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第五章 生活中的物質

第五章 生活中的物質. 5-1 食品與化學. 5-2 衣料與化學. 5-3 材料與化學. 5-4 藥物與化學. 5-1 食品與化學. 5-1A 醣類 5-1B 蛋白質 5-1C 茶與咖啡. 5-1 食品與化學. 六大營養素 水 醣類 脂肪 維生素 蛋白質 礦物質. 功能  提供能量，每克葡萄糖提供 15.6 kJ  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 +6H 2 O. 呼吸. 光合. 5-1A 醣類. 俗稱  碳水化合物. 醣 類. 分類  單醣

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第五章 生活中的物質

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Presentation Transcript

  1. 第五章生活中的物質 5-1 食品與化學 5-2 衣料與化學 5-3 材料與化學 5-4 藥物與化學

  2. 5-1 食品與化學 5-1A 醣類 5-1B 蛋白質 5-1C 茶與咖啡

  3. 5-1 食品與化學 • 六大營養素 • 水 • 醣類 • 脂肪 • 維生素 • 蛋白質 • 礦物質

  4. 功能  提供能量，每克葡萄糖提供15.6 kJ  C6H12O6 + 6O2 6CO2+6H2O 呼吸 光合 5-1A 醣類 俗稱  碳水化合物 醣 類 分類  單醣  雙醣  多醣  人工甜味劑 組成  碳、氫、氧  Cm(H2O)n

  5. 葡萄糖 (glucose) －水果、蜂蜜 －血糖 單醣 (C6H12O6) 3種同分異構物 果糖 (fructose) －蘋果、蜂蜜 －甜度：果糖＞葡萄糖 半乳糖 (galactose) －乳汁、乳製品 －腦、組織的營養成分

  6. 葡萄糖＋果糖 葡萄糖＋葡萄糖 葡萄糖＋半乳糖 蔗糖 麥芽糖 乳糖 縮合 水 ＋ 水解 2單醣－1水 = 雙醣 C12H22O11 3種同分異構物

  7. 肝醣 幾丁質 澱粉 寡醣 纖維素 n單醣－(n-1)水 = 多醣 (C6H10O5)n 非同分異構物 n=200~1000 葡萄糖 直鏈澱粉：易溶於水 支鏈澱粉：難溶於水 n=900~6000 葡萄糖 存在植物體中 含量最多的有機物 葡萄糖的聚合物 存在肝、肌肉組織中

  8. 水 水 水 葡萄糖 糊精 麥芽糖 澱粉 酸(H+) 酸(H+) 酸/酵素 水解 (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 澱粉 葡萄糖 澱粉水解

  9. 解：C12H22O11 + H2O  C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 34.2 克蔗糖 ＝ 0.1 莫耳  0.1 莫耳 342 克/莫耳  葡萄糖分子量為 180  產物葡萄糖為 18.0克 例題 5-1 • 34.2克蔗糖（分子量為342）水解，可得多少克葡萄糖？

  10. 糖的替代品 糖尿病 缺乏胰島素，血糖偏高 人工甜味劑 滿足甜味，不增加血糖濃度 阿斯巴甜 糖精 分子式：C14H18N2O5 甜度是等重量蔗糖的180倍 無糖可樂、無糖口香糖 分子式：C7H5NO3S 甜度是等重量蔗糖的300倍 有致癌危險

  11. 例題 5-2 • 人體中的血糖過高會引起糖尿病，血糖過高是指血液中的哪種醣類的濃度太高？ 解：葡萄糖

  12. +  澱粉 碘液 藍黑色溶液 單醣 雙醣(蔗糖除外) 本氏液 斐林試液 紅色 氧化亞銅 (Cu2O)  +  +   醣類 濃硫酸 焦黑的碳  糖尿病的檢驗 (血糖偏高) 檢驗醣類 還原醣

  13. 碳 (C)、氫 (H) 氧 (O)、氮 (N) 硫 (S)、磷 (P)  主要元素   胺基酸 （單體） 縮合聚合 蛋白質 （聚合物） 脫水 O －H2O C N H H O O H H R C C C C OH OH 羧基 NH2 NH2 胺基 肽鍵 = 醯胺鍵 5-1B 蛋白質 蛋白質 組成 天然的胺基酸約有20種，最簡單的為甘胺酸

  14.  生物體內催化劑  酵素(酶)  解毒劑    熱量比較  構成動物細胞(組織)的主要物質 蛋白質 功能 誤食氯化汞(HgCl2)或其他重金屬，如： 銀、鉛而中毒時，可因蛋白質加入而 產生凝聚，因此可作為解毒劑 醣類：3.7 (仟卡/克) 蛋白質：4 (仟卡/克) 脂肪：9 (仟卡/克)

  15. 例題 5-3 • 人類消化系統中的各種消化酶是屬於六大營養素的哪一種？ 解：蛋白質

  16. 練習 5-1 • 下列何種物質是聚合物？ (A) 葡萄糖 (B) 蔗糖 (C) 蛋白質 (D) 纖維素 (E) 糖精 解：(C) (D)

  17. 科學家小傳- 鮑林(1901~1994) • 從小對科學有興趣，1925年畢業於加州理工學院 • 化學領域重要成就 • 提出化學鍵的鍵結理論 • 確定蛋白質螺旋形立體結構，經由氫鍵將不同肽鍵結合在一起 • 1954年獲得諾貝爾化學獎 • 1962年獲得諾貝爾和平獎，宣導原子彈對人類生存的威脅

  18. 纖維素 主要成分 葉綠素 嘌呤 咖啡因(C8H10N4O2)  使茶具有苦味 茶鹼(C7H8N4O2) 興奮、利尿及強心作用 單寧(鞣質) 使茶具有澀味  與Fe2+形成藍黑色鞣酸亞鐵 5-1C 茶與咖啡 發酵茶 紅茶 半發酵茶 烏龍茶 不發酵茶  綠茶   分類   成分特性 茶

  19.  成分  碳水化合物 主要成分 油脂咖啡香氣來源 單寧 蛋白質 咖啡因(caffeine) 咖啡  咖啡因結構式  含氮的環形化合物

  20. 5-2 衣料與化學 5-2A 常見衣料的成分及其特性 5-2B 肥皂與清潔劑

  21. 棉、麻 植物纖維  動物纖維 動物毛髮、蠶絲 耐綸、達克綸、奧綸 合成纖維   再生纖維 嫘縈（人造絲）、醋酸纖維 5-2A 常見衣料的成分及其特性  天然纖維 纖維 種類  人造纖維

  22. 纖維素 (C6H10O5)n  加酸 加硫酸脫水呈黑色  加鹼 耐鹼  點火 不生臭味，生成CO2及H2O  可漂白 柔軟、舒適透氣  主要成分  檢驗方式 植物 纖維  加氯漂白  材質特性

  23. 蠶絲：C、H、O、N  角質蛋白 羊毛：C、H、O、N、S 加硫酸脫水呈褐色到紫色 加硝酸呈黃色  加酸  加鹼 皺縮，不可在肥皂水中清洗  點火 捲曲、臭味（氨及硫化物）  不可 彈性、保暖，但易發霉及蟲蛀  主要成分 動物 纖維 檢驗方式 加氯漂白 材質特性

  24. 石油化學產品，有機分子聚合 耐綸(聚醯胺) 己二胺/己二酸 聚合  達克綸(聚酯) 乙二醇/對苯二甲酸 聚合  奧綸(聚丙烯晴) 丙烯晴 聚合，合成羊毛  加酸 耐酸  加鹼 耐鹼  點火 末端成球狀  耐綸：可 / 達克綸：不可  易洗快乾、不受蟲害、強韌不易皺 透氣性差、易生靜電  主要成分 合成 纖維 檢驗方式 加氯漂白 材質特性

  25. 易洗快乾、不受蟲害、強韌不易皺 透氣性差、易生靜電  醋酸纖維  纖維素/乙酐 主要成分 人造絲(嫘縈)  溶解纖維素後抽絲  加酸 耐酸 再生 纖維  檢驗方式 加鹼 耐鹼 點火  末端成球狀 材質特性

  26. 例題 5-4 • 以化學組成說明植物纖維、動物纖維及合成纖維的差異？ 解：植物纖維屬於多醣類中的纖維素 動物纖維屬於蛋白質 合成纖維是簡單有機分子聚合而成的聚合物

  27. 肥皂的製備 油脂 加熱至沸騰 冷卻至室溫 加入濃食鹽水 鹽析作用 鹼性溶液 (如：NaOH) 淨化 調整酸鹼值 添加香料、色素 壓模、包裝 5-2B 肥皂與清潔劑 皂化反應 肥皂浮出液面 (粗肥皂) 市售肥皂

  28. 肥皂構造  長碳鏈的 脂肪酸 鈉/鉀 鹽 清潔劑構造  長碳鏈的 烷苯磺酸 鈉/鉀 鹽 肥皂與清潔劑的化學結構 親水基：肥皂、清潔劑中，帶電荷端易與水結合，稱為親水基 親油基：肥皂、清潔劑中，碳鏈部分易與油結合，稱為親油基

  29. 水的表面張力減小 油/水的乳化作用 水的表面張力減小 油/水的乳化作用 肥皂與清潔劑的去污原理

  30. 硬水中 清潔效能 鈣肥皂 降低洗滌效果 鎂肥皂 降低洗滌效果  －COO－與水作用(水解)呈弱鹼性  不能清洗動物纖維(毛、絲織品) 水解的 酸鹼性   加 酸 生成難溶性脂肪酸，降低洗滌效果 生物 分解性  微生物可分解，對環境污染小 加入 磷酸鹽 軟化硬水，提高清潔效果，但會造成水質優養化  肥皂

  31. 硬水中 清潔效能  清潔效果不變 －SO3－不水解，呈中性  可清洗動物纖維(毛、絲織品) 水解的 酸鹼性   加 酸 清潔效果不變 生物 分解性 軟性清潔劑：長碳鏈為直鏈，微生物可分解，生成酚  魚蝦死亡 硬性清潔劑：長碳鏈有分枝，微生物不易分解，造成泡沫污染  陰離子型：含－COO－或－SO3－ 陽離子型：含四級銨鹽殺菌馬桶清潔劑 非離子型：不含陰、陽離子廚房清潔劑 種 類  合成 清潔劑

  32. 例題 5-5 • 肥皂與清潔劑最大的差異為何？ 解： (1) 肥皂易與水中的Ca2+、Mg2+離子產生白色沈澱，而清潔劑不會與水中的Ca2+、Mg2+離子作用。 (2) 肥皂能被河、海中的微生物分解成有機小分子，不易造成污染，而含支鏈的清潔劑無法被微生物分解，較易造成污染。 (3) 清潔劑經分解後，所產生的酚(C6H5OH)易導致河海中的魚、蝦類中毒死亡。

  33. 5-3 材料與化學 5-3A 塑膠 5-3B 玻璃 5-3C 陶瓷磚瓦 5-3D 奈米材料

  34. 單體(小分子) 聚合物(高分子) 聚合 乙烯 H H ( ) 聚乙烯 H H －C－C － n n C=C H H H H 己二胺 己二酸 O O H H + HO C n n C (CH2)4 OH H N (CH2)6 N H H H O O H H 耐綸66 ) ( + (2n-1) H2O OH C C (CH2)4 H N (CH2)6 N n H H 5-3A 塑膠 形成原理   聚合方式 加成聚合：單體直接形成聚合物，沒有其他物質生成 塑膠 縮合聚合：通常由帶二個官能基的單體經化學反應生成聚合物及小分子，縮合聚合物小於原來單體質量的總和

  35. 常用塑膠的分類及用途熱塑性塑膠 (1)

  36. 常用塑膠的分類及用途熱塑性塑膠 (2)

  37. 常用塑膠的分類及用途熱固性塑膠

  38. 環保塑膠－塑膠添加藥劑，使其易被分解

  39. 減少塑膠用量的方法 －4R 減量使用 (reduction)  以 布袋/紙袋 取代塑膠袋 重複使用 (reuse)  塑膠用品重複多次使用 回收 (recyle) 將可塑性塑膠製品分類回收，加熱 分解後，重新聚合成新的塑膠品  再生 (regeneration) 寶特瓶  玻璃纖維 廢輪胎 操場跑道材料 

  40. 科學家小傳- 科立克(1923~ ) • 1946年獲得卡內基美農大學學士學位 • 同年進入杜邦化學公司當臨時雇員 • 任職四十年中，獲得17項美國國內與86項國際性專利，都在聚合纖維的研究 • 最大成就 合成克維拉纖維 (Kevlar fiber)，比鋼鐵強度大5倍，可用於防彈背心、海底電纜外殼、海上快艇材料 • 1981年獲得榮譽博士學位 • 榮獲美國化學學會科學創作獎

  41. 例題 5-6 • 本節所提到的聚合方式有幾種？試舉例說明。 解：兩種 (1) 加成聚合，如PE、PP、PS、PVC…等。 (2) 縮合聚合，如聚酯塑膠、耐綸…等。

  42. 例題 5-7 • 簡述減少塑膠及橡膠污染的四大重要方法？ 解： (1) 減量使用 (2) 重複使用 (3) 回收 (4) 再生

  43. 練習 5-2 • 常見的保麗龍免洗餐具是由何種單體聚合而成？ 解：苯乙烯

  44. 矽酸鈉 (Na2OxSiO2) 矽酸鈣 (CaOxSiO2)  Δ Δ Δ 碳酸鈉/碳酸鈣 + 矽砂 玻璃 Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2 CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2  添加氧化鈷(CoO)  藍色 添加二氧化錳(MnO2)  紫色 添加氧化亞鐵(FeO)  綠色 添加三氧化二鐵(Fe2O3)  黃色 添加二氧化錫(SnO2)  非透明狀  5-3B 玻璃(1) 成分 製備 玻璃 顏色

  45. 5-3B 玻璃(2) 過冷溶液 非晶形物質原子排列不規則無固定熔點 耐酸不耐鹼，易被強鹼腐蝕 SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O 性質 高溫的磷酸與氫氟酸亦會腐蝕玻璃 SiO2 + 4HF  SiF4 + 2H2O 用途  玻璃

  46. 高嶺土 (46.5% SiO2、39.5% Al2O3、14% H2O) 原理：高溫燒結 瓷：高嶺土 + 長石 + 矽砂 (1280～1435℃) 陶：高嶺土 + 氧化鐵(III) + 二氧化鈦(1150～1300℃) 磚：高嶺土 + 氧化鐵(III) (～1350℃) 瓦：高嶺土 + 氧化鐵(III) (800～950℃) 釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3O7)  高溫超導體 氮化硼、氮化矽  耐高溫陶瓷引擎 碳化矽  切割、研磨材料 5-3C 陶、瓷、磚、瓦 原料 製備 陶瓷 磚瓦  顏色愈紅，Fe3+的含量愈高  磚瓦＞陶＞瓷 色澤 精密 陶瓷

  47. 例題 5-8 • 玻璃、陶瓷及磚瓦等都以矽砂為共同原料，由此可推斷此三種建築材料都含有哪些元素？ 解：矽(Si)、氧(O)

  48. 5-3D 奈米材料 奈米為長度單位，1奈米(nm) = 10-9公尺(m) 當組成原子集團的原子或分子，其長、寬或高的長度至少有一個介於1~100 nm，則此原子集團形成的材料稱為奈米材料 定義 傳統材料稱為塊材 (bulk materials) 奈米 材料 表面效應：表面積、活性，奈米金粒子可作為催化劑，可將CO轉化為CO2 小尺寸效應：奈米表面的原子密度，導致物理及化學性質發生變化 特性 量子效應：原子受到鄰近原子的影響減少，電子能階呈非連續化及能隙變寬的現象

  49. 奈米碳管 日本飯島澄男 碳電弧放電法合成C60時發現針狀物，即為奈米碳管 (簡稱CNT)  發現 以sp2的方式鍵結成單層或多層的石墨層，捲曲成直徑1~50 nm的中空管狀結構 性質 具有金屬與半導體性質 奈米 碳管 彈性佳、重量輕，張力強度＞鋼絲百倍 光纖材料 平面顯示器 用途 電子顯微鏡探針 電路導線、開關

  50. 許多半導體材料都具有光觸媒特性 二氧化鈦(TiO2)  性質穩定、無毒性、價格便宜 晶體結構：金紅石相/銳鈦礦相  銳鈦礦相具有光觸媒活性 紫外光 (波長387.5 nm)照射下，將吸附在二氧化鈦表 面的H2O及O2形成活性物質，進一步分解有機污染 物，產生CO2、H2O…等無毒性小分子  奈米光觸媒－二氧化鈦 二氧 化鈦 原理 光 觸媒 反應 過程

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