Физические свойства жиров кратко
Обновлено: 04.07.2024
По агрегатному состоянию при комнатной температуре жиры (смеси триглицеридов) – твердые, мазеобразные или жидкие вещества. Агрегатное состояние жиров определяется природой жирных кислот.
Животные жиры (бараний, свиной, говяжий и т.п.), как правило, являются твердыми веществами с невысокой температурой плавления (исключение — рыбий жир). Они состоят главным образом из триглицеридов насыщенных (предельных) карбоновых кислот.
Растительные жиры — масла (подсолнечное, соевое, хлопковое и др.) — жидкости (исключение — кокосовое масло, масло какао-бобов). В состав триглицеридов масел входят остатки ненасыщенных (непредельных) карбоновых кислот.
Все жиры легче воды и практически не растворимы в воде, но при добавлении мыла или других поверхностно-активных веществ (эмульгаторов), они способны образовывать стойкие водные эмульсии. Жиры ограниченно растворимы в спирте и хорошо растворимы во многих неполярных и малополярных растворителях – эфире, бензоле, хлороформе, бензине.
Жиры не имеют четкой температуры плавления (т.е. плавятся в некотором диапазоне температур). Определенной температурой плавления характеризуются лишь индивидуальные триглицериды.
Температура плавления жира тем выше, чем больше в нем содержание предельных кислот. Она также зависит от длины углеводородной цепи жирной кислоты, температура плавления увеличивается с ростом длины углеводородного радикала.
Причиной снижения температуры плавления триглицеридов с остатками ненасыщенных кислот является наличие в них двойных связей с цис-конфигурацией. Это приводит к существенному изгибу углеродной цепи, нарушающему упорядоченную (параллельную) укладку длинноцепных радикалов кислот.
Сравним пространственное строение ненасыщенной и насыщенной и кислот с равным числом углеродных атомов в цепи: олеиновой C17H33COOH и стеариновой C17H35COOH.
На молекулярной модели олеиновой кислоты виден изгиб цепи по связи С=С, препятствующий плотной упаковке молекул.
В углеродной цепи стеариновой кислоты отсутствуют изгибы, поэтому ее молекулы способны к плотной параллельной укладке.
Чем плотнее упаковка молекул вещества, тем выше температуры его фазовых переходов (т.плав., т.кип.). Соответственно, температура плавления тристеарата глицерина (71 o C) существенно больше, чем у триолеата (–17 o C).
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
Жиры и масла (жидкие жиры) – важные природные соединения. Все жиры и масла растительного происхождения почти целиком состоят из сложных эфиров глицерина (триглицеридов). В этих соединениях глицерин этерифицирован высшими карбоновыми кислотами.
Жиры имеют общую формулу:
Здесь R, R’, R’’ – углеводородные радикалы.
Три гидроксогруппы глицерина могут быть этерифицированы либо только одной кислотой, например пальмитиновой или олеиновой, либо двумя или тремя различными кислотами:
Основные предельные кислоты, образующие жиры – пальмитиновая С15Н31СООН и стеариновая С17Н35СООН; основные непредельные кислоты – олеиновая С17Н33СООН и линолевая С17Н31СООН.
Физические свойства жиров
Жиры, образованные предельными кислотами, — твердые вещества, а непредельными – жидкие. Все жиры очень плохо растворимы в воде.
Получение жиров
Жиры получают по реакции этерификации, протекающей между трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами:
Химические свойства жиров
Среди реакций жиров особое место занимает гидролиз, который можно осуществить действием как кислот, так и оснований:
а) кислотный гидролиз
б) щелочной гидролиз
Для масел (жидких жиров) характерны реакции присоединения:
— гидрирование (реакция гидрирования (гидрогенизации) лежит в основе получения маргарина)
Мерой ненасыщенности остатков кислот, которые входят в состав жиров, служит йодное число, выражаемое массой йода (в граммах), который может присоединиться по двойным связям к 100г жира. Йодное число важно при оценке высыхающих масел.
Масла (жидкие жиры) также подвергаются реакциям окисления и полимеризации.
Применение жиров
Жиры нашли широкое применение в пищевой промышленности, фармацевтике, в производстве масел и различных косметических средств, в производстве смазочных материалов.
Примеры решения задач
| Задание | Растительное масло массой 17,56 г нагрели с 3,36 г гидроксида калия до полного исчезновения масляного слоя. При действии избытка бромной воды на полученный после гидролиза раствор образуется только одно тетрабромпроизводное. Установите возможную формулу жира. |
| Решение | Запишем в общем виде уравнение гидролиза жира: |
На 1 моль жира при гидролизе приходится 3 моль гидроксида калия. Найдем количество вещества гидроксида калия и жира, причем, количество жира втрое меньше:
Зная количество и массу жира, можно найти его молярную массу:
На три углеводородных радикала R кислот приходится 705 г/моль:
Зная, что тетрабромпроизводное получено только одно, можно сделать вывод, что все кислотные остатки одинаковы и содержат по 2 двойные связи. Тогда получаем, что в каждом радикале содержится 17 атомов углерода, это радикал линолевой кислоты:
Возможная формула жира:
| Задание | Напишите две возможные формулы жира, имеющего в молекуле 57 атомов углерода и вступающего в реакцию с иодом в соотношении 1:2. В составе жира имеются остатки кислот с четным числом углеродных атомов. |
| Ответ | Общая формула жиров: |
Физические свойства. Жиры при обычной температуре имеют плотную или мягкую консистенцию. Жирные масла являются густыми, прозрачными жидкостями.
На бумаге жиры оставляют жирное пятно, которое при нагревании еще сильнее расплывается (отличие от эфирных масел).
Окраска, запах и вкус жиров зависят от сопутствующих веществ.
Окраска чаще белая или желтоватая. Запах отсутствует или слабый, специфический. Вкус нежный и маслянистый, реже неприятный, как у касторового масла.
Жиры легче воды, плотность от 0,910 до 0,970.
Большинство жиров оптически неактивны. Исключение составляет касторовое масло.
Показатель преломления (коэффициент рефракции) характерен и постоянен для каждого масла. Так, у оливкового масла он составляет 1,46-1,71. Чем выше молекулярная масса глицеридов и чем больше двойных связей, тем выше показатель преломления.
Все жиры нерастворимы в воде, мало растворимы в этаноле, легко растворимы в эфире, хлороформе, петролейном эфире.
Исключение: касторовое масло легко растворимо в 96 % этаноле, трудно — в петролейном эфире.
Сами жиры являются хорошими растворителями для многих лекарственных веществ (камфора, гормоны, эфирные масла и др.). Жиры хорошо смешиваются между собой.
Химические свойства жиров обусловлены наличием:
1) сложных эфирных связей;
2) двойных связей в углеводородных радикалах жирных кислот;
3) наличием глицерина в составе жира.
Жиры легко подвергаются гидролитическому расщеплению при участии ферментов с образованием глицерина и жирных кислот. Ферментативный гидролизпроисходит ступенчато. Фермент липаза содержится во всех семенах масличных растений. Гидролизу способствуют влага и повышенная температура. Происходит гидролитическое прогоркание жира. Указанное свойство учитывается при хранении жиров.
Жиры и масла. Свойства жиров и масел.
Жиры расщепляются под действием щелочей с образованием глицерина и солей жирных кислот. Соли называют мылами: калиевые мыла — жидкие, натриевые — твердые. Процесс называют омылением.
Свойство используется при анализе жиров. На нем основано производство мыл и шампуней.
По двойным связям жирных кислот могут присоединяться водород, галогены, кислород.
2.1. Присоединение водорода — гидрирование жиров (гидрогенизация жиров) идет при повышенной температуре в присутствии катализатора (никель). Непредельные жирные кислоты переходят в предельные, жидкие масла превращаются в твердые.
Получают саломассы, их используют в медицинской практике как мазевые и суппозиторные основы (бутирол) и в пищевой промышленности (производство маргарина).
2.2. Присоединение галогенов используют в анализе жиров при определении химической константы — йодного числа.
Присоединение кислорода воздуха приводит к окислению и прогорканию жиров. Различают химическое окисление (альдегидное) и биохимическое при участии микроорганизмов (кетонное).
Жиры приобретают специфический вкус и запах и становятся непригодными к употреблению. Изменяется цвет жира (чаще жиры обесцвечиваются); изменяются физические и химические свойства: увеличиваются плотность и кислотное число, уменьшаются йодное число и вязкость.
Различают 3 вида окислительного прогоркания:
а) неферментативное — кислород присоединяется по месту двойных связей, образуя пероксиды; при разложении пероксидов жирных кислот получаются альдегиды.
б) ферментативное с участием липоксидаз и липоксигеназ, образуются гидропероксиды.
Гидропероксиды способны окислять биологически активные вещества, содержащиеся в масле, например каротиноиды.
Гидропероксиды подвергаются разложению с образованием альдегидов и кетонов.
Свойство учитывают при хранении жиров и при их анализе.
в) ферментативное (кетонное) — происходит при участии микроорганизмов.
Глицерин,входящий в состав жира, подвергается окислению и дегидратации при нагревании жира с концентрированной кислотой серной. При этом образуется альдегид акролеин, имеющий неприятный запах.
Акролеиновая проба позволяет отличить жиры от жироподобных веществ.
Природные эфиры – жиры и масла, которые образованы трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами неразветвленного состава. Жиры входят в состав растительных и животных организмов и играют важную биологическую роль. Они служат одним из источников энергии живых организмов, которая выделяется при окислении жиров.
Наиболее часто встречаются следующие жирные кислоты:
Физические свойства жиров и масел.
Делят на жидкие и твердые жиры.
Триглицериды
Агрегатное состояние определяется природой жирных кислот. Твердые жиры образованы предельными кислотами, а жидкие – непредельными. Температура плавления выше, чем больше у кислоты содержания углеводородной цепи. Также она зависит от длины углеводородной цепи жирной кислоты, температура плавления повышается с ростом углеводородного радикала.
Химические свойства жиров и масел.
2. Гидрогенизация жиров – присоединение водорода к остатком непредельных кислот. При этом непредельные кислоты переходят в остатки предельных, из жидких превращаются в твердые:
Жиры могут прогорать при действии влаги, кислорода воздуха, света и тепла.
Применение жиров и масел.
Жиры широко используются в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.
Жиры в природе представленны довольно широко — растительных иживотных организмах и входят в состав растительных и животных клеток. Для практического применения важны растения и те их органы, где жиры накапливаются в повышенных количествах.
Жирные масла. Классификация жиров
В растениях жирные масла преимущественно накапливаются в плодах (маслины, облепиха) и семенах (лен, подсолнечник, кукуруза, клещевина. Их содержаниеколеблется от 2-3% до 70% и выше.
Жиры локализуются главным образом в клетках паренхимнойткани семенного ядра; находятся в очень тонко диспергированном состоянии, в виде эмульсии с белками и углеводами.
В живом растении жиры всегда в жидком состоянии.
Накапливают жиры растения многих семейств, особенно астровые, капустные, сельдерейные, розоцветные, молочайные, маковые, яснотковые.
В организме животных жир откладывается в специальных жировых клетках в подкожной клетчатке и в сальниках.
Жиром богата печень некоторых жирных и рыб (печень трески).
Процесс образования и накопления жиров зависит от факторов внешней среды и от генетических особенностей видов и сортов.
Учеными установлена общая закономерность: растения северных и умеренных широт вырабатывают жиры, богатые радикалами непредельных кислот, растения южных областей, субтропического и тропического поясов чаще образуют жиры, богатые триглицеридами насыщенных кислот.
Повышение влажности, калийные и фосфорные минеральные удобрения положительно влияют на накопление жиров.
Одновременно меняется качественный состав: накапливается больше непредельных кислот. Азотные удобрения, напротив, снижают синтез жиров и способствуют синтезу белка. На плодородных почвахтакже уменьшается накопление жиров.
Сырьевая база жирномасличных растений.
Жиромасличными называют растения, в семенах или плодах которых жиры накапливаются в количествах, экономически оправдывающих их промышленную переработку.
Главное место среди масличных занимают культурные растения, превосходящие по свойствамисходные дикорастущие. Жиромасличные растения относятся к наиболее древним культивируемым видам.
Археологические раскопки показывают, что клещевина культивировалась уже в 6-7 тысячелетии до нашей эры на территории современного Ирана.
Родиной жиросодержащих растений являются:
Северная Америка — для подсолнечника,
Центральная Америка (Мексика) — для кукурузы и шоколадного дерева,
Южная Америка (Бразилия) — для арахиса,
Тропическая Африка (Эфиопия) — для клещевины,
Страны Средиземноморья (Сирия, Южная Анатолия) — для маслины,
горы Кавказа и Средней Азии — для абрикоса и миндаля.
Жиромасличные растения культивируют в России и странах ближнего зарубежья.
В центрально-черноземных областях культивируют кукурузу и подсолнечник. Севернее — в Нечерноземных областях России культивируют лен посевной — это Калининградская, Псковская, Вологодская области, Поволжье, Западная Сибирь и Прибалтика.
Не культивируют в России и ближнем Зарубежье шоколадное дерево, масличную пальму и кокосовую пальму.
Это сырье только импортное.
Получение и очистка жиров
Способ получения жиров зависит от природы и особенностей исходного сырья. Что касается твердых растительных жиров (например, масло какао) и жидких жиров (например, рыбий жир), то они добываются по специфическим для каждого из них способам.
Растительное сырье очищают от посторонних примесей, семена освобождают от плодовой оболочки, косточки, шелухи и измельчают.
Растительные масла обычно получают способом прессования.
На маслобойных заводах семена предварительно пропускают через сортировочные машины для удаления примесей, подсушивают, если в этом есть необходимость, после чего на специальных обдирочных машинах освобождают от твердых семенных оболочек. Освобожденные семенные ядра измельчают, полученную массу слегка поджаривают и смачивают водой, после чего мезгу с помощью шнека подают в обогреваемый гидравлический пресс.
А) При горячем способепрессования удается отжать максимальное количество жирного масла, поскольку белки отчасти свертываются и масло легче освобождается из тканей, не говоря уже о том, что при этом масло становится более подвижным.
Горячее прессование сопровождается большим переходом сопутствующих веществ, а также высокоплавких фракций масла (например, тристеарина, смол, фитостеринов).
Они имеют кислую реакцию среды из-за частичного расщепления триглицеридов. Их используют после очистки для наружного и внутреннего применения, но не парентерально.
Б) Отжим семян в холодных прессах — для медицинских целей масла получают холодным прессованием, т.е. без обжаривания семян и в холодных прессах.
При этом выход масла уменьшается, а качество улучшается. Этим методом получают масла, используемые (в особенности для приготовления парентеральных растворов) они предпочтительнее, поскольку могут использоваться без рафинирования (миндальное, персиковое, т.е. невысыхающие масла).
2. Жирные масла получают также путем экстрагирования семян летучими органическими растворителями — (чаще низкокипящими фракциями бензина).
Экстракция проводится на заводах в установках, работающих по принципу аппарата Сокслета, с последующей отгонкой экстрагента.
Экстракцией достигается больший выход масла, но и с большим количеством нежелательных сопровождающих веществ (смол и пигментов). Экстракционные масла, если они предназначаются для пищевых и медицинских целей, нуждаются в тщательном рафинировании.
3. Животные жиры получают путем вытапливанияжировой ткани, снятой с внутренних органов животных (почек, брыжейки, большого сальника).
Перед этим собранный жир очищают от остатков других тканей.
Различают мокрый и сухой способ.
По первому способу сырье обрабатывают острым паром под давлением в 3 — 4 атм. или в автоклавах.
По второму способу жир вытапливают на открытом огне. Расплавленный жир сливают в отстойники для отделения воды и белков.
Для улучшения качества жира его в дальнейшем вновь расплавляют, отстаивают, рафинируют.
Для удаления нежелательных сопровождающих веществ и образующихся примесей жиры (масла) подвергаются рафинированию, то есть процессу очистки.
Рафинирование представляет комплексный процесс, состоящий из нескольких последовательно протекающих процессов обработки жиров различными агентами, комбинируемыми в зависимости от состава и свойств удаляемых веществ.
Рафинирование жира не должно вызывать изменений в его химическом составе.
Метод очистки жира зависит от характера и природы примесей.
Современные методы рафинирования жиров условно делятся на три группы:
Физическими методами рафинации являются отстаивание, фильтрация и центрифугирование.
Этими методами удаляются механические взвеси и части коллоидно-растворенных веществ, выпадающих из масла при хранении.
Химическими методами являются сернокислотная рафинация, гидратация, отделение госсипола (в хлопковом масле), щелочная рафинация, окисление красящих веществ.
Физико-химические методы включают адсорбционную рафинацию и дезодорирование жиров.
Различают методы рафинирования:
Метод механический — отстаивание, центрифугирование, фильтрование, т.е. отделение механических примесей (обрывков паренхимы, сосудов).
2. Метод коагулирования — для удаления белковых и слизистых веществ. Осуществляется путем пропускания горячего пара температуры около 60 градусов. После коагулирования отстаивают и жир фильтруют.
Метод нейтрализации (щелочная очистка) — для удаления свободных жирных кислот. Одновременно жиры осветляются. Мыла отмывают водой.
4. Метод вымораживания — для удаления глицеридов предельных кислот от невысыхающих медицинских масел, применяемых для парентерального применения.
Для освобождения от дурнопахнущих веществ (летучих жирных кислот).
Применяют метод дезодорации. Масло обрабатывают перегретым паром под вакуумом.
Дезодорацию окислителями для медицинских масел не проводят
Жиры хранят в стеклянной или металлической таре, заполненной до верху, без доступа кислорода воздуха, влаги и прямых солнечных лучей.
Хранят по общему списку в прохладном и чистом помещении, в условиях, не допускающих развития микроорганизмов.
Общее название жиров – триацилглицерины (триглицериды).
Существует несколько способов назвать молекулу жира.
Например, жир, образованный тремя остатками стеариновой кислоты, будет иметь следующие названия:
Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде. С водой жиры не смешиваются.
1. Гидролиз (омыление) жиров
Жиры подвергаются гидролизу в кислой или щелочной среде или под действием ферментов.
1.1. Кислотный гидролиз
Под действием кислот жиры гидролизуются до глицерина и карбоновых кислот, которых входили в молекулу жира.
| Например, при гидролизе тристеарата глицерина в кислой среде образуется стеариновая кислота и глицерин |
1.2. Щелочной гидролиз — омыление жиров
При щелочном гидролизе жиров образуется глицерин и соли карбоновых кислот, входивших в состав жира.
| Например, при гидролизе тристеарата глицерина гидроксидом натрия образуется стеарат натрия . |
2. Гидрирование (гидрогенизация) ненасыщенных жиров
Гидрогенизация жиров — это процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жира.
При этом остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных, жидкие растительные жиры превращаются в твёрдые (маргарин).
| Например, триолеат глицерина при гидрировании превращается в тристеарат глицерина: |
| Количественной характеристикой степени ненасыщенности жиров служит йодное число, показывающее, какая масса йода может присоединиться по двойным связям к 100 г жира. |
3. Мыло и синтетические моющие средства
При щелочном гидролизе жиров образуются мыла – соли высших жирных кислот.
Стеарат натрия – твёрдое мыло.
Стеарат калия – жидкое мыло.
Моющая способность мыла зависит от жесткости воды. Оно хорошо мылится и стирает в мягкой воде, плохо стирает в жёсткой воде и совсем не стирает в морской воде, так как содержащие в ней ионы Ca 2+ и Mg 2+ дают с высшими кислотами нерастворимые в воде соли.
| Например, тристеарат глицерина взаимодействует с сульфатом кальция |
Поэтому наряду с мылом используют синтетические моющие средства.
Их производят из других веществ, например из алкилсульфатов — солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты.
Спирт реагирует с серной кислотой с образованием алкилсульфата .
Далее алкилсульфат гидролизуется щелочью:
Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли этих веществ растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.
Растительные жиры часто называют маслами (подсолнечное, кукурузное, оливковое, рапсовое). При комнатной температуре они находятся в жидком агрегатном состоянии. Но есть и исключения. Например, кокосовое масло при обычных условиях — твёрдый жир.
Жиры животного происхождения при комнатной температуре, как правило, находятся в твёрдом агрегатном состоянии, но при небольшом нагревании становятся жидкими. Реже встречаются жидкие животные жиры, например, рыбий жир. Твёрдые жиры не имеют кристаллического строения и представляют собой мазеподобные субстанции.
В состав твёрдых жиров входят преимущественно остатки высших насыщенных карбоновых кислот (пальмитиновой и стеариновой).
В состав растительных масел входят преимущественно глицериды высших ненасыщенных карбоновых кислот (олеиновой и др.).
Все жиры легче воды и в воде не растворяются . Растворить жир можно органическим растворителем — бензином, хлороформом, бензолом.
Читайте также: