ETUSIVU LÄHTÖKOHDAT   KEMIA    VÄRJÄYS   KANKAANPAINANTA   NÄYTTELYT   LINKKEJÄ
 
KEMIA - VÄRIAINEIDEN ERISTÄMINEN KRAPPIJUURESTA

 

Projekti alkoi kemian tunneilla. Niillä erotettiin krapin sisältämät väriaineet muusta juurimateriaalista. Seitsemännen luokan kemian osuuteen kuuluu erotusmenetelmien oppiminen, joten näitä taitoja harjoiteltiin nimenomaan tässä projektissa. Ajatuksena oli, että kemian opetus liittyisi johonkin konkreettiseen, joka herättäisi oppilaiden mielenkiinnon. Ajattelimme myös, että väriaineteemaisen työskentelyn kautta oppilaat saisivat kuvan kemia liittymisestä arkipäivän  asioihin, esim. heillekin tuttuun ja tärkeään ilmiöön, väriin.

 

 

 TARVITTAVAT VÄLINEET JA AINEET
  • vaaka, tehosekoitin, keitinlaseja, keittopulloja, suodatinvälineet, mittalaseja, pipettejä
  • kaksi TLC-kammiota tai isoa lasipurkkia, silika-TLC-levyjä, UV-valo
  • NaH2PO4, NaOH, HCl, (alunaa KAl(SO4)2), isoamyylialkoholia, pyridiiniä, metanolia, etanolia, tolueenia, etyyliasetaattia, muurahaishappoa
  • krappia
  PUSKURIN VALMISTUS

Valmistetaan 0,01 M natriumdivetyfosfaatti- puskuri liuottamalla 137,99 g NaH2PO4 1 litraan vettä. Tällöin pH=5.


 

 

 

LIUOKSET OHUTLEVYKROMATOGRAFIAA VARTEN

 

Liuos 1, isoamyylialkoholi:pyridiini:metanoli (3:2:1,5)

  • Tilavuus 200 ml. Tämä riittää yhteen isoon TLC-kammioon. 
    92 ml isoamyylialkoholia
    80 ml pyridiiniä
    46 ml metanolia

Liuos 2, tolueeni:etyyliasetaatti:etanoli:muurahaishappo (5:4:0,5:1)

  • Tilavuus 200 ml. Tämä riittää yhteen isoon TLC-kammioon.
    100 ml tolueenia
    80 ml etyyliasetaattia
    10 ml etanolia
    20 ml muurahaishappoa
 

 

 

TLC-kuvaa ja taulukkoa klikkaamalla saat ne suuremmiksi.
KEMIAN TUNTISUUNNITELMA
TUNNIT AIHE

1.-2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Projektin yleiskuvaus

Aiheen kuvaus: oppilaille selitetään, mikä on erotusmenetelmä ja mihin erotusmenetelmiä tarvitaan.

Kasviväreistä ja luonnon väriaineista: oppilaille selitetään, mitä kasviväreillä tarkoitetaan, kerrotaan niiden ekologisuudesta ja käsitellään myös hieman historiaa.

Kerrotaan, mikä on puskuri ja valmistetaan natriumdivetyfosfaattipuskuri.

VÄRIAINEIDEN UUTTO KRAPPIJUURISTA HAPPAMASSA pH:SSA 

Krappi punnitaan ja hienonnetaan hyvin hienoksi ja natriumdivetyfosfaatti-puskuri kaadetaan juurien päälle. Krappi imee melko paljon vettä, joten puskurin tilavuuden tulee olla kaksinkertainen krapin tilavuuteen nähden. Mikäli ei haluta laskea, kuinka monta prosenttia väriainetta krapista saadaan, ei punnitsemista tarvitse suorittaa. Krappijuuri-puskuri -seos jätetään reagoimaan huoneenlämpöön seuraavaan työkertaan (mielellään noin yksi vuorokausi).

Jos mahdollista, niin kaksi ensimmäistä opetuskertaa tulisi olla peräkkäisinä päivinä. Tällöin juuret olisivat puskurissa noin vuorokauden, mikä olisi sopiva uuttoaika.

3.-4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VÄRIAINEIDEN UUTTO KRAPPIJUURISTA EMÄKSISESSÄ pH:SSA

Puskuri-juuriseos suodatetaan.* Suodattaminen nopeutuu jos on mahdollista käyttää Büchner-suppiloa ja imua.

Suppiloon jääneitä krappijuuren paloja uutetaan kuumalla 1 M NaOH- liuoksella, jolloin väri liukenee. Juuria uutetaan niin kauan, kun väriä liukenee. Tämän jälkeen saostetaan väri tekemällä emäksinen liuos happamaksi esim. 10 % suolahapolla. Väriaineet jätetään saostumaan, ja työtä jatketaan seuraavalla kerralla suodattamalla kiinteät hiukkaset.

*Suodoksesta tehdään koevärjäys langanpätkällä. Langanpätkä punnitaan. Suodosta otetaan noin kymmenkertainen määrä langan massaan verrattuna. Suodokseen lisätään alunaa 10 % langan massasta (koevärjäys voidaan tehdä myös  ilman alunaa). Vedessä kasteltu, kostea langanpätkä laitetaan suodokseen ja liuosta aletaan lämmittämään. Lankaa pidetään tunti 90 °C:ssa. Värjäyksen jälkeen lanka huuhdellaan ja kuivataan.
5.-6.

NaOH-liuokseen uutettujen väriaineiden saostuminen ja suodatus. Liuoksen pH:n laskiessa emäksisestä reilusti happamaksi väriaineet alkavat saostua. Saostunut kiinteä väriaine suodatetaan ja annetaan kuivua. Suodatuksessa olisi hyvä olla imu. Saatu värijauhe varastoidaan tekstiilityön käyttöä varten.
7.-8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KAKSISUUNTAINEN OHUTLEVYKROMATOGRAFIA, 1. suunta

Otetaan hieman värijauhetta ja liuotetaan se mahdollisimman pieneen määrään etanolia. Kapillaariputkella otetaan liuosta ja laitetaan alkupiste TLC-levyn kulmaan 2 cm:n päähän molemmista reunoista. Jotta alkupisteeseen saataisiin riittävästi lähtöaineita, täytyy kapillaariputkella tuoda väriliuosta useita kertoja TLC-levylle. Hiustenkuivaajalla saadaan etanoli kätevästi haihdutettua jokaisen piston jälkeen.  

TLC-kammion pohjalle laitetaan noin 2 cm:n kerros liuosta 1 (isoamyylialkoholi:pyridiini:metanoli (3:2:1,5)). TLC-levy asetetaan kammioon. Annetaan nesteen ja sen mukana väriaineiden kohota. Levyjä pidetään liuoksessa kunnes neste on noussut lähelle TLC-levyn yläreunaa. Merkitään nesteen rajapinta. Nostetaan levyt pois kammiosta ja annetaan kuivua. Liuottimien haihtumista voidaan nopeuttaa hiustenkuivaajalla.

TLC-levy ajetaan toiseen suuntaan liuoksella 2 seuraavalla kerralla.

”Saaliin” punnitseminen.

Haluttaessa tehdään koevärjäys.
9.-10.

 

 KAKSISUUNTAINEN OHUTLEVYKROMATOGRAFIA, 2. suunta
Edellisellä tunnilla ajetut TLC-levyt käännetään 90o ja suoritetaan ajo käyttäen liuosta 2, tolueeni:etyyliasetaatti:etanoli:muurahaishappo (5:4:0,5:1). Toimitaan kuten edellisellä kerralla. TLC-levy asetetaan kammioon. Annetaan nesteen ja sen mukana väriaineiden kohota. Levyjä pidetään liuoksessa kunnes neste on noussut lähelle TLC-levyn yläreunaa. Merkitään nesteen rajapinta. Nostetaan levyt pois kammiosta ja annetaan kuivua.
11.-12. Tutkitaan TLC-levyjä käyttäen UV-valoa. Yritetään tunnistaa eri antrakinoniyhdisteitä värien ja Rf-arvojen perusteella.
 

 

TARKEMPI TUNTISUUNNITELMA

1. opetuskerta , tunnit 1–2

•  Oppilaat kirjoittavat ensin, mitä tulee mieleen sanaparista kemia – väri, aikaa noin 3 min. Keskustellaan oppilaiden vastauksista. Todetaan, että värien valmistamiseen liittyy aina kemialliset menetelmät.

•  Kerrotaan, miten erotusmenetelmät opiskellaan: luonnonväriprojektin yhteydessä. Esitetään tulevien tuntien ja työskentelyn aika-arvio.

•  Kerrotaan, että veriseitikki on ”väritehdas”. Esitellään veriseitikki-sieni ja kerrotaan sen sisältävän punaisia väriaineita. Tämä väriaine on tarkoitus erottaa sienestä seuraavien tuntien aikana. Kerrotaan myös, että luonnon väriaine on kiinnittynyt sokeriin, glukoosiin. Glykoosiin yhdistynyt väriaine ei ole kovin hyvä värjäyksessä ja siksi väriaine on tarkoitus saada eroon sokeristaan. Puhutaan myös siitä, millainen on sieni – elää symbioosissa puun kanssa.

•  Puhutaan ekologisuudesta.

•  Opetellaan vaa'an käyttö. Punnitaan puskuriliuokseen tarvittava natriumdivetyfosfaatti digitaalivaa'alla ja veriseitikit kirjevaa'alla. Kiinnitetään huomiota vaa'an tarkkuuteen. Samalla opetellaan, mikä on liuos: liuos on tasa-aineinen seos.

•  Valmistetaan natriumdivetyfosfaatti-liuos. Puskurista ei puhuta – ainakaan tässä vaiheessa. Puskuri on vaikea käsite ja se kuuluu lukioon.


2.opetuskerta , tunnit 3–4

•  Kerrataan edellisellä kerralla opitut asiat. Puhutaan vaa'an tarkkuudesta.

•  Selitetään ja näytetään esimerkkien avulla, millainen työselostuksen tulee olla ja miten digitaalikameraa käytetään kemian opiskelussa. Tarkoitus on, että oppilaat kuvaavat työskentelyn eri vaiheita ja kokoavat niistä protfolion / työselostuksen. Jaetaan kullekin ryhmälle omat levykkeet.

•  Valmistetaan puskuriliuokset, jos niiden tekeminen jäi edellisellä kerralla kesken.

•  Jauhetaan sienet tehosekoittimessa tai sauvasekoittimella (varottava sienten pölyämistä). Väriaineet vapautuvat sienen soluista paremmin, kun niiden rakenne on rikkoutunut.

•  Opetellaan happamuus: pH tarkoittaa happamuusastetta ja sitä mitataan indikaattoripaperilla. Luonnossa tapahtuvissa reaktioissa pH on oleellinen asia , koska entsyymit vaativat toimiakseen tietyn pH:n. Mitataan natriumdivetyfosfaatti-liuoksen pH pH-paperilla. Sen tuli olla pH=5. Opetellaan myös, että on olemassa indikaattoreita, jotka kertovat, onko liuos hapan vai emäksinen. Mitataan muiden aineiden sekä happojen että emästen pH-arvoja: maito, piimä, vesi, saippualiuos, coca-cola, kahvi, tee….

3.opetuskerta , tunnit 5–6

•  Erotetaan sienimassa puskurista suodattamalla käyttäen Büchner-suppiloa ja imua, joka nopeuttaa suodatusta.

•  Kun sienimassa on suodatettu, ruvetaan sitä uuttamaan kuumalla vedellä.

Leikataan villalangasta pätkät, jotka koevärjätään tässä vesisuodoksessa.

4. opetuskerta, tunnit 7–8

•  Kerrataan, mikä on uute ja mikä liuos sekä laboratoriovälineiden nimityksiä.

•  Jatketaan vedellä uuttamista.

•  Samaan aikaan haihdutetaan vesi pois uutteesta haihdutusmaljassa.


5. opetuskerta, tunnit 9–10

•  TLC: Oppilaille jaetaan Silikagel TLC-levyt, joihin he piirtävät rajat 2 cm:n päähän reunoista. Sitten he liuottavat haihdutetusta väristä etanoliliuoksen, josta laittavat lähtötäplän levyn kulmaan. Levyt asetetaan TLC-kammioon, jonka pohjalle on kaadettu noin 1 cm:n kerros alla olevaa liuosta. Levyjen annetaan olla kammiossa kunnes liuos on noussut melkein TLC-levyn yläreunaan. Liuotinraja merkitään levylle lyijykynällä.
1. suunta: pentanoli : pyridiini : metanoli (30 : 20 : 15)

•  Uutetaan sienimassaa eetterillä vetokaapissa kunnes väriä ei enää lähde.


6. opetuskerta, tunnit 11–12

•  Käännetään TLC-levyt 90º ja ”ajetaan” 2. suunta.
2. suunta: tolueeni : etyyliasetaatti : etanoli : muurahaishappo (5 : 4 : ½ : 1)

•  Tislataan väriaine-eetteri-liuoksesta eetteri pois.


7. opetuskerta, tunnit 13–14

•  Tutkitaan UV-valolla TLC-levyt. Havaitaan, että levyllä on useita läiskiä. Tämä osoittaa, että saatu väriaine on seos. Paremman ryhmän kanssa voisi verrata läiskiä kirjallisuusarvoihin.

•  Suodatetaan kolviin jäänyt liuos, jolloin saadaan kiinteässä olomuodossa oleva väriaine.

 

 

TEHTÄVIÄ
  Selitä lyhyesti:
a) seos
b) puhdas aine
c) atomi
d) molekyyli
e) liete
f) emulsio

Mitä tarkoittaa uuttaminen?
Miten valmistat liuoksen ruokasuolasta ja vedestä?
Mitä tarkoittavat käsitteet liuotin ja liuennut aine?

Mitä tarkoitusta varten käytetään ohutlevykromatogratiaa (TLC)?
Selitä esimerkin avulla     a) kiehumispiste    b) sulamispiste

Minkä alkuaineiden kemialliset merkit ovat O, H ja Na?
Piirrä keitinlasi, keittopullo ja mittalasi
 

 

SIVUN ALKUUN

6.11.2009 Riikka Räisänen