2.09 Oxidačně-redukční vlastnosti glukózy. Projekt Trojlístek

Transkript

1 2. Vlastnosti látek a chemické reakce 2.09 Oxidačně-redukční vlastnosti glukózy. 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 Pokus je založen na barevné změně redoxního indikátoru, methylenové modře. Jeho oxidovaná forma má modré zbarvení, redukovaná forma je bezbarvá. Redoxní účinky glukózy jsou indikovány methylenovou modří. 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 nerostných surovin, složení vzduchu, chemických látek a jejich směsí, chemických reakcí, anorganických sloučenin. Co mají žáci znát: chemické látky; anorganické sloučeniny; cukry; základy názvosloví. 5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos Pozorováním velmi jednoduchého pokusu žáci získají jasnou představu o tom, co se děje při oxidačně-redukčních (redoxních) reakcích. Získají představu o tom, jakou jsou redoxní děje významnou skupinou chemických reakcí a jak změna oxidačního stavu ovlivňuje vlastnosti látek. Co se žáci dozví: Co je redoxní děj. Co je oxidační stav. 6. Chemikálie, pomůcky a vybavení 6.1 Použité chemikálie Voda H 2 O Hydroxid sodný NaOH Glukóza C 6 H 12 O 6.H 2 O Methylenová modř C 16 H 18 N 3 SCl DŮLEŽITÉ: Co budu potřebovat, co si mám nachystat, připravit, nakoupit! Na co nesmím zapomenout! 2

3 6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení Odměrný válec 100 ml Erlenmayerova baňka 250 ml se zátkou Pipeta 5 ml Laboratorní váhy Laboratorní lžička Váženka 6.3 Přístrojové vybavení Provedení experimentu nevyžaduje použití laboratorních měřicích přístrojů. 7. Časový harmonogram 7.1 Příprava experimentu Do doby přípravy experimentu je nutno zahrnout nachystání všech výše uvedených chemikálií, pomůcek a nádobí a především přípravu roztoků. Časy: Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na maximálně 5 minut. Přípravu roztoků odhadujeme na 10 minut. 7.2 Realizace experimentu Realizace jednoho pokusu probíhá v reálném čase, změny v reakční směsi jsou vizuálně pozorovatelné během několika minut. Časy: Realizaci jednoho experimentu po předešlé přípravě odhadujeme na 10 minut. ČASY: 15 minut 10 minut 8. Laboratorní postup Do Erlenmayerovy baňky o objemu 250 ml nalijeme po odměření v odměrném válci 100 ml vody. Poté odvážíme 1 g hydroxidu sodného. Baňku uzavřeme zátkou a krouživým pohybem mícháme do úplného rozpuštění hydroxidu. Dále si odvážíme 2 g glukózy a přisypeme je do Erlenmayerovy baňky. Po uzavření krouživým pohybem mícháme do úplného rozpuštění glukózy. Do baňky dále přidáme cca 3 ml roztoku methylenové modře (0,1% vodný roztok). Při práci používejte ochranné brýle a rukavice. 3

4 Modré zabarvení roztoku se začne pomalu vytrácet a roztok přechází na bezbarvý (případně mírně nažloutlý). Po intenzivním protřepání se bezbarvý roztok opět mění na modrý. Tento postup lze několikrát opakovat. Nespouštějte oči z baňky! Změny probíhají prakticky ihned! 9. Princip experimentu Methylenová modř patří mezi oxidačně-redukční indikátory. To znamená, že se výrazně barevně liší její oxidovaná a redukovaná forma. Zatímco oxidovaná forma této sloučeniny je modrá, redukovaná forma je bezbarvá. Přidáme-li do alkalického roztoku glukózy methylenovou modř, dojde postupně k odbarvení roztoku. K tomuto odbarvení dochází díky reakci glukózy s methylenovou modří. Glukóza patří mezi redukující cukry (viz. metodika (Ne)redukující cukry). Po protřepání roztoku nasytíme roztok kyslíkem, který zpět oxiduje methylenovou modř a roztok se opět zbarví modře, toto zbarvení po pár sekundách opět mizí. 10. Bezpečnost práce Hydroxid sodný Hydroxid sodný je látka žíravá a může způsobit poleptání. Přestože při tomto experimentu pracujeme s velmi zředěným roztokem, je při práci s ním nutné dbát zvýšené opatrnosti. Je možné, aby roztok byl připraven předem ve větším množství a žáci se tak vyhnuli práci s pevným NaOH. Na druhou stranu je třeba připomenout, že s poměrně koncentrovaným roztokem hydroxidu sodného se můžeme setkat v řadě čisticích prostředků např. pro čištění odpadů, potrubí nebo kuchyňských trub. Používá se také při bělení textilií. Při práci s hydroxidem sodným je nezbytné používat ochranné brýle a rukavice, rovněž doporučujeme použít vhodný ochranný oděv. Při styku s kůží je místo vhodné omýt 3% roztokem kyseliny citronové a důkladně opláchnout vodou. Při zasažení vysoce koncentrovaným roztokem vždy vyhledat lékaře. Při zasažení očí je nutno několik minut promývat pod tekoucí vodou s otevřenými víčky, vždy vyhledat očního lékaře. Při požití vypláchnout ústa a hojně zapíjet vodou, nevyvolávat zvracení, vyhledat lékařskou pomoc. Nezapomínejte na ochranné pomůcky! 4

5 H-věty a P-věty: H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí. P260 Nevdechujte prach/dým/plyn/mlhu/páry/aerosoly. P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový štít. P303+P361+P353 PŘI STYKU S KŮŽÍ (nebo s vlasy): Veškeré kontaminované části oděvu okamžitě svlékněte. Opláchněte kůži vodou/osprchujte. P305+P351+P338 PŘI ZASAŽENÍ OČÍ: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování. P310 Okamžitě volejte TOXIKOLOGICKÉ INFORMAČNÍ STŘEDISKO nebo lékaře. P405 Skladujte uzamčené. Likvidace roztoku po provedení reakce je možná v kanalizaci po naředění vodou. Methylenová modř Methylenová modř patří mezi bezpečné chemikálie, nebezpečná je pouze při požití. Zakoupit ji mimo jiné můžeme v akvaristických potřebách v podobě roztoku, neboť se používá pro léčku akvarijních rybek. H-věty a P-věty: H302 Zdraví škodlivý při požití. Methylenová modř silně barví. Při práci s roztokem buďte opatrní na své oblečení! Glukóza Glukóza nepatří mezi nebezpečné chemikálie, běžně se vyskytuje v některých potravinách, např. v ovoci. 11. Poznámky ke strategii výuky Experiment je velmi jednoduchý, vyznačuje se malou potřebou chemického vybavení a je velmi efektní. Doporučujeme individuální provedení pokusu jednotlivými žáky, je však možné předvádět jej jako demonstrační. Vzhledem k použití hydroxidu sodného je možné tento roztok připravit centrálně a žáci pak nepřijdou do styku s čistou látkou, ale pouze s velmi zředěným roztokem, který je málo nebezpečný. Je nutno důrazně trvat na bezpečném provedení! 5

6 12. Přínos Pokus demonstruje význam oxidačně-redukčních reakcí a výrazné změny, které takové reakce doprovázejí a jsou často pozorovatelné pouhým okem. Oxidačně-redukční reakce (redoxní reakce) Oxidačně-redukční reakce jsou reakce, při kterých dochází ke změně oxidačních stavů atomů. Každá redoxní reakce je tvořena dvěma ději, které vždy probíhají současně oxidací a redukcí. Při oxidaci se oxidační číslo atomu zvyšuje (atom ztrácí elektrony), při redukci se oxidační číslo atomu snižuje (atom přijímá elektrony). Dochází tedy k výměně elektronů mezi oxidovanou a redukovanou látkou. Uplatnění redoxních reakcí Redoxní reakce se uplatňují nejen v chemicko-technologických procesech při výrobě chemických látek anorganické i organické povahy, ale probíhají také v přírodě všude kolem nás. Oxidace probíhá například při hoření, kdy produktem kromě tepla jsou také konečné oxidační produkty látek (voda ve formě páry, oxid uhličitý, oxidy dusíku aj.). Oxidačně-redukční procesy se uplatňují při dýchání (tvorba a opětovný rozklad ATP adenosintrifosfátu) i biochemických výrobách, kdy organický substrát je oxidován pomocí bakterií. Oxidanty se uplatňují mimo jiné při desinfekci vody (použití chloru, chlornanu sodného nebo ozonu). Jistě by bylo možné najít mnoho dalších příkladů. Redukce je pak základním principem při výrobě kovů z přírodních surovin (výroba železa, hliníku apod.). Redoxní indikátory Redoxní indikátory jsou většinou organické sloučeniny, jejichž oxidovaná a redukovaná forma se od sebe výrazně barevně liší. Používají se především jako indikátory v analytické chemii, při stanovení množství látek při redoxních titracích. Redoxní reakce Dokážete uvést příklad redoxní reakce ze života? Redoxní indikátory 13. Fotografie Počáteční, průběžný i finální stav experimentu můžeme dokumentovat pořízením fotografií. Nafotíme zabarvený a bezbarvý roztok, případně můžeme zachytit krátkou sekvenci při odbarvování nebo naopak zabarvování roztoku. Sledujeme také čas. 6