Rødkålsaft som indikator Rapport 2 i Naturfag 1 del /12 Magne Svendsen, Frank Ove Sørensen og Eivind Aakvik, GLU 5-10NP, Universitetet i

Transkript

1 Rødkålsaft som indikator Rapport 2 i Naturfag 1 del /12 Magne Svendsen, Frank Ove Sørensen og Eivind Aakvik, GLU 5-10NP, Universitetet i Nordland

2 Innholdsfortegnelse 1 Innledning Teori Materiell og metode Utstyr Framgangsmåte Resultater Drøfting Naturvitenskapelig drøfting Naturfagdidaktisk drøfting Kildeliste Innledning 2

3 I dette forsøket skal vi se at rødkålsaft kan brukes som syre-base-indikator. Vi starter forsøket med først å lage rødkålsaft. Dette forsøket er en detektivoppgave om fem hvite stoffer fra dagliglivet. Ut fra fargen på rødkålsaften og stoffenes bruk i dagliglivet, skal vi finne ut hvilket stoff som er hva. Forsøket kan knyttes til flere av målene under fenomener og stoffer i læreplanen: Fenomener og stoffer: Etter 7.trinn: - gjennomføre forsøk med kjemiske reaksjoner og forklare hva som kjennetegner disse Etter 10.trinn: - gjennomføre forsøk for å klassifisere sure og basiske stoffer - undersøke kjemiske egenskaper til noen vanlige stoffer fra hverdagen - planlegge og gjennomføre forsøk med påvisningsreaksjoner og analyse av ukjent stoff (Læreplanverket for Kunnskapsløftet 2006) Aktiviteten er hentet fra kapittel 7 i Kjemi for lærere (Hannisdal & Ringnes 2011). Forsøket har også blitt gjennomført på samling ved grunnskolelærerutdanningen ved Universitetet i Nordland. 2 Teori 3

4 2.1 Definisjon Engelskmannen R. Boyle fant ut allerede i 1666 at syrer og baser kunne klassifiseres ut fra observerbare egenskaper, i dag klassifiserer vi og definerer syrer og baser hvordan molekyler og ioner reagerer i kjemiske reaksjoner. J. Brønsted fremsatte i 1923 følgende definisjon av syrer og baser: En syre er et stoff som kan avgi H + og en base er et stoff som kan motta H +. Denne definisjonen er den som brukes i dag. (Hannisdal & Ringnes, 2011) 2.2 Svake og sterke For at en syre-base-reaksjon skal kunne finne sted må det være overføringer av H +. Hvis f.eks en syre skal kunne avgi H + må det være en base til stede for å ta i mot H +. Syrer og baser deles inn i styrkegrad alt etter hvor mange H + -ioner de kan avgi/motta. Hvis man fortynner Saltsyre i vann, som er en sterk syre, vil nærmere 100% av HCl molekylene avgi H + -ioner til vannmolekylene. Vi sier da at 100% av HCl-molekylene protolyserer. Gjør man det samme med Eddiksyre, som er en svak syre, vil bare ca 1% av molekylene protolysere. Hvis mindre enn 5% av syre eller basepartiklene protolyserer er syren eller basen svak. Saltsyre, svovelsyre og salpetersyre er de tre sterke syrene man må kjenne til. (Hannisdal & Ringnes, 2011) 2.3 Konsentrasjon Konsentrasjonen til en syre og base er et mål for mengdeforholdet mellom syre/base og vann. Konsentrert Saltsyre inneholder 37% HCl, som betyr at av 100 gram konsentrert Saltsyre er det 37gram HCl og 63gram H 2 O. At konsentrerte syrer ikke inneholder vann er en vanlig misoppfatning. Vanninnholdet til konsentrerte syrer og baser kan variere, konsentrert eddiksyre er en av syrene som er vannfri og kalles da iseddik. Hvis man tilsetter vann i en konsentrert løsning blir den fortynnet og dermed mindre etsende. På grunn av helsefare skal ikke elever jobbe med løsninger som klassifiseres som etsende. (Hannisdal & Ringnes, 2011) 4

5 Fig 2.3 Løsninger av den sterke syren HCl(aq), med høy konsentrasjon til venstre og lav til høyre. (Hannisdal & Ringnes, 2011) 3 Materiell og metode 3.1 Utstyr Du trenger: Begerglass, kokeplate, rødkål, kniv, noen korn av natron, kaustisk soda, krystallsoda (ble utelatt denne gang), salt og sitronsyre, små skåler, teskjeer og sikkerhetsbriller. Utstyret er ikke kostbart og skaffe, men rødkål er sesongavhengig i Norge, og er å finne i butikkene rundt juletider. En bør da kjøpe inn nok rødkål for så å fryse den ned, slik at man har å bruke året gjennom. 3.2 Framgangsmåte Rødkålsaft: 1) Først skar vi en rødkål i skiver, og hakket ei skive opp i småbiter. 2) Deretter kokte vi opp 500 ml vann i et begerglass på ei kokeplate. 3) Vi hadde så rødkålen i det kokende vannet og lot det trekke i fem minutter. 4) Når rødkålen var så avkjølt at den ikke var varm å ta på, silte vi væsken over i et nytt glass. Denne væsken skulle ha en blå/fiolett farge. 5

6 Rødkålsaft som indikator: 1) Først diskuterte vi på gruppa bruken av de fem stoffene i dagliglivet, og forventet ph ut fra bruksområdet. Her kunne vi også benytte oss av etikettene på varene. 2) Så helte vi rødkålsaft i hver skål, og foreslo sammenhengen mellom fargen/ph og hvilke stoffer de ulike var. 3) Vi skrev så formel for og systematisk navn på alle stoffene bortsett fra sitronsyre. 4) Til slutt skulle vi forklare hvordan vi kan bruke sitronsyre til å avgjøre hvilket stoff som er natron og ikke salt. (Her skulle vi også bruke sitronsyre for å avgjøre hva som var krystallsoda og ikke kaustisk soda, men da vi ikke hadde krystallsoda tilgjengelig, ble denne delen hoppet over.) Når det gjelder sikkerhet skal vernebriller benyttes under hele forsøket. En skal også studere databladet for kaustisk soda før man gjennomfører forsøket. Kaustisk soda er sterkt etsende, og reagerer i tillegg kraftig med vann. Det anbefales også å benytte hansker under forsøket i tilfelle søl med blandingen av rødkålsaft og kaustisk soda som kan være etsende. Under kokingen av rødkålsaften blir også begerglasset en benytter veldig varmt. Det kan være lurt å ha bakevotter eller klyper tilgjengelig når man skal ta begerglasset av kokeplaten. 4 Resultater Vi startet med å lage rødkålsaften. Fargen på den ferdige saften ble en blanding mellom mørk lilla og blå. Før vi testet rødkålsaften på de fire stoffene, skulle diskutere bruken av stoffene i dagliglivet, og forventet ph ut fra bruksområdet. Her tar vi også med formelen og det systematiske navnet for stoffene som var en av oppgavene litt senere i forsøket: Natron (Natriumhydrogenkarbonat, NaHCO 3 ): Brukes i matlaging og spesielt til baking som hevemiddel. Her forventet vi en svak basisk løsning, og en ph på 8-9. Salt (Natriumklorid, NaCl): Brukes i nesten all matlaging og innen mange andre områder. Burde gi en omtrent nøytral løsning, ph på rundt 7. 6

7 Kaustisk soda (Natriumhydroksid, NaOH): Stoff som inngår mye i industri, men finnes også i enkelte rengjøringsmidler. Benyttes også til luting. Dette blir nok en sterkt basisk løsning, med ph på opp mot 14. Sitronsyre: Finner man i brus og godterier. Blir også brukt i matlaging. Dette tror vi blir en sur løsning med ph på rundt 1-2. Da vi hadde helt rødkålsaft på stoffene våre, foreslo vi sammenhengen mellom ph-verdi og stoffene ut fra tabellen nedenfor. Indikatorfarge for rødkål Omtrentlig ph-område Rød Fiolett Blågrønn Grønn Gul Ca Fig. 4.1 Rødkålsaft som syre-base indikator. Øverst fra venstre natron, sitronsyre, salt. Kaustisk soda nederst. (Foto: Frank Ove Sørensen) Når vi sammenlignet resultatene på fargene og ph-verdi på stoffene ut fra tabellen, så vi at vi traff ganske godt på forslagene på stoffene før vi gjorde forsøket. Til slutt så vi nærmere på hvordan vi kunne bruke sitronsyre til å finne ut hva som er natron og hva som er salt. Løser du natron, NaHCO 3 i vann og tilsetter en syre, får man en reaksjon 7

8 hvor det blir dannet en gass, CO 2 og vann, H 2 O. Det som skjer er at bikarbonatet (HCO 3 - ) frigjøres når natron løses i vann. Denne kan reagere med en syre og det blir dannet karbonsyre, som igjen blir til vann og karbondioksidgass (Fooladi 2011). 5 Drøfting 5.1 Naturvitenskapelig drøfting Vi traff som sagt i kapittel 4 godt med våre antagelser om hvilke farger blandingene mellom de forskjellige stoffene og rødkålsaften ville få. Dette viser at teorien og praksis stemmer overens. Fargene ble klare og enkle å skille ad, noe som tyder på at vi har utført forsøket etter boka, bokstavelig talt. ph kan måles med indikator i veskeform, f.eks rødkålsaft, eller ph-papir eller ph-meter. I rødkålsaft og andre bærsafter er det fargestoffer (antocyaner) med hvert sitt omslagsområde. Dette gjør at vi ikke bare får en pekepinn på om stoffet er surt eller basisk, men også den omtrentlige ph-verdien. Når vi måler ph er det et mål på antall frie H 3 O + -ioner per liter vannløsning. Rent vann er nøytralt på grunn av vannets egenprotolyse. Det vil si at det er like mange H 3 O + -ioner som OH ioner i rent vann. Hvis vi tilsetter syre til en nøytral løsning vil antallet H 3 O + -ioner øke, og antall OH ioner synke. Tilsetter vi base til en nøytral løsning vil det motsatte skje. Sure løsninger har en ph i området 0-6, der ph 0 er surest og har høyest antall H 3 O + -ioner per liter. Basiske løsninger har en ph i området 8-14, der løsninger med ph 14 er mest basisk og ar lavest antall H 3 O + -ioner per liter. Nøytrale løsninger har en ph på omtrent 7. (Hannisdal & Ringnes, 2011) I dette forsøket kan man la elevene koke rødkålsaften eller lage den på forhånd. Det som er viktig er å ikke koke saften for tykk. Det skal like rødkål til for å sette farge på vannet. Blir saften for tykk blir det vankeligere å se fargeutslagene I figuren 5.1 (som sikkert er nær ideell) ser vi at blandingene er tynne og fargeforskjellene er derfor lett å se. 8

9 Man bør før dette forsøket påse at utstyret som begre og glass som brukes er rene. Såperester og andre urenheter kan gjøre at man får feil utslag på ph-verdiene. Fig 5.1 Rødkålsaft som indikator. Tallene viser ph i løsningene. (Hannisdal & Ringnes, 2011) 5.2 Naturfagdidaktisk drøfting Dette forsøket er en fin måte å vise elever hvordan baser og syrer gir forskjellig fargeskala ut fra en indikator som i dette tilfellet er rødkål. Sjøl om man kan finne ut rimelig nøyaktig phverdi ved hjelp av rødkålsaft som vist på figur 5.1 er det ikke meningen at man skal være like nøyaktige i dette forsøket. Hovedmålet med dette forsøket er at man skal klare å måle omtrentlige ph-verdier på dagligdagse stoffer med en naturlig indikator, (rødkål). Så kan man utover det legge inn andre elementer man vil at elevene skal kunne lære seg. Man må f. eks fortelle elevene at fargene ikke er faste om det er syre eller base. Har man en annen indikator kan fargene være noen helt andre. Forsøket kan også være med på å få elevene til å tenke over at mye av det vi omgir oss med i det daglige består av syrer og baser. Av de tre stoffene i forsøket vi bruker i matlaging er det bare salt som er nøytralt. Begynner man å se på matvareetiketter ser man det ofte er en eller flere syrer i produktet. Sitronsyre finnes jo i de mange juicetyper og brustyper og er bl.a. naturlig i sitron og appelsin. Det tilsettes fosforsyre i cola, og andre syrer blir tilsatt i mange matvarer for at smaken skal bli god og holde seg bedre. (Hannisdal & Ringnes, 2011) Elevene må på forhånd ha lært litt om ph-skalaen og må vite at ph på 7 er en nøytral verdi. Det er jo meningen at man på forhånd skal lage seg hypoteser om stoffet er mye/lite surt/basisk eller ph-nøytralt. 9

10 Forsøket kan hvis lærer legger opp til det, ufarliggjøre noe om mytene om syrer og baser. Det er en fin måte å vise elever at vi omgir oss med syrer og baser hele tida, og at mange av dem ikke er så farlige som mange tror. Det er en misoppfatning om at alle syrer er farlige. Ikke bare er det elever som har disse misoppfatningene, men man kan også lese i aviser at noen har blitt skadet av etsende syre når det faktisk er en base man har blitt skadet av. Som regel er det basene som er farligst for oss. En annen misoppfatning man for ryddet opp i er at indikatorer skifter farge ved ph 7. Her ser vi jo at syrne har flre forskjellige farger. Det er faktisk få indikatorer som skifter farge ved en nøytral ph. (Hannisdal & Ringnes, 2011) Man kan også bruke dette forsøket med å forklare at en del planter har forskjellige farger etter hva slags jordsmonn planten vokser i. Da har man også forklart at det ikke bare er rødkål som er en naturlig indikator på syrer og baser. 6 Konklusjon Dette forsøket mener vi er midt i blinken for å nå målene i innledningen, og rødkålsaften viser seg å være en glimrende indikator som gjør at elevene kan forske seg frem til hvilke stoffer de har foran seg. Rødkålsaften er som skapt for dette formålet. Ved å bruke stoffer fra hverdagslivet får elevene mer kunnskap om stoffer som de garantert kommer til å bruke selv. Dette gjør at forsøket blir virkelighetsnært og ikke abstrakt og preget av teori som elevene ikke har noe forhold til. Forsøket er også egnet til og «oversette» mellom mikro og makronivå slik at definisjonen av syrer og baser er lettere å forstå. Resultatene vi fikk var i henhold til gjeldene teori og forventninger. 7 Kildeliste Fooladi, Erik (2011) Julekakekjemi og litt fysikk. Hentet fra Hannisdal, Merete & Ringnes, Vivi (2011) Kjemi for lærere. Gyldendal Akademisk, Oslo. 324 s. 10

11 Utdanningsdirektoratet (2006) Læreplanverket for Kunnskapsløftet. Kunnskapsdepartementet, Oslo, 232 s. 11