Název: Výzkum vlastností ovocného džusu: Určení koncentrace vitamínu C v ovocném džusu

Transkript

1 Plán Název: Výzkum vlastností ovocného džusu: Určení koncentrace vitamínu C v ovocném džusu Téma: Výzkum vlastností ovocného džusu: Určení koncentrace vitamínu C v ovocném džusu Čas: 90 minut (2 vyučovací hodiny) Věk: 1. ročník let Diferenciace: Instrukce, podpora ICT atd.: S nadanými žáky můžete prodiskutovat otázku: Jaké množství jednoho či druhého džusu je potřeba pro pokrytí denní dávky vitamínu C? Studenti, kteří dokončí svou práci dříve, vypracují úkoly pro prohloubení učiva. Studenti se seznámí s průběhem jednotlivých aktivit. Je jim poskytnut seznam pomůcek potřebných pro tuto aktivitu. S ohledem na fakt, že studenti neznají výsledky dopředu, může ve skupinách vyvstat diskuze. Analýza výsledků a diskuze jsou přínosné v případě, že studenti pracují ve skupinách po 2-3. V případě, že se ve třídě nenachází potřebné vybavení a činidla, demonstruje titraci džusu učitel sám. Pomůcky: váhy; byreta s držákem; 250 ml banka; konické banky pro titraci; chemické ochranné brýle; pipety; nádoba na mytí s destilovanou vodou; učebnice; pracovní listy. Činidla: 0,01 M I 3 roztok (0,63 g I 2 a 1,00 g KJ je rozpuštěn v přibližně 200 ml destilované vody, nalijeme do 250 ml banky a rozředíme po rysku.) 1 % roztoku škrobu. ovocný džus, ručně vymačkaný nebo koupený. Požadované znalosti: pojmy: vitamín, molární koncentrace; zlomky, poměry, výpočet zlomků Bezpečnost: Bezpečná manipulace s pokusným vybavením a činidly. Výstupy: Všichni Porozumí významu vitamínu v každodenní výživě. Budou schopni uspořádat dle instrukcí nástroje pro práci. Budou schopni provést jodometrickou titraci. Většina Bude schopna vypočítat molární koncentraci roztoku. Bude schopna vypočítat koncentraci vitaminu C v džusu. Někteří Budou schopni vypočítat střední kvadratickou odchylku měření (rozptyl měření). Budou schopni vypočítat titrační chybu. Budou schopni zhodnotit přesnost výsledků. 1

2 Plán Popis hodiny Úvodní aktivita Studenti si společně zopakují následující matematické pojmy: zlomky (poměry), výpočet procent, výpočet chyby. Prodiskutují význam vitamínů a minerálů v každodenní výživě, zdroje vitamínu C, které znají. Hlavní aktivita Studenti vypracují pracovní list Určení koncentraci vitamínu C v ovocném džusu. Studenti pracují ve skupinách po 2-3 a titrují džus. V případě, že ve třídě není dostupné potřebné vybavení či činidla, titraci demonstruje vyučující: Byretu dvakrát vymyjeme roztokem jodu a naplníme ji 25 ml roztoku; 20 ml připraveného džusu nalijeme do konické baňky; 20 ml destilované vody pipetujeme; 5 kapek 3 M HCl; 10 kapek roztoku škrobu; Roztok jodu překapeme z byrety, až se objeví modrá barva a nezmizí alespoň po dobu 20 sekund; Během titrace roztok mícháme magnetickým míchadlem nebo ručně; Změříme objem titrovaného roztoku jódu; Titraci třikrát zopakujeme; Všechny vzorky džusu titrujeme stejným způsobem. Prohloubení Schopnější studenti mohou v této fázi zhodnotit případné problémy experimentu a navrhnout potřebná zlepšení. Pracovní list Úkoly v pracovním listě studenti zpracovávají individuálně, zaznamenají výsledky, doplní tabulky, vypočítají koncentraci vitamínu C, porovnají koncentraci vitamínu C v různých džusech. Schopnější studenti mohou vypočítat střední kvadratickou chybu, titrační chybu, zapsat výsledky a vysvětlit je. Prohloubení Studenti, kteří svou práci dokončí s předstihem, pokračují s další prací (Určení koncentrace vitamínu C v ovocných džusech). Závěrečná aktivita 2

3 Plán Studenti vysvětlí postup, který využili při pokusu; mají vysvětlit příčiny jakýchkoliv neobvyklých výsledků. Studenti mají shrnout dosavadní zjištění o koncentraci vitamínu C v různých druzích ovocných džusů. Mají porovnat koncentraci vitamínu C v čerstvě vymačkaném džusu a v koupeném džusu. Nadaní studenti mohou prodiskutovat otázku, jaké množství džusu pokryje denní dávku vitamínu C. 3

4 Pracovní list VÝZKUM VLASTNOSTÍ OVOCNÉHO DŽUSU Určení koncentrace vitamínu C Ovocné a zeleninové džusy jsou vyráběny lisováním zralého ovoce, bobulí a zeleniny. Nejhodnotnější částí džusu je dužina, protože obsahuje všechnu vlákninu, např. rajčata, mrkev, rakytník, meruňky, švestky. Džus se pije čerstvý, nemusí se vařit, konzervovat, pasterizovat, jinak by došlo k zničení všech kvasinek a části vitamínů. Džus s přidaným cukrem je méně hodnotný. V mnoha džusech nalezneme vitamín C, draslík, vápník a ve velmi malém množství také železo, med, hořčík, kobalt, zinek, nikl, které jsou potřebné pro tělo. Ovocné nápoje obsahují až 30 % ovocného džusu; např. v hroznových nápojích je 6 %, v citronovém nápoji asi 10 % džusu. Tyto nápoje jsou velmi oblíbené, protože jsou levné. Vláknina, která je hlavním stavebním komponentem ovoce i zeleniny, reguluje trávení tuků, snižuje hladinu cholesterolu v krvi, pomáhá tělu odstranit potenciálně nebezpečné látky. Draslík reguluje přenos nervových impulsů, svalovou aktivitu, rovnováhu vody v buňkách. Denní doporučená dávka je 2000 mg. Draslík je hlavní složkou kostí a zubní hmoty. Tělo uchovává cca 98% draslíku v buňkách, např. citrát draselný posiluje kosti. Draslík, který není obsažen v kostní tkáni, hraje důležitou roli v přenosu nervových impulsů žebrům a svalovým vláknům srdce. Draslík je důležitý pro koagulační systémy, regulaci fermentace. Vitamín C, kyselina askorbová (C6H8O6), je jeden z nejméně stabilních ve vodě rozpustných vitamínů. Rychle oxiduje, je citlivá na teplotu, z tohoto důvodu dochází k rozkladu džusu při tepelné úpravě. Buňky téměř všech savců jsou schopny syntetizovat vitamín C, bohužel však lidské buňky tuto schopnost postrádají. Z tohoto důvodu uspokojujeme potřebu vitamínu C stravou rostlinného původu. Vitamín C se nachází ve všech tělních tekutinách a buňkách, nicméně není v těle uchováván a přebytek je vylučován močí. Vitamín C je také důležitým fermentačním činidlem a antioxidantem, podílí se na syntéze kolagenu, kůře nadledvinek, steroidního hormonu a syntéze dalšího hormonu. Nedostatek vitamínu C může mít za následek kurděje, narůstající křehkost krevních cév, změny v kostní tkáni, vypadávání zubů; selhání srdce, anémie. Denní doporučená dávka vitamínu C je mg. Koncentraci vitamínu C lze určit jodometrickou titrací, tzn. jeho oxidací s roztokem jódu. Molekuly jódu se jen velmi málo rozpouští ve vodě (pouze 1, M při teplotě 20 o C.0,05 M I 3 roztok je obvykle připraven rozpuštěním 0,12 mol KI a 0,05 mol I 2 v jednom litru vody. Pro jodometrickou titraci využíváme škrob jako indikátor. Pokud bychom nepoužili žádny indikátor, dojde při dosažení bodu ekvivalence k zabarvení roztoku a odchylkou přesnosti alespoň ~ 5 μm. Z tohoto důvodu využíváme škrob, abychom mohli přesně určit, kdy bylo dosaženo bodu ekvivalence. Při titraci s I 3 se škrob přidává na začátku titrace. Dosáhneme-li bodu ekvivalence první nadbytečná kapka I 3 zbarví roztok do tmavě modra. Zpětná reakce jodu a škrobu je závislá na teplotě. Zvýšíme-li teplotu z 25 o C na 50 o C, intenzita barvy klesne desetkrát. Abychom dosáhli nejvyšší citlivosti, je vhodné schladit titrovaný roztok v ledové vodě. Titrační standard I 3 vzniká rozpouštěním I 2 v silně koncentrovaném roztoku KI (za nadbytku I ). Pro vznik titračního standardu je vhodná sublimace I 2. Protože se při vážení trocha jodu odpaří, musí být standardizován pomocí Na 2S 2O 3. Roztok se skládá z rozpouštědla a rozpuštěné látky. Jedním z hlavních znaků roztoku je jeho koncentrace. Koncentrace roztoku ukazuje množství rozpuštěné látky v určitém objemu rozpouštědla. Molární koncentrace udává, kolik molů rozpouštěné látky je rozpuštěno v jednom litru daného roztoku: C M = V n, mol/l; Kde n je počet molů rozpouštěné látky; V objem v litrech 4

5 Pracovní list nebo C M m1, mol/l; M V Kde m 1 hmotnost rozpouštěné látky; M je molární hmotnost látky; V je objem roztoku. Často uvádíme místo měrné jednotky mol/l pouze M. Roztoky, v jejichž 1l se nachází 0,1; 0,01 molů látky se nazývají deci molové nebo centi molové. K popisu koncentrace roztoku se využívají jednotky ppm (jednotky na milion). 1 ppm = 1 mg/l. Často musíme koncentrované roztoky ředit. V takovém případě je velmi pohodlné využít směšovací rovnici: C1 V1 C2 V2, Kde C 1 a V 1 molární koncentrace a objem koncentrovaného roztoku; C 2 and V 2 molární koncentrace a objem zředěného roztoku. Jestliže jsou koncentrace vyjádřeny v ppm, můžeme pro výpočet použít následující vzorec: C 1 V1 1 C2 V2 2, Kde C 1, V 1, 1 koncentrace, objem a hustota koncentrovaného roztoku; C 2, V 2, 2 koncentrace, objem a hustota rozředěného roztoku. Otázky Odpovědi 1. Které důležité živiny obsahují ovocné džusy? 2. Proč je draslík nezbytný pro lidské tělo? 3. Proč je vápník nezbytný pro lidské tělo?. 4. Proč je vitamín C nezbytný pro lidské tělo? mol karbamátu (27 g) je rozpuštěno v 1 litru destilované vody. Jaká je molární koncentrace daného roztoku? 5

6 Odpovědní arch VÝZKUM VLASTNOSTÍ OVOCNÉHO DŽUSU Určení koncentrace vitamínu C Odpovědní arch Vyplňte data získaná titrací ovocného džusu do tabulky 1. Značka džusu Objem roztoku titrovaného jódu Titrace I, Titrace II, Titrace III, V I, ml V II, ml V III, ml Průměrná hodnota, V, ml Tabulka 1 Vypočtěte koncentraci vitamínu C v džusu. Koncentraci vitamínu C v džusu vypočteme na základě zákonu ekvivalence v mol/l. V 1 C 1 = V 2 C 2; Kde: V 1 objem roztoku titrovaného jódu, V 2 objem džusu určeného pro titraci, C 1 molární koncentrace roztoku jódu, C 2 molární koncentrace vitamínu C v džusu. V1 C1 C2. V2 Koncentrace vitamínu C, vypočítaná dle zákonu ekvivalence, vyjádřena v mol/l. V potravinářském průmyslu se běžně používají - mg/100 ml. Přepočtěte koncentraci vitamínu C v jednotkách běžně používaných v potravinářském průmyslu mg/100 ml. Výsledky svých výpočtů zapište do tabulky 2. Tabulka 2 Koncentrace vitamínu C v ovocných džusech Značka džusu Koncentrace vitamínu C, mol/l Koncentrace vitamínu C, mg/100 ml 6

7 Odpovědní arch Závěry Porovnejte koncentraci vitamínu C v různých druzích ovocného džusu.... Porovnejte koncentraci vitamínu C v čerstvě vymačkaném džusu a džusech koupených v obchodech.... Urči, kolik každého džusu musí jednotlivec vypít, aby pokryl svou denní potřebu vitamínu C.... Jak výsledky pokusu korelují s výsledky prezentovanými v literatuře (na etiketách)?... 7

8 Prohloubení VÝZKUM VLASTNOSTÍ OVOCNÉHO DŽUSU V hodinách chemie studenti zkoumají koncentraci vápníku v různých druzích ovocného džusu. Koncentrace iontů vápníku byla počítána v ppm (z anglického: parts per million = miliontina). Výsledky pokusu naleznete v Tabulce 1. Koncentraci živin obvykle vyjádříme v mg/100ml. Doplňte tabulku, vypočtěte koncentraci Ca 2+ v mg/100 ml džusu. Je známo, že 1 ppm = 1 mg/l. Tabulka 1 Název ovoce Čerstvě vymačkaný pomerančový džus Koncentrace Ca 2+ v džusu, ppm 44 Koncentrace Ca 2+ v džusu, mg/100 ml Pomerančový džus zn. CIDO 34,8 Čerstvě vymačkaný jablečný džus Jablečný džus zn. ELMENHORSTER 23,6 25,6 Porovnejte koncentraci kalciových iontů v čerstvě vymačkaném džusu a džusu zakoupeném v obchodě. Odhadněte, kolik kterého džusu musí člověk vypít, aby pokryl denní potřebu vápníku. 8