Sáng nay bạn ăn gì? Một bát cơm, một ổ bánh mì hay một củ khoai luộc? Tất cả những món đó đều chứa tinh bột, và tinh bột là một trong những chất quan trọng nhất trong bữa ăn hằng ngày của người Việt. Nhưng bạn có biết tinh bột thực ra là một phân tử khổng lồ, được tạo thành từ hàng nghìn mắt xích glucose nối với nhau như một sợi dây xích dài? Đếm xem sợi dây xích đó có bao nhiêu mắt xích chính là bài toán mà bài này sẽ giúp bạn giải quyết, chỉ bằng một phép chia rất đơn giản.
Tinh bột không phải là một chất có khối lượng mol cố định như glucose hay nước. Mỗi hạt tinh bột có thể dài ngắn khác nhau, nên người ta không nói "khối lượng mol của tinh bột là bao nhiêu" mà nói "phân tử tinh bột này có bao nhiêu mắt xích". Số mắt xích đó cho biết phân tử dài đến mức nào, và nó quyết định nhiều tính chất của tinh bột, từ độ dẻo của cơm đến tốc độ tiêu hóa trong cơ thể. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn tính số mắt xích của tinh bột từ khối lượng mol của nó, kèm theo 4 ví dụ và 5 bài tập có đáp án chi tiết.
Số mắt xích tinh bột tính như thế nào
Tinh bột có công thức tổng quát là (C₆H₁₀O₅)n, trong đó n là số mắt xích, mỗi mắt xích là một đơn vị C₆H₁₀O₅. Bạn hãy nhìn kĩ công thức của mắt xích: C₆H₁₀O₅ chính là một phân tử glucose C₆H₁₂O₆ đã mất đi một phân tử nước H₂O khi nối với các mắt xích khác. Vì vậy khối lượng mol của một mắt xích bằng 180 − 18 = 162 gam trên mol. Con số 162 này là chìa khóa của cả bài: khối lượng mol của cả phân tử tinh bột bằng 162 nhân với số mắt xích, tức là M(tinh bột) = 162 × n.
Từ đó bạn suy ra công thức tính số mắt xích: n = M(tinh bột) / 162. Chỉ một phép chia duy nhất, nhưng bạn phải nhớ rõ ý nghĩa của từng đại lượng: M(tinh bột) là khối lượng mol của cả phân tử tinh bột, đơn vị gam trên mol, còn 162 là khối lượng mol của một mắt xích C₆H₁₀O₅. Khi đề bài cho khối lượng mol của tinh bột, bạn chia cho 162 là ra số mắt xích. Khi đề bài cho số mắt xích, bạn nhân với 162 là ra khối lượng mol. Công thức chỉ có vậy, nhưng điều quan trọng là bạn phải hiểu vì sao mẫu số lại là 162 chứ không phải 180 — vì mỗi mắt xích đã mất một phân tử nước trong quá trình nối lại với nhau.
Tinh bột trong tự nhiên tồn tại dưới hai dạng: amylose là chuỗi thẳng không phân nhánh, còn amylopectin là chuỗi có nhiều nhánh. Cả hai dạng đều có cùng một loại mắt xích C₆H₁₀O₅ và cùng dùng công thức n = M / 162. Điểm khác nhau là amylose thường có số mắt xích từ vài trăm đến vài nghìn, còn amylopectin có thể có tới hàng chục nghìn mắt xích vì các nhánh làm cho phân tử trở nên rất lớn. Trong bài tập lớp 12, người ta thường không phân biệt hai dạng này mà chỉ cho khối lượng mol rồi hỏi số mắt xích, hoặc cho số mắt xích rồi hỏi khối lượng mol.
Một ứng dụng hay gặp của công thức này là bài toán thủy phân tinh bột. Khi thủy phân hoàn toàn tinh bột, mỗi mắt xích C₆H₁₀O₅ sẽ nhận thêm một phân tử nước và trở thành một phân tử glucose C₆H₁₂O₆. Vì vậy từ 1 mol mắt xích bạn thu được 1 mol glucose, và khối lượng glucose thu được luôn lớn hơn khối lượng tinh bột ban đầu vì đã cộng thêm khối lượng của nước. Bạn sẽ gặp dạng bài này trong ví dụ 4 dưới đây, và nó là một trong những dạng bài tập kinh điển của chương cacbohiđrat.
Bốn bài toán mẫu tính từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Một phân tử tinh bột có khối lượng mol bằng 162.000 gam trên mol. Tính số mắt xích của phân tử tinh bột đó.
Bạn áp dụng công thức n = M / 162 = 162.000 / 162 = 1.000. Vậy phân tử tinh bột này có 1.000 mắt xích. Bạn hãy hình dung: 1.000 đơn vị glucose nối với nhau thành một chuỗi dài, đó là một phân tử có kích thước rất lớn so với các phân tử nhỏ như nước hay glucose. Nếu bạn xếp 1.000 mắt xích này thành một hàng, chuỗi phân tử sẽ dài gấp hàng trăm lần một phân tử glucose đơn lẻ.
Ví dụ 2 (khối lượng mol lớn hơn): Một mẫu tinh bột có khối lượng mol bằng 324.000 gam trên mol. Tính số mắt xích của mẫu tinh bột này.
Bạn làm tương tự ví dụ 1: n = 324.000 / 162 = 2.000 mắt xích. Vậy mẫu tinh bột này có 2.000 mắt xích, gấp đôi phân tử trong ví dụ 1. Bạn thấy quy luật rất rõ: khối lượng mol càng lớn thì số mắt xích càng nhiều, và tỉ lệ là tuyến tính — khối lượng mol gấp đôi thì số mắt xích cũng gấp đôi. Khi cần kiểm tra lại phép tính, bạn có thể nhờ máy tính Casio online trên ClassOn hỗ trợ.
Ví dụ 3 (tính ngược từ số mắt xích): Một phân tử tinh bột có 500 mắt xích. Tính khối lượng mol của phân tử tinh bột đó.
Bạn dùng công thức M = 162 × n = 162 × 500 = 81.000 gam trên mol. Vậy khối lượng mol của phân tử tinh bột này bằng 81.000 gam trên mol. Dạng bài tính ngược này thường xuất hiện khi đề bài cho số mắt xích của amylose rồi hỏi khối lượng mol, hoặc cho khối lượng mol của amylopectin rồi hỏi số mắt xích. Bạn chỉ cần nhớ: muốn tìm n thì chia cho 162, muốn tìm M thì nhân với 162.
Ví dụ 4 (thủy phân tinh bột): Thủy phân hoàn toàn 8,1 gam tinh bột có khối lượng mol bằng 162.000 gam trên mol. Tính khối lượng glucose thu được.
Trước hết bạn tính số mol tinh bột: n(tinh bột) = 8,1 / 162.000 = 0,00005 mol, tức là 5 × 10⁻⁵ mol. Mỗi phân tử tinh bột có 1.000 mắt xích, nên số mol mắt xích bằng 1.000 × 5 × 10⁻⁵ = 0,05 mol. Mỗi mắt xích thủy phân cho 1 phân tử glucose, nên số mol glucose thu được bằng 0,05 mol, khối lượng bằng 0,05 × 180 = 9 gam. Bạn thấy khối lượng glucose thu được là 9 gam, lớn hơn 8,1 gam tinh bột ban đầu, vì mỗi mắt xích đã nhận thêm một phân tử nước có khối lượng 18 gam trên mol. Cách tính nhanh hơn: khối lượng glucose bằng khối lượng tinh bột nhân với 180 / 162, tức là 8,1 × 180 / 162 = 9 gam — bạn có thể dùng cách này để kiểm tra lại kết quả.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Chia cho 180 thay vì 162.
Nhiều bạn nhớ khối lượng mol của glucose là 180 rồi lấy luôn con số đó làm mẫu số. Cách tránh: bạn hãy nhớ mắt xích của tinh bột là C₆H₁₀O₅, đã mất một phân tử nước so với glucose, nên khối lượng mol của mắt xích chỉ còn 162. Mỗi lần làm bài, bạn viết rõ dòng M(mắt xích) = 162 ra giấy nháp trước khi tính.
Lỗi 2: Nhầm lẫn giữa số mắt xích và số mol tinh bột.
Nhiều bạn tính ra n = 1.000 rồi kết luận "có 1.000 mol tinh bột", trong khi 1.000 là số mắt xích trong một phân tử, không phải số mol. Cách tránh: bạn hãy luôn ghi rõ đơn vị và ý nghĩa — n là số mắt xích (không có đơn vị), còn số mol tinh bột phải tính bằng khối lượng chia cho khối lượng mol của cả phân tử.
Lỗi 3: Quên nhân số mắt xích khi tính số mol glucose thủy phân.
Nhiều bạn thủy phân 8,1 gam tinh bột rồi lấy số mol tinh bột làm số mol glucose, ra kết quả nhỏ hơn thực tế 1.000 lần. Cách tránh: bạn hãy nhớ mỗi phân tử tinh bột cho ra n phân tử glucose, nên số mol glucose bằng số mol tinh bột nhân với số mắt xích. Viết rõ dòng n(glucose) = n × n(tinh bột) sẽ giúp bạn không bỏ quên bước này.
Lỗi 4: Tính khối lượng glucose thủy phân bằng khối lượng tinh bột ban đầu.
Nhiều bạn cho rằng thủy phân 8,1 gam tinh bột thì thu được 8,1 gam glucose. Cách tránh: bạn hãy nhớ mỗi mắt xích nhận thêm một phân tử nước, nên khối lượng glucose luôn lớn hơn khối lượng tinh bột. Tỉ lệ khối lượng là 180 / 162, tức là khối lượng glucose bằng khối lượng tinh bột nhân với 10 / 9.
Lỗi 5: Nhầm công thức mắt xích của tinh bột với cellulose.
Nhiều bạn lo lắng không biết tinh bột và cellulose có cùng công thức mắt xích hay không. Thực ra cả hai đều là (C₆H₁₀O₅)n và cùng dùng mẫu số 162, chỉ khác nhau ở cách các mắt xích nối với nhau. Cách tránh: bạn cứ yên tâm dùng n = M / 162 cho cả hai, và nếu muốn so sánh hai chất này, hãy xem bài tính số mắt xích cellulose.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ mẫu số là 162, không phải 180.
Câu 1: Một phân tử tinh bột có khối lượng mol bằng 162.000 gam trên mol. Số mắt xích của phân tử tinh bột đó bằng bao nhiêu?
A. 1.000
B. 900
C. 1.200
D. 162
Câu 2: Một mẫu tinh bột có khối lượng mol bằng 486.000 gam trên mol. Số mắt xích của mẫu tinh bột này bằng bao nhiêu?
A. 2.000
B. 3.000
C. 4.000
D. 2.700
Câu 3: Một phân tử tinh bột có 2.500 mắt xích. Khối lượng mol của phân tử tinh bột đó bằng bao nhiêu?
A. 450.000 gam trên mol
B. 405.000 gam trên mol
C. 324.000 gam trên mol
D. 500.000 gam trên mol
Câu 4: Thủy phân hoàn toàn 16,2 gam tinh bột, thu được bao nhiêu gam glucose?
A. 16,2 gam
B. 20 gam
C. 18 gam
D. 14,58 gam
Câu 5: Khối lượng mol của một mắt xích trong phân tử tinh bột bằng bao nhiêu?
A. 180 gam trên mol
B. 162 gam trên mol
C. 342 gam trên mol
D. 144 gam trên mol
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | B | B | C | B |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A (1.000) đúng: Số mắt xích bằng n = 162.000 / 162 = 1.000. Đáp án B (900) sai vì 900 = 162.000 / 180 — bạn đã chia cho khối lượng mol của glucose thay vì của mắt xích. Đáp án C (1.200) sai vì không có cơ sở nào cho ra 1.200. Đáp án D (162) sai vì đó là khối lượng mol của một mắt xích, không phải số mắt xích.
Giải thích Câu 2 — Đáp án B (3.000) đúng: Số mắt xích bằng n = 486.000 / 162 = 3.000. Đáp án A (2.000) sai vì 2.000 ứng với khối lượng mol 324.000 — bạn đã lấy sai số liệu. Đáp án C (4.000) sai vì 4.000 ứng với khối lượng mol 648.000. Đáp án D (2.700) sai vì 2.700 = 486.000 / 180 — bạn đã chia cho 180.
Giải thích Câu 3 — Đáp án B (405.000 gam trên mol) đúng: Khối lượng mol bằng M = 162 × 2.500 = 405.000 gam trên mol. Đáp án A (450.000) sai vì 450.000 = 180 × 2.500 — bạn đã nhân với 180. Đáp án C (324.000) sai vì đó là khối lượng mol của phân tử có 2.000 mắt xích. Đáp án D (500.000) sai vì không có cơ sở nào cho ra 500.000.
Giải thích Câu 4 — Đáp án C (18 gam) đúng: Khối lượng glucose bằng 16,2 × 180 / 162 = 18 gam. Đáp án A (16,2 gam) sai vì bạn cho rằng khối lượng glucose bằng khối lượng tinh bột, quên mất mỗi mắt xích nhận thêm một phân tử nước. Đáp án B (20 gam) sai vì 20 = 16,2 × 180 / 145,8 — bạn đã lấy sai mẫu số. Đáp án D (14,58 gam) sai vì 14,58 = 16,2 × 162 / 180 — bạn đã nhân chia ngược, tức là trừ đi khối lượng nước thay vì cộng thêm.
Giải thích Câu 5 — Đáp án B (162 gam trên mol) đúng: Mắt xích của tinh bột là C₆H₁₀O₅, khối lượng mol bằng 6 × 12 + 10 × 1 + 5 × 16 = 72 + 10 + 80 = 162 gam trên mol. Đáp án A (180) sai vì đó là khối lượng mol của glucose C₆H₁₂O₆. Đáp án C (342) sai vì đó là khối lượng mol của đường saccarozơ C₁₂H₂₂O₁₁. Đáp án D (144) sai vì không có cơ sở nào cho ra 144.
Câu hỏi thường gặp về số mắt xích tinh bột
Hỏi: Vì sao mắt xích của tinh bột lại là C₆H₁₀O₅ mà không phải C₆H₁₂O₆?
Đáp: Vì khi các phân tử glucose nối với nhau để tạo thành tinh bột, mỗi lần nối lại tách ra một phân tử nước. Glucose C₆H₁₂O₆ mất H₂O thì còn lại C₆H₁₀O₅, đó chính là đơn vị lặp lại trong chuỗi tinh bột. Khi thủy phân, quá trình ngược lại xảy ra: mỗi mắt xích nhận thêm một phân tử nước và trở về thành glucose.
Hỏi: Amylose và amylopectin khác nhau như thế nào về số mắt xích?
Đáp: Amylose là chuỗi thẳng, thường có từ vài trăm đến vài nghìn mắt xích, còn amylopectin có nhiều nhánh nên số mắt xích có thể lên tới hàng chục nghìn. Tuy nhiên công thức tính n = M / 162 dùng được cho cả hai dạng, vì mắt xích của chúng giống nhau. Trong gạo, amylose chiếm khoảng 20%, amylopectin chiếm khoảng 80%.
Hỏi: Số mắt xích có phải là số nguyên không?
Đáp: Đúng, số mắt xích luôn là số nguyên vì nó đếm số đơn vị glucose trong phân tử. Nếu bạn tính ra n = 1.000,5 thì chắc chắn đã tính sai ở đâu đó, thường là do chia nhầm số hoặc lấy sai khối lượng mol. Trong bài tập, đề bài luôn cho số liệu để n ra số nguyên đẹp.
Hỏi: Tinh bột và cellulose có cùng số mắt xích không?
Đáp: Không nhất thiết. Cả hai đều có mắt xích C₆H₁₀O₅ và cùng dùng mẫu số 162, nhưng số mắt xích của cellulose thường lớn hơn nhiều so với tinh bột — cellulose trong bông có thể có tới 10.000 mắt xích trở lên. Điểm khác quan trọng là cách nối: tinh bột nối bằng liên kết α-1,4-glycoside còn cellulose nối bằng liên kết β-1,4-glycoside, nên cơ thể người tiêu hóa được tinh bột nhưng không tiêu hóa được cellulose.
Hỏi: Học bài này để làm gì trong các bài sau?
Đáp: Công thức n = M / 162 là mẫu chung cho mọi polymer: số mắt xích bằng khối lượng mol của polymer chia cho khối lượng mol của mắt xích. Bạn sẽ gặp lại cách tính này với cellulose, với polyethylene và mọi loại polymer khác. Nếu muốn đi tiếp, bạn hãy xem bài tính số mắt xích polymer.
Kết luận
Số mắt xích của tinh bột chỉ gói gọn trong một phép chia: n = M(tinh bột) / 162, trong đó 162 là khối lượng mol của mắt xích C₆H₁₀O₅ đã mất một phân tử nước so với glucose. Bạn hãy nhớ ba điều: mẫu số là 162 chứ không phải 180, số mắt xích là số đếm trong một phân tử chứ không phải số mol, và khi thủy phân thì khối lượng glucose thu được luôn lớn hơn khối lượng tinh bột ban đầu theo tỉ lệ 180 / 162. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để tính số mắt xích, khối lượng mol hay lượng glucose thủy phân trong bất kì bài toán tinh bột nào — và hiểu thêm vì sao bát cơm hằng ngày lại là một chuỗi phân tử khổng lồ như vậy.