Что такое сахар и откуда он берется?

Каждый день большинство людей употребляют сахар, особенно мы – дети. Конфеты, шоколад, мёд, мороженое и многие другие сладости содержат в себе пищевой продукт «сахар».

Весной я попробовал берёзовый сок, который был сладок на вкус. Но разве в берёзе есть сахар? Этот вопрос заинтересовал меня. От учителя на уроках окружающего мира я узнал, что сахар получают из сахарного тростника и сахарной свёклы на крупных заводах. А на занятиях научного общества мы попытались узнать, в каких ещё растениях содержится сахар и по возможности получить его в школьной химической лаборатории.

Цель нашей статьи: получение сахара из природных веществ.

Задачи:

1. Узнать: а) что такое «сахар» и откуда он берётся; б) какие питательные вещества получает человек с пищей

2. Изучить и освоить методику: а) проведения качественной реакции на глюкозу; б) гидролиза древесины.

3. Совершенствовать навыки работы в химической лаборатории с соблюдением правил техники безопасности.

4. Учиться работать с учебной литературой и писать реферат.

5. Получить сахаристое вещество.

Происхождение названия

В «Учебном словаре русского языка» автора Репкина В. В. говорится, что «Сахар – это белое сладкое вещество, добываемое из свеклы или особого вида тростника». Мы говорим «сахар» про кусковой, твердый сахар и называем сахарным песком сахар раздробленный, размельченный. Само слово «сахар» родилось в Древней Индии (sarkara) и означало именно «песок, гравий», в частности «песок сахарный». Через греческое слово «сахарон» оно проникло во все европейские языки. Поэтому, говоря «сахарный песок», мы как бы говорим «песчаный песок»

Где растет сахар?

В Индии, на Кубе и в других жарких странах чуть ли не каждая семья издавна сажает на своем клочке земли сладкий тростник. При сборе урожая крестьяне длинным ножом-мачете срезают тростинку за тростинкой. Тростник вываривают на огне, при этом получаются сладкие кристаллики. У нас сахар варят не из сахарного тростника, а из сахарной свеклы. Это не красная, а белая свекла, которая очень сладкая на вкус. Наши прапрадедушки нарезали её дольками, и пили с ней чай. Ещё вместо сахара в те времена ели мед, пили сладкий сок клена, липы. Даже делали из этих соков пастилу.

Продавали сахар не в лавке, а в аптеке, вместе со всякими редкостными снадобьями. Его и принимали только как лекарство, потому что он очень дорого стоил.

Наше питание

При изучении курса «Мир вокруг нас» мы узнали, что с пищей человек получает необходимые организму питательные вещества. Этими веществами являются:

• белки – вещества, которые служат основным «строительным материалом» для тела человека. Особенно нужен такой «материал» детям – для роста и развития. Белки содержатся во многих продуктах. Ими богаты творог, яйца, мясо, рыба, горох, фасоль.

• жиры – обеспечивают организм энергией, а также служат «строительным материалом» тела. Источником жиров являются сливочное и растительное масло, маргарин, сметана.

• углеводы – главный поставщик энергии для нашего тела. К ним относятся сахар и крахмал. Углеводами богаты хлеб, крупы, картофель, макароны, кондитерские изделия, фрукты.

• витамины – необходимы для сохранения и укрепления здоровья. Их много в овощах и фруктах.

Как же в растениях образуются углеводы, к которым относится и сахар?

Тайна растений

Растения — живые существа, значит, они дышат и питаются. Дышат растения так: из воздуха они поглощают частицы кислорода, при этом выделяют в воздух углекислый газ. А питаются растения так. Мы знаем, что своими корнями растения всасывают из почвы воду с растворёнными в ней минеральными солями. Но откуда растения получают главные питательные вещества — сахар, крахмал? Ведь их нет в почве, а в растениях они есть.

Даже знаменитые учёные долго не могли разгадать эту тайну, но сейчас она раскрыта.

Выяснилось, что листья растений — это удивительные «повара», которые из частиц воды и углекислого газа «готовят» пищу — сахар, крахмал. Вода поступает в листья по стеблю из корня, а углекислый газ листья поглощают из воздуха. Но работает чудесная «кухня» только на свету!

Почему же для её работы требуется свет? Дело в том, что солнечный свет несёт энергию, без которой чудесная «кухня» остановилась бы. Энергия нужна для работы любой машины и жизни любого существа.

Когда учёные разгадали тайну питания растений, они поняли, что животные и люди не смогли бы жить без растений. Ведь ни одно животное, ни один человек не могут из воды и углекислого газа получить сахар и другие питательные вещества. Это делают только растения. А животные и человек едят растения и таким образом «добывают» для себя необходимые питательные вещества. Вместе с этими веществами они получают и необходимую им для жизни энергию

Что такое углеводы

Свое название углеводы получили по ошибке. Это произошло в середине XIX века. Тогда считали, что молекула любого сахаристого вещества отвечает формуле Cm(H2О)n. Все известные тогда углеводы подходили под эту мерку, и формулу глюкозы С6Н12О6 писали как С6(Н2О)6.

Но позднее были открыты и такие сахара, которые оказались исключением из правила, например, рамноза. И хотя неточность в названии целого класса соединений была очевидной, термин «углеводы» стал уже настолько привычным, что его не стали менять. В наши дни многие химики предпочитают иное название — «сахара».

Получение сахара

Изучение методики проведения качественной реакции на глюкозу

Для начала мы попытались понять, как в химической лаборатории определяют, что полученное при реакции вещество является сахаром (глюкозой) и провели опыты на фруктовых соках, варенье, меде и таблетках глюкозы.

Так как глюкоза является многоатомным спиртом, то ее можно определить с помощью свежеприготовленного гидроксида меди (II). Мы приготовили в четырех пробирках гидроксид меди Сu(ОН)2. Для этого добавили 2—3 капли раствора медного купороса к 1 мл раствора едкого натра. Получили голубой осадок. К полученному осадку прибавили такой же объем: в первую пробирку - раствор глюкозы, во вторую пробирку – разбавленный водой 1:1 яблочный сок, в третью пробирку – разбавленный водой 1:1 сироп клубничного варенья, в четвертую – разбавленный водой мед. Все пробирки энергично встряхнули. Осадок растворился, получился синий раствор.

Такая реакция характерна для многоатомных спиртов, то есть для спиртов, которые содержат несколько гидроксильных групп.

Пробирки с полученным синим раствором, нагрели на пламени спиртовки до кипения. Раствор сначала пожелтел, затем стал оранжевым, а после охлаждения выпал красный осадок оксида меди Cu2О. Такая реакция характерна для другого класса органических соединений — для альдегидов. Значит, во всех исследуемых нами растворах есть вещество, представляющее собой альдегид и спирт одновременно. Это глюкоза, которая по строению представляет собой альдегидоспирт.

Изучение методики проведения химического процесса гидролиза

Сахар мы попытались получить из опилок гидролизом, то есть разложением водой. Это очень распространенный химический процесс. Опилки и другие древесные отходы содержат углевод — клетчатку (целлюлозу). Оказывается, из нее на гидролизных заводах готовят глюкозу, которую можно использовать затем по-разному; чаще всего ее сбраживают, превращая в спирт, который нужен для получения множества химических веществ. Большая и самостоятельная отрасль химической промышленности носит название гидролизной.

Мы для начала попытались понять сущность процесса гидролиза древесины и провели опыт на деревянных лучинках – осахаривание лучины.

Для опыта приготовили раствор серной кислоты: к одному объему воды прилили один объем концентрированной серной кислоты (нельзя лить воду в кислоту!). В пробирку с раствором опустили лучинку и нагрели раствор до кипения. Лучинка при этом обуглилась.

После нагревания лучинку опустили в другую пробирку с 1—2 мл воды и прокипятили. В обеих пробирках теперь появилась глюкоза. Проверить это можно, добавив к растворам 2—3 капли медного купороса, а затем и едкий натр, — появится синяя окраска. При кипячении этого раствора выпадает красный осадок оксида меди Cu2О, как и в предыдущих опытах. Так мы обнаружили глюкозу при осахаривании лучинки.

То, что лучинка осахарилась, это результат гидролиза целлюлозы (на ее долю в древесине приходится около 50%). Серная кислота в этом опыте не расходуется, она играет роль катализатора.

Получение сахара из опилок

Для опыта мы взяли березовые, сосновые, осиновые, пихтовые и кленовые опилки, чтобы выяснить, из каких опилок получится больше сахара.

Опыт проводили в несколько стадий: варка опилок с раствором серной кислоты, нейтрализация кислоты, фильтрование и выпаривание.

В фарфоровую чашку насыпали 15 г древесных опилок и смочили их водой. Добавили еще немного воды и равное количество ранее приготовленного раствора серной кислоты (1:1), жидкую кашицу хорошо перемешали. Закрыли чашку крышкой и поставьте ее на водяную баню на час.

Затем вынули чашку, долили воды доверху и перемешали. Полученный раствор отфильтровали и нейтрализовали фильтрат, добавляя к нему толченый мел и известковую воду до тех пор, пока не прекратилось выделение пузырьков углекислого газа. Об окончании нейтрализации можно также судить, испытывая жидкость лакмусовой бумажкой.

Не надо капать индикатор прямо в реакционную массу. Для этого следует взять пробу, всего 2—3 капли, и поместить ее на стеклянную пластинку или в маленькую пробирку.

Полученную жидкость слили в бутылку, взболтали и дали постоять несколько часов. Сульфат кальция, образовавшийся при нейтрализации кислоты, осел на дно, а сверху остался раствор глюкозы. Осторожно слили его в чистую чашку (по стеклянной палочке) и отфильтровали.

Последняя операция — выпаривание воды на водяной бане. После нее на дне остались светло-желтые кристаллы глюкозы. Их можно попробовать на вкус совсем немного, так как продукт недостаточно чистый.

По описанной нами методике мы проводили опыты со всеми вышеперечисленными видами опилок, сравнивая, из какого вида древесины получается больше конечного продукта.

Опилки Масса опилок, г Выход сахаристого вещества, г Выход, %

Березовые 15 2,0 13,3

Сосновые 15 1,75 11,67

Осиновые 15 2,0 13,3

Пихтовые 15 1,8 12,0

Кленовые 15 2,1 14,0

Получение сахара из картофеля

При работе с литературой мы узнали, что крахмал, который образуется при созревании картофеля, также относится к углеводам и из него гидролизом можно получить сахаристое вещество – глюкозу. Так как из опилок сахар мы уже получать научились, нам стало интересно попробовать получить его и из картофеля.

Для опыта мы мелко нарезали картофель, добавили в реакционную смесь немного разбавленной 1:2 серной кислоты и нагревали на водяной бане в течение 1 часа. Нейтрализовали кислоту карбонатом магния. Слили полученную смесь в чистый стакан и дали отстояться, затем профильтровали. Полученный фильтрат выпарили на водяной бане. В результате в выпарительной чашке также получили кристаллы глюкозы светло-желтого цвета.

Всем известно, что если картофель замерзнет, то потом он становится сладкий на вкус. Теперь мы знаем, что при этом происходит процесс гидролиза крахмала до глюкозы.

В результате работы по данной теме мы узнали, что сахар – это углевод, который является главным поставщиком энергии для нашего тела. Он известен очень давно, в жарких странах его получают из сахарного тростника, а в нашей стране - из сахарной свёклы. К сахаросодержащим веществам относится глюкоза, которую мы получили гидролизом древесных опилок и картофеля в школьной лаборатории с помощью химического эксперимента.

Самой сахаросодержащей породой дерева по нашим данным оказался клен, на втором месте – берёза и осина, менее сахаросодержащие породы деревьев – пихта и сосна. Достаточно много кристаллов сахаристого вещества образуется при гидролизе картофеля.