Minyak, lemak dan sifatnya

Halaman ini merangkumi satu standard kandungan Tingkatan 5 daripada bab Kimia Pengguna dan Industri: minyak, lemak dan sifatnya. Peperiksaan mahu anda menyatakan apa yang membentuk minyak dan lemak, membezakan asid lemak tepu daripada tak tepu, menerangkan mengapa lemak pepejal dan minyak cecair, serta memerihalkan ujian ketaktepuan bersama penghidrogenan dan ketengikan. Kuasai idea tepu lawan tak tepu dengan tepat, kerana hampir setiap soalan dalam standard ini berpaksikannya.

Apa yang membentuk minyak dan lemak

Minyak dan lemak tergolong dalam kumpulan yang dipanggil lipid. Secara kimia, setiap molekul minyak atau lemak ialah trigliserida: satu ester yang terbentuk apabila satu molekul gliserol (propana-1,2,3-triol) bertindak balas dengan tiga molekul asid lemak. Gliserol membekalkan tiga kumpulan hidroksil (–OH), dan setiap asid lemak membekalkan satu kumpulan karboksil (–COOH), jadi tiga ikatan ester terbentuk dan tiga molekul air dibebaskan. Kerana ia ester, minyak dan lemak boleh dihidrolisiskan kembali kepada gliserol dan asid lemak, tindak balas yang kemudiannya menghasilkan sabun.

Asid lemak ialah asid karboksilik berantai panjang, biasanya dengan bilangan atom karbon yang genap. Sifat rantai itu, sama ada ia tepu atau tak tepu, mengawal setiap sifat fizik yang ditanya dalam peperiksaan.

Asid lemak tepu dan tak tepu

• Asid lemak tepu hanya mempunyai ikatan tunggal antara atom karbonnya. Setiap karbon memegang seberapa banyak atom hidrogen yang mungkin, jadi rantai itu “tepu” dengan hidrogen. Rantainya lurus, jadi molekul berpadat rapat.
• Asid lemak tak tepu mengandungi satu atau lebih ikatan ganda dua karbon-karbon (C=C). Setiap C=C membengkokkan rantai, jadi molekul tidak dapat berpadat rapat.

Perbezaan struktur tunggal inilah yang menerangkan sifat fizik di bawah, jadi hafalnya sebagai punca, bukan sekadar label.

Mengapa lemak pepejal dan minyak cecair

• Lemak diperoleh terutamanya daripada haiwan (contohnya mentega dan lemak babi) dan mengandungi kebanyakannya asid lemak tepu. Rantai lurusnya berpadat rapat, daya tarikan antara molekul lebih kuat, takat lebur lebih tinggi, jadi lemak ialah pepejal pada suhu bilik.
• Minyak diperoleh terutamanya daripada tumbuhan (contohnya minyak sawit, minyak jagung dan minyak soya) dan mengandungi kebanyakannya asid lemak tak tepu. Bengkokan C=C menghalang rantai daripada berpadat rapat, daya antara molekul lebih lemah, takat lebur lebih rendah, jadi minyak ialah cecair pada suhu bilik.

Perhatikan rangkaian penaakulan yang dihargai oleh skema pemarkahan: jenis asid lemak → seberapa rapat rantai berpadat → kekuatan daya antara molekul → takat lebur → keadaan fizik.

Menguji ketaktepuan

Kerana molekul tak tepu mengandungi ikatan ganda dua C=C, ia menjalani tindak balas penambahan yang tidak dijalani molekul tepu. Dua ujian piawai digunakan:

• Air bromin (perang kemerahan) dinyahwarnakan oleh minyak tak tepu, kerana bromin menambah merentasi ikatan ganda dua C=C. Lemak tepu tidak menyahwarnakannya (atau melakukannya dengan sangat perlahan sahaja).
• Kalium manganat(VII) berasid (ungu) juga dinyahwarnakan oleh minyak tak tepu.

Semakin tak tepu sesuatu sampel, iaitu semakin banyak ikatan C=C setiap molekul, semakin banyak air bromin ia nyahwarnakan. Ini membolehkan anda membandingkan dua sampel.

Penghidrogenan dan ketengikan

• Penghidrogenan menukar minyak cecair kepada lemak separa pepejal. Gas hidrogen ditambah merentasi ikatan ganda dua C=C menggunakan mangkin nikel, membuang bengkokan itu. Beginilah marjerin dikilangkan daripada minyak sayuran.
• Ketengikan ialah kerosakan minyak atau lemak. Oksigen di udara mengoksidakan lemak, dan hasilnya berbau serta berasa tidak menyenangkan. Antioksida ditambah ke dalam makanan untuk memperlahankan pengoksidaan ini, dan minyak tak tepu lebih mudah menjadi tengik kerana ikatan C=C-nya diserang oleh oksigen.

Contoh penyelesaian

Soalan. Satu molekul asid lemak tak tepu mengandungi dua ikatan ganda dua karbon-karbon. Hitung bilangan mol gas hidrogen, H₂, yang diperlukan untuk menghidrogenkan 0.5 mol asid lemak ini sepenuhnya, dan seterusnya nyatakan perubahan fizik yang anda jangka pada sampel itu.

Langkah 1, Kaitkan H₂ dengan ikatan C=C. Dalam penghidrogenan, satu mol H₂ menambah merentasi satu mol ikatan C=C. Setiap molekul asid lemak di sini mempunyai 2 ikatan C=C, jadi 1 mol asid memerlukan 2 mol H₂.

Langkah 2, Skalakan kepada amaun yang diberi. Mol H₂ = (mol asid lemak) × (bilangan ikatan C=C setiap molekul) = 0.5 mol × 2 = 1.0 mol.

Langkah 3, Nyatakan perubahan fizik. Membuang ikatan C=C menjadikan rantai lurus, jadi ia berpadat lebih rapat; takat lebur naik dan minyak cecair menjadi lemak separa pepejal.

Jawapan. 1.0 mol H₂ diperlukan, dan minyak ditukar daripada cecair kepada lemak separa pepejal.

Soalan latihan

Soalan. Dua sampel makanan, P dan Q, masing-masing digoncang dengan beberapa titis air bromin. Sampel P menyahwarnakan air bromin dengan cepat; sampel Q hampir tidak berubah warnanya. (a) Nyatakan sampel yang lebih tak tepu. (b) Nyatakan sampel yang lebih berkemungkinan menjadi lemak yang pepejal pada suhu bilik, dan terangkan sebabnya dari segi susunan molekul. (c) Namakan mangkin yang digunakan untuk menukar sampel P kepada hasil seperti Q.

Jawapan. (a) Sampel P lebih tak tepu, kerana ia menyahwarnakan air bromin, bromin menambah merentasi ikatan ganda dua C=C-nya. (b) Sampel Q lebih berkemungkinan lemak pepejal. Ia mengandungi kebanyakannya asid lemak tepu dengan rantai lurus yang berpadat rapat, jadi daya antara molekul lebih kuat dan takat lebur lebih tinggi, mengekalkannya pepejal pada suhu bilik. (c) Mangkin nikel (Ni) digunakan, dalam proses yang dipanggil penghidrogenan.

Petua peperiksaan

Sentiasa kaitkan jenis asid lemak dengan keadaan fizik melalui pemadatan rantai: tepu → rantai lurus → padat rapat → daya lebih kuat → takat lebur lebih tinggi → lemak pepejal; tak tepu → rantai bengkok → padat longgar → daya lebih lemah → takat lebur lebih rendah → minyak cecair. Apabila diminta satu ujian, namakan reagen, perubahan warna, dan sebabnya (air bromin dinyahwarnakan kerana ia menambah merentasi ikatan C=C). Jawapan “air bromin” sahaja tanpa perubahan warna jarang memperoleh markah penuh.

Di mana ini terletak

Ini ialah standard kandungan 13.1 bab Kimia Pengguna dan Industri, dan ia membawa terus kepada sabun, kerana sabun dibuat dengan menghidrolisiskan minyak dan lemak inilah. Kukuhkannya dengan nota ulang kaji bab ini dan latih soalan keadaan-dan-ujian dalam contoh penyelesaian. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, dengan percubaan satu jam berbayar, guru kami memastikan penaakulan tepu lawan tak tepu anda lengkap, kerana rangkaian idea tunggal itulah yang membawa kebanyakan markah dalam bahagian 4541 ini.

Ringkasan pantas

• Minyak dan lemak ialah trigliserida: ester gliserol dan tiga asid lemak.
• Asid lemak tepu hanya ada ikatan tunggal dan rantai lurus; yang tak tepu ada ikatan ganda dua C=C dan rantai bengkok.
• Lemak (kebanyakannya tepu) berpadat rapat, melebur lebih tinggi dan pepejal; minyak (kebanyakannya tak tepu) berpadat longgar, melebur lebih rendah dan cecair.
• Ketaktepuan diuji dengan air bromin, yang dinyahwarnakan.
• Penghidrogenan (mangkin nikel) menukar minyak kepada lemak; ketengikan ialah pengoksidaan, diperlahankan oleh antioksidan.