anaerobní reakce aneb kvasinky v akci. Projekt Trojlístek

2. Vlastnosti látek a chemické reakce

2.01 Aerobní/anaerobní reakce aneb kvasinky v akci. Projekt Trojlístek

úroveň

1–2–3

Aerobní/anaerobní reakce aneb kvasinky v akci Trojlístek

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 2. stupeň ZŠ (8. a 9. třída) ročníky osmiletých gymnázií (tercie a kvarta). Osmiletá gymnázia (tercie a kvarta)

3. Abstrakt Po přídavku potravinářského droždí do oslazené vlažné vody se začne vyvíjet CO 2 jako vedlejší produkt aerobní reakce kvasinek. Vznikající plyn je možné indikovat různými způsoby, například ho použít k nafouknutí balónku, případně jej pohlcovat do mírně alkalické vody s přídavkem indikátoru (fenolftalein) a pozorovat barevnou reakci.

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 základních chemických látek (voda, CO 2 , kvasinky, cukry).

Co mají žáci znát: • voda; • chemické látky, směsi; • chemická reakce.

5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos Experiment přispěje k pochopení zákonitostí složení hmoty z chemických látek. Žáci se seznámí s příkladem reakce organických látek – mikroorganismů. Na jednoduchém případě bude demonstrován a vysvětlen princip aerobní reakce a vzniku CO 2 . Bude vysvětlen rozdíl mezi aerobní a anaerobní reakcí. Realizace chemické reakce v reálném čase ilustruje způsoby přeměny hmoty (chemických látek) doprovázené změnami fyzikálního chování a rovněž změnami skupenství. Oxid uhličitý je plyn, který je součástí základních životních procesů, jako je dýchání či fotosyntéza, v tomto případě bude ukázáno jeho použití v potravinářství.

Co se žáci dozví: • Mikroorganismy. • Vznik CO2 a jeho vlastnosti. • Aerobní/anaerobní reakce.

Trojlístek podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let

2


6. Chemikálie, pomůcky a vybavení

DŮLEŽITÉ: Co budu potřebovat, co si mám nachystat, připravit, nakoupit! Na co nesmím zapomenout!

6.1 Použité chemikálie

Voda H 2 O Cukr: sacharóza C 12 H 22 O 11 (ev. glukóza C 6 H 12 O 6 ) Droždí potravinářské (Saccharomyces cerevisiae) Fenolftalein indikátor „Alkalická voda“ (1 g Na 2 CO 3 rozpuštěný v 1 l vody)

6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení

Kádinka 500 ml Odměrná baňka 500 ml Laboratorní lžička Brčko (ev. hadička) volitelně PET láhev a balónek

6.3 Přístrojové vybavení Provedení experimentu měřicích přístrojů.

nevyžaduje

použití

laboratorních

7. Časový harmonogram 7.1 Příprava experimentu

Do doby přípravy experimentu je nutné zahrnout shromáždění uvedených chemikálií, pomůcek a nádobí. Další fází je smíchání jednotlivých složek a pak vlastní vyvíjení CO 2 . Vhodné je připravit si dopředu indikátor fenolftalein do zásobní nádobky. Časy: ČASY: Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na maximálně 5 minut. 5 minut

7.2 Realizace experimentu

Realizace jednoho pokusu probíhá v reálném čase. Časy: Dobu nutnou na smíchání chemikálií a vyvíjení CO 2 odhadujeme 20 – 40 minut na 20 až 40 minut.


3


8. Laboratorní postup Experiment se skládá z vytvoření vodného roztoku cukru (případně glukózy), přimíchání potravinářského droždí a vyvíjení CO 2 . Pokud si budeme chtít sami připravit indikátor fenolftalein, rozpustíme 0,5 g čistého fenolftaleinu ve 100 ml 50% vodného roztoku ethanolu. Příprava roztoku cukru V 500 ml odměrné baňce postupně rozmícháme několik lžiček cukru ve 250 ml pitné vody a zamícháme lžičkou. Vlastní experiment K vodnému roztoku cukru přidáváme postupně kousky droždí. Pomalu zamícháme a pozorujeme vznik bublinek CO 2 . Umístíme na teplé místo. a) Vznikající plyn můžeme použít k nafouknutí balónku navlečeného na baňku s rozmíchanou směsí. b) Vznikající plyn můžeme hadičkou odvádět z baňky do kádinky s mírně alkalickou vodou (pH = 8,5) a přídavkem fenolftaleinu. Zde pak pozorujeme postupné odbarvování fialového roztoku.

9. Princip experimentu Kvasinky Saccharomyces cerevisiae reagují s cukry (glukózou, Účinkující chemické sloučeniny: případně sacharózou) ve vhodném prostředí (teplá voda) za Cukr (glukóza, sacharóza) přítomnosti kyslíku (Schéma 1): Kvasinky Saccharomyces cerevisiae Kyslík kvasinky

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 energie

→

6 CO 2 + 6 H 2 O +

Schéma 1

Jedná se o aerobní reakci (reakce za přítomnosti kyslíku, tedy vzduchu), při které dochází k množení mikroorganismů a jako vedlejší produkt „dýchání kvasinek“ se uvolňuje CO 2 . Na rozdíl od tohoto procesu, anaerobní reakci kvasinek (bez přítomnosti kyslíku) označujeme jako fermentaci neboli kvašení. Tradičním a nejpoužívanějším příkladem je ethanolové kvašení, při kterém kvasinky (např. opět rod Sacharomyces) přeměňují jednoduché cukry na ethanol podle rovnice (Schéma 2): Trojlístek podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let

4


kvasinky

C 6 H 12 O 6

→ 2 CO 2 + 2 C 2 H 5 OH

Schéma 2

Při obou uvedených dějích se uvolňuje oxid uhličitý, který můžeme pozorovat ve formě unikajících bublinek nebo ho dále detekovat výše popsaným postupem.

10. Bezpečnost práce Kromě dodržování zásad bezpečné práce a hygieny práce je nutné seznámit se s povahou použitých chemických sloučenin, se způsoby jejich likvidace a také s nutnými úkony, které je třeba provést v případě poškození zdraví. Glukóza, sacharóza ani droždí nemají škodlivé účinky na lidské zdraví. Fenolftalein je zdraví škodlivá látka. Pro přípravu indikátoru se použije malé množství rozpuštěné v 50% ethanolu, doporučuje se připravit jej dopředu. Ethanol je organické rozpouštědlo, vysoce hořlavé. H věty + P věty: H225 Vysoce hořlavá kapalina a páry. P210 Chraňte před teplem/jiskrami/otevřeným plamenem/ horkými povrchy. – Zákaz kouření. P233 Uchovávejte obal těsně uzavřený. Reakční směs po provedené reakci likvidujeme v kanalizaci.

11. Poznámky ke strategii výuky Experiment je jednoduchý a časově nenáročný. Rovněž se vyznačuje malou potřebou laboratorního nádobí a nízkou spotřebou chemikálií. Doporučujeme individuální provedení pokusu jednotlivými žáky. Je vhodné používat ochranný oděv – pracovní plášť.


5


12. Přínos Žáci se seznámí s principem aerobní reakce mikroorganismů. Bude vysvětlen rozdíl mezi aerobní a anaerobní reakcí. Použité látky jsou běžně dostupné, proces kynutí těsta či kvašení piva jsou jevy obecně známé. Droždí používal člověk od pradávna – Egypťané ho k pečení chleba využívali již před pěti tisíci lety. V roce 1857 pak Louis Pasteur objevil, že kvašení způsobují živé organismy, kvasinky. Dokázal, že buňky kvasinek mohou žít jak za přístupu vzduchu, tak bez něho.

Kynutí těsta způsobuje vznikající CO 2 .

Saccharomyces cerevisiae je patrně nejznámější druh kvasinky. Název mikroorganismu je odvozen od slova cukr (Saccharo) a od slova houba (Myces). Rod cerevisiae znamená v latině „pivní“. Droždí (kvasinky) obsahuje bílkoviny a vitamíny skupiny B. Sušené droždí je obsaženo v řadě potravinářských produktů (sypké směsi na těsta, chleba).

13. Fotografie Průběh experimentu fotografií.

můžeme

dokumentovat

pořízením


6

anaerobní reakce aneb kvasinky v akci. Projekt Trojlístek

Recommend Documents