Tiedelimsa. KOHDERYHMÄ: Työ voidaan tehdä kaikenikäisien kanssa. Teorian laajuus riippuu ryhmän tasosta/iästä.

Transkriptio

1 KOHDERYHMÄ: Työ voidaan tehdä kaikenikäisien kanssa. Teorian laajuus riippuu ryhmän tasosta/iästä. KESTO: 15min 1h riippuen työn laajuudesta ja ryhmän koosta. MOTIVAATIO: Arkipäivän kemian ilmiöiden tarkastelu laboratoriossa. Miksi hiilidioksidi sitoutuu nesteeseen? Miten hiilidioksidi muuttaa veden ominaisuuksia? Miten hiilidioksidi vaikuttaa makujen aistimiseen? Ja monet muut kysymykset saavat vastauksia töiden aikana. Lopuksi oppilaat saavat juoda tekemänsä limsan. Vedestä saadaan hapotettua vettä lisäämällä siihen hiilidioksidia, mutta miten hiilidioksidi jää nesteeseen? TAVOITE: Arkipäiväisten kemian ilmiöiden ymmärtäminen ja kaasujen ominaisuuksien oppiminen. VINKKEJÄ: Työn laajuutta voi vaihdella. Työn voi tehdä esimerkiksi juuri ennen taukoa, jolloin oppilaat voivat nauttia tekemästään tiedelimsasta tauolla. AVAINSANAT: Kaasut ph Happamuus Arkikemia TAUSTAA Moni ihminen lapsista aikuisiin saakka on varmasti joskus pohtinut hiilidioksidiin liittyviä ilmiöitä limonadissa. Tässä työssä on käsitelty asiaa kemian näkökulmasta, hiilidioksidin sitoutumista veteen, hiilihapon muodostumista ja hajoamista takaisin hiilidioksidiksi. Työssä nähdään miten kaasun voi lisätä nesteeseen ja miten se muuttaa nesteen happamuutta ja makua. Aistimme hiilihapon mausta ja poreilusta ja näemme kuinka osa hiilihaposta poistuu hiilidioksidina hiljalleen vedestä. Tässä työssä opimme luontevasti myös hieman kemiaa näiden havaintojen tueksi. Oppilaat saavat itse lisätä limukoneella hiilidioksidia veteen. Tällöin he näkevät kaasupullon ja veden, sekä havaitsevat hyvin miten kaasua saadaan nesteeseen. Oppilaat pääsevät testaamaan limonadin makua ja vertaamaan sen muitakin ominaisuuksia hapottomaan veteen tai limonadiin. Samalla pohditaan yhdessä työhön liittyvää kemiaa. Tähän työohjeeseen on kasattu opettajaa varten usein pohdintaa herättäviä kysymyksiä vastauksineen, jotta niitä voidaan käydä oppilaiden kanssa läpi ja oppilaat oppivat työstä hiilidioksidin ominaisuuksia arkipäivän kontekstissa.

2 POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ Minkälainen aine hiilidioksidi on? Missä hiilidioksidia on? Mistä hiilidioksidia saadaan? TARVIKKEET Aqvia hiilihapotus laite (limukone) Täyttöpulloja Vettä CO 2 -kaasupullo mehu/makutiivisteitä TYÖTURVALLISUUS JA JÄTTEIDEN KÄSITTELY Työtä ei tehdä laboratoriossa! Mahdolliset jätteet voidaan kaataa viemäriin. TYÖOHJE Ohjaaja/opettaja näyttää ensin oppilaille CO 2 -kaasupullon ja asettaa sen limukoneeseen käyttöohjeiden mukaisesti. Samalla voidaan käsitellä hiilidioksidin ominaisuuksia.

3 Täyttöpullot täytetään vedellä (huomaa max. täyttökorkeus) ja yksi pullo asetetaan limukoneeseen kiertämällä se paikalleen. Hiilidioksidia lisätään nesteeseen painamalla 3-4 sekunnin ajan laitteen edessä olevaa vipua. Jos halutaan että useampi oppilas pääsee lisäämään hiilidioksidia, voi painalluksen keston lyhentää sekuntiin. Tällöin voi tehdä useampia painalluksia. Jokaisen painalluksen välissä on kuitenkin muistettava odottaa että ylimääräinen kaasu purkautuu nesteestä ja pullosta varoventtiilin kautta. Tehdään valmistetulle hiilihappovedelle makutesti. Jos kaasua ei ole vielä tarpeeksi, voidaan pulloa täyttää lisää asettamalla pullo takaisin laitteeseen. Kun vesi on hiilihapotettu ja pullo on irti laitteesta voi pulloon lisätä maku/mehutiivistettä ja sekoittaa tiivisteen laittamalla korkin ja kääntämällä pulloa varovasti 1-2 kertaa ylösalaisin. Tuote on valmis maisteltavaksi, haisteltavaksi ja havainnoitavaksi. Miten limukoneella valmistettu tuote eroaa ilman limukonetta valmistettuun tuotteeseen verrattuna (valmista myös vertailu)? Nyt voidaan tehdä testejä ja pohtia työhön liittyvää kemiaa.

4 Makutesti Valmista vertailunäyte, jossa ei ole hiilidioksidia. Maistuuko juoma samalle hiilihapollisena ja hiilihapottomana? Miksi? Eivät maistu. Ihmisen kieli pystyy aistimaan happamanmaun tunnistavien makunystyjensä avulla myös hiilidioksidin. Kielessä olevat entsyymit reagoivat hiilidioksidin kanssa ja kielellä syntyy makuaistimus. Tutkimuksissa on havaittu että, jos kyseinen entsyymi poistetaan, vähenee hiilidioksidin aistiminen merkittävästi. Kaikkia syitä hiilidioksidin maistamiseen ei kuitenkaan ole vielä tutkittu. Kummassa juomassa maut tulevat paremmin esiin? Miksi? Maut tulevat paremmin esiin hiilihapollisessa juomassa, sillä hiilihappo tekee juomasta happamampaa, jolloin juoman maut tulevat happamammassa paremmin esiin. (Tämä ilmiö havaitaan myös lisäämällä sitruunatiivistettä). Hiilidioksidin aiheuttama kupliminen aiheuttaa makujen paremman aistimisen, sillä myös hajuaisti osallistuu aivoissa makujen aistimiseen. ph-testaus Testaa nyt juomien happamuutta ph-paperin avulla. Tiedelimun ph Vertailu mehun ph Hapotetun veden ph Veden ph Mehutiiviste Vertaile ph paperilla saamiasi tuloksia, mikä oli happamin ja miksi? Tiedelimu oli happamin, sillä siinä on hiilihappoa ja mehutiiviste on myös hapanta. Entä vähiten hapan? Vesi on lähes neutraalia, joten se on tutkituista aineista vähiten hapan. Vesi on neutraali yhdiste.

5 Hiilidioksidin poisto Miten voisit poistaa hiilidioksidin mehustasi? Keksi kolme tapaa ja testaa niitä! Kolme tapaa: Keittäminen (mikrossa tai levyllä), ravistaminen, puhaltamalla juomaan pillillä ilmaa, kokeilemalla sekoittamista pilleillä. Millä tavalla hiilidioksidi poistui helpoiten? Entä mikä tapa oli hankalinta? Hiilidioksidi poistuu parhaiten ja helpoiten keittämällä. Miksi keittäminen poistaa hiilidioksidia? Keittämällä saadaan aikaan hiilihapotonta juomaa, koska lämpötilan nostaminen vähentää hiilihapon sitoutumista veteen ja hiilihappo hajoaa nopeasti hiilidioksidiksi ja vedeksi. Kun juoma on kiehunut hetken, on lähes kaikki hiilidioksidi poistunut nesteestä. Miksi ravistelemalla voidaan poistaa hiilidioksidia? Entä miksi saman voi tehdä puhaltamalla juomaan pillillä? Ravistelussa ja pillillä sekoittamisessa hiilidioksidin poistuminen perustuu kuplien helpompaan muodostumiseen. Ravistelun aikana pienet kuplat törmäilevät toisiinsa muodostaen isompia kuplia. Kupliminen taas itsessään lisää hiilihapon hajoamisprosessia, kun liikkeen määrä nesteessä kasvaa ja hiilihapon hajoamiseen johtavia törmäyksiä tapahtuu enemmän. (Pillillä puhaltelu lasiin)

6 POHDITTAVAKSI TYÖN JÄLKEEN Oletko koskaan miettinyt miksi limonadi kuplii tai miksi joidenkin mielestä limonadissa on hiilidioksidia ja toisten mielestä hiilihappoa? Onko se sama asia vai ei? Ei ole sama asia. Hiilidioksidi on normaalilämpötilassa (ja aina yli -78 C lämpötilassa) kaasu ja hiilihappo veteen liukeneva molekyyli/happo, joka syntyy veden ja hiilidioksidin välisestä reaktiosta. Veteen lisätään tässä työssä hiilidioksidia ja vedestä poistuukin hiilidioksidia, mutta vedessä hiilidioksidi muodostaa vesimolekyylin kanssa hiilihappoa. Vedestä saadaan hapotettua vettä lisäämällä siihen hiilidioksidia, mutta miten hiilidioksidi jää nesteeseen? Hiilidioksidi reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa, joka on vesiliukoinen yhdiste. Hiilihappo hajoaa vedessä kuitenkin pikkuhiljaa takaisin hiilidioksidiksi ja poistuu kaasumaisena aineena ilmaan. Miksi hiilihappo poistuu nesteestä ajan kanssa? Hiilihappo hajoaa hiilidioksidiksi, sillä se ei ole kovin pysyvä yhdiste vedessä. Hiilihapon hajoamista edistävät lämpötilan nosto, ulkoisen paineen aleneminen, sekä huokoisen pinnan läsnäolo (tällöin hajonnut hiilihappo pääsee kuplimaan helpommin ja hiilidioksidi vapautuu nopeammin). Kylmässä juomassa ja suljetus-

7 sa astiassa, jossa kaasunpaine on korkea, hiilihappo säilyy pitkiäkin aikoja hajoamatta hiilihapoksi. Miksi limonadi kuplii? Limonadi kuplii, koska hiilihappo hajoaa hiilidioksidiksi ja hiilidioksidi pääsee poistumaan nesteestä, kun kuplien koko on riittävän suuri. Hiilidioksidi poistuu kaasuna nesteestä ylöspäin, sillä kaasu on kevyempää kuin neste. Miksi limonadi kuohuu, kun pullo avataan? Limonadi kuohuu, koska hiilihappo hajoaa nopeasti hiilidioksidiksi paineen alentuessa nopeasti. Limupullossa voi olla 2-4 bar painetta, kun taas normaaliilmanpaine on n. 1 bar. Miksi kylmä juoma kuohuu vähemmän kuin lämmin? Kylmyys lisää hiilihapon sitoutumista ja tällöin hiilihappo hajoaa hitaammin hiilidioksidiksi, - eikä pullo kuohu.