Kropla do kropli

Doświadczenie 1

Miedzianą mufę zalej w pojemniku na mocz 60 ml roztworu octu wymieszanego pół na pół z wodą utlenioną, zakręć i odstaw na całą noc (odczynnik A). W drugim pojemniku ostrożnie rozpuść w 40 ml wody pół łyżeczki sody kaustycznej do udrożniania rur (odczynnik B). Do dwóch kolejnych pojemników na mocz wlej po 60 ml wody. Do jednego wsyp łyżeczkę cukru spożywczego i rozmieszaj aż do całkowitego rozpuszczenia. Dodaj strzykawką po 10 ml odczynników A i B do każdego z roztworów i rozmieszaj plastikową łyżeczką. Czy widzisz różnice barwy?

Wyjaśnienie: Nadtlenek wodoru w wodzie utlenionej i kwas octowy z octu reagują z miedzią – powstaje octan miedzi(II), barwiący roztwór na niebiesko (odczynnik A). W naczyniu bez cukru po dodaniu wodorotlenku sodu (składnik udrożniaczy do rur) wytrąca się jasnoniebieski osad wodorotlenku miedzi. W pojemniku z cukrem ostatecznie pojawia się granatowe zabarwienie – liczne grupy OH „chwytają” bowiem cząsteczki wodorotlenku, tworząc barwny związek kompleksowy. Takie podejście stanowi przykład analizy jakościowej.

Doświadczenie 2

Strzykawką odmierz do 5 pojemników na mocz po 10 ml wody. Następnie wykonaj szereg rozcieńczeń: pobierz strzykawką 10 ml mleka (najlepiej o zawartości 0,5% tłuszczu) i dodaj do pojemnika A. Dokładnie rozmieszaj, pobierz strzykawką 10 ml i dodaj zawartość do wody w pojemniku B. Rozmieszaj zawartość pojemnika B, pobierz 10 ml i dodaj do wody w pojemniku C itd. Z ostatniego pojemnika odbierz nadmiarowe 10 ml i wylej do zlewu – w każdym z pojemników powinno się znajdować po 10 ml zawiesiny mleka. Do każdego dodaj po 10 ml odczynników A i B (przygotowanych jak w doświadczeniu 1) i rozmieszaj plastikową łyżeczką.

Wyjaśnienie: Białka także tworzą związki kompleksowe z wodorotlenkiem miedzi – barwa zawiesiny zmienia się na fioletową (reakcja biuretowa). W miarę rozcieńczania mleka barwa jest jednak coraz mniej intensywna i coraz wyraźniejsze staje się niebieskie zabarwienie wodorotlenku miedzi(II). Otrzymany szereg rozcieńczeń może spełniać funkcję szeregu wzorcowego, pozwalając na porównywanie zawartości białka w innych rozcieńczonych próbkach – przykład analizy ilościowej.

Doświadczenie 3

W garnku liść czerwonej kapusty zalej wrzątkiem (woda zakrywa liść). Po ostygnięciu strzykawką nabierz 10 ml wywaru i zmieszaj w szklance z 10 ml octu i 10 ml wody (opcjonalnie zamiast wody dodaj więcej wywaru z liścia – tak aby barwa roztworu była bardzo wyraźna) – to będzie roztwór A. Odważ 5 g sody kaustycznej (opcjonalnie – łyżeczkę), ostrożnie rozpuść ją w 100 ml wody (ciecz się rozgrzeje!) i poczekaj, aż roztwór (B) ostygnie. Nową strzykawką dodawaj kroplami roztwór B do roztworu A. Po dodaniu każdej porcji zamieszaj zawartość i oceń barwę (szklankę postaw na białej kartce). Ile mililitrów było potrzebne do zmiany koloru roztworu na zielony?

Wyjaśnienie: Jest to przykład miareczkowania alkacymetrycznego. Zasada sodowa zobojętnia kwas octowy i powstaje sól – octan sodu. Jako sól słabego kwasu i mocnej zasady jego pH będzie jednak zasadowe (powyżej 8, co odpowiada niebieskawej barwie wskaźnika pH – antocyjanów, zawartych w wywarze z kapusty). Mieszanie jest ważne w prawidłowej ocenie barwy (a zatem wyznaczeniu końca miareczkowania) – zwłaszcza pod koniec procedury, gdy wyrównuje się ona coraz wolniej. Dodatek nadmiaru zasady podnosi pH jeszcze bardziej (powyżej 9), co skokowo zmienia barwę roztworu na zieloną – dalszy dodatek zasady nie zmienia barwy. Warto zaznaczyć, że dokładne przeliczenie zawartości kwasu octowego nie jest w tym przypadku tak łatwe jak w przypadku miareczkowania mocnego kwasu, np. solnego.

Doświadczenie 4

Zagotuj 0,5 l wody. Jedną łyżeczkę skrobi ziemniaczanej rozmieszaj z 20 ml zimnej wody i mieszaninę wlej do wrzątku – gotuj 10 min, intensywnie mieszając. Gdy ostygnie, przelej do pojemnika na mocz 70 ml zawiesiny i rozmieszaj z 10 kroplami jodyny (roztwór A). Rozgnieć pastylkę witaminy C i oddziel biały proszek uzyskany z wnętrza tabletki. Rozpuść jego szczyptę w 10 ml wody (roztwór B). Do szklanki dodaj strzykawką 10 kropli roztworu B i zalej 10 ml wody. Nową strzykawką dodawaj kroplami roztwór A do roztworu B – po dodaniu każdej porcji zamieszaj zawartość i oceń barwę (szklankę postaw na białej kartce). Ile mililitrów było potrzebne, aby roztwór pozostał granatowy? Powtórz doświadczenie – dokładnie wymyj szklankę, ale dodaj do 10 ml wody tylko 5 kropli roztworu B. Opcjonalnie – powtórz doświadczenie, wykorzystując roztwór B trzymany w temperaturze pokojowej przez dobę. Ze względu na różnorodność dostępnych preparatów witaminy C ilość proszku z pastylki i objętość wody potrzebnych do sporządzenia roztworu B można zoptymalizować we własnym zakresie.

Wyjaśnienie: Jod tworzy ze skrobią kompleks jodoskrobiowy o barwie granatowej. Witamina C jest reduktorem – przekształca jod cząsteczkowy do postaci bezbarwnych jonów jodkowych. Miareczkowanie kończy się, gdy zabraknie witaminy C do reakcji – dodanie kropli roztworu A sprawi, że cały roztwór stanie się jasnoniebieski – należy wtedy zanotować objętość i dodać jeszcze kroplę lub dwie (tzw. przemiareczkowanie), co upewnia nas, że rzeczywiście nie następuje już przekształcanie dodawanego jodu – barwa będzie wyraźnie granatowa. Im więcej witaminy C, tym więcej trzeba zużyć titranta – podwojenie jej objętości podwoi objętość odczynnika jodoskrobiowego. Ale witamina C jest w roztworach bardzo nietrwała – można zmierzyć, że jej zawartość po upływie doby jest nawet kilkukrotnie niższa niż po sporządzeniu świeżego roztworu.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

12 pojemników na mocz, 5 strzykawek, soda kaustyczna (udrożniacz do rur), mufa miedziana, ocet, cukier biały, woda utleniona, czerwona kapusta, jodyna, witamina C w tabletkach

Niewliczone w cenę: plastikowa łyżeczka, garnek, waga kuchenna, szklanka, okulary, odzież ochronna, rękawiczki

Czas przygotowania: 3 godz.

Koszt: 85 zł

***

Wiedza w pigułce

Analiza jakościowa i ilościowa przydają się np. do wykrywania toksyn w wodzie pitnej, oznaczania prawidłowego stężenia leku wchodzącego w skład tabletki

czy sprawdzenia jakości żywności. Istotne są tu charakterystyczne własności fizyczne lub chemiczne badanego składnika – waga, objętość, temperatura topnienia, specyficzna reaktywność z wybranymi odczynnikami, pochłanianie konkretnych długości fali światła w roztworze (kolorymetria). Gdy podobny wynik wywołuje kilka substancji, trzeba np. spleść kilka reakcji, a produkt jednej służy za reagent w kolejnej aż do uzyskania ostatecznego, łatwego do oznaczenia związku. Tak działają choćby testy paskowe do pomiaru zawartości glukozy w moczu. Intensywność zabarwienia odzwierciedla stężenie glukozy. Inną metodą analityczną są testy antygenowe do wykrywania hormonów ciążowych, wirusów czy pestycydów.

Ilościowe pomiary zapewnia m.in. miareczkowanie – roztwór o znanym stężeniu reagenta (titrant) miesza się małymi porcjami z badanym roztworem aż do wyczerpania zawartego w nim składnika, co najczęściej widoczne jest jako nagła zmiana barwy po dodaniu ostatniej porcji titranta. Przeliczenie proporcji stężenia titranta i objętości obu płynów pozwala określić stężenie badanej substancji. Odmianą miareczkowania są popularne w akwarystyce testy kropelkowe do oznaczania zawartości wybranych jonów. W laboratoriach techniki te są często zautomatyzowane – urządzenia precyzyjnie wykrywają zmianę zabarwienia lub napięcia między elektrodami zanurzonymi w badanym roztworze i zatrzymują dozowanie titranta.