Вот пришла мысль, типа вопрос: почему растительные жиры (масла) жидкие, а животные - твёрдые при комнатной температуре? (Откуда возникают мысли в нашей голове? http://proza.ru/2015/08/24/756).
В своё время я читал, что это обусловлено тем, что в растительных жирах преобладают остатки ненасыщенных карбоновых кислот (имеются двойные и тройные связи между атомами углерода с цепи радикалов углеводородов), а у животных жиров большая доля остатков карбоновых кислот насыщенные - все связи между углеродами одинарные.
Это понятно. Выглядит как объяснение и понимание. Но. А почему ненасыщенность связей в углеродных цепях карбоновых кислот приводит к большей склонности жиров быть в жидком состоянии при комнатной температуре или к снижению температуры плавления жира? На этот вопрос в доступных мне источниках информации я ответа не нашёл. Будем думать!
Ведь самое интересное в этой жизни - узнавать новое и понимать суть вещей! Я так думаю...
Что такое "жир" или "масло"? А кто не знает?! Это же постоянно и каждый день лежит на столе и это мы едим. Все сызмальства знают сливочное масло, свиное сало и подсолнечное масло, говяжий, бараний жир, кукурузное масло и т.д. И даже и, в особенности, "рыбий жир"!
А в чём у них разница и что их объединяет? Обычно подобные знания штатного человека не шибко интересуют. А зря. Многие знания - это не только "печали", как считал Соломон, но и средства достижения поставленных целей. "Знания - сила"! Сказал не менее мудрый человек чем царь Соломон!
Прежде чем ответить на поставленный вопрос, давайте разберёмся, а что такое "жиры" и "масла" и чем они отличаются друг от друга? С естественно-научной точки зрения. Лично мне это интересно.
Мне также очень интересно происхождение слов. Ну то, чем занимается этимология - раздел семантики и семиотики... Откуда возникло то, или иное слово. И что оно означало в разные времена.
Однозначного понимания происхождения слова "жир" до сих пор нет! Есть много различных мнений, представлений, гипотез. См., например, сайт lexicography.onlin Этимология слова жир. Там много чего есть.
Вроде как близко для принятия происхождение этого слова от старославянского "жирь" - обозначающего нажитое богатство. Время появления этого слова предполагается где-то 11 век ( Словарь А.В.Семёнова). Мол первоначальное положительное значение слова "нажитое" как бы трансформировалось в негативное - "то, что обретено, нажито сверх меры". Сомнительная трактовка.
Л.В.Успенский считает, что слово "жить" некогда значило "кормиться" - у примеру, слово "пажить" обозначает выгон для скота, пастбище. "Жито" может быть объяснено как "корм", "пища". А то, что есть жир - это несомненно корм и пища. Вполне возможно.
Слово "жир" встречается у всех славянских народов, так что логично допустить, что оно связано с общеславянским понятием "жить" и, соответственно, "кормом" и "пищей", и нажитым...
Нажитое - понятие, отражающие накопление, достаток и изобилие в доме и пищи.
А как там за границей славянского ареала?
Ведь очень многие понятия и слова к нам пришли от древних греков и латинян. Через Европу, естественно. Начиная от "атома" и заканчивания "космосом"!
Кстати, есть древнегреческое слово "hiros" (хирос), обозначающее круговорот. Оттуда (?) французское "жирандоль" - большой фигурный подсвечник для нескольких свечей (канделябр - в том числе и сноп водяных струй, ракет, фейерверк. Итальянское слово "жирандола" - сноп разноцветных огней, фейерверк.
"Oleum" (лат.) - масло. Происходит от названия растения, из плодов которого получают оливковое масло. Олива.
По гречески "жир" - lipos. Отсюда название большой группы химических соединений "липиды", к каковым относятся и жиры и масла.
С химической точки зрения "жиры" и "масла" - это совершенно одинаковые по принципиальному устройству химические соединения по своему составу и строению - это сложные эфиры многоосновных спиртов. "Эфиры" - это химические соединения, в которых имеются связи -С-О-С- и остатки карбоновых кислот -О-С=О.
В качестве многоосновного спирта во всех животных и растительных жирах выступает глицерин. Молекула глицерина состоит из трёх углеродных атомов (пропановая основа) и имеется три гидроксильных группы (ОН) у каждого атома углерода, к которым и присоединены остатки карбоновых кислот RCOOH.
Жиры и масла содержатся в тканях (клетках) всех живых организмов.
Переходим к естественно-научной части.
Жиры играют важную в человеческом (и любом живом) организме роль - они составляют порядка 10% от всей массы человека. Энергия, поступающая в организм человека посредством еды (белки, углеводы, жиры и т.д.) сохраняется в нём, главным образом, в форме жиров. Некоторое количество энергии запасается и в форме полисахаридов - гликогенов - животного крахмала. Но основная часть источника запасённой энергии для организма - это жиры! Окисляясь в организме 1 грамм белка даёт 4 ккал энергии, 1 грамм углеводов (сахаров) - 4,2 ккал, а один грамм жира выделяет 9,4 ккал!
"Жир" - это общее название всего, что относится к "жирам и маслам". Липидам. В настоящее время под "маслами" подразумевают всё то, что есть маслянистая жидкость, извлекаемая из живых организмов, жидкая при комнатной температуре и подобная жиру по химическим свойствам. Хотя есть и варианты. Давайте уточним.
Масла представляют собой жироподобные - по внешним физическим качествам - жидкости. Сейчас подразделяют на три основных класса.
- Нелетучие или жирные масла. Эти вещества представляют собой эфиры карбоновых кислот животного или растительного происхождения. Примеры: подсолнечное, оливковое, кукурузное масло, рыбий жир и др.
- Минеральные масла. Такие вещества получают из нефти, каменного угля и сланца. Они состоят в основном из углеводородов С(n)H(m). Примеры: машинные, смазочные масла, вазелиновое масло, консервационные масла и др.
- Эфирные масла. Это летучие вещества, которые к жирам и маслам в химическом смысле не имеют никакого отношения. Но так сложилось. Обладают характерным запахом (зачастую приятным), извлекаются из растений и их плодов.. Перегонка с паром. Вспомните фильм "Парфюмер". Примеры: апельсиновое, лимонное, миндальное, гвоздичное масло. И т.д и др.
Под "жирами" классически подразумевают то, что извлекается из животных. В настоящее время из жиров выделено более 50 карбоновых кислот. Такие кислоты потому и называются "жирными" , что выделены из различных жиров. И состоят они - ну те, что выделены из живых организмов - всегда из молекул с чётным числом атомов углерода - от 4 до 26. Главным образом 16-18!
Масляная кислота, например, получена из коровьего масла и состоит из четырёх молекул углерода - С4. Изовалериановая кислота (С6) получена из валерианы. Пальмитиновая кислота ( с 16 углеродными атомами) из пальмового масла. Олеиновая (С18) из оливкового масла, линолевая (С18) и линоленовая (С18) - отличаются по количеству двойных связей в радикале - выделены оливкового масла и из льняного масла.
Химикам давно уже стало понятно, что чем больше в молекуле жира, образованного из непредельных карбоновых кислот (наличие двойных и тройных связей между атомами углерода в радикале кислоты), тем меньше температура плавления жира и тем самым это жир в большей степени есть "масло".
В оливковом масле очень много непредельных радикалов карбоновых кислот. В этом масле содержится 6,0% остатка пальмитиновой кислоты, 4,0% стеариновой кислоты, 83,0% олеиновой кислоты и 7,0% линолевой кислоты.
Говяжий жир: 2,0% миристиновой кислоты, 32,5% - пальмитиновой кислоты, 14,3% - стеариновой кислоты, 48,3% - олеиновой кислоты и 2,7% - линолевой кислоты.
Пальмовое масло: 1.0% миристиновая кислота, 42,4% - пальмовая кислота, 4,0% - стеариновая кислота, 43,0 олеиновая кислота, 9,5% - линолевая кислота.
Коровье масло содержит четырнадцать определяемых кислот!
Человеческое тело содержит около 10% по весу жиров. Среди них встречаются в процентах:
Насыщенные кислоты:
С2 - 0,5
С14 - 3.3
С16 - 25,0
С18 - 8,4
Ненасыщенные кислоты:
С14 - 0,4
С16 - 6,2
С18 - 45,9
с двумя связями С=С:
С18 - 9, 6
с четырьмя связями С=С:
С20 - 0,6
Состав кислотных остатков резервных жиров человека близок к составу топлёного говяжьего жира и свиного сала. В жирах человека преобладают остатки ненасыщенных кислот.
Отношение остатков ненасыщенных кислот к насыщенным составляет 3:2!
Пока воздержусь от обобщений с музыкальным рядом...
Основным компонентом резервного фонда жиров является олеиновая кислота. Потому и столь полезным для человека является оливковое масло!
Следовательно - по всему выше изложенному - жидкостное преимущество жира - это наличие остатков непредельных кислот и, главным образом, олеиновой кислоты - непредельной кислоты - жир тогда становится жидким маслом.
Ну и переходим к разрешению главного вопроса данного эссе: почему масло жидкое, а жир твёрдый.
Температура плавления вещества зависит (определяется) от химической природы атомов, молекул, образующих данное вещество, вида химических связей в нём, химического строения (структуры) молекул, массы молекул.
Чем больше масса молекул вещества, чем в большей степени они способны взаимодействовать ( притягиваться) между собой, тем больше температура плавления вещества. А большие и длинные молекулы ещё и способны принимать различные формы. Что характерно для углеродных цепей органических соединений.
Углеродная цепь в нормальных (без двойных и тройных связей между молекулами углерода) углеводородах и их радикалах в различных соединениях построена зигзагообразно: с углами С-С-С 109 градусов и 28 минут, с длинной связи С-С 0,154 нм, и расстоянием между угловыми атомами углерода 0,244 нм. В таких цепях возможно вращение вокруг углерод-углеродных связей. Энергетический барьер лежит всего лишь в переделах 15-20 кДж на моль. Т.е. при двухэлектронных (ординарных) связях возможны всякие завихрения и перегибы, и свёртки...
Молекулы, фрагменты молекул насыщенных углеводородов могут принимать любые заверченные формы. Эти разнообразные расположения в пространстве атомов углерода в молекулах назвали "конформациями".
Вокруг двойных и тройных связей вращение невозможно! Наличие двойных и тройных связей в углеводородной цепи предопределяет определённую их линейность.
Таким образом, жиры, в которых преобладают насыщенные фрагменты жирных кислот могу обретать множество конформаций, закрученностей цепей. Эта скрученность ведёт к возможности более плотных упаковок молекул, чем в случае чисто линейного - углового строения. А более плотная упаковка молекул - это больше возможностей для межмолекулярного взаимодействия (притяжения) и образования различных структур. А чем больше межмолекулярное взаимодействие, тем труднее перевести вещество в жидкое состояние, тем выше температура плавления.
Наличие двойной связи у радикалов карбоновых кислот в жирах тормозит возможность их к закручиванию и конформации. Они скорее линейны ( под углом) относительно двойной связи. Как свидетельствует опыт, двойная связь в остатках молекул карбоновых кислот в жирах располагается у восьмого-девятого атома углерода - это где-то посередине всей молекулы радикала кислоты. Вокруг двойной связи невозможно вращение. Это ведёт к более упорядоченной структуре, чем у молекул со связями ординарными!
Жиры, с молекулами имеющими двойные связи, - это всегда более упорядоченные системы по сравнению веществами, с молекулами без двойных связей. У таких молекул меньше возможностей межмолекулярного взаимодействия!
Потому у них и ниже температуры плавления. Меньше энтропия.
Поэтому масла, в которых всегда избыток непредельных остатков карбоновых жирных кислот, жидкие, а жиры животные, в которых преобладают насыщенные кислоты, - твердые при комнатной температуре.
Есть ещё большая группа химических соединений относящихся к сложным эфирам и потому и к жирам - это "воски". Воски отличаются от жиров тем, что у них вместо глицерина в их состав входят стеарины или высшие алифатические спирты с чётным числом углеродных атомов, начиная с С16 и заканчивая С36. Жирные кислоты восков также имеют чётное число углеродных атомов от С14 до С36. Природные воски представляют собой твёрдые сложные эфиры, образованные жирными кислотами и спиртами. При нагревании становятся пластичными и жидкими.
Пчелиный воск - это белое или желтоватое пластичное вещество, извлекаемое из пчелиных сот. Содержит сложный эфир пальмитиновой кислоты С10Н31СООС30Н61. Церотиновая кислота (лат. сеrа - воск) , составная часть многих восков , является смесью С24, С26 и С28 кислот. Растительные воски также содержат парафиновые углеводороды. Из восков выделено несколько кетонов и первичных кетоноспиртов ( из сандалового дерева).
Воски обладают антисептическими свойствами. Весьма полезен раствор пчелиного воска в камфорном масле. У нас в семье эту мазь называли "дедова мазь". Я и сейчас её делаю.
Древесный воск содержит вещество, которое называется "ланолин". Это вещество состоит из холестериновых эфиров пальмитиновой, олеиновой и стеариновой кислот. (Холестерин относится к классу стероидов) Ланолин используется в парфюмерно-косметической промышленности для приготовления кожных кремов и средств для ухода за волосами.
Ещё есть жир шерсти под названием "дегра"... И много чего ещё типа лаков и красок. Клеёнку, например, изготавливают посредством нанесения нескольких слоёв краски, содержащей льняное масло, на парусину. А линолеум - это пробковые опилки зацементированные льняным маслом и канифолью. Или иными высыхающими маслами.
-