Keskeiset käsitteet
Kemia
Hapot
Hapot
Emäkset
Reaktiot
Esittely
Saatat nauttia karpalokastikkeesta, mutta jos olet koskaan maistanut aitoa karpaloa, yllätyit luultavasti sen mausta – se ei ole missään nimessä niin makea kuin kastike tai makeutetut kuivatut marjat! Puhtaat karpalot ja karpalomehu ovat hyvin happamia syötäväksi, mutta ne voivat olla herkullisia yhdistettynä muihin ainesosiin (kuten appelsiininkuoreen ja sokeriin).
Karpalot ovat happamia, kuten sitruunat tai limetit. Happamat elintarvikkeet maistuvat yleensä happamilta tai hapokkailta, joten käytämme niitä piristämään ateriaa, mutta syömme niitä harvoin sellaisenaan. (Voitko kuvitella, että voisit syödä kokonaisen sitruunan – auts!) Sen lisäksi, että karpalot ovat happamia, ne sisältävät myös erityistä, väriä muuttavaa väriainetta, jonka avulla voimme testata, onko jokin asia happo vai emäs. Tässä harjoituksessa käytämme karpaloita (tässä tapauksessa karpalomehua) happojen ja emästen tunnistamiseen ja havainnoimme kemiallisia reaktioita, jotka syntyvät, kun näitä kahta sekoitetaan. Kuka olisi arvannut, että karpalot ovat niin paljon muutakin kuin kastiketta!!!
Tausta
Jos olet joskus saanut sitruunamehua viiltoon ja tuntenut sen kirvelevän, tiedät hieman hapoista. Ja luultavasti tiedät myös emäksistä: Kun peset kätesi ja saat liukkaan tunteen saippuasta – se on emäs. Useimmat nesteet ovat joko happoja tai emäksiä, mutta jotkin hapot ja emäkset ovat vahvempia kuin toiset. Sitruunamehu kirvelee, kun sitä joutuu viiltoon, koska se on hapanta. Toiset erittäin vahvat hapot voivat kuitenkin liuottaa puuta ja metallia. Usko tai älä, mutta mahalaukussasi oleva happo (joka auttaa liuottamaan ruokaa) on erittäin vahva happo. Jos pudottaisit vähän mahahappoasi puupalikan päälle, happo söisi sen läpi!
Mittaaksemme, kuinka hapan tai emäksinen jokin neste on, käytämme pH-asteikkoa. Tällä asteikolla nesteet luokitellaan 0:sta 14:ään, jolloin 0 on happaminta ja 14 on emäksisintä. Voimme tunnistaa, kuinka hapan tai emäksinen jokin asia on, testaamalla, miten se reagoi muiden asioiden kanssa. Käytämme tähän usein pH-indikaattoreita, jotka muuttuvat eri värisiksi riippuen siitä, altistuvatko ne hapolle vai emäkselle.
Karpalot ovat erikoisia, koska ne sisältävät luonnollista pH-indikaattoria – antosyaaneiksi kutsuttuja pigmenttejä, jotka muuttavat väriään ympäristön pH:n mukaan. Tässä toiminnassa käytämme tätä karpaloiden erityistä kykyä havainnoidaksemme kemiallista reaktiota ja havaitsemme, miten emäksisyys tai happamuus muuttaa pH-indikaattorin väriä.
Materiaalit
- Kolme kuppia puhdasta, 100-prosenttista karpalomehua (ei karpalomehucocktailia)
- Leivinja
- Sitruunamehu (neljä ruokalusikallista, noin kaksi sitruunaa, tuoreena puristettu mehu toimii parhaiten)
- Neljä kirkasta lasi- tai muovimaljaa
- Yksi suuri muovinen tai lasinen kirkas kulho tai vuoka (Suuri lasinen leivinpannu toimii hyvin.)
- Mittalusikka (ruokalusikka)
- Mittakuppi (yhden kupin kokoinen)
- Tasainen työpiste, joka voi altistua joillekin roiskeille (myös karpalomehulle)
Valmistelu
- Mittakupin avulla mittaa yksi kuppi karpalomehua kolmeen kirkkaaseen kuppiin.
- Mittaa mittakupilla jälleen yksi kupillinen vettä neljänteen kirkkaaseen kuppiin.
- Jos käytät tuoretta sitruunamehua (suositellaan), mehusta sitruuna ja laita mehu sivuun kuppiin tai kulhoon.
- Aseta kolme kuppia, joissa on mehua, vierekkäin isoon astiaan. Kutsumme vasemmalla olevaa kuppia kuppiksi 1, keskimmäistä kuppia kuppiksi 2 ja oikealla olevaa kuppia kuppiksi 3. Kuppia, jossa on vettä, on vesikuppi, joka asetetaan toistaiseksi syrjään.
Menetelmä
- Mittaa mittalusikalla kaksi ruokalusikallista sitruunamehua kuppiin 1. Vertaile kuppiin 1 sisältyvän karpalomehun väriä kuppiin 2 sisältyvän mehun väriseen väriin (ilman sitruunaa). Mitä huomaat nesteen väristä kupissa 1? Muuttuiko se, kun lisäsit sitruunamehua? Jos kyllä, muuttuiko se sitruunamehun ansiosta vaaleammaksi vai tummemmaksi?
- Laita kuppi 1 toistaiseksi sivuun.
- Mittaa mittalusikalla yksi ruokalusikallinen ruokasoodaa ja kaada se kuppiin 3 (oikealla). Mitä tapahtuu, kun ruokasooda saavuttaa karpalomehun? Mitä näet? Mitä kuulet? Mitä mehulle tapahtuu? Onko kupissa enemmän vai vähemmän?
- Anna reaktion jatkua vähintään kaksi minuuttia. Kun vaahtoa ei enää synny, katso kupin 3 pohjassa olevaa mehua. Vertaa sitä kuppiin 2. Mitä huomaat nesteen väristä kupissa 3? Onko se tummempi, vaaleampi vai sama kuin kupissa 2? Entä mehun määrä kupissa 3? Onko kupissa 3 enemmän vai vähemmän kuin kupissa 2? Minkä luulet aiheuttaneen kupissa 3 havaitsemasi muutokset?
- Pane kuppi 1 takaisin astiaan niin, että kaikki kolme kuppia ovat taas järjestyksessä. Vertaile kunkin kupin väriä ja tilavuutta. Mikä kuppi eroaa eniten muista? Mikä tekee siitä erilaisen?
- Huuhtele mittalusikka pois niin, ettei siihen jää ruokasoodaa. Lisää sitten sillä kaksi ruokalusikallista sitruunamehua kuppiin 3. Mitä tapahtuu, kun lisäät sitruunamehua kuppiin 3? Huomaatko mitään eroja reaktiossa verrattuna siihen, kun lisäsit ruokasoodaa? Miten tämä reaktio on erilainen? Miten se on sama?
- Anna reaktion jatkua noin kaksi minuuttia, kunnes vaahtoa ei enää synny. Muuttuiko kupissa 3 mikään sen jälkeen, kun lisäsit sitruunamehua? Jos kyllä, mikä on erilaista? Mikä mielestäsi aiheutti havaitsemasi muutokset?
- Mittaa mittalusikalla kaksi ruokalusikallista ruokasoodaa vesikuppiin. Tarkkaile, mitä tapahtuu, kun lisäät ruokasoodaa. Mitä huomaat vedessä? Onko jokin muuttunut? Mitä tämä kertoo karpalomehun ja ruokasoodan reaktiosta? Aiheuttaako ruokasooda aina nesteiden vaahtoamisen vai vain joidenkin nesteiden?
- Extra: Jos sinulla on tarpeeksi karpalo- ja sitruunamehua, kokeile lisätä ruokasoodaa kahteen vierekkäin olevaan kuppiin karpalomehua. Anna reaktion tapahtua. Lisää nyt sitruunamehua vain yhteen kuppiin. Vertaile mehun väriä ja tilavuutta sekä sitä, miltä vaahto näyttää molemmissa kupeissa. Mikä näissä kahdessa kupissa on erilaista?
- Extra: Kokeile lisätä kaksi ruokalusikallista sitruunamehua kuppiin karpalomehua ja sen jälkeen lisätä ruokasoodaa. Miten tämä muuttaa reaktiota?
- Extra: Kokeile lisätä lisättävän ruokasoodan määrää. (Muista pitää tämä astia, jotta se ei sotkeudu!) Tekeekö ruokasoodan lisääminen reaktion nopeammin? Lisääkö se vaahdon määrää?
- Extra: Kokeile aikuisen avustajan kanssa mikrossa lämmittää yhtä kupillista karpalomehua noin minuutin ajan, jolloin siitä tulee lämmintä (mutta ei kuumaa). Lisää ruokasooda lämpimään mehuun. Muuttaako mehun lämpötila reaktiota?
Havaintoja ja tuloksia
Olet ehkä huomannut, että karpalomehun väri muuttui, kun lisäsit siihen sitruunamehua tai ruokasoodaa. Ruokasoodan lisäämisen olisi pitänyt saada mehu muuttumaan tummemmaksi, kun taas sitruunamehun lisääminen teki siitä hieman vaaleamman. Tämä tapahtuu karpaloiden sisältämien hämmästyttävien pigmenttien, antosyaanien, vuoksi, jotka toimivat pH-indikaattorina. Antosyaanit muuttavat väriä sen mukaan, reagoivatko ne hapon vai emäksen kanssa. Arvaisitko tämän tehtävän perusteella, että antosyaanit muuttuvat tummemmiksi, kun ne joutuvat kosketuksiin emäksen tai hapon kanssa? Jos ennustit emästä, olet oikeassa! Ja happojen läsnä ollessa antosyaanit muuttuvat vaaleammiksi.
Kun lisäsit ruokasoodaa karpalomehuun, tapahtui reaktio, jossa vapautui kaasua, joka synnyttää mehuun sekä suuria kuplia että pieniä kuplia (vaahtoa). Kun lisäsit ruokasoodaa vesikuppiin, mitään ei kuitenkaan oikeastaan tapahtunut – vaahtoa ei syntynyt, vain hieman sameaa vettä. Miksi ruokasooda ei aiheuta vedessä samanlaista reaktiota kuin karpalomehussa? Ero on siinä, että koska karpalomehu on lievästi hapanta, se reagoi kaiken emäksisen kanssa. Ruokasooda on emäs, joten kun se joutuu kosketuksiin happaman aineen, kuten karpalomehun, kanssa, tapahtuu reaktio. Mutta kun nesteen pH on neutraali, kuten vesi, reaktiota ei tapahdu.
Viimeiseksi olet ehkä myös huomannut, että tilavuus (mehun määrä) oli pienempi kupissa 3 ruokasoodareaktion jälkeen. Tämä johtuu siitä, että reaktiossa syntynyt vaahto koostui itse mehusta. (Tiesit sen luultavasti siitä, että vaahto oli väriltään samanlaista.) Kuppiin jäi siis vähemmän nestemäistä mehua, koska osa mehusta muuttui vaahdoksi reaktion aikana.
Muutakin tutkittavaa
Hapot, emäkset ja pH-asteikko, osoitteesta Science Buddies
Kaalin kemia-happojen ja emästen löytäminen, osoitteesta Scientific American
Hapon määrän mittaaminen etikassa titraamalla indikaattoriliuoksella, osoitteesta Science Buddies
Tiedeaktiviteetteja kaikenikäisille!, from Science Buddies
Tämä aktiviteetti on tuotu sinulle yhteistyössä Science Buddies
kanssa.