Reddit – Askscience – Hoe lost een apolair molecuul zoals glucose op in een polair oplosmiddel zoals water?

Dit is eigenlijk gecompliceerder dan het op het eerste gezicht lijkt. Zoals in de andere antwoorden al is gezegd, is glucose een polair molecuul door alle OH-groepen die het bezit. Deze groepen zullen waterstofbruggen vormen met water, wat in het algemeen gunstige interacties zijn.

Het blijkt echter dat de enthalpie van de oplossing van glucose, en in feite van elk beta-glucaan, positief is. Dit betekent dat het oplossen van glucose in water energetisch gezien eigenlijk niet gunstig is, een resultaat dat verrassend is in het licht van de bovenstaande discussie over waterstofbruggen. De verklaring is dat, hoewel de waterstofbruggen tussen glucose en water inderdaad energetisch gunstig zijn, de energetica van de totale water-glucose interactie minder gunstig is dan die van de oorspronkelijke vaste glucose-glucose en vloeibare water-water interacties. Dit vloeit op zijn beurt voort uit zowel de amfifiele (in tegenstelling tot zuiver hydrofiele of zuiver hydrofobe) aard van glucose, als de specifieke glucose-glucose interacties die beschikbaar zijn voor de suiker wanneer deze zich in zijn kristalstructuur bevindt.

Dus waarom lost glucose dan op in water? Welnu, het antwoord is een andere thermodynamische drijvende kracht, entropie. Een systeem bestaande uit glucose opgelost in water bezit een hogere entropie dan een vast blokje glucose in vloeibaar water. Entropie wordt gewoonlijk verklaard in termen van wanorde, dat hogere wanorde = hoge entropie, wat in dit geval logisch is (maar merk op dat dit niet altijd het geval is). En om redenen die buiten het bestek van dit artikel vallen, neigt het universum naar macrostaten met een hogere entropie.

Eén laatste ding, het feit dat het oplossen van bèta-glucanen contra-intuïtief energetisch ongunstig is, heeft eigenlijk een aantal nogal belangrijke implicaties. Cellulose, het belangrijkste bestanddeel van plantencelwanden, is een betaglucaan met een polymerisatiegraad in de honderden tot tienduizenden. Omdat het zo veel groter is dan glucose, is het ook entropisch ongunstig om in water op te lossen, en mist het dus elke thermodynamische drijvende kracht voor waterige oplossing. Dit is goed voor planten (zodat ze niet smelten als het regent), maar slecht voor ons, omdat het een groot probleem is bij het verwerken van plantaardige biomassa voor de productie van biobrandstoffen of andere doeleinden.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.