2.12.4: Продукти харчування - Сольові добавки

Хіміки використовують елементний склад сполук для визначення їх формул (і навпаки). Ми розглянемо деякі гіперболи, що оточують сіль і сольові добавки, щоб вивчити значення формул.

Ось кілька претензій виробників солі, які ми можемо вивчити науково:

• «морська сіль» краще поживно, ніж «звичайна сіль»
• сольові добавки шкідливі
• «кошерна сіль» смачніше звичайної кухонної солі.
• «Екзотичні солі» більш ароматні (див. Цифри).
• свіжомелена сіль перевершує

«Чорна лавова сіль», зібрана з різних локацій, використовується як приправа ^[1]

«Кала Намак» - це гостра сіль, яка використовується як приправа в Індії ^[2]

Харчування

FDA вимагає, щоб харчова сіль була принаймні 97,5% NaCl, але вона, як правило, набагато чистіша. Морська сіль зазвичай становить близько 99% NaCl, оскільки це сіль у найвищій концентрації, і випадає спочатку в майже чистому вигляді, коли морська вода конденсується. ^[3] Морська сіль не є значним джерелом будь-яких поживних речовин, крім NaCl. З формули можна сказати, що сіль повинна бути 39,34% Na і 60,66% Cl (див. Нижче), тому може бути мало суперечок про те, що один вид солі відрізняється або «краще» за інший, за винятком випадків, коли є значна кількість добавок.

Добавки

Йод

Деякі «морські солі» не мають добавок, але більшість солі містять йодид калію (KI) або йодид міді (CuI) як добавки, які забезпечують незамінний мінеральний поживний йод. Ця добавка попереджає захворювання щитовидної залози. Нижче ми побачимо, що часто використовується добавка з найменшим вмістом йоду на грам, і пояснимо чому.

Редукуючі цукри

Якщо в сіль додається КІ, необхідно додати додаткову добавку для захисту її від окислення повітрям для отримання елементарного йоду (I ₂), який не має поживної цінності (і насправді токсичний). Одне зменшення цукру досліджено нижче на прикладі.

Засоби проти злежування

Солі також містять засоби проти злипання, щоб запобігти їх злипання у вологому повітрі, але ці добавки, як правило, нерозчинні та нешкідливі та присутні на дуже низьких рівнях. Кухонна сіль Мортона містить від 0,2 до 0,7% силікату кальцію ^[4], що пояснює, чому розчини кухонної солі мутні. Груба кошерна сіль Мортона містить ферроціанід натрію [Na ₄ Fe (CN) ₆] як антизлежуючий агент, який може розкладатися в кислоті, щоб дати ціанід, але концентрація становить 0,0013%, настільки низька, що це не може бути проблемою.

Кошерна сіль

Кошерна сіль виготовлена для покриття сирого м'яса або птиці для його очищення, тому її кристали нерегулярні та великі ^[5], які можуть створювати «сплески солоності», що перевершують звичайну кухонну сіль при використанні для соління їжі. Це єдина причина, чому свіжомелена сіль перевершує (вона не має аромату для виділення, як це робить свіжомелений перець).

Екзотичні солі

Бутікові солі з усього світу можуть бути від сірого до чорного ^[6], від рожевого до червоного, ^[7] або інших відтінків, і дійсно мають різні аромати через домішки, які вони містять. ^[8]

Корисність формул

Ми представили мікроскопічний погляд на хімічну реакцію між калієм (реактивним металом) та йодом (отруйним фіолетовим твердим речовиною) з утворенням білого, поживного КІ. рівняння

\[\ce{K(s) + I2(s) → KI(s)} \label{1} \]

представляють одну і ту ж подію з точки зору хімічних символів і формул.

Ми також зазначили, що реакція між Cu і I ₂, або між Cu ²⁺ і I ^- дає CUI, а не CuI ₂:

\[\ce{2 Cu^{2+} + 4 I^{-} → 2 CuI + I2} \label{2} \]

Але як практикуючий хімік дізнається, що відбувається в мікроскопічних масштабах? У випадку реакції (2) вище, ми очікуємо CuI ₂, так як ми знаємо, що продукт є CUI?

Коли реакція проводиться вперше, мало що відомо про мікроскопічну природу продуктів. Тому необхідно експериментально визначити склад і формулу знову синтезованого речовини.

Першим кроком в такій процедурі зазвичай є відділення і очищення продуктів реакції. Низька розчинність CuI у воді дозволить очистити шляхом перекристалізації. Продукт можна розчиняти в невеликій кількості гарячої води і фільтрувати для видалення нерозчинених домішок. При охолодженні та частковому випаровуванні води утворюються кристали відносно чистого CuI. Порівняння його властивостей, таких як колір і температура плавлення, з довідником або таблицею даних призводить до висновку, що це CUI.

Але припустимо, ви були першою людиною, яка коли-небудь готувала CUI. Там не було таблиць, які перераховували його властивості тоді, і так як ви могли визначити, що формула повинна бути CUI? Одна відповідь передбачає кількісний аналіз —визначення відсотка за масою кожного елемента в сполуці. Такі дані зазвичай повідомляються як процентний склад.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Коли 10,0 г міді вступає в реакцію з достатньою кількістю йоду, утворюється 29,97 г чистого з'єднання. Обчисліть відсотковий склад за цими експериментальними даними.

Рішення

Відсоток ртуті - це маса ртуті, поділена на загальну масу з'єднання на 100 відсотків:

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Cu = }\frac{m_{\text{Cu}}}{m_{\text{compound}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{10}\text{.0 g}}{\text{29}\text{.97 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 33}\text{.4 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Залишок сполуки (29,97 г — 10 г = 19,97 г) - йод:\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ I = }\frac{m_{\text{I}}}{m_{\text{compound}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{19}\text{.97 g}}{\text{29}\text{.97 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 66}\text{.6 }\!\!%\!\!\text{ }\) Як перевірку переконайтеся, що відсотки додають до 100:66,6% + 33,4% = 100%

Обчислення формул з% складу

Щоб отримати формулу з даних процентного складу, ми повинні знайти, скільки атомів йоду на атом міді. У макроскопічному масштабі це відповідає співвідношенню кількості йоду до кількості міді. Якщо формула CuI, це не тільки вказує на те, що на атом міді є один атом йоду, вона також говорить про те, що на кожен 1 моль атомів міді припадає 1 моль атомів йоду. Тобто кількість йоду таке ж, як і кількість міді. Цифри в співвідношенні кількості йоду до кількості міді (1:1) - це індекси йоду і міді в формулі, хоча коли вони 1, індекси опущені (Cu ₁ I ₁ = CUI).

ПРИКЛАД 2 Визначте формулу з'єднання, процентний склад якого був розрахований в попередньому прикладі.

Розчин. Для зручності припустимо, що у нас 100 г з'єднання. З них 66,6 г (66,6%) становить йод і 33,4 г - мідь. Кожна маса може бути перетворена в певну кількість речовини

\ (\ begin {вирівнювання} & n_ {\ текст {I}} =\ текст {66}\ текст {.6 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль I}} {\ текст {.9 г}} =\ текст {0}\ текст {.525 моль I}\\ & n_ {\ текст {Cu}} =\ текст {34}\ текст {.525 моль I}\\ & n_ {\ текст {Cu}} =\ текст {34}\ текст .4 г}\ раз\ розриву {\ текст {1 моль Cu}} {\ текст {63}\ текст {.55 г}} =\ текст {0}\ текст {.541 моль Cu} \\ кінець {вирівнювання}\) Розділення більшого кількість на меншу, ми маємо\(\frac{n_{\text{Cu}}}{n_{\text{I}}}=\frac{\text{0}\text{.541 mol Cu}}{\text{0}\text{.525 mol Hg}}=\frac{\text{1}\text{.03 mol Cu}}{\text{1 mol I}}\) Співвідношення 1,03 моль Cu до 1 моль I також означає, що на 1 атом I припадає 1,03 атома Cu. Якщо атомна теорія правильна, немає такого поняття, як 0,03 атома Cu; крім того, наші цифри хороші лише до трьох значущих цифр. Тому округляємо 1.03 до 1 і записуємо формулу як CUI.

Приклад 3 Нестійкий йодид міді виділяється при низькій температурі і виявлено, що має склад 20,0% Cu, 80.0% I. Знайти його формулу.

Розчин. Знову припускаємо 100-г проби і розрахуємо кількість кожного елемента:

\ (\ begin {вирівнювання} & n_ {\ текст {Cu}} =\ текст {20}\ текст {.0 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль Cu}} {\ текст {.55 г}} =\ текст {0}\ текст {.315 моль Cu}\\ & n_ {\ текст {I}} =\ текст {80}\ текст {.315 моль Cu}\\ & n_ {\ текст {I}} =\ текст {80}\ текст {.315 моль Cu}\ 0 г}\ раз\ розриву {\ текст {1 моль I}} {\ текст {126}\ текст {.90 г}} =\ текст {0}\ текст {.630 моль Br} \\ end {вирівнювання}\) Співвідношення дорівнює

\(\frac{n_{\text{I}}}{n_{\text{Cu}}}=\frac{\text{0}\text{.630 mol I}}{\text{0}\text{.315 mol Cu}}=\frac{\text{2}\text{.00 mol I}}{\text{1 mol Cu}}\)

Тому ми б присвоїли формулу CuI ₂.

Формула, що визначається цим методом, називається емпіричної формулою або найпростішою формулою. Іноді емпірична формула відрізняється від фактичного молекулярного складу, або молекулярної формули, оскільки співвідношення 1:2 таке ж, як 2:4. Наприклад, з'єднання N і O з емпіричною формулою NO ₂ насправді може бути N ₂ O ₄. Експериментальне визначення молекулярної маси на додаток до процентного складу дозволяє розраховувати молекулярну формулу.

Редукуючі цукри

Якщо до солі додають КІ, то для захисту КІ від окислення повітрям додають «відновлювальний цукор» для додання йоду (який є фіолетовим, але легко випаровується і втрачається сіллю), особливо в присутності вологи і кислоти, яка постачає Н ⁺:

4 Н ⁺ 4 КИ + О ₂ → 2 Н ₂ О + В ₂

Редукуючий цукор вступає в реакцію з киснем (або іншими окислювачами, які можуть бути присутніми), перш ніж ця реакція може відбутися.

ПРИКЛАД 4 Встановлено, що антиоксидант у кухонній солі Мортона має склад 40,00% С, 53,28% O та 6,713% Н, а його молекулярна маса становить 180,16 за допомогою вимірювань депресії точки замерзання. Визначте його емпіричну і молекулярну формули.

Рішення

\ (\ begin {вирівнювання} & n_ {\ текст {C}} =\ текст {40}\ текст {.00 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль C}} {\ текст {.01 г}} =\ текст {3}\ текст {.33 моль C}\\ & n_ {\ текст {H}} =\ текст {6}\ текст {.33 моль C}\\ & n_ {\ текст {H}} =\ текст {6}\ текст {.7 13 г}\ раз\ розриву {\ текст {1 моль H}} {\ текст {1}\ текст {.008 г}} =\ текст {6}\ текст {.660 моль H}\\ & n_ {\ text {O}} =\ текст {53}\ текст {.28 g }\ час\ розрив {\ текст {1 моль O}} {\ текст {15}\ текст {.999 г}} =\ текст {3}\ текст {.330 моль O}\ \ кінець {вирівнювання}\)

Розділивши кожну на найменшу:\(\frac{n_{\text{H}}}{n_{\text{C}}}=\frac{\text{6}\text{.66 mol H}}{\text{3}\text{.33 mol C}}=\frac{\text{2}\text{.0 mol H}}{\text{1 mol C}}\)

Розділивши кожну на найменшу:\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{C}}}=\frac{\text{3}\text{.33 mol O}}{\text{3}\text{.33 mol C}}=\frac{\text{2}\text{.0 mol O}}{\text{1 mol C}}\)

Таким чином, емпірична формула СН ₂ О. Молекулярна маса, що відповідає емпіричній формулі, є

12.01 + 2 × 1,008 + 15,9994 = 30.03

Оскільки експериментальна молекулярна маса становить 180,16, це становить 180,16/30.03 або 6,0 х як великий, всі індекси потрібно помножити на 6, а молекулярна формула - C ₆ H ₁₂ O ₆. Декстроза є відновлювальним цукром, завдяки групі C = O відкритої ланцюгової структури.

Зрідка співвідношення сум становить не ціле число.

Засоби проти злежування

Поширеним засобом проти злежування є силікат кальцію, CasiO ₃, але зазвичай використовуються цеоліти та мінерали кальцію, такі як «кісткова зола».

ПРИКЛАД 5 Зразок засобу проти злежування «кісткової золи» містить 38,76% Са, 19,971% Р та 41,26% О. Яка його емпірична формула?

Рішення

\ (\ begin {вирівнювання} & n_ {\ текст {P}} =\ текст {18}\ текст {.97 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль P}} {\ текст {974 г}} =\ текст {0}\ текст {.6448 моль P}\\ & n_ {\ текст {Ca}} =\ текст {38}\ текст {.6448 моль P}\\ & n_ {\ текст {Ca}} =\ текст {38}\ текст {.6448 моль P} .764 г}\ час\ розрив {\ текст {1 моль Са}} {\ текст {40}\ текст {.078 г}} =\ текст {0}\ текст {.9672 моль Ca}\\ & n_ {\ text {O}} =\ текст {41}\ текст {.264 г}\ раз\ розрив {\ текст {1 моль O}} {\ текст {16}\ текст {.00 г}} =\ текст {.579 моль O}\\ кінець {вирівнювання} \) Розділити всі три на найменшу кількість речовини\ (\ почати {вирівняти} &\ frac {n_ {\ text {Ca}}} {n_ текст {P}}} =\ розрив {\ текст {0}\ текст {.9672 моль Ca}} {\ текст {0}\ текст {.6448 моль P}} =\ frac {\ текст {1}\ текст {.50 моль Са}} {\ текст {1 моль Р}}\\ &\ розрив {n_ {\ текст {O}}} {n_ {\ текст {P}} =\ frac {\ текст {.579 моль O}} {\ текст {0}\ текст {.6448 моль P}} =\ frac {\ текст {4}\ текст {.00 O моль}} =\ frac {\ текст {4}\ текст {.00 O моль}} {\ text {1 моль P}} \\ end {align}\) Очевидно, що атомів O в чотири рази більше, ніж атомів P, але співвідношення Ca до P менш очевидне. Ми повинні перетворити 1,5 в співвідношення малих цілих чисел. Це можна зробити, змінивши цифри після коми на дріб. В цьому випадку 0,5 стає 1/2. Таким чином 1,5 = 2/2 + 1/2 =\(\tfrac{\text{3}}{\text{2}}\). [У більш складному випадку, як 2.25, .25 стає ¼. Таким чином 2,25 = 2¼ =\(\tfrac{\text{9}}{\text{4}}\)].

\(\frac{n_{\text{Ca}}}{n_{\text{P}}}=\frac{\text{1}\text{.5 mol Ca}}{\text{1 mol P}}=\frac{\text{3 mol Ca}}{\text{2 mol P}}\)

Ми також можемо написати\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{P}}}=\frac{\text{4 mol O}}{\text{1 mol P}}=\frac{\text{8 mol O}}{\text{2 mol P}}\) Таким чином емпіричною формулою є Ca ₃ P ₂ O ₈, який є трикальційфосфат (Ca ₃ (PO ₄) ₂), важливою харчовою добавкою та мінералом.

Розрахунок відсоткового складу NaCl, KI та CuI за формулами

Після того, як хтось визначив формулу - емпіричну або молекулярну - хтось може зробити зворотний розрахунок. Знаходження вагового відсоткового складу з формули часто виявляється досить інформативним, як показує наступний приклад.

ПРИКЛАД 6

а. довести, що всі NaCl становить 39,34% Na і 60,66% Cl, як стверджувалося вище.

б Яка з харчових добавок, KI або CUI, має найвищий відсоток I?

Рішення

а. 1 моль NaCl містить 1 моль Na і 1 моль Cl. Молярна маса, таким чином

М = 22,99 + 35,45 = 58,44 г моль ^—1

1-моль зразка NaCl важить 58,44 г Маса 1 моль Na, яку він містить, становить\(m_{\text{I}}\text{ = 1 mol Na }\times \text{ }\frac{\text{22}\text{.99 g}}{\text{1 mol Na}}\text{ = 22}\text{.99 g}\)

Тому відсоток Na дорівнює\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Na = }\frac{m_{\text{Na}}}{m_{NaCl}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{22}\text{.99 g}}{\text{58}\text{.44 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 39}\text{.34 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Відсоток Cl повинен бути 100% - 39,34% = 60,66%, але ми можемо перевірити:

\(m_{\text{Cl}}\text{ = 1 mol Cl }\times \text{ }\frac{\text{35}\text{.45 g}}{\text{1 mol Cl}}\text{ = 35}\text{.45 g}\)

Тому відсоток Cl

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Cl = }\frac{m_{\text{Cl}}}{NaCl}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{35}\text{.45 g}}{\text{58}\text{.44 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 35}\text{.45 }\!\!%\!\!\text{ }\)

б.

1 моль КІ містить 1 моль К і 1 моль I. Молярна маса при цьому

М = 39,098 + 126,9 = 166,0 г моль ^—1 Аналогічно молярна маса CuI становить 190,45.

1-моль зразка КІ важить 166,0 г Маса 1 моль I він містить\(m_{\text{I}}\text{ = 1 mol K }\times \text{ }\frac{\text{126}\text{.9 g}}{\text{1 mol K}}\text{ = 126}\text{.9 g}\)

Тому відсоток I дорівнює\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ I = }\frac{m_{\text{I}}}{m_{KI}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{126}\text{.9 g}}{\text{166}\text{.0 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 76}\text{.5 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Відсоток К повинен бути 100% - 76,5% = 23,5%, але ми можемо перевірити:

\(m_{\text{K}}\text{ = 1 mol K }\times \text{ }\frac{\text{39}\text{.098 g}}{\text{1 mol K}}\text{ = 39}\text{.98 g}\)

Тому відсоток K дорівнює

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ K = }\frac{m_{\text{K}}}{KI}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{39}\text{.098 g}}{\text{166}\text{.0 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 23}\text{.6 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Відсотки I в CUI\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ I = }\frac{m_{\text{I}}}{m_{CuI}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{126}\text{.9 g}}{\text{190}\text{.45 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 66}\text{.6 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Незважаючи на те, що CuI має менший% I, (KI забезпечує більше I на грам), він часто використовується, оскільки він менш схильний до окислення йодиду, ніж KI.

Посилання

1. uk.wikipedia.org/вікі/Чорна лава
2. uk.wikipedia.org/Вікі/Кала-Намак
3. Волке, Р.Л. «Що Ейнштейн сказав своєму кухареві», W.W Norton & Co., Нью-Йорк, 2002, стор. 51
4. Волке, Р.Л. «Що Ейнштейн сказав своєму кухареві», W.W Norton & Co., Нью-Йорк, 2002, стор. 52
5. Волке, Р.Л. «Що Ейнштейн сказав своєму кухареві», W.W Norton & Co., Нью-Йорк, 2002, стор. 56
6. uk.wikipedia.org/Вікі/Файл: Чорний_солоний.jpg
7. uk.wikipedia.org/Вікі/Кала-Намак
8. Волке, Р.Л. «Що Ейнштейн сказав своєму кухареві», W.W Norton & Co., Нью-Йорк, 2002, стор. 49