-КоА.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока вся цепь жирной кислоты не будет расщеплена на молекулы ацетил-КоА. Образовавшийся ацетил-КоА поступает в цикл Кребса, а восстановленные коферменты $FADH_2$ и $NADH$ направляются в дыхательную цепь переноса электронов, где их окисление сопряжено с синтезом большого количества АТФ.

Анаболизм жиров (липогенез)

Синтез жирных кислот происходит в цитоплазме клеток (в основном печени и жировой ткани) при избытке углеводов и энергии. Исходным веществом служит ацетил-КоА, который образуется при гликолизе. Процесс представляет собой последовательное присоединение двухуглеродных фрагментов к растущей цепи жирной кислоты. В отличие от β-окисления, для синтеза в качестве восстановителя используется кофермент $NADPH$. Затем синтезированные жирные кислоты этерифицируются с глицерином, образуя триглицериды для хранения или транспорта.

Ответ: Жировой обмен с точки зрения химии — это совокупность ферментативных реакций, включающих: 1) гидролиз сложноэфирных связей в триглицеридах при переваривании и мобилизации запасов; 2) этерификацию жирных кислот и глицерина для синтеза и хранения триглицеридов; 3) циклический процесс β-окисления жирных кислот (последовательные реакции дегидрирования, гидратации, окисления и тиолиза) для получения энергии в виде ацетил-КоА, $NADH$ и $FADH_2$; 4) анаболический процесс синтеза жирных кислот из ацетил-КоА с участием восстановителя $NADPH$.

5. Назовите биологические функции жиров.

Жиры (липиды) — это обширная группа органических соединений, выполняющих в живых организмах множество жизненно важных функций.

Энергетическая функция

Жиры являются одним из основных источников энергии в организме. При полном окислении 1 грамма жира выделяется около $38,9$ кДж (или $9,3$ ккал) энергии. Это более чем в два раза превышает энергию, получаемую при расщеплении такого же количества углеводов или белков. Эта энергия используется для поддержания всех процессов жизнедеятельности, включая мышечную работу, поддержание температуры тела и синтез новых веществ.

Ответ: Жиры служат высокоэффективным источником энергии, обеспечивая организм большим количеством энергии при расщеплении.

Структурная (строительная) функция

Липиды, в частности фосфолипиды и холестерин, являются неотъемлемыми компонентами клеточных мембран. Фосфолипиды образуют бимолекулярный слой (бислой), который составляет основу любой биологической мембраны. Этот слой определяет её текучесть, избирательную проницаемость и участвует в передаче сигналов. Холестерин, встраиваясь в мембрану животных клеток, придает ей жесткость и стабильность.

Ответ: Липиды формируют структурную основу клеточных мембран, определяя их физические свойства и барьерную функцию.

Запасающая функция

Жиры — это основная форма хранения энергии у животных и некоторых растений. В организме животных избыток энергии, полученной с пищей, преобразуется в жир и откладывается в клетках жировой ткани (адипоцитах). Эти запасы могут быть мобилизованы и использованы в качестве источника энергии в периоды голодания или длительной физической активности.

Ответ: Жиры накапливаются в организме в качестве долгосрочного энергетического резерва.

Защитная и термоизоляционная функция

Слой подкожной жировой клетчатки выполняет несколько защитных ролей. Во-первых, он служит механической защитой, амортизируя удары и предохраняя внутренние органы от повреждений. Во-вторых, жир обладает низкой теплопроводностью, благодаря чему он эффективно сохраняет тепло, выполняя функцию термоизолятора. Это особенно важно для теплокровных животных, обитающих в холодном климате (например, киты, тюлени). У растений восковой налет (кутин) на поверхности листьев и плодов защищает их от потери влаги.

Ответ: Жиры обеспечивают механическую защиту внутренних органов, термоизоляцию организма и защиту от высыхания.

Регуляторная функция

Многие биологически активные вещества являются производными липидов. К ним относятся стероидные гормоны (например, половые гормоны — эстрогены и андрогены, а также гормоны коры надпочечников — кортикостероиды), которые регулируют обмен веществ, рост, развитие и репродуктивную функцию. Также из жирных кислот синтезируются простагландины — тканевые гормоны, участвующие в воспалительных реакциях, регуляции кровяного давления и др. Жиры необходимы для усвоения жирорастворимых витаминов (A, D, E, K).

Ответ: Производные жиров выполняют функции гормонов и других сигнальных молекул, регулируя ключевые процессы жизнедеятельности.

Источник эндогенной воды

При окислении жиров образуется значительное количество так называемой метаболической, или эндогенной, воды. При расщеплении 100 г жира образуется около 107 г воды. Эта особенность имеет критическое значение для выживания животных в условиях дефицита воды, например, для верблюдов (жир в горбах) или для животных, впадающих в зимнюю спячку.

Ответ: Окисление жиров является важным внутренним источником воды для организма.

Электроизоляционная функция

Особый вид липидов, сфингомиелин, является основным компонентом миелиновой оболочки, которая покрывает отростки нервных клеток (аксоны). Эта оболочка работает как электрический изолятор, предотвращая рассеивание нервного импульса и обеспечивая его высокую скорость проведения по нервному волокну.

Ответ: Жиры в составе миелиновых оболочек изолируют нервные волокна, что обеспечивает быструю передачу нервных импульсов.