Citronsyra i sura frukter

Transkript

1 Laboration Citronsyra i sura frukter Citronsyra används som surhetsreglerande medel och konserveringsmedel inom livsmedelsindustrin och betecknas då med koden E 0. Citronsyra används också som rengöringsmedel, i mediciner och näringstillskott m.m. Citronsyra är en trevärd karboxylsyra och innehåller därmed tre karboxylgrupper. Den räknas till de svaga syrorna även om den är ganska sur. Detta arbete är tvådelat och består av en mer teoretisk del med beräkningar (del 1) samt en experimentell del (del 2), vilken utgör själva laborationen där halten i olika safter bestäms genom titrering med en bas av känd koncentration. Del 1 kan med fördel göras i klassrummet innan övrig laborationsutrustning, för del 2, plockas fram. Del 1 Utrustning och kemikalier: Fruktsaft som innehåller t.ex. saft från citron, lime, apelsin och ananas Små rena plastbägare Gör så här: 1. Häll upp lite av de olika fruktsafterna i små glas och smaka på dem. Ordna dem enligt deras syrlighet och anteckna ordningen. 2. Tag reda på ns formel från litteraturen (eller från Internet) och beräkna molmassan för.. Ett 10 ml prov med ananassaft titrerades med 0,1 M -lösning. Titreringens ekvivalenspunkt uppnåddes då det åtgått 12,8 ml av -lösningen. a) Beräkna substansmängden av -lösningen. b) Beräkna ns substansmängd. c) Beräkna massan i 10 ml ananassaft. d) Syrans koncentration i safterna anges vanligen som mängden syra i gram per 100 ml saft. Vilken är ns koncentration i ananassaften?

2 Del 2 Utrustning och kemikalier Fruktsaft som innehåller t.ex. saft från citron, lime, apelsin och ananas 1 M 0,1 % fenolftalein 100 ml E-kolvar (en för varje saftprov) 50 ml glasbyrett med kran mätglas eller mätpipett bägare (slaskkärl) stativ klämmare dubbelmuff glastratt magnetomrörare och magnet Säkerhet Smaka inte på någonting då laborationsutrustning och natriumhydroxid finns i närheten! Natriumhydroxidlösningen är frätande och man ska därför undvika att få stänk av den på huden. Fruktsaften kan vara irriterande om den hamnar i ögonen. Utförande 1. Överför 20 ml av de olika saftsorterna i varsin E-kolv och tillsätt 20 droppar fenolftalein i varje kolv. Om saften innehåller mycket fruktkött bör den filtreras före. 2. Fixera byretten i lodrätt läge med hjälp av stativ, klämmare och dubbelmuff. Ställ en bägare under byretten och skölj byretten genom att låta ca 5 ml natriumhydroxid rinna genom den ner i bägaren.. Stäng därefter byrettens kran och fyll byretten med ca 50 ml natriumhydroxid. Se till att det inte finns luftbubblor kvar i byretten. Avläs mängden natriumhydroxid i byretten och anteckna detta som startvärde för titreringen. 4. Lägg en magnetstav i den första E- kolven, ställ kolven på magnetomröraren och placera byretten ovanför e-kolven. Har man ingen magnetomrörare kan man istället röra om genom att försiktigt skaka E-kolven efter varje tillsats av natriumhydroxid. 5. Starta omrörningen, öppna byrettens kran och tillsätt natriumhydroxid droppvis i E- kolven. Stäng kranen då den röda färgen i saften blir kvar i minst 20 s. Omslaget kan ske vid tillsats av en droppe natriumhydroxid så det gäller att vara försiktig med tillsatsen av natriumhydroxid i närheten av omslagspunkten. 6. Avläs volymen vid titreringens slutpunkt på byretten. Den volym natriumhydroxid som totalt gått åt för att neutralisera n i saften är differensen mellan de värden som man avläser på byretten vid titreringens början och slut.

3 7. Genomför titreringen på motsvarande sätt för de övriga fruktsafterna. Fyll på byretten så att den alltid innehåller minst 0 ml natriumhydroxid vid titreringens början. Kom ihåg att safterna är olika sura och åtgången av natriumhydroxid varierar från prov till prov. 8. Beräkna mängden i de olika fruktsafterna och jämför de olika safterna med varandra. Motsvarar ordningsföljden gällande mängden i safterna din egen bedömning av safternas surhet då du smakade på dem? Avfallshantering Den neutraliserade saften kan hällas i vasken. -lösning som blir kvar i byretten kan neutraliseras eller spädas med mycket vatten och hällas i vasken. Om det finns speciella kärl avsedda för syror och baser ska baslösningen förstås hällas dit.

4 Lärarmaterial Gjort av: Jenny Rönnqvist Bodil Holmström Laborationens mål Eleverna får lära sig att undersöka organiska föreningars egenskaper och reaktioner och får dessutom bekanta sig med analysmetoder och hur man gör lösningar. Arbetet är tvådelat och består av en mer teoretisk del med beräkningar (del 1) samt en experimentell del (del 2), vilken utgör själva laborationen där halten i olika safter bestäms genom titrering med en bas av känd koncentration. I appendix i slutet av lärarmaterialet finns beskrivningar på hur lösningar som används i laborationen bereds. Begrepp Titrering Neutralisation Trevärd syra Karboxylsyra Indikator Teori Citronsyra är en trevärd karboxylsyra, den innehåller alltså tre karboxylgrupper. Den räknas till de svaga syrorna även om den är ganska sur med följande syrakonstanter pk a1 =,15, pk a2 = 4,77 och pk a = 6,40 för den första, andra och tredje protoniseringen. Citronsyra används som surhetsreglerande medel och konserveringsmedel inom livsmedelsindustrin och betecknas då ofta med koden E 0. Citronsyra används också bl.a. som rengöringsmedel och i mediciner och näringstillskott. I vattenlösningar av syror finns H O + och av baser OH - i överskott. I en neutralisationsreaktion mellan en syra och en bas reagerar oxoniumjoner och hydroxidjoner och bildar vatten: H O + + OH - 2 H 2 O Förutom vatten bildas det också ett salt vid neutralisation vilket ger den allmänna totalreaktionen syra + bas salt + vatten När neutraliseras fullständigt med natriumhydroxid är reaktionen följande: (tri)natriumcitrat Citronsyra är en svag syra medan natriumhydroxid är en stark bas. Vid reaktionen mellan dem bildas saltet (tri)natriumcitrat som är svagt basiskt eftersom ns korresponderande bas är en starkare bas än vatten. Detta gör att ekvivalenspunkten för neutralisationsreaktionen

5 inte ligger vid ph = 7 utan närmare ph = 8,5 och den kan därför detekteras med hjälp av indikatorn fenolftalein, vars färgomslag sker vid ph = 8,-10,0. En syra-basindikator är en svag protolyt vars sura form HIn och korresponderande bas In - har olika färg. Hos fenolftalein sker övergången från färglös (sur form) till röd (basisk form) när ph ligger mellan 8, och 10,0. Del 1 Resultat och beräkningar 1. Syrligheten i saften ordnas enligt: citron-, lime-, apelsin- och ananassaft, där citronsaften är surast och ananassaften minst sur. 2. Molekylformeln för n är C 6 H 8 O 7 och dess molmassa är 192,1 g/mol.. Vid jämvikt: HOOC-CH 2 -C(OH)(COOH)-CH 2 -COOH + HOC(CH) 2 (COONa) + H 2 O Del 2 a) n c V mol = = 0,1 l 0,0128l = 0, mol 1 1 b) ncitr. syra = n = 0,00128 mol = 0, mol = 0, 426 mmol c) n citr. syra = 0,426 mmol/10 ml saft d) m = n M = 0,426 mmol 192,1 mg mmol 81,8 mg / 10 ml saft citr. syra citr. syra citr. syra m = 0,0818 g 10 0,818 g / ml saft citr. syra = 100 Säkerhet och avfallshantering Natriumhydroxidlösningen är frätande och man ska därför undvika att få stänk av den på huden. Fruktsaften kan vara irriterande om den hamnar i ögonen. Den neutraliserade saften kan hällas i vasken. -lösning som blir kvar i byretten kan neutraliseras och hällas i vasken eller hällas i vasken med mycket vatten. Om det finns speciella kärl avsedda för syror och baser kan baslösningen förstås hällas dit. Resultat och beräkningar Den volym natriumhydroxid som gick åt för att neutralisera respektive saft, märket på den saft vi använde och resultaten för alla beräkningar finns i tabellen nedan. Exempel på hur beräkningarna gjordes: Substansmängden natriumhydroxid som gick åt för 20 ml t.ex. ananassaft beräknades med formeln

6 mol n ( ananas) = c V (ananas) = 1 l 0,0018l = 0,0018 mol = 1, 8 mmol Substansmängden i 20 ml ananassaft var då ncitr syra (ananas) 1 1. = n (ananas) = 0,0018 mol = 0,00060 mol = 0, 60 mmol Massan i 20 ml ananassaft var m (ananas) = n (ananas) M = 0,60 mmol 192,1 mg mmol 115mg / 20 ml saft Koncentrationen i ananassaften mätt i g / 100ml saft var därmed 5 m (ananas) = mg = 0,58 g /100 ml saft Frukt Saftens märke (samtliga 100% juice) V [ml] n [mmol] n [mmol] m c [g /100 ml] ananas Marli osötad natur ananas 1,8 1,8 0, mg 0,58 apelsin Valio osötad 2,4 2,4 0, mg 0,77 lime ReaLime 15,9 15,9 5, 1,02 g 5,1 citron ReaLemon 17,0 17,0 5,67 1,09 g 5,5 Slutsatser och diskussion Safternas koncentration av visade sig ha samma inbördes ordning som vi förutspådde i del 1. Beräkningen av i del 1 var 0,82 g/100 ml saft, medan motsvarande värde 0,58 g/100 ml är något lägre. Den här lilla variationen kan bra bero på olika tillverkare av ananassaft.

7 Appendix Beredning av lösningar 500 ml 1 M Väg upp 20,0 g fast, lös upp i destillerat vatten och späd i mätflaska till 500 ml. Obs! Irriterande ångor och värme utvecklas när löser sig i vatten. Beräkningar: m() = cvm = 1 mol/l 0,5 l (22, ,00 + 1,008)g/mol 20,0 g 0,1% fenolftalein Väg upp 0,1 g fenolftaleinpulver, lös pulvret i 70 ml etanol och tillsätt 0 ml destillerat vatten. Recept på indikatorlösningar och några baslösningar finns i Informationsbrev nr 9 ( ) från Kemididaktiskt resurscentrum på adressen När och för vem? Laborationen passar för elever som behärskar koncentrationsberäkningar och som har åtminstone grundläggande kunskaper om syror och baser. Eventuellt kan laborationen i lite förenklad form användas i kurs 1 i gymnasiet men mest ger den nog i kurs 5 när eleverna behandlar teorin för syror och baser mer ingående. Att tänka på Om fruktsaften som undersöks är gul kommer den röda nyansen i kolvarna efter omslag att vara en annan än den man oftast får när man använder fenolftalein. Vill man öva mera på kvantitativ analys kan man göra två eller tre titreringar av lika stora prover av varje saftsort och beräkna halten som ett medeltal av titreringarna. Man kan uppskatta åtgången av genom att före titreringen mäta upp 5 ml saft, tillsätta några droppar fenolftalein och därefter med pipett tillföra 1 ml i taget tills färgomslag sker. Alternativ Om eleverna har utfört titreringar tidigare och behärskar sådana, kan det fungera bra att göra laborationen som en öppen laboration. En laborationsbeskrivning som ser ut som följande kunde då användas: Vilken fruktsaft är hälsosammast att dricka för tändernas skull? Hur sura är olika fruktsafter? Hur mycket innehåller de olika safterna? Planera en laboration där du tar reda på svaret på dessa frågor. Använd först smaksinnet för att försöka svara på frågorna och undersök sedan safterna noggrannare laborativt. Tips! Du har 1 M till ditt förfogande. Källor: Laborationsbeskrivning från Bilder från