1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΧΗΜΕΙΑΣ A' ΛΥΚΕΙΟΥ

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΧΗΜΕΙΑΣ A' ΛΥΚΕΙΟΥ "Μελετώντας το περιεχόμενο τού χυμού του πορτοκαλιού" Ομάδα μαθητών: 1. 2. 3. 4.

[2]

Βασικό ερευνητικό ερώτημα: Ποιες ουσίες περιέχονται στο φρέσκο χυμό πορτοκαλιού; Ποια είναι η περιεκτικότητα του φρέσκου χυμού πορτοκαλιού σε βιταμίνη C; Τα φρούτα, τα λαχανικά και οι χυμοί τους θεωρούνται τρόφιμα υψηλής θρεπτικής αξίας γιατί περιέχουν υδατάνθρακες (σάκχαρα), βιταμίνες (κυρίως βιταμίνη C), μέταλλα, αντιοξειδωτικά, φυτικές ίνες κ.ά. Οι χυμοί συνήθως, έχουν μια σχετικά ξινή γεύση επειδή περιέχουν διάφορα οργανικά οξέα, όπως το κιτρικό οξύ C 6 H 8 O 7 (πορτοκάλι, λεμόνι, μανταρίνι, γκρέιπ φρουτ, ντομάτα), το μηλικό οξύ C 4 H 6 O 5 (πράσινο μήλο, ντομάτα) κ.ά. Η βιταμίνη C (ασκορβικό οξύ, C 6 H 8 O 6 ) είναι μια υδατοδιαλυτή βιταμίνη, που ο ανθρώπινος οργανισμός δεν μπορεί να την παράγει και για αυτό χρειάζεται να την προμηθεύεται από τις τροφές. Η βιταμίνη C είναι ιδιαίτερα χρήσιμη αφού, μεταξύ άλλων, συμβάλλει: στην καταπολέμηση των μολύνσεων (δημιουργία αντισωμάτων, διέγερση των λευκών αιμοσφαιρίων). στην επούλωση των πληγών. στην ανάπτυξη του σώματος. στη σταθερότητα των αιμοφόρων αγγείων. στη σύνθεση του κολλαγόνου (απαραίτητο για υγιή οστά, δόντια, ούλα). στην εξουδετέρωση των ελευθέρων ριζών, οι οποίες αποτελούν τη βάση πολλών σοβαρών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου και των καρδιοπαθειών κ.ά. στην απορρόφηση του σιδήρου φυτικής προέλευσης. Τα περισσότερα φρούτα και λαχανικά περιέχουν σημαντικές ποσότητες βιταμίνης C, για παράδειγμα η πιπεριά, το μπρόκολο, το ακτινίδιο, η φράουλα, το πορτοκάλι, το λεμόνι, το μανταρίνι, το λάχανο, η τομάτα κ.ά. Στο χυμό πορτοκαλιού περιέχονται νερό (περίπου 85%), χρωστικές (όπως ανθοκυάνες), σάκχαρα (απλά σάκχαρα όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη), κιτρικό οξύ, αιθέρια έλαια, βιταμίνες (κυρίως βιταμίνη Α και βιταμίνη C). Με τη βοήθεια των πληροφοριών που δίνονται, των αντιδραστηρίων και των οργάνων που έχετε στη διάθεση σας θα πειραματιστείτε για να επιβεβαιώσετε ποια από τα παραπάνω συστατικά περιέχονται στο χυμό του πορτοκαλιού και ποια όχι. [3]

1. Διαχωρισμός του χυμού πορτοκαλιού από τα κουκούτσια και τους φλοιούς των κυψελίδων Διαθέσιμα όργανα και υλικά: Χυμός πορτοκαλιών, γυάλινο χωνί, κωνική φιάλη, διηθητικό χαρτί, ψαλίδι, ράβδος ανάδευσης. Εργαστηριακή δραστηριότητα: Να συζητήσετε στην ομάδα σας και να σχεδιάσετε την πορεία που θα ακολουθήσετε προκειμένου να διαχωρίσετε το χυμό από τα κουκούτσια και τους φλοιούς των κυψελίδων. Στη συνέχεια να εφαρμόσετε το σχεδιασμό σας, να περιγράψετε, πολύ σύντομα, πώς εργασθήκατε καθώς και τι διαφορές παρατηρείτε να έχει το διήθημα από τον αρχικό χυμό. 2. Ανίχνευση νερού στο χυμό πορτοκαλιών Χρήσιμες πληροφορίες: Για να διαπιστώσουμε αν ένα υγρό π.χ. χυμός πορτοκαλιών ή βενζίνη περιέχει νερό μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον άνυδρο θειικό χαλκό (CuSO 4 ). Αυτός έχει λευκό χρώμα και παρουσία νερού ενυδατώνεται και μετατρέπεται σε ένυδρο θειικό χαλκό (CuSO 4 5H 2 O), ο οποίος έχει μπλε χρώμα. Προσοχή! O ένυδρος θειικός χαλκός ή γαλαζόπετρα είναι τοξικός. Για το λόγο αυτό βρίσκει πολλές εφαρμογές π.χ. στη γεωργία χρησιμοποιείται σαν βακτηριοκτόνο. Διαθέσιμα όργανα και υλικά: Χυμός πορτοκαλιών, άνυδρος θειικός χαλκός, τρεις ύαλοι ωρολογίου, σταγονόμετρο, υδροβολέας με απιοντισμένο νερό, βενζίνη. Εργαστηριακή δραστηριότητα: Να σχεδιάσετε και να εκτελέσετε πείραμα για να διαπιστώσετε αν ο χυμός πορτοκαλιού και η βενζίνη περιέχουν νερό. Να υλοποιήσετε το πείραμα και να καταγράψετε τις παρατηρήσεις και τα συμπεράσματα σας....... [4]

3. Ανίχνευση γλυκόζης και φρουκτόζης στο χυμό πορτοκαλιών Χρήσιμες πληροφορίες: Για την ανίχνευση απλών σακχάρων στις τροφές, χρησιμοποιείται το διάλυμα Βενεδικτίνης (Benedict) ή το αντιδραστήριο Fehling. Το Benedict είναι ένα γαλαζωπό διάλυμα το οποίο περιέχει, ως βασικό συστατικό, θειικό χαλκό II (CuSO 4 ). Το διάλυμα Benedict όταν έλθει σε επαφή με απλά σάκχαρα, όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη, μετά από ολιγόλεπτη θέρμανση αντιδρά και δίνει προϊόντα που έχουν κεραμιδί χρώμα 1. Το αντιδραστήριο Fehling αποτελείται από το Fehling Α (διάλυμα CuSO 4 ) και το Fehling Β (διάλυμα ΝαΟΗ και τρυγικού καλιονατρίου KNaC 4 H 4 O 6 ). Και το αντιδραστήριο Fehling όταν αντιδρά με απλά σάκχαρα, μετά από ολιγόλεπτη θέρμανση, δίνει προϊόντα που έχουν κεραμιδί χρώμα. Διαθέσιμα όργανα και υλικά: Χυμός πορτοκαλιών, διάλυμα αλατιού, διάλυμα γλυκόζης, διάλυμα Benedict ή διάλυμα Fehling (Fehling A & Fehling B), στήριγμα με τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες, σταγονόμετρο, λύχνος με τρίποδα και πλέγμα, υδατόλουτρο και θερμόμετρο. Εργαστηριακή δραστηριότητα: Να σχεδιάσετε και να εκτελέσετε πείραμα για να διαπιστώσετε αν στον χυμό πορτοκαλιών και στο διάλυμα αλατιού περιέχονται απλά σάκχαρα όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη. Να πειραματιστείτε και να καταγράψετε τις παρατηρήσεις σας. Υπόδειξη: Να χρησιμοποιήσετε περίπου 2 ml από κάθε υγρό που έχετε στη διάθεση σας και 5mL από καθένα εκ των Fehling A και Fehling B. Για την θέρμανση των αντιδρώντων το υδατόλουτρο θα πρέπει να βρίσκεται σε θερμοκρασία περίπου 70-80 o C. Για να ολοκληρωθεί η αντίδραση θα απαιτηθούν 3-5 λεπτά. 1 Καστανέρυθρο ίζημα Cu 2 O. [5]

4. Ανίχνευση βιταμίνης C στο χυμό πορτοκαλιού Χρήσιμες πληροφορίες: Η βιταμίνη C (ασκορβικό οξύ: C 6 H 8 O 6 ) είναι αντιοξειδωτική (αναγωγική) ουσία. Έτσι, μια κατάλληλη μέθοδος για τον «ποσοτικό» (όχι με ακρίβεια) προσδιορισμό της συγκέντρωσης της είναι να χρησιμοποιήσουμε μια οξειδοαναγωγική ογκομέτρηση με διάλυμα ιωδίου (το Ι 2 είναι ισχυρό οξειδωτικό) (δεν χρησιμοποιούμε οξεοβασική ογκομέτρηση λόγω των επιπλέον οξέων που υπάρχουν στους χυμούς). Όταν σε ένα διάλυμα που περιέχει βιταμίνη C, προσθέσουμε σταδιακά (σταγόνα σταγόνα) διάλυμα ιωδίου, το ασκορβικό οξύ (C 6 H 8 O 6 ) οξειδώνεται σε δεϋδροασκορβικό οξύ (C 6 H 6 O 6 ) και το ιώδιο ανάγεται σε ιόντα ιωδίου (οξειδοαναγωγική αντίδραση). Για να αντιληφθούμε άμεσα το σημείο στο οποίο ολοκληρώθηκε η αντίδραση, δηλαδή καταναλώθηκε ολόκληρη η ποσότητα της βιταμίνης C χρησιμοποιούμε κατάλληλους δείκτες. Στην περίπτωση του προσδιορισμού της βιταμίνης C κατάλληλος δείκτης είναι το διάλυμα αμύλου. Με τη προσθήκη εκείνης της σταγόνας του διαλύματος ιωδίου (I 2 ) με την οποία αντιδρούν τα τελευταία ίχνη βιταμίνης C, δημιουργείται μια ελάχιστη περίσσεια του ιωδίου (Ι 2 ), η οποία θα αντιδράσει με το άμυλο σχηματίζοντας σύμπλοκο άλας ιωδίου με ιώδες (μωβ) χρώμα, δείχνοντας μας το τέλος της αντίδρασης. Θα πρέπει, επίσης, να ξέρουμε την ακριβή ποσοτική σχέση που ισχύει κατά την αντίδραση μεταξύ διαλύματος ιωδίου (I 2 ) και βιταμίνης C για να κάνουμε τους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς. Εάν δεν ξέρουμε τη χημική εξίσωση μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα πρότυπο διάλυμα βιταμίνης C, ως μάρτυρα. Δηλαδή, θα χρειαστούμε ένα διάλυμα βιταμίνης C γνωστής συγκέντρωσης (π.χ. διαλύοντας μια ταμπλέτα βιταμίνης C γνωστής περιεκτικότητας σε νερό). Αυτή η διαδικασία τιτλοδότησης είναι κατάλληλη για τον έλεγχο της ποσότητας της βιταμίνης C σε χυμούς φρούτων και λαχανικών κ.α. Το ποσό της βιταμίνης C θα είναι ανάλογο με την ποσότητα του διαλύματος ιωδίου που απαιτείται μέχρι την εμφάνιση του ιώδους χρώματος. Διαθέσιμα υλικά Δοχείο 1L Ποτήρια ζέσεως των 50 ml μια σύριγγα χωρίς τη βελόνα (για τη μέτρηση του όγκου) [6]

σταγονόμετρο στίφτης δισκία βιταμίνης C του 1 g. βάμμα ιωδίου 3,5% w/v ή διάλυμα Betadine (με περιεκτικότητα 1% w/v) άμυλο ή άνθος αραβοσίτου (περιέχει άμυλο) απιοντισμένο νερό πορτοκάλια και χυμό πορτοκαλιού εμπορίου (συσκευασμένο) Παρατήρηση: 1 σταγόνα 50 μl=0,05ml, άρα 20 σταγόνες 1 ml Εργαστηριακή δραστηριότητα A. Παρασκευή διαλύματος αμύλου με περιεκτικότητα 1% w/v (κατά προσέγγιση) i. Ζυγίζουμε 1 g αμύλου και το διαλύουμε σε 100 ml ζεστού απιονισμένου νερού και αναδεύουμε καλά. ii. Αν δεν υπάρχει άμυλο, προσθέτουμε ένα κουταλάκι 2 του γλυκού άνθος αραβοσίτου σε ένα ποτήρι ζεστού απιοντισμένου νερού, αναδεύουμε καλά και το αφήνουμε να κρυώσει. Στη συνέχεια λαμβάνουμε το υπερκείμενο διάλυμα σε άλλο δοχείο και πετάμε το ίζημα. B. Παρασκευή διαλύματος βάμματος ιωδίου i. Ζυγίζουμε 3,5 g μεταλλικό I 2 και 2,5 g KI και τα διαλύουμε σε μικρή ποσότητα αιθανόλης. Στη συνέχεια προσθέτουμε απιοντισμένο νερό μέχρι τα 100 ml. ii. Εναλλακτικά, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το Betadine. Γ. Παρασκευή πρότυπου διαλύματος βιταμίνης C με περιεκτικότητα 1mg/mL Διαλύουμε 1 ταμπλέτα βιταμίνης C των 1000 mg σε 1L απιοντισμένο νερό. Το διάλυμα έχει συγκέντρωση Βιταμίνης C = 1mg/mL. Δ. Ογκομέτρηση πρότυπου διαλύματος βιταμίνης C i. Σε ένα ποτήρι ζέσεως χωρητικότητας 50 ml βάζουμε 5 ml από το πρότυπο διάλυμα της βιταμίνης C (περιέχουν 5 mg βιταμίνης) και 5mL απιοντισμένο νερό. ii. Προσθέτουμε 5 σταγόνες διαλύματος αμύλου. iii. Με το σταγονόμετρο ή με σύριγγα προσθέτουμε σταγόνα σταγόνα το βάμμα ιωδίου (Betadine) και αναδεύουμε διαρκώς το μείγμα μέχρι να γίνει αισθητή η αλλαγή του χρώματος σε σκούρο ιώδες (μωβ). Η αλλαγή στο χρώμα να παραμένει περισσότερο από 20 δευτερόλεπτα. iv. Καταγράφουμε τον αριθμό των σταγόνων του βάμματος ιωδίου (Betadine) που προσθέσαμε για την οξείδωση όλης της ποσότητας της βιταμίνης C. v. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται με νέο δείγμα ίδιου όγκου προτύπου διαλύματος βιταμίνης C και καταγράφεται η νέα μέτρηση. vi. Υπολογίζεται ο μέσος όρος των δύο μετρήσεων 2 ένα κουταλάκι γλυκού = 5 ml [7]

Ε. Ογκομέτρηση δείγματος φρέσκου χυμού πορτοκαλιού και χυμού εμπορίου (πχ Amita) Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία που χρησιμοποιήσαμε για το πρότυπο διάλυμα βιταμίνης C χρησιμοποιώντας όμως αυτή τη φορά 5 ml φρεσκοστυμένο χυμό και 5mL χυμού εμπορίου, αντιστοίχως. Και εδώ θα γίνουν 2 μετρήσεις και θα υπολογιστεί ο μέσος όρος. Ζ. Υπολογισμοί Να καταγράψετε τα αποτελέσματα των ογκομετρήσεων που κάνατε. 1. Για την αντίδραση με το πρότυπο διάλυμα βιταμίνης C (1 mg/ml) χρειάσθηκαν: σταγόνες Πείραμα 1 ο Πείραμα 2 ο Μέσος όρος μετρήσεων 2. Για την αντίδραση με το χυμό πορτοκαλιού χρειάσθηκαν: σταγόνες Πείραμα 1 ο Πείραμα 2 ο Μέσος όρος μετρήσεων 3. Για την αντίδραση με την πορτοκαλάδα χωρίς ανθρακικό χρειάσθηκαν: σταγόνες Πείραμα 1 ο Πείραμα 2 ο Μέσος όρος μετρήσεων 4. Με βάση την ογκομέτρηση που κάνατε στο πρότυπο διάλυμα βιταμίνης C να υπολογίσετε η μία (1) σταγόνα από το διάλυμα ιωδίου (I 2 ) που σας δόθηκε με πόσα ακριβώς mg βιταμίνης C αντιδρά. 5. Να υπολογίσετε την περιεκτικότητα του χυμού του πορτοκαλιού και της μπλε πορτοκαλάδας σε βιταμίνη C σε mg / 100 ml (ή σε g / 100 ml). Αποτελέσματα: Φυσικός χυμός πορτοκαλιού Συσκευασμένος χυμός εμπορίου Περιεκτικότητα σε βιταμίνη C (σε mg/100ml ) [8]

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ α. Συμφωνεί η τιμή περιεκτικότητας σε βιταμίνη C που βρήκατε με την τιμή που αναγράφεται στη συσκευασία του χυμού σύμφωνα με την οποία η περιεκτικότητά του είναι 16 mg/ml βιταμίνης C σε 100 ml προϊόντος; β. Πώς δικαιολογείται τυχόν διαφορά στις δυο τιμές; γ. Οι συνιστώμενη ημερήσια δόση για τη βιταμίνη C είναι 70mg περίπου ανά ημέρα. Υπολογίστε τον όγκο από το χυμό πορτοκαλιού που ογκομετρήσατε που πρέπει να καταναλώσει κάποιος ώστε με αυτό να καλύψει την ημερήσια ανάγκη για βιταμίνη C. δ. Γιατί πρέπει να καταναλώνουμε το χυμό πορτοκαλιού αμέσως μετά το στύψιμο; ε. Γιατί πρέπει να προτιμούμε να καταναλώνουμε ωμά τα λαχανικά;... Πηγές: Μανδηλιώτης, Σ. και Χατζάρα, Σ., 2014. Ποσοτικός προσδιορισμός της βιταμίνης C: 2+1 όψεις του ίδιου πειράματος. Φυσικές Επιστήμες στην Εκπαίδευση, Τεύχος 5. Πρόταση Φύλλου Εργασίας για την εργαστηριακή άσκηση «Μελετώντας το περιεχόμενο τού χυμού του πορτοκαλιού» Χαραλαμπάτου Λιάνα, υπεύθυνη Ε.Κ.Φ.Ε. Νίκαιας Αποστολόπουλος Κωνσταντίνος, Σχολικός Σύμβουλος ΠΕ04, Π.Δ.Ε. Αττικής [9]