Scienceshow/Vejledninger/Rødkålsindikatoren

Sikkerhed

Sikkerhedsklasse

Lad den passende sikkerhedsklasse for forsøget blive stående:

• Farlig - Vær opmærksom på kraftige syrer og baser. (elever kan lave dette under kyndig vejledning og overvågning)

Påkrævet sikkerhedsudstyr

• Showfolk: Briller/kittel/øjnskylleflaske

• Tilhørere: intet

Materialer

Man skal/kan bruge:

• rødkål
• citron
• eddikesyre
• saltsyre (HCl)
• danskvand el. Sprite/7-up
• soda eller natron
• farveløst opvaskemiddel
• flydende afløbsrens (blanding af KOH og NaOH) eller en opløsning af natriumhydroxid (NaOH))
• og i øvrigt hvad man har ved hånden, der menes at have en anden pH-værdi end 7.
• Desuden vand
• Evt. sukker til ”kontrol-forsøg”
• Evt. rødvin

Og ”værktøj”:

• Gryde
• varmeplade eller elkedel
• stor kniv
• skærebræt
• 6-8 stk. 1 liter måleglas eller cylinderglas (plastic engangsglas kan gøre det, men de skal helst være gennemsigtige).

Fremgangsmåde

1. Tag et rødkålshoved og hak det i stykker (evt. i bedste show-kok-amok-stil) og kom det i en gryde med lidt vand og lad det koge op (hav evt. noget forberedt på forhånd i bedste tv-køkkenstil – det kan holde sig i køleskab eller ved tilsætning af Atamon (konserveringsmiddel)). Man kan evt. nøjes med at hælde kogende vand over rødkålshovedet så man kan ”koge” kålen på stedet, det bliver bare et noget ”tyndere” ekstrakt.
2. Man tager 5 x 1 liter cylinderglas og hælder lidt rødkålsudtræk op i hver. Derefter fortynder man med vand eller tilsætter danskvand/Sprite.
3. Første måleglas står som reference (bliver blå efter nogen tid).
4. I andet måleglas hældes sodavand/danskvand indtil farveskift (lyslilla).
5. I tredje måleglas hældes husholdningseddike indtil farveskift (rød).
6. I fjerde måleglas hældes soda eller natron indtil farveskift (grøn). Man kan tilsætte noget tøris og se at der sker et farveskift til lyslilla. Det bobler en del – så der skal være rigeligt plads i glasset.
7. I femte måleglas hældes natriumhydroxid (afløbsrens i flydende form) indtil der sker et farveskift til grøn – og efter lidt henstand og omrøring til gul.
8. Prøv at spørge publikum, hvad de tror der vil ske hvis man blander ”den gule med den røde”. Hvis man gør det forsigtigt kan man lande på den blå = neutral. I gymnasiet kan de godt regne det ud, hvis de får chancen!

Vis eventuelt at det søde sukker ikke giver den modsatte effekt af syre – det er neutralt. Evt. kan et tilsvarende forsøg vises med rødvin eller ægte solbærsaft (med andet end bare kunstige farvestoffer og aromaer). Som med rødkålsafkoget tilsættes saltsyre og natriumhydroxiden til hver sit glas med rødvin/solbærsaft og der sker farveskift til hhv. rød og gul.

Forklaring

Farvestoffet, der findes i rødkålssaft (og i mange andre planter) kaldes anthocyanin og kan bruges som pH-indikator dvs. vise om opløsningen er sur (høj konc. af H⁺ (protoner) = lav pH) eller basisk (høj konc. af OH^- (hydroxid-ioner) = høj pH). Rødvin, solbærsaft og visse blomster indeholder også anthocyaniner.

Anthocyaniner er betegnelsen for en gruppe stoffer som ligner hinanden meget. Forskellen ligger i placering og antal bundne glucoseenheder. (Hvis du bare MÅ vide mere om struktur og forekomst, se: Denne Wikipedia-side om anthocyanin)

I en sur opløsning har et anthocyanin følgende struktur: (R1 og R2 består af glukose enheder, disse kan som nævnt være placeret på andre OH-grupper):

Ved tilsætning af syre til anthocyanin-opløsningen (rødkåls-ekstraktet) vil anthocyaninet blive protoneret og derved ændres på den kemiske struktur og elektronernes evne til at ”hoppe” rundt i anthocyanin-molekylet og derved også ændre lysabsorptionen. Lysarbsorptionen bestemmer farven. På tilsvarende vis vil tilsætning af base deprotonere anthocyaninet og følgen af dette bliver en ny struktur med en ny bølgelængdeabsorption = ny farve. Der er mange forskellige mellemformer af anthocyaninet og derved mange forskellige farver, alt afhængig af pH i væsken og derved protoneringsgraden.

Det er kulsyren der gør danskvanden sur – og derfor, med rødkål, giver den rødlilla farve (det samme sker ved tilsætning af tøris):

CO₂ (aq) + 2 H₂O (l) -> HCO^- (aq) + H₃O⁺ (aq)

Fakta om pH

Betegnelsen pH blev indført i 1909 af den danske kemiker Søren Peter Lauritz Sørensen (1886 - 1939). P'et står for potens-eksponent og H'et for hydrogen-ion. Når hydrogen-ion-koncentrationen er 10^-4 M er pH altså 4. Sagt på den tekniske måde er pH betegnelsen for den negative logaritme til den molære koncentration af oxomiomionenJ Eller helt kort: pH = - log[H₃O⁺]. (Når man i kemi skal fortælle om koncentrationen af et stof sætter man det i firkantede parenteser []).

For hvert trin man tager på pH-skalaen, er der fortyndet 10 gange. En syre med pH værdien 6 er altså 100 gange svagere end en med pH værdien 4. Ved baserne gælder det tilsvarende. En base med pH på 12 er altså 1000 gange stærkere end en base med pH værdien 9. Hvis du vil finde ud af hvor mange gange stærkere en syre med pH 2,3 er end en syre med pH 5,7, skal man først finde forskellen i pH-værdi : 3,4. Styrkeforskellen finder man så ved at udregne 10^3,4 (altså 10 ganget med sig selv 3,4 gange). Resultatet er 2512. Den ene syre er altså 2512 gange stærkere end den anden!

Husk: En opløsning med pH under 7 kaldes sur. Stoffer med pH under 7 er syrer. En opløsning med pH på 7 kaldes neutral. En opløsning med pH over 7 kaldes basisk. Stoffer med pH over 7 er baser.

pH-værdien af en opløsning kan måles med forskellige typer indikatorpapir eller -væske, der antager bestemte farver afhængig af pH-værdien for den opløsning de kommer i kontakt med; et eksempel på en indikator er netop udtrækket fra rødkål. I dag bruges primært elektriske måleapparater. Indikatorpapir er papir belagt med stoffer, der er følsomme overfor H⁺-ionen (syreionen) og OH^--ionen (baseionen). De kan oftest måle mellem pH 1 og 11. Man kan selv lave indikatorpapir ved at tage kaffefilter og bade det i stærk rødkålssaft og efterfølgende tørre det.

Liste over pH i dagligdags ting

Listen er ikke færdig - tilføj gerne flere ting!

Eddike: Eddike indeholder eddikesyre, som gør det surt

Citronsyre: citronsyre fra citroner gør det surt

Danskvand: Kulsyren gør det surt.

Vand: neutralt

Natron: natron gør det basisk

Æggehvide: pH=9-10, hvis du kommer rødkålsindikator i æggehviden kan du lave grønne spejlæg!!

Opvaskemaskine pulver: indeholder base, som gør det basisk

Afløbsrens: pH = 13 – 14

coca cola: pH = 2,5

Historien Bag rødkålsindikatoren (citat fra Dansk Kemi, 82, nr. 9, 2001):

”I 1912 kunne man for første gang læse om forsøg med rødkålsudtræk i flere ansete tidsskrifter. Det var Ludvig Emil Walbum (1879-1943) der havde udført denne række forsøg. Han arbejdede på Statens Serum Institut, men havde en vis tilknytning til Carlsberg laboratoriet. På Carlsberg laboratoriet var Søren Peter Lauritz Sørensen direktør og selv samme person skrev i 1909 den senere berømte afhandling, hvor pH indførtes som en størrelse for en opløsnings surhedsgrad. Det var dette arbejde, der inspirerede Ludvig Emil Walbum til at gå på jagt efter en let og billig indikator, hvorved pH let kunne bestemmes. 3 år efter S. P. L. Sørensens publikation havde Walbum sin rødkålsindikator klar.”

pH farve (med rødkålsindikatoren)

• 1 Stærk rød
• 4 Svag rød
• 5,3 Svag rødviolet
• 6 Blåviolet
• 7,5 Blågrøn
• 8,8 Grøn
• 9,5 Grøngul
• > 10,5 Gul

Anthocyaniners positive virkning (citat fra dansk kemi, 82, nr. 11, 2001) ”Anthocyaniner hører til en stofgruppe af polyphenoler, kaldet flavonoider og udgør de røde og blå farver i mange bær, frugter og grønsager. Disse stoffer er antioxidanter og kan derved have en beskyttende virkning mod hjerte/karsygdomme. Selv i rødvin findes disse anthocyaniner og det er derfor man mener det har en beskyttende virkning mod hjerte/karsygdomme.”

Perspektivering

Forsøget er en glimrende introduktion til pH begrebet og ikke mindst en forståelse for hvad man mener med begreberne surt og basisk. Samtidig giver det et indblik i, hvad der i nogle tilfælde styrer naturens farver.

I Danmark kaldes rødkål for, nåh ja, rødkål, da den altid konserveres i en sur lage bestående hovedsageligt af en svagt eddikesur sukkeropløsning (følgelig er rødkålen lilla-pink). I Tyskland serverer man ikke kålen på samme måde, og kålen derfor er blå når den f.eks. kommer som stegt tilbehør til pølserne . Derfor kan du spørge efter ”blaukraut” altså ”blåkål”, hvis du står og skal lave rødkål syd for grænsen.

Der er mange madvarer som indeholder naturlige indikatorer af forskellig slags, men eksemplet med rødkåls anthocyaniner er det bedst beskrevne og mest spektakulære. Man kan jo eksperimentere med andre madvarer, hvis man har lyst.

Show noter

• Især hvis man har med mindre børn at gøre kan det være svært at forklare hvad man mener med begrebet ”basisk”. De fleste børn har en intuitiv fornemmelse for, hvad man mener med ”sur” og i denne sammenhæng er det meget illustrativt at vise, at rent kemisk er det modsatte af ”sur” ikke ”sød” som man måske vil tro. Det kan man vise ved at lave en sukkeropløsning som har samme farve som den neutrale vandopløsning. Man kan også vise, at sodavand, f.eks. Sprite/7up, giver en rødlilla farve og dermed er sur ligesom eddike og citroner. Dette kan bruges som udgangspunkt for en snak om hvorfor – udover for meget indtag af sukker – at sodavand kan være usundt i for store mængder. Det kan bl.a. være skadeligt for emaljen på tænderne pga. syren. Noget tilsvarende gør sig gældende for f.eks. kaffe (som dog nok er for mørk til at blive brugt i disse forsøg). Coca cola har en pH værdi på omkring 2,5 og kaffe 4,5 – 6,5. Tilsvarende kan man vise, at basisk er noget man typisk vil forbinde med rengøringsmidler. Afløbsrens er f.eks. fedtet lige som sæbe, og et ikke-neutralt opvaskemiddel vil give en grønlig farve på rødkåls-pH skalaen. Her kan man måske komme videre ind på hvilke pH områder, der er mest udbredte i naturen – de fleste fødevarer er f.eks. neutrale eller svagt sure.

• Afhængigt af publikums alder og niveau kan man holde forsøget til ”bare” at være show med farver, og man kan udvide med mere eller mindre pH introduktion.

• Hvis publikum kender til pH begrebet allerede kan man evt. medbringe pH sticks som kan købes på f.eks. apoteket eller benytte et pH meter og på den måde bestemme hvor præcis en indikator rødkålssaften kan være.

• Vær forberedt på en del oprydning – især hvis man har fremstillet rødkålssaften på stedet og ikke medbragt den i færdig form.

Sikkerhedsmomenter

1. Man skal passe på ikke at brænde sig eller skære sig ved fremstilling af rødkålsekstraktet. Grydelapper og en god kniv samt et stort skærebræt er vigtige i denne sammenhæng. Når man laver rødkålsekstraktet skal man huske at varme vandet / hælde kogende vand op i en beholder som kan tåle det (dvs. ikke blødt plastik).
2. Bruger man stærke syrer og baser skal man passe på ikke at få disse på huden (se herunder). Sker det alligevel skal man skylle med vand i mindst 5 min. Får man stærke syrer eller baser på tøjet/kittelen skal dette tages af med det samme og hvis huden indenunder har været eksponeret skal området skylles i mindst 5 min. Man må forvente at tøjet/kittelen herefter er ødelagt (efter at være blevet vasket).
3. Pas også på ikke at blande fødevarer og kemikalier sammen.

Kemikaliedeklaration

1. Saltsyre er en stærk syre, og koncentreret eddikesyre er en middelstærk syre. Natriumhydroxid (afløbsrens) er en stærk base. Ved håndtering af disse kemikalier skal man bruge gummihandsker. Ved kontakt med natriumhydroxid skal man være opmærksom på, at det fedter, så der er risiko for at tabe/vælte dunken, hvis man har spildt (men det skal man selvfølgelig lade være med – i det mindste skal man tørre op). Ved syre eller base i øjnene (hvilket jo ikke sker når man anvender beskyttelsesbriller!) skylles der med rigeligt vand og læge kontaktes straks!
2. Husholdningseddike, citroner, sodavand, natron er ret ufarlige, så derfor kan børn godt røre ved disse kemikalier.
3. Rødvin indeholder alkohol og er derfor ikke noget for børn.

Affaldshåndtering

1. Rødkål og ekstrakt kan kommes i alm. affald/håndvask. Det samme gælder de svage syrer og baser. Vær dog opmærksom på at kogt rødkål kan lugte fælt, især hvis det ligger i affaldet i flere dage.
2. Når man skal af med opløsninger der indeholder stærk syre eller base kan man enten forsigtigt blande dem til man når en neutral opløsning (blå) eller hælde dem ud i vasken mens man tilsætter rigeligt vand. Store mængder (>250 ml koncentreret syre/base) skal transporteres til et sted med syre/base brønd. Det er der f.eks. på DTU, hvor ScienceShow holder til.

Faktorer

Hvis rødkålssaften/ekstraktet ikke er helt ny står den og bliver sur, også selvom den er tilsat atamon. Rødkålsindikatoren virker stadig, men glasset der er neutralt vil være lyserødt i stedet for blåt. pH i rødkålsekstraktet kan justeres med NaOH, men pas på, der skal som regel ikke meget til.

De essentielle formler

Farvestoffet i rødkål er en såkaldt anthocyanin. I en sur opløsning har stoffet følgende struktur: (R1 og R2 består af glucose enheder)

Andre beskrivelser

Websites med mere info: www.sdu.dk/Nat/Chem/DNF/Lab.vejledninger/sodt_elv.pdf :Rødkålsforsøg med elevvejledning