Sáng nay, mẹ rán cá bằng dầu ăn, trưa nay bà nấu canh bằng mỡ lợn, còn trên bàn ăn có một đĩa bơ để phết bánh mì. Dầu ăn chảy lỏng trong chai, mỡ lợn đông đặc trong hũ, bơ thì mềm mềm, dẻo dẻo. Ba thứ trông khác nhau là vậy, nhưng về mặt hóa học, chúng đều là một họ chất duy nhất: chất béo. Hiểu được chất béo là gì, bạn sẽ hiểu vì sao dầu ăn để lâu không bị đông, vì sao mỡ lợn lại đông đặc khi trời lạnh, và vì sao từ mỡ lợn người ta lại nấu được xà phòng để giặt quần áo. Chỉ một công thức chung (RCOO)₃C₃H₅ là đủ để gọi tên cả họ chất béo — từ chai dầu trong bếp đến bánh xà phòng trong nhà tắm.
Trong bài viết này, bạn sẽ đi một vòng quanh gian bếp để khám phá chất béo. Bạn sẽ hiểu chất béo là trieste của glycerol với axit béo, vì sao dầu lỏng còn mỡ rắn, và phản ứng xà phòng hóa biến mỡ thành xà phòng như thế nào. Bạn sẽ tính 4 ví dụ từng bước, từ ví dụ mẫu với tristearin đến bài toán hiđro hóa dầu thành mỡ, tránh 5 lỗi sai mà học sinh hay mắc nhất, rồi tự luyện 5 bài tập trắc nghiệm có đáp án giải thích cặn kẽ. Cuối bài là 5 câu hỏi thường gặp, trong đó có câu hỏi nhiều bạn thắc mắc: vì sao ăn nhiều chất béo lại không tốt cho sức khỏe?
Công thức chung của chất béo là gì?
Chất béo là trieste của glycerol với axit béo, tức là cả ba nhóm −OH của glycerol đều đã kết hợp với ba phân tử axit béo. Công thức chung của chất béo viết là (RCOO)₃C₃H₅, trong đó R là gốc hydrocarbon của axit béo. Bạn hãy đọc kĩ công thức này: C₃H₅ là phần khung còn lại của glycerol sau khi mất ba nhóm −OH, còn ba gốc RCOO là ba gốc axit béo gắn vào khung đó. Glycerol có công thức C₃H₅(OH)₃, khối lượng mol bằng 92 g/mol; mỗi axit béo là một axit hữu cơ đơn chức có gốc R dài, mạch không nhánh, số nguyên tử cacbon thường là số chẵn. Khi ba phân tử axit béo kết hợp với một phân tử glycerol, phản ứng este hóa tạo ra một phân tử chất béo và ba phân tử nước: C₃H₅(OH)₃ + 3RCOOH → (RCOO)₃C₃H₅ + 3H₂O, với xúc tác là axit sunfuric đặc, đun nóng.
Bạn hãy nhớ bốn axit béo hay gặp nhất qua bảng dưới đây, vì mọi bài tập về chất béo đều xoay quanh bốn cái tên này.
| Axit béo | Công thức | M (g/mol) | Chất béo tương ứng | M chất béo (g/mol) |
|---|---|---|---|---|
| Axit panmitic | C₁₅H₃₁COOH | 256 | Tripalmitin (C₁₅H₃₁COO)₃C₃H₅ | 806 |
| Axit stearic | C₁₇H₃₅COOH | 284 | Tristearin (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ | 890 |
| Axit oleic | C₁₇H₃₃COOH | 282 | Triolein (C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅ | 884 |
| Axit linoleic | C₁₇H₃₁COOH | 280 | Trilinolein (C₁₇H₃₁COO)₃C₃H₅ | 878 |
Có một cách tính nhanh khối lượng mol của chất béo mà bạn nên thuộc: M chất béo bằng tổng khối lượng mol của 3 axit béo, cộng với 92 của glycerol, trừ đi 3 × 18 của 3 phân tử nước tách ra. Bạn hãy kiểm chứng ngay: tristearin có 3 axit stearic, 3 × 284 + 92 − 54 = 890 — khớp với bảng. Triolein: 3 × 282 + 92 − 54 = 884 — khớp. Tripalmitin: 3 × 256 + 92 − 54 = 806 — khớp. Bạn cũng có thể tính theo gốc RCOO: khối lượng mol của gốc C₁₇H₃₅COO bằng 283, khung C₃H₅ bằng 41, nên tristearin có M bằng 3 × 283 + 41 = 890 — cùng một đáp án, chỉ là hai cách tính khác nhau. Bạn hãy để ý: ba gốc axit béo trong một phân tử chất béo có thể giống nhau hoặc khác nhau; trong thực tế, mỡ động vật và dầu thực vật thường là hỗn hợp của nhiều loại chất béo với các gốc R khác nhau, nên người ta mới gọi chung là chất béo chứ không gọi tên từng chất. Nếu bạn muốn hiểu vì sao khối lượng các chất trước và sau phản ứng xà phòng hóa phải bằng nhau, hãy xem thêm bài định luật bảo toàn khối lượng để thấy tổng khối lượng chất béo và kiềm đúng bằng tổng khối lượng muối và glycerol tạo thành. Bạn cũng có thể kiểm chứng nhanh mọi phép nhân trong bài này bằng máy tính Casio online trên ClassOn mỗi khi làm bài tập về nhà.
Vì sao dầu ăn lỏng mà mỡ lợn rắn? Câu trả lời nằm ở gốc R: axit oleic và axit linoleic có một hoặc hai liên kết đôi trong gốc hydrocarbon nên phân tử chất béo "cong" và khó xếp khít nhau, vì vậy triolein và trilinolein là chất lỏng ở nhiệt độ thường — đó là dầu ăn, dầu đậu nành, dầu lạc. Ngược lại, axit panmitic và axit stearic là axit no, gốc hydrocarbon thẳng nên phân tử xếp khít nhau, tristearin và tripalmitin là chất rắn ở nhiệt độ thường — đó là mỡ lợn, mỡ bò, bơ. Bạn hãy ghi nhớ câu "no thì rắn, không no thì lỏng": gốc axit béo càng nhiều liên kết đôi thì chất béo càng lỏng. Chính vì vậy, người ta có thể biến dầu lỏng thành mỡ rắn bằng phản ứng cộng hiđro vào gốc không no, có xúc tác niken, đun nóng, có áp suất — đó là cách sản xuất bơ thực vật từ dầu thực vật.
Bốn ví dụ tính về chất béo từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Tính khối lượng mol của tristearin (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅.
Bạn tính khối lượng mol của một gốc C₁₇H₃₅COO: 17 × 12 + 35 × 1 + 12 + 16 × 2 = 204 + 35 + 12 + 32 = 283 g/mol. Bạn tính khối lượng mol của khung C₃H₅: 3 × 12 + 5 × 1 = 41 g/mol. Bạn áp dụng công thức: M tristearin bằng 3 × 283 + 41 = 849 + 41 = 890 g/mol. Bạn kiểm tra lại bằng cách tính từ axit: 3 × 284 + 92 − 54 = 852 + 38 = 890 — khớp. Bạn hãy để ý: hai cách tính cho cùng một đáp án; trong bài tập, bạn dùng cách nào cũng được, miễn là nhớ trừ đi khối lượng của 3 phân tử nước nếu tính từ axit và glycerol.
Ví dụ 2 (tính khối lượng mol của tripalmitin): Tính khối lượng mol của tripalmitin (C₁₅H₃₁COO)₃C₃H₅.
Bạn tính khối lượng mol của một gốc C₁₅H₃₁COO: 15 × 12 + 31 × 1 + 12 + 16 × 2 = 180 + 31 + 12 + 32 = 255 g/mol. Bạn áp dụng công thức: M tripalmitin bằng 3 × 255 + 41 = 765 + 41 = 806 g/mol. Bạn kiểm tra lại bằng cách tính từ axit: 3 × 256 + 92 − 54 = 768 + 38 = 806 — khớp. Bạn hãy để ý: tripalmitin nhẹ hơn tristearin 84 g/mol, vì mỗi gốc panmitat ngắn hơn gốc stearat đúng 2 nguyên tử cacbon, tức là 24 g/mol, nhân với 3 gốc thành 72 g/mol — cộng thêm chênh lệch ở đâu? Bạn hãy tính lại: 890 − 806 = 84, mà 3 × (284 − 256) = 3 × 28 = 84 — khớp, vì mỗi axit stearic nặng hơn axit panmitic đúng 28 g/mol.
Ví dụ 3 (xà phòng hóa tristearin): Xà phòng hóa hoàn toàn 8,9 gam tristearin bằng dung dịch NaOH vừa đủ. Tính khối lượng muối natri stearat và glycerol thu được.
Bạn viết phương trình phản ứng xà phòng hóa: (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₇H₃₅COONa + C₃H₅(OH)₃. Bạn tính số mol tristearin: 8,9 : 890 = 0,01 mol. Bạn tính số mol muối natri stearat: theo tỉ lệ 1 chất béo tạo ra 3 muối, n muối bằng 3 × 0,01 = 0,03 mol; khối lượng mol của C₁₇H₃₅COONa bằng 306 g/mol, nên khối lượng muối bằng 0,03 × 306 = 9,18 gam. Bạn tính khối lượng glycerol: theo tỉ lệ 1 chất béo tạo ra 1 glycerol, n glycerol bằng 0,01 mol; khối lượng bằng 0,01 × 92 = 0,92 gam. Bạn kiểm tra lại bằng định luật bảo toàn khối lượng: khối lượng NaOH đã dùng bằng 0,03 × 40 = 1,2 gam; tổng khối lượng chất tham gia bằng 8,9 + 1,2 = 10,1 gam; tổng khối lượng sản phẩm bằng 9,18 + 0,92 = 10,1 gam — khớp. Bạn hãy để ý: muối natri stearat chính là thành phần chính của xà phòng, còn glycerol là sản phẩm phụ quý giá dùng làm kem dưỡng da.
Ví dụ 4 (hiđro hóa triolein thành tristearin): Hiđro hóa hoàn toàn 8,84 gam triolein để thu được tristearin. Tính thể tích khí hiđro cần dùng ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar).
Bạn viết phương trình phản ứng: (C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅ + 3H₂ → (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅, với xúc tác niken, đun nóng, có áp suất. Bạn tính số mol triolein: 8,84 : 884 = 0,01 mol. Bạn tính số mol hiđro cần dùng: theo tỉ lệ 1 triolein cần 3 H₂, n H₂ bằng 3 × 0,01 = 0,03 mol. Bạn tính thể tích khí ở điều kiện chuẩn: ở 25 °C và 1 bar, 1 mol khí chiếm 24,79 lít, nên V bằng 0,03 × 24,79 = 0,7437 lít, khoảng 0,74 lít. Bạn kiểm tra lại: mỗi gốc oleat có 1 liên kết đôi nên cần 1 phân tử H₂, một phân tử triolein có 3 gốc oleat nên cần đúng 3 phân tử H₂ — khớp. Bạn hãy để ý: phản ứng này biến dầu lỏng thành mỡ rắn, vì gốc oleat không no biến thành gốc stearat no sau khi cộng hiđro; đó là cách công nghiệp sản xuất bơ thực vật từ dầu thực vật.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Tưởng monoeste hay đieste của glycerol cũng là chất béo.
Nhiều bạn thấy một chất có gốc glycerol và một gốc axit béo thì gọi ngay là chất béo. Cách tránh: bạn hãy nhớ chất béo là TRIESTE, tức là cả ba nhóm −OH của glycerol đều đã kết hợp với axit béo; monoeste chỉ có một gốc axit béo, đieste chỉ có hai gốc — cả hai đều chưa phải chất béo. Bạn hãy đếm số gốc RCOO trong công thức: đủ 3 mới là chất béo, ít hơn thì không phải.
Lỗi 2: Tính khối lượng mol của chất béo bằng tổng khối lượng mol của 3 axit béo.
Nhiều bạn tính M tristearin bằng 3 × 284 = 852 rồi trả lời luôn. Cách tránh: bạn hãy nhớ khi 3 axit béo kết hợp với glycerol thì tách ra 3 phân tử nước, nên phải cộng thêm 92 của glycerol và trừ đi 54 của 3 phân tử nước: 852 + 92 − 54 = 890. Bạn hãy viết rõ dòng "M = 3 × M axit + 92 − 54" ra giấy trước khi thay số, đừng cộng tắt.
Lỗi 3: Tưởng xà phòng hóa chất béo thu được axit béo.
Nhiều bạn viết sản phẩm của phản ứng với NaOH là axit béo và glycerol. Cách tránh: bạn hãy nhớ thủy phân trong môi trường kiềm cho MUỐI của axit béo, không phải axit béo tự do; chỉ có thủy phân trong môi trường axit mới cho axit béo. Muối natri của axit béo chính là xà phòng, còn glycerol thì không phản ứng tiếp với NaOH. Bạn hãy phân biệt rõ: môi trường axit cho axit béo, môi trường kiềm cho muối.
Lỗi 4: Tưởng thủy phân chất béo trong môi trường axit là phản ứng một chiều.
Nhiều bạn viết phương trình thủy phân trong axit với mũi tên một chiều như phản ứng xà phòng hóa. Cách tránh: bạn hãy nhớ thủy phân trong môi trường axit là phản ứng THUẬN NGHỊCH, vì nó chính là phản ứng ngược của phản ứng este hóa tạo chất béo; chỉ có thủy phân trong môi trường kiềm (xà phòng hóa) mới là phản ứng một chiều, vì muối tạo thành không phản ứng ngược trở lại. Bạn hãy viết đúng dấu mũi tên: hai chiều cho môi trường axit, một chiều cho môi trường kiềm.
Lỗi 5: Nhầm dầu với mỡ, tưởng mọi chất béo đều rắn hoặc đều lỏng.
Nhiều bạn thấy chất béo là "mỡ" thì nghĩ tất cả đều rắn, hoặc thấy dầu ăn lỏng thì nghĩ chất béo nào cũng lỏng. Cách tránh: bạn hãy nhớ trạng thái của chất béo phụ thuộc vào gốc axit béo: gốc no (panmitic, stearic) cho chất béo rắn, gốc không no (oleic, linoleic) cho chất béo lỏng. Dầu ăn lỏng vì chứa nhiều triolein, mỡ lợn rắn vì chứa nhiều tristearin và tripalmitin. Bạn hãy ghi nhớ câu "no thì rắn, không no thì lỏng".
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ viết rõ công thức chung và tỉ lệ mol 1 : 3 : 3 : 1 của phản ứng xà phòng hóa ra giấy trước khi tính.
Câu 1: Tristearin có khối lượng mol bằng bao nhiêu?
A. 890 g/mol
B. 884 g/mol
C. 806 g/mol
D. 284 g/mol
Câu 2: Xà phòng hóa hoàn toàn tristearin bằng dung dịch NaOH, thu được sản phẩm nào sau đây?
A. Natri stearat và glycerol
B. Axit stearic và glycerol
C. Natri stearat và etanol
D. Axit stearic và nước
Câu 3: Thủy phân hoàn toàn 1 mol chất béo, thu được bao nhiêu mol glycerol?
A. 1 mol
B. 2 mol
C. 3 mol
D. 4 mol
Câu 4: Chất béo nào sau đây là chất lỏng ở nhiệt độ thường?
A. Triolein
B. Tristearin
C. Tripalmitin
D. Cả ba chất trên
Câu 5: Khối lượng NaOH cần dùng để xà phòng hóa hoàn toàn 8,9 gam tristearin là bao nhiêu?
A. 1,2 gam
B. 0,4 gam
C. 4,0 gam
D. 3,6 gam
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | A | A | A | A |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A đúng: M tristearin bằng 3 × 283 + 41 = 890 g/mol. Đáp án B sai vì 884 là khối lượng mol của triolein. Đáp án C sai vì 806 là khối lượng mol của tripalmitin. Đáp án D sai vì 284 chỉ là khối lượng mol của một phân tử axit stearic, không phải của chất béo.
Giải thích Câu 2 — Đáp án A đúng: Xà phòng hóa là thủy phân chất béo trong môi trường kiềm, sản phẩm là muối natri của axit béo và glycerol: (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₇H₃₅COONa + C₃H₅(OH)₃. Đáp án B sai vì axit stearic chỉ thu được khi thủy phân trong môi trường axit. Đáp án C sai vì phản ứng không tạo ra etanol. Đáp án D sai vì không tạo ra axit stearic và nước.
Giải thích Câu 3 — Đáp án A đúng: Một phân tử chất béo là trieste của một phân tử glycerol, nên thủy phân hoàn toàn 1 mol chất béo chỉ thu được 1 mol glycerol. Đáp án B sai vì 2 không có tỉ lệ nào cho ra. Đáp án C sai vì 3 là số mol muối của axit béo thu được, không phải số mol glycerol. Đáp án D sai vì 4 không có tỉ lệ nào cho ra.
Giải thích Câu 4 — Đáp án A đúng: Triolein chứa 3 gốc oleat không no, mỗi gốc có 1 liên kết đôi nên phân tử cong và khó xếp khít, vì vậy triolein là chất lỏng ở nhiệt độ thường. Đáp án B sai vì tristearin chứa gốc stearat no nên là chất rắn. Đáp án C sai vì tripalmitin chứa gốc panmitat no nên là chất rắn. Đáp án D sai vì chỉ có triolein là chất lỏng trong ba chất.
Giải thích Câu 5 — Đáp án A đúng: Số mol tristearin bằng 8,9 : 890 = 0,01 mol; theo tỉ lệ 1 chất béo cần 3 NaOH, số mol NaOH bằng 0,03 mol; khối lượng bằng 0,03 × 40 = 1,2 gam. Đáp án B sai vì 0,4 gam là khối lượng của 0,01 mol NaOH, tức là quên nhân 3. Đáp án C sai vì 4,0 gam là khối lượng của 0,1 mol NaOH, tức là nhầm số mol gấp 10 lần. Đáp án D sai vì 3,6 gam là khối lượng của 0,09 mol NaOH, không có tỉ lệ nào cho ra.
Câu hỏi thường gặp về chất béo
Hỏi: Chất béo là gì?
Đáp: Chất béo là trieste của glycerol với axit béo, có công thức chung (RCOO)₃C₃H₅, trong đó R là gốc hydrocarbon của axit béo. Một phân tử chất béo gồm một khung glycerol C₃H₅ gắn với ba gốc axit béo; ví dụ tristearin có ba gốc stearat, triolein có ba gốc oleat.
Hỏi: Vì sao dầu ăn lỏng còn mỡ lợn rắn?
Đáp: Vì dầu ăn chứa nhiều gốc axit béo không no như oleat, phân tử cong nên khó xếp khít nhau, vì vậy dầu là chất lỏng ở nhiệt độ thường. Mỡ lợn chứa nhiều gốc axit béo no như stearat và panmitat, phân tử thẳng nên xếp khít nhau, vì vậy mỡ là chất rắn ở nhiệt độ thường.
Hỏi: Xà phòng được làm từ chất béo như thế nào?
Đáp: Bằng phản ứng xà phòng hóa: đun nóng chất béo với dung dịch kiềm như NaOH, chất béo bị thủy phân thành muối natri của axit béo và glycerol. Muối natri của axit béo chính là thành phần chính của xà phòng; sau đó người ta thêm muối ăn bão hòa để xà phòng tách ra khỏi dung dịch glycerol.
Hỏi: Chất béo có tan trong nước không?
Đáp: Không. Chất béo là chất không phân cực nên không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ như xăng, benzen. Vì vậy vết mỡ trên quần áo không giặt sạch bằng nước lạnh, mà cần xà phòng: xà phòng có đầu ưa nước và đuôi kị nước, giúp cuốn vết mỡ vào nước.
Hỏi: Ăn nhiều chất béo có hại cho sức khỏe không?
Đáp: Chất béo là nguồn năng lượng quan trọng và cần thiết cho cơ thể, nhưng ăn quá nhiều chất béo no như mỡ động vật làm tăng cholesterol trong máu, tăng nguy cơ bệnh tim mạch. Ngược lại, chất béo không no trong dầu thực vật, cá biển lại tốt cho sức khỏe hơn. Vì vậy nên ăn chất béo vừa phải và ưu tiên dầu thực vật hơn mỡ động vật.
Kết luận
Chất béo chỉ gói gọn trong một công thức chung: (RCOO)₃C₃H₅ — trieste của glycerol với axit béo. Bạn hãy nhớ ba điều: khối lượng mol tính bằng tổng của 3 axit cộng 92 trừ 54, ví dụ tristearin là 890 g/mol; gốc no cho chất béo rắn, gốc không no cho chất béo lỏng; và xà phòng hóa trong môi trường kiềm cho muối của axit béo và glycerol, theo tỉ lệ 1 : 3 : 3 : 1. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để tính khối lượng mol của bất cứ chất béo nào, viết phương trình xà phòng hóa, và giải thích được vì sao dầu ăn lỏng mà mỡ lợn rắn — và cũng hiểu vì sao bánh xà phòng trong nhà tắm lại bắt nguồn từ chính hũ mỡ trong gian bếp.