Woda do zadań specjalnych

Doświadczenie 1

W pół szklanki ciepłej wody rozpuść 1/3 paczki świeżych drożdży. Powstałą mieszaninę rozlej do dwóch szklanek. Oznacz je odpowiednimi symbolami. Do jednej dodaj łyżeczkę wody utlenionej, a do drugiej – łyżeczkę zwykłej wody z kranu. Zamieszaj i obserwuj pienienie się roztworów. W której szklance powstała piana?

Wyjaśnienie: W komórkach drożdży obecny jest enzym katalaza, który rozkłada nadtlenek wodoru do wody i tlenu. I to właśnie powstający tlen jest przyczyną pojawienia się charakterystycznej piany. Enzym ten rozpoznaje jednak tylko nadtlenek wodoru, a nie działa na zwykłą wodę. Katalaza jest bardzo efektywna – w ciągu minuty enzym rozkłada do wody i tlenu ok. 6 mln cząsteczek nadtlenku wodoru.

Doświadczenie 2

Z obranego jabłka wytnij cztery kostki o boku 1 cm i umieść je w plastikowych jednorazowych kubkach. Jabłko w pierwszym kubku skrop wodą utlenioną (1), w drugim – sokiem z cytryny, a następnie wodą utlenioną (2), w trzecim – sokiem z cytryny (3), a czwartej próbki niczym nie traktuj (4). Odczekaj 4–5 godz. i zaobserwuj zmiany w zabarwieniu jabłka.

Wyjaśnienie: Obecne w komórkach owoców (jabłek, ziemniaków, bananów) enzymy, tzw. oksydazy polifenolowe, utleniając tlenem z powietrza polifenole, powodują zmianę ich barwy, czego skutkiem jest obserwowane bardzo często ciemnienie miąższu. Dlatego jabłko kontrolne (kubek 4) ciemnieje szybko. „Zabezpieczenie” próbki kwasem cytrynowym polega na obniżeniu pH i dezaktywacji tych enzymów (kubek 3). Dodatek wody utlenionej aktywuje oprócz oksydaz jeszcze inne enzymy (peroksydazy oraz katalazę), co znacznie przyspiesza czernienie owocu (kubek 1) – na jego powierzchni widzimy pianę z bąbelkami wydzielającego się tlenu. Kubek 2 jest przykładem na to, w jaki sposób kwas cytrynowy chroni jabłko przed zmianą koloru, nawet jeśli po chwili potraktujemy je wodą utlenioną.

Uwaga: Dostępne odmiany jabłek ciemnieją w różnym tempie. Do doświadczenia należy wybrać takie, u których ciemnienie następuje dość szybko, np. szare renety, papierówki czy antonówki.

Doświadczenie 3

W drogerii kup farbę do włosów w ciemnym odcieniu (np. brązowy, czarny). Farba zawiera emulsję koloryzującą (zawierającą pigment) oraz płyn rozwijający (z nadtlenkiem wodoru). Na dwa plastikowe talerzyki połóż ręcznik papierowy i wyciśnij na niego jednakową ilość kremu koloryzującego. Do jednego dodaj zwykłej wody wodociągowej, a do drugiego – taką samą ilość płynu rozwijającego. Wymieszaj, odczekaj godzinę i zaobserwuj zmianę kolorów mieszanin.

Wyjaśnienie: Nadtlenek wodoru w płynie rozwijającym służy do wytworzenia barwnych kompleksów pigmentu farby. Po godzinie widzimy, że pozbawiona wcześniej koloru emulsja ciemnieje w całej swojej objętości. W pierwszym etapie (mniej więcej przez 15 min) nie obserwujemy zmiany zabarwienia, gdyż jest to tzw. etap rozjaśniania, a pigmentacja zachodzi dopiero po 15 min (dlatego farbowanie włosów w salonach fryzjerskich trwa co najmniej 30–40 min). W przypadku emulsji zalanej wodą obserwujemy ciemnienie tylko zewnętrznej powierzchni, co jest wynikiem utleniania się jej składników tlenem zawartym w powietrzu.

Doświadczenie 4

Przygotuj dwa kosmyki włosów (można np. zdobyć u fryzjera) najlepiej o ciemnym kolorze. Jeden zalej wodą utlenioną lub 6-procentową wodą utlenioną w kremie (do kupienia w salonach fryzjerskich), a drugi zwykłą wodą. Postaw w ciepłym miejscu (np. koło kaloryfera) i odczekaj 2 godz. Wyciągnij kosmyki z obu słoików i ułóż je obok siebie na białym ręczniku papierowym. Zaobserwuj różnicę w odcieniu. (W przypadku wody utlenionej w kremie kosmyk można położyć na folii spożywczej, posmarować wodą utlenioną, zawinąć i odczekać 2 godz.)

Wyjaśnienie: Roztwory nadtlenku wodoru, utleniając pigment włosa, powodują jego rozjaśnienie. Nie jest to spektakularna różnica – jedynie o ton lub dwa tony (włosy różnią się także podatnością na rozjaśnianie i najlepiej, gdy są to włosy naturalne, niefarbowane). Ze względu na swoją właściwość mieszaniny zawierające nadtlenek wodoru (w różnych stężeniach) są powszechnie stosowane w rozjaśniaczach do włosów w profesjonalnych salonach fryzjerskich.

dr hab. Renata Szymańska
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

mgr Paweł Jedynak
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin WBBiB UJ

***

Zestaw przyrządów i materiałów

drożdże świeże, jabłko, cytryna, farba do włosów, kosmyk włosów, plastikowe talerzyki, plastikowe kubki, słoiki, woda utleniona o stężeniu 3 i 6%, ręcznik papierowy

Niewliczone w cenę: łyżka, szklanka, kieliszki, nóż

Cena: 50 zł

Czas przygotowania: 4 godz.

Czas oczekiwania na wynik doświadczenia: 2–5 godz.

***

Wiedza w pigułce

Woda utleniona, czyli 3-procentowy roztwór nadtlenku wodoru (H₂O₂), powszechnie służy do dezynfekcji ran. Liczne dowody naukowe przeczą jednak zasadności takiego wykorzystania tego płynu, m.in. ze względu na jego właściwości hemolityczne. Również należy podać w wątpliwość inne, szeroko propagowane w internecie wewnątrzustrojowe zastosowania H₂O₂. Nadtlenek wodoru jako jedna z reaktywnych form tlenu (w tej samej grupie znajdują się wolne rodniki) jest w dużych stężeniach toksyczny dla komórki i może utleniać wszystkie jej składniki, np. lipidy czy białka. Właśnie ze względu na swoje silne właściwości utleniające H₂O₂ znalazł zastosowanie w wielu innych dziedzinach naszego życia. Roztwory nadtlenku wodoru znajdziemy w gabinetach stomatologicznych (są wykorzystywane do wybielania zębów) oraz w salonach fryzjerskich (jako składnik farb koloryzujących, płynów rozjaśniających i do trwałej ondulacji), a także w chemii gospodarczej (wybielacz i rozjaśniacz). W wyższych stężeniach (30–70%) H₂O₂ jest wykorzystywany w przemyśle, np. do produkcji barwników, farb czy rozmaitych odczynników chemicznych. Nadtlenek wodoru w stężeniach 90-procentowych jest bardzo silnym utleniaczem i dlatego wchodzi w skład paliwa do rakiet oraz okrętów podwodnych. Ta, jak mogłoby się wydawać, „techniczna” substancja występuje także w naszych komórkach, gdzie jest naturalnym ubocznym produktem niecałkowitej redukcji tlenu do wody. Posądzana przez lata wyłącznie o toksyczne działanie fizjologiczne, w ostatnim czasie jest rehabilitowana jako m.in. cząsteczka sygnałowa i regulacyjna. Komórki naszego układu odpornościowego wykorzystują również nadtlenek wodoru do walki z bakteriami (w tzw. wybuchu tlenowym).

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.