iilidioksidista hiilihappoon, -tutkimuksia arkipäivän kemiasta Kohderyhmä: Työ on suunniteltu yläkoululaisille. Tiedelimun valmistus on alakoululaisia ja yläkoululaisia varten suunniteltu vierailu työ. Yläkoululaisten oppilaan ohjeessa on lisäksi enemmän pohtivia kysymyksiä ja kokeita limonadille. Ja kemia tulee jo hieman enemmän esille. Työn kesto: 30 min 1 h, riippuen työn laajuudesta ja ryhmän koosta. Tavoite: Arkipäiväisten kemian ilmiöiden ymmärtäminen ja kaasujen ominaisuuksien tietäminen. Motiivi: 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.
Tiedelimun valmistus ja kemia 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. ppilaat saavat itse lisätä limukoneella hiilidioksidia veteen. Tällöin he näkevät kaasupullon ja veden, sekä havaitsevat hyvin miten kaasua saadaan nesteeseen. ppilaat 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.
Työohje Välineet: Aqvia hiilihapotus laite (limukone) Täyttöpulloja Vettä Työn suoritus: C 2 -kaasupullo mehu/makutiivisteitä 1. hjaaja/opettaja näyttää ensin hiilidioksidi oppilaille C 2 -kaasupullon ja asettaa sen limukoneeseen käyttöohjeiden mukaisesti. (Kerrotaan samalla hiilidioksidista) 2. Täyttöpullot täytetään vedellä (huomaa max. täyttökorkeus) ja yksi pullo asetetaan limukoneeseen kiertämällä se paikalleen. 3. iilidioksidia lisätään nesteeseen painamalla 3-4 sekunnin ajan laitteen edessä olevaa vipua. 4. Tehdään valmistetulle hiilihappovedelle makutesti. Jos kaasua ei ole vielä tarpeeksi, voidaan pulloa täyttää lisää asettamalla pullo takaisin laitteeseen. 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. 5. 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. 6. 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.
iilidioksidista hiilihappoon, juomien testaus ja vertailu Testaa nyt valmistamaasi juomaa ja vertaa sitä hiilihapottomaan samanlaiseen juomaan, veteen ja mehutiivisteeseen. Makutesti 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 sitruuna tiivistettä). iilidioksidin aiheuttama kupliminen aiheuttaa makujen paremman aistimisen, sillä myös hajuaisti osallistuu aivoissa makujen aistimiseen. p-testaus Testaa nyt juomien happamuutta p-paperin avulla. Tiedelimun p Vertailu mehun p apotetun veden p Veden p Mehutiiviste Vertaile p paperilla saamiasi tuloksia, mikä oli happamin ja miksi?
Tiedelimu oli happamin, sillä siinä on hiilihappoa ja mehutiivisteessä on myös hapanta. Entä vähiten hapan? Vesi on lähes neutraalia, joten se on tutkituista aineista vähiten hapan. Vesi on neutraali yhdiste. iilidioksidin 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? iilidioksidi poistuu parhaiten ja helpoiten keittämällä. Mihin perustui tapa 1 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. Mihin perustui tapa 2 poistaa hiilidioksidia? Ja mihin perustui tapa 3 poistaa hiilidioksidia? 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)
Kysymyksiä ja vastauksia hiilidioksidista ja hiilihaposta letko koskaan miettinyt miksi limonadi kuplii tai miksi joidenkin mielestä limonadissa on hiilidioksidia ja toisten mielestä hiilihappoa? nko se sama asia vai ei? Ei ole sama asia. iilidioksidi on normaalilämpötilassa (ja aina yli -78 C lämpötilassa) kaasu ja hiilihappo on 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. C + C C 2 + 2 2 C 3 hiilidioksidi vesi hiilihappo Vedestä saadaan hapotettua vettä lisäämällä siihen hiilidioksidia, mutta miten hiilidioksidi jää nesteeseen? iilidioksidi reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa, joka on vesiliukoinen yhdiste. iilihappo hajoaa vedessä kuitenkin pikkuhiljaa takaisin hiilidioksidiksi ja poistuu kaasumaisena aineena ilmaan.
Miksi hiilihappo poistuu nesteestä ajan kanssa? iilihappo hajoaa hiilidioksidiksi, sillä se ei ole kovin pysyvä yhdiste vedessä. iilihapon hajoamista edistävät lämpötilan nosto, ulkoisen paineen aleneminen, sekä huokoisen pinnan läsnäolo (tällöin hajonnut hiilihappo pääsee kupliintumaan helpommin ja hiilidioksidi vapautuu nopeammin). Kylmässä juomassa ja suljetussa 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. iilidioksidi 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.