Reddit – askscience – Jak se nepolární molekula, jako je glukóza, rozpouští v polárním rozpouštědle, jako je voda?

Ve skutečnosti je to složitější, než se na první pohled zdá. Jak už bylo řečeno v ostatních odpovědích, glukóza je polární molekula díky všem OH skupinám, které má. Tyto molekuly budou s vodou vytvářet vodíkové vazby, což jsou obecně příznivé interakce.

Jak se však ukazuje, entalpie roztoku glukózy a vlastně jakéhokoli beta-glukanu je kladná. To znamená, že rozpouštění glukózy ve vodě ve skutečnosti není z energetického hlediska příznivé, což je ve světle výše uvedené diskuse o vodíkových vazbách překvapivý výsledek. Vysvětlení spočívá v tom, že zatímco vodíkové vazby glukóza-voda jsou skutečně energeticky příznivé, energetika celkové interakce voda-glukóza je méně příznivá než energetika původních interakcí pevná glukóza-glukóza a kapalná voda-voda. To zase vyplývá jak z amfifilní (na rozdíl od čistě hydrofilní nebo čistě hydrofobní) povahy glukózy, tak ze specifických interakcí glukóza-glukóza, které má cukr ve své krystalové struktuře k dispozici.

Proč se tedy glukóza rozpouští ve vodě? No, odpovědí je jiná termodynamická hnací síla, entropie. Systém složený z glukózy rozpuštěné ve vodě má vyšší entropii než pevná kostka glukózy v kapalné vodě. Entropie se obvykle vysvětluje v termínech neuspořádanosti, tedy že vyšší neuspořádanost = vysoká entropie, což v tomto případě dává smysl (ale všimněte si, že tomu tak není vždy). A z důvodů, které přesahují rámec tohoto příspěvku, vesmír tíhne k makrostavům s vyšší entropií.

Ještě jedna věc, skutečnost, že rozpouštění beta-glukanů je proti intuici energeticky nevýhodné, má ve skutečnosti docela důležité důsledky. Celulóza, hlavní složka buněčných stěn rostlin, je beta-glukan se stupněm polymerizace v řádu stovek až desítek tisíc. Protože je mnohem větší než glukóza, je pro ni také entropicky nepříznivé rozpouštět se ve vodě, a proto postrádá jakoukoli termodynamickou hnací sílu pro rozpouštění ve vodě. To je dobré pro rostliny (aby se nerozpustily, když prší), ale špatné pro nás, protože je to velký problém při snaze zpracovat rostlinnou biomasu pro výrobu biopaliv nebo jiné účely.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.