Esterifikace v přírodě: Podrobný pohled na proces a jeho význam

Esterifikace je chemická reakce, při které dochází ke vzniku esteru. Látky, které spolu reagují, nazýváme reaktanty, látky vznikající při chemických reakcích produkty. V průběhu procesu dochází ke změnám chemických vazeb.

Základní stavební kameny látek

Termín atom označuje základní stavební částice látek. Běžnými chemickými prostředky nejde atom dělit. Teprve na začátku 20 století se ukázalo, že atomy se skládají z kladně nabitého jádra a elektronového obalu tvořeného záporně nabitými elektrony.

Ve středu atomu je atomové jádro obsahující nukleony: protony (kladně nabité částice, zhruba 1836krát hmotnější než elektrony) a neutrony (elektricky neutrální částice, obdobné hmotnosti jako protony). Elektrony jsou záporně nabité částice, které se nacházejí v atomovém obalu, ze kterého je lze relativně snadno vyjmout a vytvořit tím nabitý iont.

Elektrony jsou k atomovému jádru vázány elektromagnetickou silou zprostředkovanou fotony. Protony a neutrony v jádře jsou navzájem vázány silnou jadernou silou zprostředkovanou gluony.

Předpokládaná dráha, po které se pohybují elektrony o určité energetické hladině, nezávisle na ostatních elektronech, se nazývá orbital. Dráha elektronu a jeho energetická hladina se popisují kvantovými čísly.

Čtěte také: Odpadové hospodářství a plasty

Kvantová čísla

• Hlavní kvantové číslo n udává energii elektronu v atomu ve vztahu ke vzdálenosti dráhy elektronu od jádra. Molární energie elektronů roste s rostoucím n. Elektrony se stejným n obíhají na stejné energetické hladině.
• Vedlejší kvantové číslo l bývá také označováno písmeny (s, p, d, f) a udává předpokládaný tvar orbitalu (dráhy pohybu elektronu kolem jádra).
• Magnetické kvantové číslo m se mění od -1 do +1 a udává směr trajektorie elektronu.

Výstavbový princip

Nejprve se zaplní orbitaly s nižší energetickou hladinou, teprve pak orbitaly s vyšší energetickou hladinou. Pro obsazování orbitalů elektrony je rozhodující součet hlavního (n) a vedlejšího (l) kvantového čísla, teprve pak velikost hlavního kvantového čísla n. Přednostně se obsadí orbital, u něhož je součet n + l menší. Z orbitalů se stejným součtem n + l se jako první zaplní ten s menším hlavním kvantovým číslem. Pokud se elektrony pohybují po orbitalech s nejmenší možnou energií, atom je v základním stavu.

Periodická tabulka prvků

Periodická tabulka prvků je uspořádání všech chemických prvků do tabulky podle jejich rostoucího protonového čísla (původně podle relativní atomové hmotnosti), a dále podle jejich cyklicky se opakujících charakteristik. V současné době je v tabulce 117 známých prvků, z nichž 94 se přirozeně vyskytuje, a zbylé byly připraveny uměle.

Základem uspořádání prvků je jejich seskupení v řádcích (periodách) podle stoupajícího protonového čísla a ve sloupcích (skupinách) podle počtu valenčních elektronů (8 sloupců). Platí, že prvky, nacházející se ve stejné skupině vykazují podobné chemické vlastnosti.

Skupiny prvků

• IA.Skupina - Alkalické kovy - mají vždy pouze jeden valenční elektron v orbitalu s. Jsou velmi reaktivní (přirozeně v přírodě jen ve sloučeninách) a jejich reaktivita stoupá s protonovým číslem.
• IIA.Skupina - Kovy alkalických zemin - mají 2 valenční elektrony v orbitalu s+ 2p. Stejně jako skupina 1 v přírodě tvoří sloučeniny, ale na rozdíl od první skupiny nikoli iontového charakteru.
• VII.A. Skupina - Halogeny - mají 7 valenčních elektronů, 2 v orbitalu s, a 5 v orbitalu p. Jedná se o prvky velmi reaktivní, v přírodě pouze ve sloučeninách, v čisté formě dvouatomové.
• VIII. A skupina - Vzácné plyny - mají plně obsazený valenční orbital (s2p6), což vede k tomu, že jsou velmi málo reaktivní (velmi těžko ztrácejí a nemohou přijímat valenční elektron).
• III.B-VII.B - Přechodné kovy (3.-12. sloupec tabulky)- což je skupina kam patří prvky d-bloku, včetně zinku, kadmia, rtuti, kopernicia.

Chemické vazby

Chemická vazba je sdílení elektronů mezi dvěma atomy - o silovou interakci. Předpokladem vazby je dostatečné přiblížení reagujících atomů a vhodná kombinace volných elektronů.

Vazba rovněž může mít různý úhel ve vztahu k hlavní rovině molekuly: lineární, lomená… Úhel vazby ovlivňuje některé charakteristiky molekuly, jako např. rozptyl elektromagnetického, nebo Rentgenova záření.

Čtěte také: Technologie vozidel pro svoz odpadu

Typy chemických vazeb

1. Jednoduchá vazba - σ vazba - patří mezi kovalentní vazby. Násobné vazby - dvojná vazba je tvořená jednou vazbou σ (sigma) a jednou vazbou π (pí). Trojná vazba je tvořena jednou vazbou σ a dvěma vazbami π.
2. Koordinačně-kovaletní vazba - vazba příjemce a dárce elektronu; jeden atom poskytuje volný elektronový pár a druhý atom prázdný orbital (typické pro prvky s elektrony v d orbitalu).
3. Nepolární vazba - mezi atomy s velmi malým rozdílem elektronegativit (nebo stejné atomy - např. u halogenidů). Polární vazba - Rozdíl elektronegativit atomů je v intervalu 0,4-1,7.
4. Kovová vazba - charakteristická pro kovy. Je odpovědná za kujnost a tažnost kovů. Valenční elektrony vytvářejí tzv.

Chemické reakce

Chemická reakce je proces přeměny výchozí látky (reaktantu, substrátu) za tvorby látky s jinou chemickou strukturou (produktu). V průběhu procesu dochází ke změnám chemických vazeb. Látky, které spolu reagují, nazýváme reaktanty, látky vznikající při chemických reakcích produkty.

Průběh chemické reakce je možné popsat chemickou rovnicí, která zapisuje množství reagujících atomů a molekul ve vztahu k molekulám vznikajících látek. Reaktanty zapisujeme na levou, produkty na pravou stranu rovnice.

Vzhledem k existenci Zákona zachování hmoty a tomu, že ve většině případů nedochází k jaderným přeměnám a změně prvků jednoho v jiný, musí odpovídat počet atomů určitého prvku na jedné straně rovnice, počtu atomů na straně druhé a současně hmotnost reaktantů hmotnosti produktů. Úpravu a vyčíslení chemických rovnic provádíme pomocí tzv. stechiometrických koeficientů zapisovaných před chemický vzorec.

Redoxní reakce

Při redoxních reakcích dochází zároveň k přijímání elektronu (redukce) jedním atomem a uvolňování elektronu (oxidace) druhým atomem, přičemž celkový součet vyměňovaných elektronů by měl být vyrovnaný.

Katalyzátory

Katalyzátor je látka, která zvyšuje rychlost chemické reakce (nebo ji umožňuje), ačkoli se v průběhu reakce nespotřebovává a sama se chemicky nemění. Podstata spočívá v tvorbě nestabilních meziproduktů (reaktant s katalyzátorem) - díky katalyzátoru je aktivační energie dílčích reakcí nižší, než aktivační energie reakce stejných reaktantů, která by probíhala bez katalyzátoru. Katalyzátorem mohou být ionty, kyseliny, zásady, produkt reakce (autokatalýza).

Čtěte také: Problémy s odpadem ve sprše a jejich řešení

Další typy chemických reakcí

• Větvené - Z jednoho typu reaktantů může reakce probíhat několika způsoby a vytvářet různé produkty.
• Řetězové - Produkt reakce dále reaguje stejným způsobem (polymerace).
• Substituce - nahrazování (vytěsňování)- nahrazení funkční skupiny jiným atomem nebo molekulou.
• Konverze - podvojná záměna- vzájemná výměna funkčních skupin v reagujících sloučeninách.

Sucrose Tristearate - Příklad esterifikace

Sucrose Tristearate, známý také jako sacharóza tristearát, je ester mastných kyselin a sacharózy, který patří do skupiny neiontových emulgátorů. V mezinárodní terminologii se označuje jako Sucrose Tristearate, v chemickém názvosloví pak jako 1,2,3-propanetriyltristearát sacharózy. Tato látka se běžně vyskytuje v potravinářství, kosmetice a farmaceutickém průmyslu.

Pod systematickým názvem sacharóza tristearát se skrývá složená molekula vzniklá esterifikací sacharózy se stearovou kyselinou. Její chemický vzorec je obecně komplikovaný, ale lze jej popsat jako triglycerid kyseliny stearové navázaný na sacharózový zbytek.

Vlastnosti a využití Sucrose Tristearate

Sucrose Tristearate má voskovitou konzistenci, bez výrazné vůně i chuti. Fyzikální vlastnosti závisí na stupni esterifikace a čistotě suroviny, ale typicky se jedná o látku bílé až nažloutlé barvy, s teplotou tání pohybující se mezi 50-70 °C.

• Potravinářství: výroba zmrzliny, pečiva, cukrovinek nebo margarínů.
• Kosmetický průmysl: umožňuje jemnou a stabilní konzistenci krémů, mlék a emulzí.
• Farmacie: pomocná látka ve složení mastí, suspenzí nebo účelových emulzí, kde je potřeba zajistit rovnoměrné rozložení účinných látek.

Výroba a bezpečnost

Syntéza probíhá reakcí sacharózy a kyseliny stearové (popř. jejich derivátů) za přítomnosti katalyzátorů nebo při zvýšené teplotě. Kyselina stearová přitom obvykle pochází z rostlinných tuků, jako je palmový nebo kokosový olej.

Z hlediska bezpečnosti je Sucrose Tristearate považován za bezpečný při použití ve schválených koncentracích. Podle Evropského úřadu pro bezpečnost potravin (EFSA) nejsou známy žádné toxické účinky ani dráždivost pro člověka.

Mechanismus působení

Díky lipofilnímu a hydrofilnímu konci funguje jako povrchově aktivní látka, tedy snižuje povrchové napětí mezi složkami a umožňuje jejich homogenní rozptýlení. Stejný princip se využívá i ve farmacii, kde jsou podobné emulgátory nedílnou součástí inovativních forem léků.

tags: #esterifikace #jak #funguje #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Euphorbia cyparissias: Pěstování
• Využití odpadkového koše
• Těsné ekologické interakce druhů
• Nebezpečný odpad a legislativa v ČR
• Vědecký Konsenzus o Klimatických Změnách