3. Separační metody 3.04 Extrakce lipidů. Projekt úroveň 1 2 3
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 Extrakcí do nepolárního nebo málo polárního rozpouštědla lze z potravin separovat lipidy. Izolujeme lipidy z potravin. 4. Startovní znalosti žáků Předpokládáme znalosti načerpané v 1. a 2. stupni ZŠ v předmětech Prvouka, Vlastivěda, Přírodopis, Fyzika, Chemie a rovněž obecné znalosti jevů každodenního života z oblasti člověk a příroda (individuální látky, jejich směsi, možnosti dělení směsí, základní typy živin). Co mají žáci znát: směsi a dělení směsí; možnosti separací; základní typy živin. 5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos Individuální provedení experimentu doplní teoretickou přípravu k laboratorní technice a rozvine zručnost žáků. Seznámí žáky s možnostmi separací látek ze směsí, konkrétně s izolací látek přírodní povahy z přírodního materiálu. Nezbytným aspektem předkládaného experimentu je také volba vhodného rozpouštědla, přičemž určující vlastností je jeho polarita. Snadnou pomůckou ke správnému výběru rozpouštědla je empirické pravidlo podobné se rozpouští v podobném, samozřejmě míněno ve smyslu chemické povahy uvažovaných látek. Tato poučka najde svoje uplatnění nejenom v laboratorním prostředí, ale i v běžném každodenním životě (odstraňování skvrn z textilu a jiných materiálů, umývání náčiní při práci s barvami a laky apod.) Co se žáci dozví: Co je chemická látka. Co je směs. Způsoby dělení směsí. Izolace látek z materiálů. Polarita. Podobné se rozpouští v podobném. 2
6. Chemikálie, pomůcky a vybavení 6.1 Použité chemikálie Benzín technický 6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení Laboratorní lžička Třecí miska s tloučkem Odměrný válec 10 ml (ev. 25 nebo 50 ml) Pipeta Filtrační papír Skleněná nálevka Hodinové sklo (ev. Petriho miska) Mák modrý DŮLEŽITÉ: Co budu potřebovat, co si mám nachystat, připravit, nakoupit! Na co nesmím zapomenout! 6.3 Přístrojové vybavení Provedení experimentu nevyžaduje použití laboratorních měřicích přístrojů. 7. Časový harmonogram Do doby přípravy experimentu je nutno zahrnout shromáždění výše uvedených chemikálií, pomůcek a nádobí. Samotná realizace pokusu probíhá ve velmi krátké době. Časy: Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na maximálně 2 minuty. Realizace experimentu trvá asi 5 až 10 minut. K odpaření benzínu vedoucímu k získání makového oleje je potřeba asi 60 minut. ČASY: 2 minuty 5 10 minut (ev. 60 minut) 8. Laboratorní postup Do třecí misky vneseme mák v množství zhruba jedné laboratorní lžičky (asi 2 g). Mák jemně rozetřeme a přidáme asi 10 ml technického benzínu. Pipetou naneseme několik kapek výluhu na aršík filtračního papíru. Po chvíli se rozpouštědlo odpaří a pozorujeme mastnou skvrnu. Zbylou směs můžeme dále přefiltrovat s použitím skleněné nálevky přes skládaný filtrační papír na hodinové sklo nebo Petriho misku. Ze získaného čirého roztoku necháme benzín volně odpařit například v digestoři nebo na okenním parapetu. Získáme tak makový olej v množství až 0,5 g. 3
9. Princip experimentu Extrakce je separační metoda. Nejčastěji využívaný princip extrakce je takový, kdy se látky na základě svých odlišných rozpustností dělí ve dvojici vzájemně nemísitelných rozpouštědel. Tato extrakce se provádí v dělicí nálevce (tzv. děličce). Jinou principiálně odlišnou variantou je extrakce pevných látek rozpouštědlem. Prosakováním rozpouštědla vrstvou drceného tuhého materiálu se rozpouštědlo obohacuje o separovanou látku. Laboratorní aparatura určená k tomuto způsobu extrahování se nazývá Soxhletův extraktor. Tento způsob separace je vhodný například k izolaci látek z přírodních materiálů. Lipidy (tuky) jsou spolu se sacharidy (cukry) a bílkovinami nezbytnými živinami pro lidský organismus, které je nutno přijímat v potravě. Člověk přijímá obvykle tuky živočišné povahy (sádlo, lůj) nebo rostlinné povahy (oleje), oboje svou chemickou strukturou patří mezi estery. Mák setý je jednoletá rostlina. Semena máku tvoří asi z poloviny oleje kyseliny stearové, palmitové a linolové. V prodejnách zdravé výživy je k dostání za studena lisovaný (panenský) makový olej. Z dalších důležitých látek přítomných v máku můžeme uvést bílkoviny, stopové prvky, zejména vápník a hořčík, a alkaloidy (opium, morfin, kodein). Lipidy přítomné v máku můžeme díky jejich nízké polaritě extrahovat do vhodného rozpouštědla. K tomuto účelu se nabízí komerčně dostupný technický benzín, ten je tvořen převážně směsí níževroucích alkanů. Dělicí nálevka Soxhletův extraktor Estery Makový olej 10. Bezpečnost práce Kromě dodržování zásad bezpečné práce a hygieny práce je nutné seznámit se s povahou použitých chemických látek, se způsoby jejich likvidace a také s nutnými úkony, které je třeba provést v případě poškození zdraví. Pracujeme v dobře větrané místnosti. Benzín (technický) Technický benzín je čirá bezbarvá kapalina používaná v domácnosti nebo dílně k odstraňování skvrn a nečistot nebo k odmašťování. Jedná se o směs chemických látek, obvykle alkanů a s malým podílem aromatických uhlovodíků. Vyrábí se z ropy, je to nízkovroucí hydrogenovaná ropná frakce. Ropa 4
S benzínem pracujeme v dobře větrané místnosti. Vyvarujeme se požití, nadýchání a potřísnění pokožky nebo očí. Nepracujeme s otevřeným ohněm. H-věty a P-věty: H225 Vysoce hořlavá kapalina a páry. H304 Při požití a vniknutí do dýchacích cest může způsobit smrt. H315 Dráždí kůži. H336 Může způsobit ospalost nebo závratě. H361 Podezření na poškození reprodukční schopnosti nebo plodu v těle matky. H411 Toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky. P102 Uchovávejte mimo dosah dětí. P210 Chraňte před teplem/jiskrami/otevřeným plamenem/ /horkými povrchy. Zákaz kouření. P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový štít. P301+P330+P331 PŘI POŽITÍ: Vypláchněte ústa. NEVYVOLÁVEJTE zvracení. P301+P310 PŘI POŽITÍ: Okamžitě volejte TOXIKOLOGICKÉ INFORMAČNÍ STŘEDISKO nebo lékaře. P273 Zabraňte uvolnění do životního prostředí. P501 Odstraňte obsah/obal: Použitý, řádně vyprázdněný obal odevzdejte na sběrné místo obalových odpadů. Obaly se zbytky výrobku odkládejte na místě určeném obcí k odkládání nebezpečných odpadů nebo předejte osobě oprávněné k nakládání s nebezpečnými odpady. Použitý benzín shromažďujte v uzavřeném tmavém obalu a na dobře větraném místě a společně s vyprázdněnými obaly jej předejte k likvidaci (sběrný dvůr, periodický svoz nebezpečného odpadu v místě bydliště, likvidační firma apod.). Použitý mák, jelikož je odpadem přírodní povahy, likvidujte v komunálním odpadu. 11. Poznámky ke strategii výuky Pokus je snadný a časově nenáročný. Vyznačuje se malou potřebou laboratorních pomůcek a materiálu a velmi nízkou spotřebou chemikálií. Experiment je možno zařadit na počátek laboratorní výuky chemie vedle dalších separačních metod jako jsou filtrace, sublimace, adsorpce, destilace nebo chromatografie. Pokusem je možno také doplnit teoretickou výuku v oblasti přírodních látek, mezi které patří dále proteiny, sacharidy, vitamíny aj. Vhodný vstup žáků do výuky. 5
12. Přínos Žáci se seznámí a individuálně si vyzkouší jednu ze separačních metod používaných v chemické praxi. Vhodná volba metody a následně extrakčního rozpouštědla je logicky odvislá od povahy a vlastností separovaných látek a doprovodných nečistot. Zde se nabízí zmínit rovněž problematiku polarity chemických látek, její znalost je snadno aplikovatelná i v každodenním životě. Nedílnou součástí experimentu je i zkoumání přírodních látek, (zde lipidů), hledání zdrojů jejich výskytu a seznámení se s jednoduchými možnostmi jejich izolace a detekce. 13. Fotografie Doba realizace pokusu je poměrně krátká a některé etapy jejího průběhu můžeme dokumentovat pořízením fotografií. Následující fotografie zobrazují rozetřený mák ve třecí misce s tloučkem (Obr. 1) a rozdrcený mák smíchaný s benzínem (Obr. 2). Obr. 1 Obr. 2 6