Pass the Cranberry…Volcano!

Key concepts
Chemistry
Acids
Bases
Reactions

Introduction
Je vindt cranberrysaus misschien lekker, maar als je ooit een echte cranberry hebt geproefd, ben je waarschijnlijk verbaasd over de smaak – beslist niet zo zoet als de saus of gezoete gedroogde bessen! Pure cranberry’s en cranberrysap zijn erg wrang om te eten, maar ze kunnen heerlijk zijn in combinatie met andere ingrediënten (zoals sinaasappelschil en suiker).

Cranberry’s zijn zuur, vergelijkbaar met citroenen of limoenen. Voedsel dat zuur is, smaakt meestal zuur of wrang, dus we gebruiken ze om een maaltijd op te fleuren, maar we eten ze zelden uit zichzelf. (Behalve dat ze zuur zijn, bevatten cranberry’s ook een speciaal, van kleur veranderend pigment dat we kunnen gebruiken om te testen of iets zuur of base is. In deze activiteit gebruiken we cranberry’s (in dit geval cranberrysap) om zuren en basen te identificeren en om de chemische reacties te observeren die ontstaan als je de twee mengt. Wie wist dat cranberry’s zoveel meer waren dan saus?

Achtergrond
Als je ooit citroensap in een snee hebt gekregen en die prik hebt gevoeld, dan weet je een klein beetje van zuren. En je weet waarschijnlijk ook wat basen zijn: Als je je handen wast en je krijgt dat glibberige gevoel van de zeep – dat is een base. De meeste vloeistoffen zijn ofwel een zuur ofwel een base, maar sommige zuren en basen zijn sterker dan andere. Citroensap prikt als je het in een snee krijgt omdat het zuur is. Maar andere soorten zeer sterke zuren kunnen hout en metaal oplossen. Geloof het of niet, maar het zuur in je maag (dat helpt bij het oplossen van je voedsel) is een zeer sterk zuur. Als je een beetje van je maagzuur op een blok hout zou laten vallen, zou het zuur er dwars doorheen eten!

Om te meten hoe zuur of basisch een vloeistof is, gebruiken we de pH-schaal. Deze schaal rangschikt vloeistoffen van 0 tot 14, waarbij 0 het zuurst en 14 het meest basisch is. We kunnen bepalen hoe zuur of basisch iets is door te testen hoe het reageert met andere dingen. Hiervoor gebruiken we vaak pH-indicatoren, die verschillende kleuren krijgen afhankelijk van of ze worden blootgesteld aan een zuur of een base.

Cranberry’s zijn speciaal omdat ze een natuurlijke pH-indicator bevatten-pigmenten genaamd anthocyanen, die van kleur veranderen afhankelijk van de pH van hun omgeving. In deze activiteit zullen we deze speciale eigenschap van cranberry’s gebruiken om een chemische reactie te observeren en te zien hoe basisch of zuur de kleur van een pH-indicator verandert.

Materialen

• Drie kopjes puur, 100 procent cranberrysap (geen cranberrysapcocktail)
• Baking soda
• Citroensap (vier eetlepels, ongeveer twee citroenen, als versgeperst sap het beste werkt)
• Vier heldere glazen of plastic bekertjes
• Een grote heldere plastic of glazen kom of braadpan (Een grote glazen ovenschaal werkt goed.
• Meetlepel (eetlepel)
• Een maatbeker (één maatbeker)
• Een vlakke werkplek waarop wat gemorst mag worden (ook cranberrysap)

Voorbereiding

• Met de maatbeker meet u één kopje cranberrysap af in drie van de doorzichtige bekers.
• Gebruik weer de maatbeker om één kopje water af te meten in het vierde doorzichtige kopje.
• Als u vers citroensap gebruikt (aanbevolen), pers dan de citroen uit en zet het sap apart in een kopje of schaaltje.
• Plaats de drie kopjes met sap erin naast elkaar in de grote schaal. De linker beker noemen we beker 1, de middelste beker is beker 2, en de rechter beker is beker 3. De beker met water is de waterbeker, die voorlopig opzij gezet moet worden.

Procedure

• Gebruik je maatlepel om twee eetlepels citroensap af te meten in beker 1. Vergelijk de kleur van het cranberrysap in beker 1, met de kleur van het sap in beker 2 (zonder citroen). Wat valt je op aan de kleur van de vloeistof in beker 1? Veranderde die toen je het citroensap toevoegde? Zo ja, maakte het citroensap het lichter of donkerder?
• Leg kopje 1 even apart.
• Met je maatlepel meet je een eetlepel zuiveringszout af en giet je dit in kopje 3 (rechts). Wat gebeurt er als het zuiveringszout bij het cranberrysap komt? Wat zie je? Wat hoor je? Wat gebeurt er met het sap? Zit er meer of minder in de beker?
• Laat de reactie minstens twee minuten doorgaan. Als er geen schuim meer ontstaat, kijk dan naar het sap op de bodem van beker 3. Vergelijk het met beker 2. Vergelijk het met beker 2. Wat valt je op aan de kleur van de vloeistof in beker 3? Is deze donkerder, lichter of hetzelfde als die in beker 2? Hoe zit het met het volume van het sap in beker 3? Is er meer of minder in beker 3 vergeleken met beker 2? Wat denk je dat de oorzaak is van de veranderingen die je waarneemt in beker 3?
• Zet kopje 1 terug in de schaal, zodat alle drie de kopjes weer op volgorde staan. Vergelijk de kleur en het volume van elk kopje. Welk kopje is het meest verschillend van de andere? Wat maakt het verschillend?
• Spoel je maatlepel af, zodat er geen zuiveringszout meer op zit. Voeg vervolgens twee eetlepels citroensap toe aan beker 3. Wat gebeurt er als je citroensap toevoegt aan beker 3? Zie je verschillen in de reactie vergeleken met toen je zuiveringszout toevoegde? Hoe is deze reactie anders? Hoe is hij hetzelfde?
• Laat de reactie ongeveer twee minuten doorgaan, tot er geen schuim meer ontstaat. Is er iets veranderd in kopje 3 nadat je het citroensap hebt toegevoegd? Zo ja, wat is er anders? Wat denk je dat de oorzaak is van de veranderingen die je waarneemt?
• Gebruik je maatlepel om twee eetlepels zuiveringszout af te meten in het bekertje water. Observeer wat er gebeurt als je het zuiveringszout toevoegt. Wat valt je op aan het water? Is er iets veranderd? Wat vertelt dit je over de reactie van cranberrysap en zuiveringszout? Zorgt zuiveringszout er altijd voor dat vloeistoffen gaan schuimen, of alleen bij sommige vloeistoffen?
• Extra: Als je genoeg cranberry- en citroensap hebt, probeer dan zuiveringszout toe te voegen aan twee naast elkaar staande kopjes cranberrysap. Laat de reactie plaatsvinden. Voeg nu citroensap toe aan slechts een van de bekers. Vergelijk de kleur en het volume van het sap en hoe het schuim eruit ziet in de twee bekers. Wat is er verschillend aan de twee bekers?
• Extra: Probeer eens twee eetlepels citroensap toe te voegen aan een kopje cranberrysap, en vervolgens zuiveringszout toe te voegen. Hoe verandert dit de reactie?
• Extra: Probeer de hoeveelheid zuiveringszout die je toevoegt te verhogen. (Zorg ervoor dat u dit in uw schaal zodat het niet rommelig!) Maakt het toevoegen van meer zuiveringszout de reactie sneller gebeuren? Verhoogt het de hoeveelheid schuim?
• Extra: Probeer met een volwassen helper één kopje cranberrysap ongeveer één minuut in de magnetron te doen, waardoor het warm wordt (maar niet heet). Voeg het zuiveringszout toe aan het warme sap. Verandert de temperatuur van het sap de reactie?

Observaties en resultaten
Je hebt misschien gemerkt dat de kleur van het cranberrysap veranderde toen je citroensap of zuiveringszout toevoegde. Door de toevoeging van zuiveringszout zou het sap donkerder van kleur moeten zijn geworden, terwijl het citroensap het juist iets lichter zou hebben gemaakt. Dit komt door de geweldige pigmenten die cranberry’s bevatten, de anthocyanen, die werken als een pH-indicator. Anthocyanen veranderen van kleur afhankelijk van of ze reageren met een zuur of een base. Zou je uit deze activiteit kunnen afleiden dat anthocyanen donkerder worden als ze in contact komen met een base of met een zuur? Als je base voorspelde, heb je gelijk! En in aanwezigheid van zuren worden anthocyanen lichter van kleur.

Toen je zuiveringszout aan het cranberrysap toevoegde, vond er een reactie plaats waarbij een gas vrijkwam, dat zowel grote bellen als kleine belletjes (schuim) in het sap doet ontstaan. Toen je echter zuiveringszout toevoegde aan het bekertje water, gebeurde er eigenlijk niets – er ontstond geen schuim, alleen wat troebel water. Waarom veroorzaakt zuiveringszout geen reactie in water, zoals het wel doet in cranberrysap? Het verschil is dat omdat cranberrysap licht zuur is, het reageert met alles dat basisch is. Baking soda is een base, dus wanneer het in contact komt met een zuur zoals cranberrysap, treedt er een reactie op. Maar wanneer de vloeistof pH-neutraal is, zoals water, treedt er geen reactie op.

Ten slotte is het je misschien ook opgevallen dat het volume (de hoeveelheid sap) in kopje 3 minder was na de zuiveringszoutreactie. Dit komt omdat het schuim dat door de reactie ontstond, uit het sap zelf bestond. (Je kon het waarschijnlijk zien omdat het schuim een vergelijkbare kleur had.) Daarom was er minder vloeibaar sap over in de beker omdat een deel van het sap schuim werd tijdens de reactie.

Meer om te ontdekken
Zuren, basen en de pH-schaal, van Science Buddies
Koolscheikunde-het vinden van zuren en basen, van Scientific American
De hoeveelheid zuur in azijn meten door titratie met een indicatoroplossing, van Science Buddies
Wetenschapsactiviteit voor alle leeftijden! van Science Buddies

Deze activiteit wordt u aangeboden in samenwerking met Science Buddies