پاسخ با هم بیاندیشیم صفحه 5 شیمی دوازدهم

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم صفحه 6 شیمی دوازدهم بسیار خوب! برای پاسخ به این پرسش‌ها باید ساختار شیمیایی اسیدهای چرب و استرها (چربی‌ها) را به دقت بررسی کنیم و مفهوم **قطبیت** را به کار ببریم. ### آ) تشخیص اسید چرب و استر * **فرمول (۱): اسید چرب** * **چرا؟** این مولکول در انتهای خود گروه عاملی **کربوکسیل ($ ext{-COOH}$)** را دارد. اسیدهای چرب، کربوکسیلیک اسیدهایی با زنجیر بلند هیدروکربنی هستند. * **فرمول (۲): استر (تری‌گلیسیرید یا چربی)** * **چرا؟** این مولکول از واکنش گلیسرول و سه اسید چرب ایجاد شده و دارای **سه پیوند استری** (گروه عاملی $\text{-C}(\text{O})\text{O}-$) است. استرهای دارای زنجیر بلند و جرم مولی بالا، همان چربی‌ها هستند. ### ب) بخش‌های قطبی و ناقطبی **قانون:** درشت مولکول‌هایی مانند چربی‌ها و اسیدهای چرب معمولاً از دو بخش تشکیل شده‌اند: * **بخش ناقطبی:** زنجیره بلند هیدروکربنی (دم). * **بخش قطبی:** گروه عاملی اکسیژن‌دار در انتهای زنجیره (سر). 1. **اسید چرب (فرمول ۱):** * **بخش قطبی (سر):** گروه **کربوکسیل ($ ext{-COOH}$)**. وجود پیوندهای $\text{C}=\text{O}$ و $\text{O}-\text{H}$ باعث قطبیت این بخش می‌شود. * **بخش ناقطبی (دم):** زنجیره بلند **هیدروکربنی** ($ ext{CH}_3-(\text{CH}_2)_{15}-$, که ۱۷ اتم کربن دارد). این زنجیره کاملاً ناقطبی است. 2. **استر یا چربی (فرمول ۲):** * **بخش قطبی (سر):** سه پیوند **استری ($ ext{-C}(\text{O})\text{O}-$)** که از گلیسرول منشأ گرفته‌اند (اگرچه این بخش به دلیل طول زیاد دم‌ها، تأثیر کمی بر قطبیت کلی مولکول دارد). * **بخش ناقطبی (دم):** **سه زنجیره بلند هیدروکربنی** ($ ext{-}(\text{CH}_2)_{16}\text{CH}_3$). این سه دم ناقطبی بخش اصلی و غالب مولکول را تشکیل می‌دهند.

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم صفحه 5 شیمی دوازدهم این بخش به بررسی مدل‌های ساده‌ شده مولکول‌های چربی و نیروهای بین مولکولی می‌پردازد. ### پ) شناسایی بخش‌های قطبی و ناقطبی در الگو الگوی ارائه شده یک روش ساده برای نمایش ساختار دوگانه (قطبی و ناقطبی) این مولکول‌هاست: * **بخش قطبی:** **کره نارنجی رنگ (سر مولکول)** را نشان می‌دهد. این بخش در اسید چرب همان گروه $\text{-COOH}$ و در چربی‌ها بخش استری است. * **بخش ناقطبی:** **خطوط آبی موج‌دار (دم/دم‌ها)** را نشان می‌دهد. این بخش همان زنجیره‌های بلند **هیدروکربنی** است. --- ### ت) نیروی بین مولکولی غالب در چربی‌ها * **نوع نیرو:** **نیروهای لاندن (London Dispersion Forces)** یا **نیروهای واندروالسی از نوع لاندن**. * **چرا؟** چربی‌ها از نظر ساختاری، **مولکول‌هایی بسیار بزرگ** هستند که بخش عمده آن‌ها از زنجیره‌های بلند و **ناقطبی** هیدروکربنی تشکیل شده است. با وجود اینکه نیروهای لاندن ضعیف‌ترین نیروهای بین مولکولی هستند، اما به دلیل **طول زیاد** زنجیره‌ها و در نتیجه **سطح تماس وسیع** بین مولکول‌های چربی، مجموع این نیروها تبدیل به نیروی **غالب** و تعیین‌کننده می‌شوند. --- ### ث) عدم انحلال چربی‌ها در آب * **دلیل:** این امر از اصل **«شبیه، شبیه را در خود حل می‌کند»** تبعیت می‌کند. * **چربی‌ها:** مولکول‌هایی هستند که ماهیت **ناقطبی** دارند. * **آب ($ ext{H}_2\text{O}$):** یک **حلال بسیار قطبی** است که در آن **پیوندهای هیدروژنی** قوی وجود دارد. * برای اینکه چربی در آب حل شود، جاذبه‌های بین مولکول‌های چربی و آب باید بتوانند بر جاذبه‌های قوی **پیوند هیدروژنی** بین مولکول‌های آب غلبه کنند. اما چون نیروی جاذبه ضعیف **لاندن** بین چربی و آب نمی‌تواند پیوندهای هیدروژنی آب را بشکند، مولکول‌های آب ترجیح می‌دهند با هم بمانند و چربی به صورت یک لایه جداگانه باقی می‌ماند.

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم صفحه 5 شیمی دوازدهم این بخش درباره ساختار و عملکرد **صابون** که یک **سورفکتانت** (کاهنده کشش سطحی) است، بحث می‌کند. صابون مثالی عالی از یک مولکول **دوگانه‌دوست (آمفی‌فیلیک)** است. ### آ) بخش‌های قطبی و ناقطبی * **بخش قطبی:** گروه **کربوکسیلات یونیک ($ ext{-COO}^-\text{Na}^+$)** در انتهای مولکول (سر مولکول). * **بخش ناقطبی:** **زنجیره بلند هیدروکربنی ($ ext{R}$-گروه یا دم)**. این بخش کاملاً شبیه به چربی‌ها است. ### ب) بخش‌های آب‌دوست و آب‌گریز * **بخش آب‌دوست (Hydrophilic):** **سر قطبی (گروه کربوکسیلات یونیک)**. این بخش به دلیل ماهیت یونی، شدیداً تمایل دارد با مولکول‌های **قطبی آب** جاذبه برقرار کند (نیروی **یون-دوقطبی**). * **بخش آب‌گریز (Hydrophobic):** **دم ناقطبی (زنجیره هیدروکربنی)**. این بخش از مولکول‌های آب **فرار می‌کند** و تمایل به برقراری جاذبه با مواد ناقطبی مانند چربی و روغن دارد. ### پ) نتیجه‌گیری از انحلال صابون در آب * **نتیجه‌گیری:** از آنجایی که صابون به طور کامل در آب پخش می‌شود، نتیجه می‌گیریم که **نیروهای جاذبه بین بخش‌های قطبی صابون و مولکول‌های آب، قوی هستند**. * **توضیح:** سر **یونی صابون** ($ ext{-COO}^-$) با دوقطبی‌های مولکول آب ($ ext{H}_2\text{O}$) نیروی جاذبه قوی **یون-دوقطبی** برقرار می‌کند. این نیروها بر جاذبه‌های بین مولکولی خود صابون غلبه کرده و باعث می‌شوند مولکول‌های صابون به راحتی در آب پخش شوند. ### ت) صابون به عنوان پلی بین روغن و آب * **بحث و نتیجه‌گیری:** این جمله **کاملاً درست** است. * **توضیح:** صابون به دلیل داشتن ساختار دوگانه‌دوست، به صورت یک «واسطه» یا «پل» عمل می‌کند و باعث می‌شود دو ماده‌ای که به طور معمول با هم مخلوط نمی‌شوند (مانند آب و روغن) مخلوط شوند (امولسیون). این عمل به این صورت انجام می‌شود: 1. **دم ناقطبی (آب‌گریز) صابون** درون قطرات **روغن (ناقطبی)** نفوذ کرده و آن را احاطه می‌کند. 2. **سر قطبی (آب‌دوست) صابون** رو به بیرون، یعنی به سمت **آب (قطبی)** قرار می‌گیرد. 3. این ساختار کروی به نام **میسل** (Micelle) را ایجاد می‌کند. اکنون، قطره روغن توسط لایه‌ای از سرهای آب‌دوست صابون پوشیده شده و می‌تواند به راحتی در آب پخش شود. به این ترتیب، صابون **روغن** را در آب **امولسیون** می‌کند و باعث شست‌وشو می‌شود.