Experimente mit Gummibärchen

Transkript

1 Experimente mit Gummibärchen Chemie 12b (Rt) 2012/13

2 Nahrungsmittelchemie Experimente mit Gummibärchen Inhaltsverzeichnis Blue-Bottle Versuch mit Gummibärchen 3 Silberspiegel mit Gummibärchen 4 Fehling-Probe mit Gummibärchen 5 Reduktion von Kaliumpermanganat durch Gummibärchen 6 Nachweis der Fruchtsäuren in Gummibärchen 7 Decarboxylierung der Fruchtsäuren in Gummibärchen 8 Nachweis der ungesättigten Verbindungen in Gummibärchen 9 Nachweis von Eiweiß (Biuret-Probe) in Gummibärchen 10 Zuckerkohle aus Gummibärchen 11 Das Ende der Gummibärchen 12 Quellenverzeichnis 13 2

3 Kohlenhydrate Blue-Bottle Versuch mit Gummibärchen Erlenmeyerkolben (500 ml) mit passendem Stopfen, Messzylinder (10 ml), Spatellöffel Natriumhydroxid-Plätzchen [C], Methylenblaulösung (0,1%), 15 Gummibärchen (keine roten) Natriumhydroxid-Plätzchen (etwa 2,5 g) in den Erlenmeyerkolben geben und in 200 ml Wasser auflösen. 2. Ungefähr 2,5 ml der Methylenblaulösung zugeben. 3. Zu der Lösung 15 Gummibärchen geben und den Erlenmeyerkolben mit dem Stopfen verschließen. Kurz umschwenken und stehen lassen. 4. Nach 10 bis 15 Minuten betrachten. 5. Den Erlenmeyerkolben kräftig schütteln, abstellen und betrachten. Der beobachtete Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen. 2. Erkläre das abgebildete Reaktionsschema. Kennzeichne an den Pfeilen Reduktions- und Oxidationsschritte. 3. Warum muss der Kolben immer wieder geschüttelt werden? 3

4 Kohlenhydrate Silberspiegel mit Gummibärchen Reagenzglas, Becherglas (250 ml, hohe Form), Dreifuß mit Drahtnetz Sibernitratlösung (5 %) [Xi], verdünnte Ammoniaklösung [Xi], Gummibärchen Aus Silbernitratlösung und Ammoniaklösung wird Tollens-Reagenz hergestellt. Dieses Reagenz muss immer frisch bereitet werden! Beim Aufbewahren von Tollens-Reagenz über einen längeren Zeitraum kann sich Knallsilber bilden, welches explosiv ist. 1. In einem Becherglas etwa 100 bis 150 ml Wasser zum Sieden erhitzen. 2. Etwa 3 ml Silbernitratlösung in das Reagenzglas füllen. Die Silbernitratlösung tropfenweise mit verdünnter Ammoniaklösung versetzen, bis der sich bildende braune Niederschlag sich gerade wieder auflöst. 3. Zu der klaren Lösung ein Gummibärchen geben und das Reagenzglas in das heiße Wasserbad stellen, beobachten. Erklärung Im Tollens-Reagenz liegen die Silberionen komplexiert vor. Die Zugabe von Ammoniaklösung zu der Silbernitratlösung führt zu einer Erhöhung des ph-wertes, wodurch zunächst schwarzbraunes Silberhydroxid ausfällt. Dieses löst sich bei einem Überschuss von Ammoniak in Form des Silberdiaminkomplexes wieder auf. 2. Notiere in der Reaktionsgleichung die Oxidationszahlen vom C1-Atom und für die Ag- Verbindungen. Kennzeichne Reduktions- und Oxidationsschritte. Entsorgung Lösung im Behälter für Silbersalzlösungen sammeln. 4

5 Kohlenhydrate Fehling-Probe mit Gummibärchen Reagenzglas Lösungen von Fehling I [Xn] und Fehling II [C], Gummibärchen 1. In einem Reagenzglas gleiche Mengen von Fehling I und Fehling II (jeweils etwa 2 ml) miteinander mischen. 2. Zu der Lösung ein Gummibärchen geben. 3. In der Brennerflamme zum Sieden erhitzen, bis eine Veränderung zu beobachten ist. Erklärung Mit Hilfe der Fehling-Probe lassen sich Aldehyde nachweisen. Diese werden dabei zur Carbonsäure oxidiert und zweiwertige Kupferionen werden zu Kupfer(I)-oxid reduziert. Kupfer(I)- oxid fällt dabei als roter Niederschlag aus. Die Fehling-Probe wird in einem alkalischen Medium durchgeführt. Das Reagenz für die Probe muss kurz vor dem Versuch angesetzt werden. Es besteht aus einer Mischung zu gleichen Teilen von Fehling I und Fehling II. Fehling I ist eine Kupfersulfatlösung und Fehling II besteht aus verdünnter Natronlauge, die Kalium-Natriumtartrat enthält. Das Kalium-Natriumtartrat hat die Aufgabe zweiwertige Kupferionen zu komplexieren, ansonsten würden sie in der stark alkalischen Lösung als schwerlösliches Kupferhydroxid ausfallen. Die oxidierende Wirkung des zweiwertigen Kupferions könnte somit nicht in Kraft treten. 2. Stelle zu der Reaktionsgleichung die Teilgleichungen für die Oxidation der Glucose und für die Reduktion der Cu 2+ -Ionen jeweils in alkalischen Medium auf. 3. Warum fällt die Fehling-Probe auch bei Fructose positiv aus? Entsorgung Lösung im Behälter für Schwermetallsalze sammeln. 5

6 Kohlenhydrate Reduktion von Kaliumpermanganat durch Gummibärchen Petrischale, Messzylinder (10 ml), weißes Papier Kaliumpermanganat-Lösung (0,01 M), Natronlauge (10 %), Gummibärchen 1. In eine Petrischale nacheinander 10 ml Kaliumpermanganatlösung, 10 ml Wasser und 10 ml Natriumhydroxidlösung geben. 2. Die Lösung kurz schwenken. 3. In die Mitte der Petrischale ein Gummibärchen legen und beobachten. 4. Etwa nach einer Minute die Lösung erneut schwenken. 5. Nach weiteren 7 Minuten die Lösung nochmals schwenken und beobachten. Erklärung Es findet eine Redoxreaktion statt. Die aus den Gummibärchen freigesetzte Glucose reduziert in dem alkalischen Medium die Permanganat-Ionen. Zunächst bilden sich grüne Manganat-Ionen. Das Endprodukt ist ein brauner Niederschlag aus Manganoxidhydroxid. 2. Notiere in der Reaktionsgleichung die Oxidationszahlen vom C1-Atom und für die Mn- Verbindungen. 6

7 Organische Säuren Nachweis der Fruchtsäuren in Gummibärchen Petrischale, weißes Papier als Hintergrund Universalindikator oder anderer ph-indikator, Gummibärchen (möglichst farblos) 1. Eine Petrischale halbvoll mit Wasser füllen. 2. Das Wasser mit Universalindikator versetzen, bis eine kräftige Grünfärbung zu beobachten ist. 3. Die Petrischale auf einen weißen Hintergrund stellen und in die Mitte ein Gummibärchen hineinlegen. 4. Nach etwa 8 Minuten betrachten. 2. Ermittle mit Hilfe von Indikatorstäbchen möglichst genau den ph-wert der Lösung. 3. Stelle die Gleichgewichtsreaktion einer Säure mit Wasser auf und erläutere die Begriffe starke und schwache Säure. 7

8 Organische Säuren Decarboxylierung der Fruchtsäuren in Gummibärchen großes Reagenzglas, Gärröhrchen mit passendem Lochstopfen, Reagenzglasklammer gesättigte Calciumhydroxidlösung [Xi], Gummibärchen 1. Ein Gummibärchen in das Reagenzglas geben. 2. Das Gärröhrchen mit Calciumhydroxidlösung befüllen und auf das Reagenzglas luftdicht aufsetzen. 3. Das Gummibärchen in der Brennerflamme schmelzen und anschließend langsam thermisch zersetzen. 4. Calciumhydroxidlösung in dem Gärröhrchen beobachten. Erklärung Beim Erhitzen schmilzt das Gummibärchen zunächst, doch schon kurz oberhalb des Schmelzbereiches tritt eine Gasentwicklung durch die Decarboxylierung der im Gummibärchen enthaltenen Fruchtsäuren auf. Citronensäure neigt bei einer Erhitzung über den Schmelzpunkt hinaus sehr stark zur Decarboxylierung. Als Produkte erhält man vermutlich Aceton, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Wasser. 2. Erläutere die Nachweisreaktion, die im Gärröhrchen stattfindet. Stelle die Reaktionsgleichung auf. 8

9 Organische Verbindungen allgemein, Fette Nachweis der ungesättigten Verbindungen in Gummibärchen 1 großes Reagenzglas, 2 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Messzylinder (10 ml), weißer Hintergrund Bromwasser [T, Xi], Gummibärchen (farblos) 1. Ein farbloses Gummibärchen unter Erwärmen in 10 ml Wasser lösen. Nicht zu stark erhitzen, damit keine Zersetzung des Gummibärchens eintritt. 2. Lösung abkühlen lassen. 3. In ein kleines Reagenzglas 1-2 cm hoch Bromwasser einfüllen. Das Bromwasser mit Wasser verdünnen, bis eine gelbe Lösung vorliegt. 4. Die Hälfte des Bromwassers in ein weiteres kleines Reagenzglas umfüllen (Rückstellprobe). 5. Die abgekühlte Gummibärchenlösung zu einer Probe Bromwasser geben und beobachten. Hinweis Um den Eindruck zu verhindern, die Entfärbung des Bromwassers würde alleine durch die Verdünnung mit der Gummibärchenlösung zustande kommen, kann die Rückstellprobe mit Wasser auf das gleiche Volumen aufgefüllt werden. 2. Erläutere den genauen Verlauf der abgebildeten Reaktion. 3. Wie können gesättigte Verbindungen mit Brom(wasser) reagieren? Entsorgung Lösungen im Behälter für organische Abfälle mit Wasser mischbar sammeln. 9

10 Proteine Nachweis von Eiweiß (Biuret-Probe) in Gummibärchen 2 große Reagenzgläser Kupfersulfat-Lösung (1 %) [Xn], Natronlauge (10 %) [C], Gummibärchen 1. In ein Reagenzglas etwa 2 cm hoch Wasser einfüllen (entspricht etwa 10 ml). 2. Zu dem Wasser ein Gummibärchen geben und es durch erhitzen in der Brennerflamme langsam auflösen. 3. Die Lösung abkühlen lassen und 5 ml davon in ein weiteres Reagenzglas überführen. 4. Die gleiche Menge Natronlauge (5 ml) zu der Lösung geben. 5. Tropfenweise Kupfersulfat-Lösung zugeben und die Farbe der Lösung betrachten. Erklärung In Gummibärchen ist Gelatine enthalten, ein Eiweiß, das durch Kochen von Fleisch, Haut oder Knochen gewonnen wird. 2. Erläutere das Zustandekommen der Färbung mit Hilfe einer Strukturformel. 10

11 Kohlenhydrate Zuckerkohle aus Gummibärchen großes Reagenzglas konzentrierte Schwefelsäure [C], 7 Gummibärchen Konzentrierte Schwefelsäure ist eine stark ätzende und oxidierende Säure Haut- und Augenkontakt sind zu vermeiden. Bei dem Versuch entwickeln sich stechend riechende Gase, es ist daher unbedingt in einem Abzug zu arbeiten Gummibärchen in das Reagenzglas geben und zur Hälfte mit Schwefelsäure übergiessen. 2. Das Reagenzglas schräg an einem Stativ montieren und eine Abdampfschale unterhalb der Reagenzglasöffnung aufstellen. 3. Aufbau vom Lehrer genehmigen lassen! 4. Die Schwefelsäure mit der Brennerflamme erhitzen, bis eine Reaktion eintritt. 5. Beobachten. 6. Gegebenenfalls nochmals erhitzen. 2. Erläutere die Wirkung der konzentrierten Schwefelsäure. Warum muss konzentrierte Schwefelsäure immer luftdicht aufbewahrt werden? 11

12 Organische Verbindungen allgemein Das Ende der Gummibärchen großes Reagenzglas, Spatel, Pinzette, Stativmaterial Kaliumchlorat [O, Xn], Gummibärchen Kaliumchlorat ist ein sehr starkes Oxidationsmittel. Beim Herstellen der Schmelze muss unbedingt eine Schutzbrille und Schutzkleidung getragen werden. Sollte das Kaliumchlorat verunreinigt sein, kann es schon beim Herstellen der Schmelze zu einer Reaktion kommen. Bei der Reaktion kann es zu Verspritzungen kommen. Des weiteren gibt es eine starke Rauchentwicklung, es ist daher unbedingt in einem Abzug zu arbeiten. 1. Das Reagenzglas senkrecht an einem Stativ montieren und 2-3 Spatellöffel Kaliumchlorat einfüllen. 2. Kaliumchlorat vorsichtig mit der Brennerflamme schmelzen. 3. Mit Hilfe einer Pinzette ein Gummibärchen in die Schmelze werfen und beobachten. Erklärung Kaliumchlorat ist ein sehr starkes Oxidationsmittel. In der Schmelze ist es besonders reaktiv und reagiert mit oxidierbaren Substanzen, wie zum Beispiel organischen Verbindungen, unter Feuererscheinung. Es bilden sich bei der Reaktion Kohlenstoffdioxid, Wasser und Kohlenstoff, der am Ende der Reaktion auch deutlich zu sehen ist. 12

13 Quellenverzeichnis Full, R.: Der Bär ist los. Chemie mit Gummibärchen. In: Chemie in unserer Zeit, 2004, 38, 36-44, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Roesky, H.W.; Möckel, K.: Chemische Kabinettstücke; VCH, Weinheim 1994 Chemische Schulexperimente, Anorganische Chemie, erster Teil, Verlag Harri Deutsch Thun Frankfurt/M Justus-Liebig-Universität Gießen; Didaktik der Chemie; April