Zucchero di segatura. Esperienza di chimica divertente a casa

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I carboidrati hanno preso il loro nome per errore. È successo a metà del secolo scorso. Quindi si credeva che la molecola di qualsiasi sostanza zuccherina corrispondesse alla formula C_m(N₂O)_n. Tutti i carboidrati allora conosciuti corrispondono a questa misura e la formula per il glucosio C₆Н₁₂О₆ scritto come C₆(N₂O)₆.

Ma in seguito sono stati scoperti gli zuccheri che si sono rivelati un'eccezione alla regola. Quindi, un chiaro rappresentante dei carboidrati del ramnosio (dà anche reazione molisana) ha la formula C₆Н₁₂О₅. E sebbene l'inesattezza nel nome di un'intera classe di composti fosse ovvia, il termine "carboidrati" è già diventato così familiare che non l'hanno cambiato. Tuttavia, oggi molti chimici preferiscono un nome diverso: "zucchero".

Cercheremo di ottenere uno degli zuccheri dalla segatura per idrolisi, cioè per decomposizione con acqua. Questo è un processo chimico molto comune. La segatura e altri rifiuti di legno contengono fibre di carboidrati (cellulosa). Il glucosio viene preparato da esso negli impianti di idrolisi, che possono quindi essere utilizzati in diversi modi; il più delle volte viene fermentato, trasformandolo in alcool, prodotto di partenza per molte sintesi chimiche. Un ramo ampio e indipendente dell'industria chimica è chiamato industria dell'idrolisi.

Prima di riprodurre il processo di idrolisi del legno, cerchiamo di capire qual è la sua essenza, e per questo sarà più conveniente iniziare non con la segatura, ma con cetrioli e schegge.

Lavate un cetriolo fresco, grattugiatelo e spremetene il succo. Il succo può essere filtrato, ma non è necessario.

Preparare l'idrossido di rame Cu(OH) in una provetta₂. Per fare ciò, aggiungere 2-3 gocce di soluzione di solfato di rame a 0,5-1 ml di soluzione di idrossido di sodio. Aggiungere un volume uguale di succo di cetriolo al precipitato risultante e agitare la provetta. Il precipitato si dissolverà e si otterrà una soluzione blu. Tale reazione è tipica degli alcoli poliidrici, cioè degli alcoli che contengono più gruppi ossidrilici.

Ora scalda a ebollizione (o metti in acqua bollente) una provetta con la soluzione blu risultante. Diventerà prima giallo, poi arancione e, dopo il raffreddamento, un precipitato rosso di ossido di rame Cu₂O. Questa reazione è caratteristica di un'altra classe di composti organici: le aldeidi. Ciò significa che nel succo di cetriolo c'è una sostanza che è allo stesso tempo un'aldeide e un alcol. Questa sostanza è il glucosio, che nella struttura è un alcool aldeidico. Grazie a lei, il cetriolo ha un sapore dolciastro.

Probabilmente indovinerai che questo esperimento non deve essere fatto con il succo di cetriolo, ma funziona bene anche con altri succhi dolci: uva, carota, mela, pera e puoi anche prendere l'acqua del cetriolo, che viene venduta nelle profumerie. E, naturalmente, solo compresse di glucosio.

Ora la seconda esperienza preliminare; saccarificazione della scheggia.

Preparare una soluzione di acido solforico: aggiungere un volume di acido solforico concentrato a un volume di acqua (non versare mai acqua nell'acido!). Metti una scheggia in una provetta con una soluzione e scalda la soluzione a ebollizione. Allo stesso tempo, la scheggia sarà carbonizzata, ma ciò non interferirà con l'esperienza.

Dopo il riscaldamento, rimuovere la scheggia, abbassarla in un'altra provetta con 1-2 ml di acqua e far bollire. Entrambi i tubi ora contengono glucosio. Puoi verificarlo aggiungendo due o tre gocce di solfato di rame alle soluzioni, quindi soda caustica: apparirà un colore blu familiare. Se questa soluzione viene bollita, come ci aspettavamo, un precipitato rosso di ossido di rame Cu₂O. Quindi, si trova il glucosio.

Il fatto che la nostra scheggia sia zuccherata è il risultato dell'idrolisi della cellulosa (e la sua quota nel legno rappresenta circa il 50%). Come nell'idrolisi dell'amido, l'acido solforico non viene consumato in questo processo, ma svolge il ruolo di catalizzatore.

Infine, arriviamo all'esperienza principale promessa nel titolo: produrre zucchero dalla segatura.

Versare 2-3 cucchiai di segatura in una tazza di porcellana e inumidirli con acqua. Aggiungere un po 'più di acqua e una quantità uguale della soluzione di acido solforico precedentemente preparata (1: 1), mescolare bene l'impasto liquido. Chiudete il coperchio e mettete nel forno a gas (o nel forno russo) per circa un'ora, forse un po' meno.

Quindi estrarre la tazza, aggiungere acqua in cima e mescolare. Filtrare la soluzione e neutralizzare il filtrato aggiungendo gesso tritato o acqua di calce fino a quando non vengono rilasciate più bolle di anidride carbonica. La fine della neutralizzazione può anche essere giudicata testando il liquido con una cartina di tornasole o uno degli indicatori fatti in casa. Non è necessario gocciolare l'indicatore direttamente nella massa di reazione. Dovresti prendere un campione, letteralmente 2-3 gocce, e metterlo su una lastra di vetro o in una piccola provetta.

Versare il contenuto della tazza in una bottiglia di latte, agitare il liquido e lasciare riposare per diverse ore. Il solfato di calcio, formato durante la neutralizzazione dell'acido, si depositerà sul fondo e sopra rimarrà una soluzione di glucosio. Versarlo con cura in una tazza pulita (preferibilmente su una bacchetta di vetro) e filtrare.

L'ultima operazione è rimasta: l'evaporazione dell'acqua a bagnomaria. Dopo di esso, i cristalli di glucosio giallo chiaro rimangono sul fondo. Possono essere assaggiati, ma solo - il prodotto non è abbastanza puro.

Quindi, abbiamo completato quattro operazioni: spappolamento della segatura con una soluzione di acido solforico, neutralizzazione dell'acido, filtrazione ed evaporazione. È così che si ottiene il glucosio negli impianti di idrolisi, solo, ovviamente, non in tazze di porcellana ...

E possiamo riprodurre senza troppe difficoltà un altro processo industriale: trasformiamo uno zucchero in altri due.

Se conservata a lungo, la marmellata fatta in casa viene spesso candita. Questo perché lo zucchero si cristallizza fuori dallo sciroppo. Con la marmellata, che viene venduta nel negozio, una tale disgrazia accade molto meno spesso. Il fatto è che nei conservifici, oltre allo zucchero di barbabietola o di canna, il saccarosio C₁₂H₂₂O₁₁, vengono utilizzate anche altre sostanze zuccherine, ad esempio lo zucchero invertito. Cos'è l'inversione dello zucchero e a cosa porta, imparerai dalla seguente esperienza.

Versare 10-20 g di una soluzione zuccherina debole in una provetta o in un bicchiere e aggiungere alcune gocce di acido cloridrico diluito. Successivamente, riscaldare la soluzione a bagnomaria bollente per dieci-quindici minuti, quindi neutralizzare l'acido, preferibilmente con carbonato di magnesio MgCO₃. Le farmacie vendono la cosiddetta magnesia bianca, una sostanza dalla composizione leggermente più complessa; anche lei si adatta. In casi estremi, puoi assumere NaHCO bevendo soda₃, ma poi nella soluzione rimarrà il sale da cucina, che in qualche modo non si armonizza con lo zucchero ...

Una volta cessate le bolle di anidride carbonica, lasciare che il liquido si depositi. Per ogni evenienza, controlla con un indicatore se l'acido è completamente neutralizzato. Scolare il liquido depositato e assaggiarlo: sembrerà meno dolce della soluzione originale (per confronto lasciare un po' della soluzione zuccherina originale).

Nella soluzione finita non c'era praticamente più saccarosio, ma apparvero due nuove sostanze: glucosio e fruttosio. Questo processo è chiamato inversione dello zucchero e la miscela risultante è chiamata zucchero invertito.

Ed ecco cosa è curioso: esteriormente non c'è nulla che rilevi una reazione. E il colore, il volume e la reazione dell'ambiente rimangono gli stessi. Non vengono emessi gas o precipitazioni. Tuttavia, la reazione continua, sono necessari solo strumenti ottici per rilevarla. Gli zuccheri sono sostanze otticamente attive: un raggio di luce polarizzata, passando attraverso la loro soluzione, cambia la direzione della polarizzazione. Dicono che gli zuccheri ruotano il piano di polarizzazione, e in una direzione o nell'altra, e con un angolo ben definito. Quindi, il saccarosio ruota il piano di polarizzazione a destra e glucosio e fruttosio, i prodotti della sua idrolisi, a sinistra. Da qui la parola "inversione" (in latino "inversione").

Ma, poiché non abbiamo strumenti ottici a nostra disposizione, cerchiamo di assicurarci con mezzi chimici che lo zucchero prelevato abbia effettivamente subito dei cambiamenti. Aggiungi alcune gocce di una soluzione di blu di metilene (puoi prendere inchiostro blu per penne stilografiche) e una piccola soluzione debole di qualsiasi alcali alle soluzioni zuccherine iniziali e risultanti. Riscaldare le soluzioni di prova a bagnomaria. In una provetta con zucchero normale non si verificheranno cambiamenti, ma il contenuto di una provetta con zucchero invertito diventerà quasi incolore.

Lo zucchero invertito è molto meno incline alla cristallizzazione rispetto allo zucchero normale. Se fai evaporare con cura la sua soluzione a bagnomaria, ottieni uno sciroppo denso che assomiglia un po 'al miele. Dopo il raffreddamento, non cristallizza.

A proposito, tre quarti dell'amato miele d'api sono costituiti dagli stessi carboidrati dello zucchero invertito: glucosio e fruttosio. Anche il miele artificiale viene prodotto sulla base dello zucchero invertito. Naturalmente, il nostro sciroppo differisce dal miele e in modo significativo, principalmente in assenza di odore. Ma se aggiungi un po 'di miele naturale, questo inconveniente può essere parzialmente eliminato.

Ma perché non preparare in casa più sciroppo non cristallizzante per farci sopra la marmellata? Purtroppo, la sua completa purificazione da sostanze estranee è difficile e non vi è alcuna garanzia che sarà possibile completarla. In ogni caso non vale il rischio.

Autore: Olgin O.M.

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