Reddit – askscience – Hogyan oldódik egy nem poláris molekula, például a glükóz egy poláris oldószerben, például a vízben?

Ez valójában bonyolultabb, mint amilyennek elsőre tűnik. Ahogy a többi válaszadó is mondta, a glükóz az összes OH-csoportja miatt poláris molekula. Ezek a csoportok hidrogénkötéseket képeznek a vízzel, ami általában kedvező kölcsönhatás.

Mint azonban kiderült, a glükóz, és tulajdonképpen minden béta-glükán oldási entalpiája pozitív. Ez azt jelenti, hogy a glükóz vízben való oldódása energetikai szempontból valójában nem kedvező, ami a hidrogénkötésről szóló fenti vita fényében meglepő eredmény. A magyarázat az, hogy bár a glükóz-víz hidrogénkötések energetikailag valóban kedvezőek, a teljes víz-glükóz kölcsönhatás energetikája kedvezőtlenebb, mint az eredeti szilárd glükóz-glükóz és folyékony víz-víz kölcsönhatásoké. Ez viszont mind a glükóz amfifil (szemben a tisztán hidrofil vagy tisztán hidrofób) természetéből, mind pedig a cukor kristályszerkezetében a cukor számára elérhető speciális glükóz-glükóz kölcsönhatásokból ered.

Miért oldódik tehát a glükóz vízben? Nos, a válasz egy másik termodinamikai hajtóerő, az entrópia. Egy vízben oldott glükózból álló rendszer nagyobb entrópiával rendelkezik, mint egy szilárd glükózkocka folyékony vízben. Az entrópiát általában a rendezetlenséggel magyarázzák, hogy nagyobb rendezetlenség = nagy entrópia, ami ebben az esetben értelmes (de megjegyzendő, hogy ez nem mindig van így). És olyan okokból, amelyek meghaladják ennek a posztnak a kereteit, a világegyetem hajlamos a magasabb entrópiájú makroállapotok felé.

Egy utolsó dolog: annak a ténynek, hogy a béta-glükánok oldódása intuitív módon energetikailag ellentétesen kedvezőtlen, valójában van néhány igen fontos következménye. A cellulóz, a növényi sejtfalak fő alkotóeleme, egy béta-glükán, amelynek polimerizációs foka a százak és tízezrek között mozog. Mivel sokkal nagyobb, mint a glükóz, entrópiailag is kedvezőtlen a vízben való oldódása, és így nincs termodinamikai hajtóereje a vizes oldódásnak. Ez jó a növényeknek (így nem olvadnak el, ha esik az eső), de nekünk rossz, mivel nagy problémát jelent, amikor a növényi biomasszát bioüzemanyag-előállításra vagy más célokra próbáljuk feldolgozni.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.