Σχέδιο Τίτλος: Έρευνα για τον χυμό Φρούτων: Διαπίστωση για τη συγκέντρωση βιταμίνης C στο χυμό φρούτων Θέμα: Έρευνα για τον χυμό Φρούτων: Διαπίστωση για τη συγκέντρωση βιταμίνης C στο χυμό φρούτων Διάρκεια: 90 λεπτά (2 μαθήματα) Ηλικία: 15 16 χρονών Διαφοροποίηση: Με πιο ικανούς μαθητές, μπορεί να συζητηθεί η αναγκαία ημερήσια πρόσληψη βιταμίνης C και κατά πόσο αυτή πληρώνεται με τη κατανάλωση είτε φρέσκου χυμού ή χυμού που βρίσκεται στο εμπόριο Οι μαθητές που τελειώνουν μπορούν να συνεχίσουν με την άσκηση προέκτασης. Οδηγίες, στήριξη από ICT.: Στους μαθητές γίνεται μια παρουσίαση της δραστηριότητας και του εξοπλισμού που απαιτείται για τη δραστηριότητα αυτή. Δεδομένου ότι τα αποτελέσματα της δραστηριότητας δεν είναι γνωστά εκ των προτέρων, θα πρέπει να γίνει μια ομαδική συζήτηση. Γίνεται ανάλυση των αποτελεσμάτων και συζήτηση σε ομάδες των 2-3 ατόμων. Σε περίπτωση έλλειψης του απαραίτητου εξοπλισμού, ο δάσκαλος καλείται να παρουσιάσει διάφορες έρευνες για την ογκομετρική μέτρηση του χυμό. 1
Σχέδιο Απαραίτητος Εξοπλισμός: ζυγαριές γυάλινο δοχείο δοχείο μέτρησης 250 ml κωνικά δοχεία για ογκομετρική μέτρηση δοχεία δοσομέτρησης σταγονόμετρο(pipettes) δοχείο με αποσταγμένο νερό Βιβλία Φύλλο εργασίας Αντιδραστήρες(Reagents): 0,01 M I 3 διάλυμα (0,63 g I 2 and 1,00 g KJ αραιώνεται με περίπου 200 ml αποσταγμένο νερό, το οποίο ρίχνεται σε δοχείο 250 ml 1 % διάλυμα άμυλου Φρέσκος χυμός ή χυμός του εμπορίου Απαραίτητη Γνώση: Όρος Βιταμίνη, μοριακή συγκέντρωση Κλάσματα, αναλογία, υπολογισμός ποσοστών Υγεία και Ασφάλεια: Προσεκτική χρήση του εξοπλισμού και των διαλυμάτων. Στόχοι για αυτή τη δραστηριότητα: Οι μαθητές Θα κατανοήσουν τη έννοια του όρου βιταμίνη και τη σημασία της στην καθημερινή διατροφή. Θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα υλικά και τα εργαλεία σύμφωνα με τις οδηγίες Θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη μέθοδο της ιδιομετρικής ογκομέτρησης. Οι περισσότεροι μαθητές Θα μπορούν να μετρήσουν τη μοριακή συγκέντρωση του διαλύματος. Θα μπορούν να μετρήσουν τη συγκέντρωση της βιταμίνης C στον χυμό. Ορισμένοι μαθητές Θα είναι σε θέση να υπολογίσουν το μέσο τετραγωνικό σφάλμα των μετρήσεων. Θα είναι σε θέση να υπολογίσουν το σφάλμα της ογκομετρικής μέτρησης Θα είναι σε θέση να αξιολογήσουν την ακρίβεια του αποτελέσματος. 2
Σχέδιο Περιγραφή Μαθήματος Αρχική Δραστηριότητα Οι μαθητές εισέρχονται στην τάξη και τοποθετούν τα παλτά και τις τσάντες τους. Οι μαθητές καλούνται να ανατρέξουν στις μαθηματικές γνώσεις που έχουν για τα κλάσματα(αναλογία), τον υπολογισμό ποσοστών και τον υπολογισμό σφάλματος. Οι μαθητές καλούνται να αναγνωρίσουν τον όρο βιταμίνη και τη σημασία της βιταμίνης και των μεταλλικών στοιχείων στην καθημερινή τους διατροφή. Καλούνται επίσης να αναγνωρίσουν διάφορες πηγές βιταμίνης C. Κύρια Δραστηριότητα Οι μαθητές ξεκινούν με το φύλλο εργασίας Διαπίστωση της συγκέντρωσης της Βιταμίνης C στο χυμό φρούτων, ενώ τους δίνονται και κάποιες επεξηγήσεις. Οι μαθητές σε ομάδες των 2-3 ατόμων καλούνται να μετρήσουν τον όγκο του χυμού. Σε περίπτωση απουσίας του απαραίτητου εξοπλισμού, ο δάσκαλος καλείται να επεξηγήσει τη διαδικασία ογκομέτρησης.: Πλύσιμο του γυάλινου σωλήνα με ιώδιο. Ο σωλήνας γεμίζεται με 25 ml; Χύσιμο 20 ml χυμού σε μεγάλο κωνικό δοχείο Χύσιμο 20 ml αποσταγμένου νερού 5 σταγόνες 3 M HCl; 10 σταγόνες διαλύματος άμυλου; Το διάλυμα ιωδίου προστίθεται σταδιακά και μέχρι το υγρό να γίνει μπλε.; Κατά τη διάρκεια της ογκομετρικής ανάλυσης θα πρέπει να ανακατεύεται το μείγμα συνεχώς Μέτρηση του διαλύματος ιωδίου Ογκομετρική ανάλυση όλων των χυμών;. Προέκταση της δραστηριότητας Οι μαθητές καλούνται να αναγνωρίσουν τυχόν προβλήματα που μπορεί να προκύψουν με το σχέδιο του πειράματος και να προτείνουν τρόπους βελτίωσης. Φύλλο Εργασίας Οι μαθητές καλούνται να συμπληρώσουν το φύλλο εργασίας τους ατομικά καθώς επίσης και να καταγράψουν τα αποτελέσματά τους, να συμπληρώσουν το πίνακα δεδομένων σύμφωνα 3
Σχέδιο με το νόμο της ισοδυναμίας, να υπολογίσουν τη συγκέντρωση της βιταμίνης C και να συγκρίνουν τη συγκέντρωση της βιταμίνης C σε διαφορετικούς χυμούς φρούτων. Οι πιο ικανοί μαθητές μπορούν να υπολογίσουν το σφάλμα του μέσου όρου και το σφάλμα της ογκομετρικής μέτρησης και στη συνέχεια να καταγράψουν και να αναλύσουν τα αποτελέσματά τους. Δραστηριότητα Προέκτασης Όσοι μαθητές τελειώσουν γρήγορα τη άσκηση μπορούν να εργαστούν στη δραστηριότητα επέκτασης(διαπίστωση της συγκέντρωσης της βιταμίνης C στο χυμό φρούτων). Τελική Δραστηριότητα Οι μαθητές καλούνται να αναλογιστούν τη διαδικασία που έλαβε χώρα καθώς επίσης και κατά πόσο υπήρξαν κάποια περίεργα αποτελέσματα. Οι μαθητές καλούνται να προβούν συμπεράσματα για τη συγκέντρωση βιταμίνης C σε διάφορους χυμούς φρούτων αλλά και να συγκρίνουν τη συγκέντρωση της βιταμίνης C στο φρέσκο χυμό σε σχέση με το χυμό που βρίσκεται στο εμπόριο. Με πιο ικανούς μαθητές, μπορεί να συζητηθεί η αναγκαία ημερήσια πρόσληψη βιταμίνης C και κατά πόσο αυτή πληρείται με τη κατανάλωση είτε φρέσκου χυμού ή χυμού που βρίσκεται στο εμπόριο. 4
Φύλλο Εργασίας Έρευνα για τη συγκέντρωση της βιταμίνης C στο χυμό των φρούτων Οι χυμοί φρούτων και λαχανικών παράγονται από ώριμα φρούτα, μούρα και λαχανικά. Το πιο πολύτιμο μέρος του χυμού είναι ο πολτός, επειδή όλες οι ίνες κυτταρίνης βρίσκονται σε αυτό. Ο χυμός που παράγεται μπορεί να καταναλωθεί φρέσκος, δηλαδή δεν χρειάζεται να βράσει ή να παστεριωθεί αφού σε διαφορετική περίπτωση όλα τα ένζυμα και ένα μέρος των βιταμινών θα καταστραφούν. Ο χυμός με την προσθήκη ζάχαρης είναι μικρότερης διατροφικής αξίας. Ο χυμός εμπεριέχει συστατικά απαραίτητα για το σώμα όπως ποσότητα βιταμίνης C, κάλιο, ιόντα ασβεστίου, και μικρές ποσότητες σιδήρου, χαλκού, μαγγανίου, κοβαλτίου, ψευδαργύρου, ιόντα νικελίου. Οι χυμοί φρούτων έχουν έως και 30% αληθινό χυμό φρούτων, π.χ., στο χυμό σταφύλι υπάρχει 6%, λεμόνι -περίπου το 10% του χυμού. Οι χυμοί αυτοί είναι πολύ διαδεδομένοι, επειδή είναι φθηνότεροι. Η ίνα κυτταρίνης, που είναι το κυριότερο συστατικό στα λαχανικά και τα φρούτα, επηρεάζει τη απορρόφηση λίπους, μειώνει το επίπεδο της χοληστερόλης στο αίμα ενώ βοηθά και στην αφαίρεση των δηλητηριώδη συστατικών που βρίσκονται στο σώμα μας. Το κάλιο βοηθά στην ρύθμιση των νεύρων, τη μυϊκή δραστηριότητα και στην καλή ισορροπία του νερού στα κύτταρα. Η σωστή ημερήσια δόση καλίου είναι τα 2000 mg. Το κάλιο είναι το κύριο συστατικό των οστών και των δοντιών, π.χ. το κιτρικό κάλιο βοηθά στην ενίσχυση των οστών, ενώ παίζει μεγάλο ρόλο στην μετάδοση των νευρικών ωθήσεων για νευρώσεις και τους μυς της καρδιάς. Επίσης, είναι σημαντικό στην σωστή πήξη του αίματος. Η βιταμίνη C, το ασκορβικό οξύ (C6H8O6), είναι μία από τις πιο ασταθείς υδατοδιαλυτές βιταμίνες. Η επαφή με το οξυγόνο προκαλεί οξείδωση, ενώ επηρεάζεται από τη αλλαγή της θερμοκρασίας, και ως εκ τούτου ο χυμός αλλοιώνεται εάν επηρεαστεί από τη θερμοκρασία. Τα κύτταρα όλων σχεδόν των θηλαστικών μπορούν να συνθέσουν βιταμίνη C, εκτός από τα ανθρώπινα κύτταρα, έτσι, οι άνθρωποι θα πρέπει να καταναλώσουν τροφές που να εμπεριέχουν τη βιταμίνη C. Η βιταμίνη C βρίσκεται σε όλα τα υγρά του οργανισμού και τα κύτταρα, ωστόσο, δεν αποθηκεύεται στον οργανισμό, και η περίσσεια απορρίπτεται από τον οργανισμό με τα ούρα. Η βιταμίνη C είναι επίσης σημαντική στις συν ζυμώσεις και ως αντιοξειδωτικό, λαμβάνει μέρος στη σύνθεση του κολλαγόνου, το φλοιό των επινεφριδίων, στεροειδών ορμονών και άλλων σύνθετων ορμονών. Τυχόν ανεπάρκεια βιταμίνης C στον οργανισμό μπορεί να προκαλέσει αύξηση στην ευθραυστότητα των αιμοφόρων αγγείων, αλλαγές στον ιστό των οστών, χαλαρότητα των δοντιών και κίνδυνος πτώσης τους, δυσλειτουργία της καρδιάς ή και αναιμία. Η ημερήσια δόση της βιταμίνης C είναι τα 75-100 mg. Η συγκέντρωση της βιταμίνης C μπορεί να μετρηθεί με τη μέθοδο της ογκομετρικής μέτρησης η οποία πορκαλεί οξείδωση με τη χρήση διαλύματος ιωδίου. Το μοριακό ιώδιο διαλύεται σε νερό (μόνο σε 1,3 10 3 M 20 o C θερμοκρασία. Το 0,05 M I 3 διάλυμα γίνεται με τη διάκυση 0,12 mol KI και 0,05 mol I 2 σε ένα λίτρο νερού. Το άμυλο χρησιμοποιείται ως δείκτης κατά την εκτέλεση της ογκομετρικής μέτρησης σε διάλυμα ιωδίου. Αν δεν υπάρχουν άλλοι συνδυασμοί χρωμάτων στο διάλυμα ιωδίου, μπορεί κανείς να δει το χρώμα του ιωδίου ακόμη και σε μία συγκέντρωση τουλάχιστον ~ 5 μμ. Το άμυλο I 3 προστίθεται στην αρχή της ογκομετρικής μέτρησης ενώ με την πρόσθεση του η ακρίβεια των αποτελεσμάτων μεγιστοποιείται εώς και δέκα φορές. Η προσθήκη του άμυλου I 3 μετατρέπει το διάλυμα σε σκούρο μπλε, ενώ η πολύπλοκη αντίδραση του ιώδιου και του άμυλου εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Η αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος από 25 o C μέχρι και 50 o C,, μπορεί να μειώσει την ένταση του το χρώματος μέχρι και δέκα φορές. Για καλύτερα αποτελέσματα, συνιστάται η ψύξη του διαλύματος σε παγωμένο νερό. 5
Φύλλο Εργασίας Το διάλυμα I 3 επιτυγχάνεται με τη διάλυση του στερεού I 2 σε ένα διάλυμα KI. Όπως και στη διαδικασία της ζύγισης, το ιώδιο θα εξατμιστεί λίγο, και θα πρέπει να συμπληρωθεί από το διάλυμα Na 2 S 2 O 3. Το διάλυμα αποτελείται από ένα διαλύτη και μιας διαλυμένης ουσίας. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά ενός διαλύματος είναι η συγκέντρωσή του, που δείχνει τη διαλυμένη μάζα και την ποσότητα της ουσίας, που υπάρχουν σε μια ορισμένη μάζα ή ικανότητα ενός διαλύματος ή ενός διαλύτη. Η μοριακή συγκέντρωση δείχνει, πόσα μόρια της διαλυμένης ουσίας είναι διαλυμένα σε ένα λίτρο διαλύματος: C M = V n, mol/l; Το n δείχνει τον αριθμό των μόριων στο διάλυμα; V δείχνει τη χωρητικότητα του διαλύματος σε λίτρα. Ή C M m1 M V, mol/l; Όπου m 1 είναι η μάζα του διαλύματος; M είναι η μάζα των μορίων του διαλύματος; V είναι η χωρητικότητα του διαλύματος. Αντί για το mol/l χρησιμοποιούμε το γράμμα M. Τα διαλύματα που εμπεριέχουν στο ένα λίτρο 0,1; 0,01 μόρια ουσίας, αποκαλούνται decimoles και centimoles. Για να περιγράψεις τη συγκέντρωση του διαλύματος χρησιμοποιείς το ppm κάθε εκατομμύριο. 1 ppm = 1 mg/l. Συχνά, από πυκνά διαλύματα θα πρέπει κανείς να κάνει διαλύματα μικρότερης συγκέντρωσης. Σε τέτοιες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται ο πιο κάτω κανόνας αραίωσης: C1 V1 C2 V2, Όπου C 1 και V 1 είναι η μοριακή συγκέντρωση και χωρητικότητα του συμπυκνωμένου διαλύματος C 2 και V 2 είναι η μοριακή συγκέντρωση και χωρητικότητα του αραιωμένου διαλύματος Αν οι συγκεντρώσεις διαλύματος εκφράζονται ανά μάζα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο πιο κάτω τύπος για τον υπολογισμό του: C 1 V1 1 C2 V2 2, Όπου C 1, V 1, 1 συγκέντρωση, χωρητικότητα και πυκνότητα ενός συμπυκνωμένου διαλύματος C 2, V 2, 2 συγκέντρωση, χωρητικότητα και πυκνότητα ενός αραιωμένου διαλύματος Ερωτήσεις Απαντήσεις 1. Ποιες σημαντικές ουσίες για το σώμα βρίσκονται στα φρούτα και τα λαχανικά; 6
Φύλλο Εργασίας 2. Γιατί είναι σημαντικό το κάλλιο για το ανθρώπινο σώμα 3. Γιατί είναι σημαντικό το ασβέστιο για το ανθρώπινο σώμα. 4. Γιατί είναι σημαντική η βιταμίνη C για το ανθρώπινο σώμα 5. 0,45 mol του καρβαμικού (27 g) διαλύεται σε 1 λίτρο αποσταγμένου νερού. Ποιά είναι η μοριακή συγκέντρωση του διαλύματος; 7
Φύλλο Απαντήσεων Έρευνα για τη συγκέντρωση της βιταμίνης C στο χυμό των φρούτων Απαντήσεις Εισάγετε τα δεδομένα της ογκομετρικής μέτρησης του χυμού στο πίνακα 1. Πίνακας 1 Χυμός Χωρητικότητα διαλύματος του τιτλοδοτημένου ιωδίου I II III Μ.Ο., τιτλοδοτημένο, τιτλοδοτημένο, τιτλοδοτημένο, V, ml V I, ml V II, ml V III, ml Μέτρηση της συγκέντρωσης της βιταμίνης C χυμό Η συγκέντρωση της βιταμίνης C υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο της ισοδυναμίας, που εκφράζεται σε mol/l. V 1 C 1 = V 2 C 2 ; Όπου V 1 η χωρητικότητα του διαλύματος ιωδίου, V 2 η χωρητικότητα του χυμού για ογκομετρική μέτρηση, C 1 η μοριακή συγκέντρωση του διαλύματος του ιωδίου, C 2 η μοριακή συγκέντρωση της βιταμίνης C στο χυμό. V1 C1 C2. V2 Η συγκέντρωση της βιταμίνης C, υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο της ισοδυναμίας, που εκφράζεται σε mol/l. Στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιούνται - mg/100 ml. Υπολογίστε τη συγκέντρωση της βιταμίνης C σε μονάδες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων mg/100 ml χυμού. Γράψτε τα αποτελέσματα των υπολογισμών σας στον πίνακα 2. Πίνακας 2 Συγκέντρωση βιταμίνης C στο χυμό Χυμός Συγκέντρωση βιταμίνης C mol/l Συγκέντρωση βιταμίνης C mg/100 ml 8
Φύλλο Απαντήσεων 9
Φύλλο Απαντήσεων Αποτελέσματα Συγκρίνετε τη συγκέντρωση της βιταμίνης C σε διαφορετικούς χυμούς.... Συγκρίνετε τη συγκέντρωση της βιταμίνης C στον φρέσκο χυμό και το συμπυκνωμένο.... Πόσος χυμός χρειάζεται για να καλυφθούν οι ανάγκες για την ημερήσια συνιστώσα δόση.... Συγκρίνετε τα αποτελέσματα σας με τα αποτελέσματα της έρευνας.... 10
Extension ΈΡΕΥΝΑ ΓΙΑ ΤΟ ΧΥΜΌ ΦΡΟΎΤΩΝ Στο μάθημα της χημείας, οι μαθητές ανέλυσαν τη συγκέντρωση του ion Ca 2+ σε διάφορους χυμούς φρούτων. Η συγκέντρωση των ιόντων ασβεστίου στο διάλυμα υπολογίστηκε σε ppm(parts per million). Τα αποτελέσματα από το πείραμα παρουσιάζονται στον πίνακα 1. Μπορείτε να παρουσιάσετε τη συγκέντρωση των θρεπτικών ουσιών σε mg/100ml. Συμπληρώστε τον πίνακα, αφού υπολογίσετε τη συγκέντρωση Ca 2+ σε mg/100 ml χυμού, αφού 1 ppm = 1 mg/l. Πίνακας 1 Χυμός Συγκέντρωση Ca 2+ στο χυμό ανα ppm Συγκέντρωση Ca 2+ στο χυμό mg/100 ml Φρέσκος χυμός πορτοκάλι 44 CIDO χυμός πορτοκάλι 34,8 Φρέσκος χυμός μήλου 23,6 ELMENHORSTER μήλου χυμός 25,6 Συγκρίνετε τη συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου στο φρεσκοστυμμένο χυμό και το χυμό από τα καταστήματα. Υπολογίστε τη ποσότητα χυμού που θα πρέπει να καταναλωθεί για την σωστή ημερήσια συνιστώμενη δόση Ca 2+. 11