Versuchsprotokoll: Kartoffelpapier

Transkript

1 Zeitaufwand: Vorbereitung: 10 Minuten Durchführung: 5 Minuten Abbau/Entsorgung: 10 Minuten Chemikalien: Chemikalie Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol Schuleinsatz Kaliumiodid KI 1-2 g SI +SII Materialien: - Gleichspannungstransformator (Trafo) - Strippen mit Messspitzen - Petrischale - Stativmaterial - Kartoffel

2 Versuchsaufbau: I. II. 2. Kartoffel schneiden und 3. Kartoffel festspannen feuchte Seite auf KI drücken 1. KI in Petrischale geben KMnO KI 4 Spannungsquelle _ + V 4. Spannung anlegen on Abb. 1 Versuchsaufbau Durchführung: 1. In eine Petrischale wird etwas Kaliumiodid gegeben, sodass die Kaliumiodid-Kristalle gleichmäßig am Boden der Schale verteilt sind. 2. Jetzt wird eine Kartoffel durchgeschnitten und mit der feuchten Schnittseite in die Petrischale auf die Kaliumiodid-Kristalle gedrückt und etwas verrieben. 3. Die Kartoffelhälfte wird nun so in eine Stativklemme eingespannt, dass die feuchte Seite nach außen zeigt. 4. An dem Gleichspannungstransformator wird eine Spannung von 10 V eingestellt. 5. Nun wird die Messspitze mit dem negativen Pol an die feuchte Seite der Kartoffel gehalten, während man mit der Messspitze des positiven Pols auf die mit Kaliumiodid vermischte, feuchte Kartoffelseite schreibt. 2

3 Beobachtung: Abb.2 Versuchsbeobachtung An der Messspitze, die am Pluspol des Gleichspannungstransformators angeschlossen ist, entsteht beim Kontakt mit der in Kaliumiodid getauchten feuchten Kartoffelseite eine tiefblaue, fast schwarze Farbe. Entsorgung: Die Kartoffel und übrig gebliebenes Kaliumiodid können in den Hausmüll entsorgt werden. 3

4 Auswertung: 1. Stärke und Stärkenachweis s. Versuchsprotokoll: Stärkenachweis 2. Erläuterung des Versuchs: In dem Versuch wurde die frisch aufgeschnittene Kartoffelseite auf Kaliumiodid-Kristalle gedrückt. Da die Kartoffel zum größten Teil aus Wasser besteht (s. Punkt 3: Hintergrundwissen Kartoffel) ist auch die frisch geschnittene Oberfläche der Kartoffel sehr feucht. In diesem Wasser löst sich das Salz Kaliumiodid in seine Ionen auf: KI (s) K + (aq) + I - (aq) Durch das Anlegen einer Gleichspannung werden die gelösten Iodid-Ionen durch anodische Oxidation zu elementarem Iod oxidiert. Im Gegenzug dazu wird an der Kathode der Wasserstoff aus dem Wasser zu elementarem Diwasserstoff oxidiert: Oxidation: 2I - (s/aq) I 2 (s/aq) + 2 e - Reduktion: 2H 2 O (l) + 2e - H 2(g) + 2OH - (aq) Gesamt: 2I H 2 O I 2 + 2H OH - Das bei der Oxidation entstandene elementare Iod reagiert mit den noch in der Lösung vorhandenen Iodid-Ionen zu Polyiodid-Ionen: n I 2 (s/aq) + n I - (aq) I - 3(aq), I 5 - (aq), I - 7(aq) Eine solche Mischung aus Iod und Iodidionen, die zu Polyiodidanionen reagieren, wird auch als Lugolsche Lösung bezeichnet. Diese Lösung dient in der Chemie dem Nachweis von Stärke. 1 1 Zur weiterer Erklärung s. Versuchsprotokoll: Stärkenachweis 4

5 3. Hintergrundwissen: Kartoffel: Die Kartoffel ist eine sehr ertragreiche und vielseitig verwendbare landwirtschaftliche Kultur, die über wertvolle Inhaltsstoffe verfügt. Weltweit werden jährlich 300 Mio. t Kartoffeln auf einer Gesamtanbaufläche von 19 Mio. ha angebaut. Der Schwerpunkt der Kartoffelerzeugung liegt dabei in China, Russland und Europa. 2 Geschichte der Kartoffel 3 Ursprünglich stammt die Kartoffel aus einem Gebiet in den südamerikanischen Anden, wo sie bereits 8000 v. Chr. genutzt wurden. Bereits 1100 v.chr. kultivierten die Inkas die Kartoffeln in künstlichen Bewässerungssystemen. Nach der Eroberung des Inkareiches durch die Spanier im 16. Jahrhundert wurde die Kartoffel in Europa als Zierpflanze verwendet. Erst einige Zeit später fand sie auch ihre Verwendung als Delikatesse. Im 18. Jahrhundert wurde die Kartoffel zunehmend als Nahrungsmittel genutzt, so dass sie sich schnell zum wichtigsten Volksnahrungsmittel entwickelte. Die Verbreitung wurde jedoch durch schwere Rückschläge erschwert. Durch Kraut- und Knollfäule wurden im 19. Jahrhundert ganze Ernten und Lagerbestände vernichtet, was zu schweren Hungersnöten führte. Trotz dieser Ereignisse hat sich die Kartoffel bis heute als wichtiges Grundnahrungsmittel etabliert. Zusammensetzung der Kartoffel 4 Grob gesagt besteht die Kartoffel neben 18-20% Stärke zu ca. 75 % aus Wasser. Die Zusammensetzung der Kartoffel ist genetisch bedingt, wird aber auch durch andere Faktoren, wie Klima, Witterung, Erde und Krankheiten beeinflusst. Des Weiteren kann sich die Zusammensetzung der Kartoffel bei der Lagerung durch Reifungsprozesse verändern. Der Hauptbestandteil der Trockensubstanz ist mit über 75 % die Stärke, die während der Ausbildung der Knolle als Stärkekörner in den Zellen eingelagert wird. Diese Stärkekörner dienen der Kartoffel als Energiespeicher, um neue Pflanzen ausbilden zu können. Es gibt jedoch auch weitere Bestandteile in der Kartoffel, die sie neben der industriellen Stärkegewinnung zu einem schmack- und nahrhaften Lebensmittel macht (s. Abb.3). Die weiteren Bestandteile sind Polysaccharide wie Cellulose, Hemicellulosen, Pentanosen und Pectine. Ebenso sind Zucker wie Glucose, Fructose und Saccharose in der Kartoffel enthalten. Die Kartoffel enthält die Vitamine C, B1, B2, B6, Niacin und Biotin sowie weitere mineralische Substanzen, wie Kalium und Phosphor. 2 Alsing, I. & Friesecke, H. & Guthy, K. (1992) S kartoffel 4 cirskartoffel_zus 5

6 Abb.3 Zusammensetzung der Kartoffel Didaktische Auswertung: Einordnung in den Lehrplan: Im Lehrplan ist dieser Versuch in der Qualifikationsphase im Bereich Kohlenstoffchemie II: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen einzuordnen. In diesem Bereich ist das Thema Kohlenhydrate ein genannter Schwerpunkt. Unter anderem sollen auch die Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate behandelt werden. Das Verständnis von Redoxreaktionen, die in Sekundarstufe II in der Einführungsphase E1 behandelt werden, sollte zum Verständnis dieses Versuchs vorausgesetzt werden. Einordnung des Versuchs: Kaliumiodid und auch ein Gleichspannungstransformator sollten an der Schule vorhanden sein und mit einer Kartoffel hat man schon alle Materialien zusammen. Dieser Versuch ist also einfach im Aufbau, macht aber einen starken Eindruck auf die Schüler. Das Verwenden einer Kartoffel interessiert die Schüler, da sie ein allen bekanntes Grundnahrungsmittel ist. Auch das Schreiben bzw. Malen auf der Kartoffel dürfte den Schülern Spaß machen, weshalb dieser Versuch sich sehr gut als Schülerversuch eignet. An dieser Stelle ist wohl auch ein fächerübergreifender Unterricht möglich, da die Kartoffel auch in anderen Fächern zur Sprache kommt (Geschichte, Biologie, Geografie). Mit diesem Versuch kann die Iod-Stärkereaktion eingeführt werden, es ist jedoch auch möglich, diese als bekannt vorauszusetzen. In diesem Fall können die Schüler dann ihr erlerntes Wissen aus der Redoxchemie dazu nutzen können, den Effekt des Versuchs zu erklären. 6

7 Literaturangaben: Alsing, I. & Friesecke, H. & Guthy, K. (1992). Lexikon Landwirtschaft: pflanzliche Erzeugung, tierische Erzeugung, Landtechnik,Betriebslehre, landwirtschaftliches Recht (2. Auflage). München: BLV Verlagsgesellschaft. Buckel W. & Dehnen S. et al. (2009). Chemikum Marburg Kurze Broschüre mit Erläuterungen zu den Experimenten. Skript, Philipps Universität Marburg-Fachbereich Chemie Elektronische Quellen: Hessisches Gefahrstoffinfomationssystem Schule HessGISS /2009, Version con=cirskartoffel (letzter Zugriff: ) st&con=cirskartoffel_zus (letzter Zugriff: ) Abbildungsverzeichnis: Alle Abbildungen wurden selbst angefertigt. 7