2.01 Aerobní/anaerobní reakce aneb kvasinky v akci. Projekt Trojlístek

Transkript

1 2. Vlastnosti látek a chemické reakce 2.01 Aerobní/anaerobní reakce aneb kvasinky v akci. Projekt úroveň 1 2 3

2 1. Předmět výuky Metodika je určena pro vzdělávací obsah vzdělávacího předmětu Chemie. Chemie 2. Cílová skupina Metodika je určena pro žáky 2. stupně ZŠ (8. a 9. třída) a nižší ročníky osmiletých gymnázií (tercie a kvarta). 2. stupeň ZŠ (8. a 9. třída) Osmiletá gymnázia (tercie a kvarta) 3. Abstrakt Po přídavku potravinářského droždí do oslazené vlažné vody se začne vyvíjet CO 2 jako vedlejší produkt aerobní reakce kvasinek. Vznikající plyn je možné indikovat různými způsoby, například ho použít k nafouknutí balónku, případně jej pohlcovat do mírně alkalické vody s přídavkem indikátoru (fenolftalein) a pozorovat barevnou reakci. 4. Startovní znalosti žáků Předpokládáme znalosti načerpané v 1. a 2. stupni ZŠ v předmětech Prvouka, Vlastivěda, Přírodopis, Chemie a rovněž obecné znalosti jevů každodenního života z oblasti člověk a příroda. Mezi okruhy zájmu patří problematika základních chemických látek (voda, CO 2, kvasinky, cukry). Co mají žáci znát: voda; chemické látky, směsi; chemická reakce. 5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos Experiment přispěje k pochopení zákonitostí složení hmoty z chemických látek. Žáci se seznámí s příkladem reakce organických látek mikroorganismů. Na jednoduchém případě bude demonstrován a vysvětlen princip aerobní reakce a vzniku CO 2. Bude vysvětlen rozdíl mezi aerobní a anaerobní reakcí. Realizace chemické reakce v reálném čase ilustruje způsoby přeměny hmoty (chemických látek) doprovázené změnami fyzikálního chování a rovněž změnami skupenství. Oxid uhličitý je plyn, který je součástí základních životních procesů, jako je dýchání či fotosyntéza, v tomto případě bude ukázáno jeho použití v potravinářství. Co se žáci dozví: Mikroorganismy. Vznik CO 2 a jeho vlastnosti. Aerobní/anaerobní reakce. 2

3 6. Chemikálie, pomůcky a vybavení 6.1 Použité chemikálie Voda H 2 O Cukr: sacharóza C 12 H 22 O 11 (ev. glukóza C 6 H 12 O 6 ) Droždí potravinářské (Saccharomyces cerevisiae) Fenolftalein indikátor Alkalická voda (1 g Na 2 CO 3 rozpuštěný v 1 l vody) DŮLEŽITÉ: Co budu potřebovat, co si mám nachystat, připravit, nakoupit! Na co nesmím zapomenout! 6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení Kádinka 500 ml Odměrná baňka 500 ml Laboratorní lžička Brčko (ev. hadička) volitelně PET láhev a balónek 6.3 Přístrojové vybavení Provedení experimentu nevyžaduje použití laboratorních měřicích přístrojů. 7. Časový harmonogram 7.1 Příprava experimentu Do doby přípravy experimentu je nutné zahrnout shromáždění uvedených chemikálií, pomůcek a nádobí. Další fází je smíchání jednotlivých složek a pak vlastní vyvíjení CO 2. Vhodné je připravit si dopředu indikátor fenolftalein do zásobní nádobky. Časy: Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na maximálně 5 minut. ČASY: 5 minut 7.2 Realizace experimentu Realizace jednoho pokusu probíhá v reálném čase. Časy: Dobu nutnou na smíchání chemikálií a vyvíjení CO 2 odhadujeme na 20 až 40 minut minut 3

4 8. Laboratorní postup Experiment se skládá z vytvoření vodného roztoku cukru (případně glukózy), přimíchání potravinářského droždí a vyvíjení CO 2. Pokud si budeme chtít sami připravit indikátor fenolftalein, rozpustíme 0,5 g čistého fenolftaleinu ve 100 ml 50% vodného roztoku ethanolu. Příprava roztoku cukru V 500 ml odměrné baňce postupně rozmícháme několik lžiček cukru ve 250 ml pitné vody a zamícháme lžičkou. Vlastní experiment K vodnému roztoku cukru přidáváme postupně kousky droždí. Pomalu zamícháme a pozorujeme vznik bublinek CO 2. Umístíme na teplé místo. a) Vznikající plyn můžeme použít k nafouknutí balónku navlečeného na baňku s rozmíchanou směsí. b) Vznikající plyn můžeme hadičkou odvádět z baňky do kádinky s mírně alkalickou vodou (ph = 8,5) a přídavkem fenolftaleinu. Zde pak pozorujeme postupné odbarvování fialového roztoku. 9. Princip experimentu Kvasinky Saccharomyces cerevisiae reagují s cukry (glukózou, případně sacharózou) ve vhodném prostředí (teplá voda) za přítomnosti kyslíku (Schéma 1): kvasinky C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + energie Účinkující chemické sloučeniny: Cukr (glukóza, sacharóza) Kvasinky Saccharomyces cerevisiae Kyslík Schéma 1 Jedná se o aerobní reakci (reakce za přítomnosti kyslíku, tedy vzduchu), při které dochází k množení mikroorganismů a jako vedlejší produkt dýchání kvasinek se uvolňuje CO 2. Na rozdíl od tohoto procesu, anaerobní reakci kvasinek (bez přítomnosti kyslíku) označujeme jako fermentaci neboli kvašení. Tradičním a nejpoužívanějším příkladem je ethanolové kvašení, při kterém kvasinky (např. opět rod Sacharomyces) přeměňují jednoduché cukry na ethanol podle rovnice (Schéma 2): 4

5 kvasinky C 6 H 12 O 6 2 CO C 2 H 5 OH Schéma 2 Při obou uvedených dějích se uvolňuje oxid uhličitý, který můžeme pozorovat ve formě unikajících bublinek nebo ho dále detekovat výše popsaným postupem. 10. Bezpečnost práce Kromě dodržování zásad bezpečné práce a hygieny práce je nutné seznámit se s povahou použitých chemických sloučenin, se způsoby jejich likvidace a také s nutnými úkony, které je třeba provést v případě poškození zdraví. Glukóza, sacharóza ani droždí nemají škodlivé účinky na lidské zdraví. Fenolftalein je zdraví škodlivá látka. Pro přípravu indikátoru se použije malé množství rozpuštěné v 50% ethanolu, doporučuje se připravit jej dopředu. Ethanol je organické rozpouštědlo, vysoce hořlavé. H věty + P věty: H225 Vysoce hořlavá kapalina a páry. P210 Chraňte před teplem/jiskrami/otevřeným plamenem/ horkými povrchy. Zákaz kouření. P233 Uchovávejte obal těsně uzavřený. Reakční směs po provedené reakci likvidujeme v kanalizaci. 11. Poznámky ke strategii výuky Experiment je jednoduchý a časově nenáročný. Rovněž se vyznačuje malou potřebou laboratorního nádobí a nízkou spotřebou chemikálií. Doporučujeme individuální provedení pokusu jednotlivými žáky. Je vhodné používat ochranný oděv pracovní plášť. 5

6 12. Přínos Žáci se seznámí s principem aerobní reakce mikroorganismů. Bude vysvětlen rozdíl mezi aerobní a anaerobní reakcí. Použité látky jsou běžně dostupné, proces kynutí těsta či kvašení piva jsou jevy obecně známé. Droždí používal člověk od pradávna Egypťané ho k pečení chleba využívali již před pěti tisíci lety. V roce 1857 pak Louis Pasteur objevil, že kvašení způsobují živé organismy, kvasinky. Dokázal, že buňky kvasinek mohou žít jak za přístupu vzduchu, tak bez něho. Kynutí těsta způsobuje vznikající CO 2. Saccharomyces cerevisiae je patrně nejznámější druh kvasinky. Název mikroorganismu je odvozen od slova cukr (Saccharo) a od slova houba (Myces). Rod cerevisiae znamená v latině pivní. Droždí (kvasinky) obsahuje bílkoviny a vitamíny skupiny B. Sušené droždí je obsaženo v řadě potravinářských produktů (sypké směsi na těsta, chleba). 13. Fotografie Průběh experimentu můžeme dokumentovat pořízením fotografií. 6