25. WYKRYWANIE CUKRÓW. HYDROLIZA SACHAROZY ORAZ SKROBI 1. Realizowane treœci podstawy programowej Chemia Biologia Przedmiot Realizowana treœæ podstawy programowej Uczeñ: 9.14. Wymienia pierwiastki, których atomy wchodz¹ w sk³ad cz¹steczek cukrów; dokonuje podzia³u cukrów na proste i z³o one 9.15. Podaje wzór sumaryczny glukozy i fruktozy; bada i opisuje w³aœciwoœci fizyczne glukozy; wskazuje na jej zastosowania 9.16. Podaje wzór sumaryczny sacharozy; bada i opisuje w³aœciwoœci fizyczne sacharozy; wskazuje na jej zastosowania; zapisuje równanie reakcji sacharozy z wod¹ (za pomoc¹ wzorów sumarycznych) 9.17. Opisuje wystêpowanie skrobi i celulozy w przyrodzie; podaje wzory sumaryczne tych zwi¹zków; wymienia ró nice w ich w³aœciwoœciach; opisuje znaczenie i zastosowania tych cukrów; wykrywa obecnoœæ skrobi w ró nych produktach spo ywczych Uczeñ: 1.3. Wyró nia podstawowe grupy zwi¹zków chemicznych wystêpuj¹cych w ywych organizmach (wêglowodany, bia³ka, t³uszcze, kwasy nukleinowe, witaminy, sole mineralne) oraz przedstawia ich funkcje 3.4 Przedstawia miejsce i produkty trawienia oraz miejsce wch³aniania g³ównych grup zwi¹zków organicznych 2. Kszta³cone kompetencje Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo techniczne. 3. Cele zajêæ blokowych Uczeñ bêdzie wykonywa³ próby Tollensa oraz Trommera. Za pomoc¹ kwasu przeprowadzi hydrolizê sacharozy oraz za pomoc¹ enzymów, zawartych w œlinie, przeprowadzi hydrolizê skrobi. 4. Oczekiwane osi¹gniêcia ucznia: pos³uguje siê szk³em laboratoryjnym, wykonuje próbê Tollensa i Trommera, przeprowadza reakcjê hydrolizy sacharozy oraz skrobi, wymienia nazwê sk³adnika œliny ludzkiej odpowiedzialnego za rozk³ad skrobi. strona 239
5. Wykaz pomocy dydaktycznych Lp Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Iloœæ sztuk 1 probówki 6szt/grupê probówka czysta/odt³uszczona 1 szt./grupê 2 ³aŸnia z gor¹c¹ wod¹ (czajnik elektryczny) 1 szt. 3 glukoza (najlepiej farmaceutyczna z apteki) ok. 2 ³y eczki/grupê 4 sacharoza (najlepiej cukier spo ywczy) ok. 2 ³y eczki/grupê 5 skrobia ok. 1 / 4 ³y eczki/grupê 6 pisak do szk³a 1/grupê 7 statyw do probówek 1/grupê 8 wysoka zlewka lub s³oik 1/grupê 9 zlewki o pojemnoœci ok. 100 cm 3 lub kubeczki jednorazowe 2/grupê 10 kubeczek jednorazowy 2/grupê Inne materia³y przygotowane przez nauczyciela 1 ok. 1,5 2% r r CuSO 4 2 ok. 4 5% r r AgNO 3 3 ok. 8 10% r r NaOH 4 ok. 3 5% r r NH 3 H 2 O 5 ok. 10% r r HCl 6. Proponowany przebieg zajêæ z rozliczeniem czasowym Lp Opis kolejnych dzia³añ Uwagi do realizacji dla nauczyciela (rysunki, schematy, fotografie, linki do WWW itp.) Czas trwania w min strona 240 1 Podzielenie uczniów na grupy, przypomnienie przepisów BHP, Regulaminu Pracowni, zaznajomienie z kartami charakterystyk NaOH, AgNO 3, CuSO 4,NH 3 H 2 O. 15
2 zad. 1 Wykonanie próby Tollensa z r r glukozy i sacharozy. 3 zad 2. Wykonanie próby Trommera z r r glukozy i sacharozy. 4 zad.3.przeprowadzeniehydrolizysacharozywobecnoœci HCl i skrobi w obecnoœci enzymów obecnych w œlinie. 5 Wype³nienie ankiety, posprz¹tanie stanowiska pracy, umycie szk³a laboratoryjnego. Nauczyciel przygotowuje amoniakalny r r tlenku srebra. Je eli dysponuje bardzo czystymi probówkami, nale y dopilnowaæ aby uczniowie nalali tam r r glukozy. Nauczyciel przygotowuje kompleksowy roztwór wodorotlenku miedzi (II). 15 15 25 20 Ca³kowity czas trwania jednostki 90 7. Obudowa do zajêæ blokowych Wskazane jest, aby uczniów podzieliæ na grupy 2- do 4-osobowe. Roztworu AgNO 3 nale y przygotowaæ tyle, ile potrzeba na dane zajêcia, ewentualnie przechowaæ w butelce z ciemnego szk³a. UWAGA! Amoniakalnego roztworu tlenku srebra nie wolno przechowywaæ d³u szy czas, bo tworz¹ siê wybuchowe zwi¹zki srebra! Ewentualny nadmiar roztworu po zajêciach nale y zalaæ roztworem HCl w celu wytr¹cenia chlorku srebra. Je eli w pracowni nie ma nowej, nieu ywanej probówki, mo na u yæ probówki wymytej dok³adnie p³ynem do naczyñ (np. Ludwik) i dodatkowo odt³uœciæ za pomoc¹ NaOH. Próbê Tollensa mo na tak e wykonywaæ dla produktów hydrolizy sacharozy i skrobi, zrezygnowano z niej (pkt. 4) wy³¹cznie ze wzglêdu na wysoki koszt azotanu(v) srebra. W przypadku, gdy pracownia nie jest zaopatrzona w ten odczynnik, mo na wykonywaæ wy³¹cznie próbê Trommera (pomin¹æ zadanie 2). Je eli do wykonania doœwiadczeñ u ywamy glukozy aptecznej oraz sacharozy spo ywczej, to wskazane jest, aby umo liwiæ uczniom porównanie smaku obydwu substancji, zaznaczaj¹c, e kosztowanie tych substancji jest dzia³aniem wyj¹tkowym i w przysz³oœci nie wolno bez zgody nauczyciela próbowaæ adnych substancji. Zaznaczyæ nale y, e glukoza jest czystoœci aptecznej (czystoœci farmakopealnej) i tylko dlatego mo na jej skosztowaæ. W karcie pracy nie wspomniano o badaniu smaku substancji celowo, aby w przypadku u ywania glukozy o nieznanej czystoœci nie sugerowaæ uczniom badania jej smaku. Wnioskiem z badania smaku obydwu substancji powinno byæ, e obydwa cukry s¹ s³odkie, ale glukoza ma mniej intensywny s³odki smak. strona 241
Zadanie. 1 Przygotowanie amoniakalnego roztworu tlenku srebra dla jednej grupy (czyli dwóch doœwiadczeñ) do zlewki nale y nalaæ oko³o 2 cm 3 r r AgNO 3, dodaæ 1 krople r r NaOH (wytr¹ci siê osad) oraz tyle roztworu amoniaku, aby rozpuœci³ siê powstaj¹cy pocz¹tkowo osad. W jednej zlewce nauczyciel przygotowywuje od razu tyle roztworu, ile bêdzie potrzeba, mno ¹c powy szy przepis przez liczbê grup uczniowskich. Wykonanie tego roztworu powinno siê odbyæ w formie pokazu w trakcie zajêæ. Uwaga jak ju wspomniano roztworu tego nie wolno przechowywaæ! Otrzymany roztwór nale y równomiernie rozdzieliæ pomiêdzy grupy uczniowskie, dolewaj¹c go do przygotowanych przez uczniów probówek. Reakcja Tollensa je eli probówka nie bêdzie czysta, srebro mo e nie wydzieliæ siê na œciankach naczynia, tylko w formie ciemnego koloidu/osadu to te jest obserwacja i dowód na redukuj¹ce dzia³anie glukozy. Wniosek glukoza ma dzia³anie redukuj¹ce a sacharoza nie. Zadanie 2. Przygotowanie kompleksowego roztworu wodorotlenku miedzi (II) dla jednej grupy (czyli czterech doœwiadczeñ) do zlewki nale y nalaæ oko³o 1 cm 3 r r CuSO 4, i dodawaæ r r NaOH tyle, aby rozpuœci³ siê powstaj¹cy pocz¹tkowo osad (powstaje rozpuszczalny tetrahydroksomiedzian (II) sodu- Na2[Cu(OH)4] ). Uwaga, w zale noœci od u ytych stê eñ mo e byæ potrzebne nawet kilka cm3 r r NaOH, nie nale y siê obawiaæ u ycia nadmiaru zasady, a nawet jest to wskazane). W jednej zlewce nauczyciel przygotowywuje od razu tyle roztworu, ile bêdzie potrzeba, mno ¹c powy szy przepis przez liczbê grup uczniowskich. Do ka dego doœwiadczenia nalewamy uczniom do probówek ok. 2 cm 3 przygotowanego roztworu. W probówce z glukoz¹ bêd¹ zachodziæ barwne reakcje. Pocz¹tkowo roztwór zrobi siê ó³ty, a nastêpnie powinien przybraæ barwê brunatno-czerwon¹. W trakcie tej reakcji, oprócz czerwonego tlenku miedzi (I), mog¹ powstawaæ równie inne zwi¹zki. Niekiedy udawa³o siê zaobserwowaæ na œciankach probówki bardzo cienk¹ warstwê metalicznej miedzi. Je eli roztwór zrobi siê czarny, to znaczy, e w probówce znajdowa³ siê nierozpuszczony do koñca osad Cu(OH) 2,któryroz³o y³ siê do czarnego tlenku miedzi(ii) i próbê nale y powtórzyæ dodaj¹c wiêksz¹ iloœæ r r- NaOH. Przy badaniu produktów hydrolizy sacharozy (reakcja z HCl), je eli po dodaniu odczynnika Trommera pojawi siê koloidalna zawiesina wodorotlenku miedzi (II), nale y dodaæ roztwór NaOH a do rozpuszczenia koloidu. Zadanie 3. strona 242 Wyjaœniamy, e próba Tollensa jest kosztowna (ze wzglêdu na zwi¹zki srebra), i dlatego w dalszych doœwiadczeniach wykonujemy wy³¹cznie próbê Trommera, aczkolwiek mo na wykonywaæ tak e próbê Tollensa, gdy pozwala na to czas, oraz gdy pozosta³ niezu yty amoniakalny roztwór srebra. Enzymy zawarte w œlinie najlepiej dzia³aj¹ w temperaturze cia³a ludzkiego, we wrz¹tku ulegaj¹ rozk³adowi. Ju w trakcie prowadzenia hydrolizy sacharozy, uczniowie powinni rozpocz¹æ przygotowywanie roztworu skrobi.
Na koñcu zajêæ bardziej dociekliwym uczniom mo na powiedzieæ, e jest kilka cukrów oprócz glukozy, posiadaj¹cych w³aœciwoœci redukuj¹ce np. fruktoza i maltoza (pierwszym produktem hydrolizy skrobi jest maltoza). 8. Uwagi Je eli w pracowni nie ma Kart Charakterystyk Substancji Niebezpiecznych, mo na je pobraæ ze stron internetowych producentów, np.: http://www.poch.com.pl/1/karty-charakterystyk,0,0 strona 243
9. Karta pracy ucznia Drogi Uczniu! Dzisiaj na zajêciach poznasz kilka w³aœciwoœci cukrów. Dowiesz siê tak e, czym ró ni siê cukier kuchenny od glukozy. Poznasz metody chemiczne odró niania ich od siebie, oraz metody jakimi mo na przeprowadziæ reakcje chemiczn¹, by z jednego otrzymaæ drugi. Dowiesz siê tak e, co dzieje siê z niektórymi cukrami w twoim organizmie po ich zjedzeniu. Na pocz¹tek garœæ istotnych informacji: Glukoza to monosacharyd, czyli cukier prosty, jego wzór chemiczny to C 6 H 12 O 6. Cukier ten jest podstawowym materia³em energetycznym u wiêkszoœci organizmów ywych. S³u y tak e jako materia³ do syntezy innych substancji w organizmach ywych. Produkowany jest przez roœliny w procesie fotosyntezy. Identyczny wzór chemiczny (sumaryczny) ma cukier fruktoza, ró ni siê ona od glukozy u³o eniem poszczególnych atomów w cz¹steczce. Sacharoza to cukier, który na pewno znajduje siê w kuchni u Ciebie w domu, dlatego nazywamy go czasami cukrem kuchennym. Jego wzór chemiczny to C 12 H 22 O 11, nale y on do tzw. dwucukrów (disacharydów), poniewa sk³ada siê z po³¹czonych ze sob¹ glukozy i fruktozy. Skrobia to wielocukier, sk³adaj¹cy siê z bardzo wielu (nawet powy ej 300) po³¹czonych ze sob¹ cz¹steczek glukozy. Na dzisiejszych zajêciach najwa niejsza s¹ dla Ciebie s¹ dwie informacje, które sprawdzisz doœwiadczalnie: 1) glukoza ma w³aœciwoœci redukuj¹ce, a sacharoza ich nie posiada, 2) sacharozê pod wp³ywem kwasu mo na roz³o yæ na glukozê (dodatkowo powstaje jeszcze fruktoza) a proces ten nazywamy hydroliz¹, 3) enzymy zawarte w œlinie rozk³adaj¹ (hydrolizuj¹) skrobie na cukry posiadaj¹ce w³aœciwoœci redukuj¹ce, 4) zajœcie reakcji Tollensa oraz Trommera œwiadczy o obecnoœci w roztworze cukru o w³aœciwoœciach redukuj¹cych np. glukozy. strona 244 Æwiczenie 1. Badanie rozpuszczalnoœci glukozy i sacharozy. Przeprowadzenie reakcji Tollensa (próby lustra srebrnego). a) Przygotowanie roztworów glukozy i sacharozy. Opisz pisakiem dwie zlewki (pierwsza-glukoza, druga-sacharoza) do pierwszej nasyp ³y eczkê glukozy, do drugiej ³y eczkê sacharozy. Do obydwu zlewek dolej po ok. 25 cm 3 wody destylowanej. Zamieszaj, ale pamiêtaj, nie wolno ci zanieczyœciæ jednego roztworu drugim. Czy obie substancje rozpuszczaj¹ siê w wodzie? Poni ej zapisz, co zaobserwowa³eœ.
b) WeŸ dwie probówki i nalej do nich po ok. 1 cm 3 (ta objêtoœæ odpowiada mniej wiêcej wysokoœci 1 cm od dna probówki) przygotowanych roztworów. Zapytaj nauczyciela, czy w pracowni jest nieu ywana, lub dok³adnie wymyta probówka, je eli tak, to do niej nalej roztwór glukozy. Probówki opisz pisakiem. Poproœ nauczyciela, aby dola³ Ci do ka dej z probówek amoniakalnego roztworu tlenku srebra. Zanurz obie probówki do naczynia z gor¹c¹ wod¹ i obserwuj zmiany. Poni ej zapisz, co zaobserwowa³eœ. Probówka z glukoz¹ Probówka z sacharoz¹ Wniosek Æwiczenie 2. Przeprowadzenie reakcji Trommera. WeŸ dwie probówki i nalej do nich po ok. 1 cm 3 (ta objêtoœæ odpowiada mniej wiêcej wysokoœci 1 cm od dna probówki) przygotowanych roztworów glukozy i sacharozy. Opisz je pisakiem. Poproœ nauczyciela, aby aby dola³ Ci do ka dej z probówek kompleksowego roztworu wodorotlenku miedzi(ii). Nastêpnie zanurz obie probówki do zlewki z gor¹c¹ wod¹ i obserwuj zachodz¹ce zmiany. Probówka z glukoz¹ Probówka z sacharoz¹ Wniosek Æwiczenie 3. Przeprowadzenie reakcji hydrolizy sacharozy oraz skrobi. Sprawdzenie za pomoc¹ reakcji Trommera, czy produkty rozk³adu tych cukrów maj¹ w³aœciwoœci redukuj¹ce. Do probówki nalej oko³o 1 cm 3 roztworu sacharozy i poproœ nauczyciela, aby doda³ do niej 1cm 3 roztworu kwasu solnego. Probówkê opisz i zanurz do zlewki z gor¹c¹ wod¹. Powinna tam pole eæ, przez co najmniej 10 min. Nastêpnie wykonaj reakcjê Trommera. Obserwacjê i wniosek zapisz poni ej. Obserwacja Wniosek A teraz sporz¹dÿ kleik skrobiowy ok. 1 / 4 ³y eczki skrobi zalej ok. 50 cm 3 gotuj¹ce wody dok³adnie wymieszaj i od³ó do zlewki z zimn¹ wod¹, aby ostyg³. W tym czasie wybierzcie spoœród siebie ochotnika, który napluje do jednorazowego kubeczka (wystarczy pó³ ³y eczki œliny). Dolejcie nastêpnie do kubeczka oko³o 1 cm 3 ostudzonego roztworu skrobi, dok³adnie zamieszajcie potrz¹saj¹c kubeczkiem i przelejcie zawartoœæ do opisanej probówki. Zanurzcie j¹ do zlewki z ciep³¹ wod¹ (uwaga ciep³¹, nie gor¹c¹). Powinna tam pole eæ przez oko³o 10 minut. W œlinie znajduje siê wiele enzymów trawiennych, w tym tak e amylaza. Wywo³uj¹ one rozk³ad skrobi do dwucukrów i cukrów prostych. strona 245
Zastanów siê i napisz poni ej, dlaczego probówkê z enzymami zawartymi w œlinie umieœci³eœ w zlewce z ciep³¹ wod¹ (a nie np. z wrz¹tkiem). Wykonaj teraz reakcjê Trommera zawieraj¹c¹ skrobie z enzymami, dla porównania mo esz wykonaæ tak e reakcjê ze skrobi¹ bez enzymów. Obserwacje i wnioski zapisz poni ej. Obserwacja Wniosek Zapamiêtaj! Ani sacharoza, ani skrobia nie maj¹ w³aœciwoœci redukuj¹cych, natomiast glukoza je posiada! Lp. Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Iloœæ sztuk Cena jednostkowa Cena ³¹czna 1 zlewka 2 7 14 2 probówki 6 4 24 3 azotan(v) srebra 0,25g 6 1,5 4 siarczan(vi) miedzi(ii) 0,3 g 2 0,60 Suma kosztów 39,60 Oszacowanie kosztów pracy Lp. Zadanie Czas wykonania (h) Liczba osób ¹cznie osobogodzin pracy Cena osobogodziny pracy (z³) Koszt 1 Wykonanie próby Tollensa. 2 Przeprowadzenie próby Trommera. 3 Przeprowadzenie hydrolizy i próby Trommera. 0,25 2 0,5 15 7,50 0,25 2 0,5 15 7,50 0,42 2 0,84 15 12,60 strona 246 4 Przygotowanie i posprz¹tanie stanowiska. 0,33 2 0,66 15 9,90 Suma: 37,50
Zaproponuj, w jaki sposób mo na zmniejszyæ koszty eksperymentu: strona 247
10. Ankieta ewaluacyjna zajêæ Lp. Pytanie do ucznia Tak Raczej tak Trudno powiedzieæ Nie Zdecydow anie nie 1 Czy uwa asz ze zajêcia by³y interesuj¹ce? 2 Czy pamiêtasz, jakie w³aœciwoœci (barwa, rozpuszczalnoœæ w wodzie, smak) posiada glukoza i sacharoza? 3 Czy myœlisz, e æwiczenie, jakie dzisiaj wykona³eœ, pomo e ci w lekcji dotycz¹cej cukrów? 4 Czy pamiêtasz na czym polega próba Tollensa i Trommera, oraz z jakimi cukrami zachodzi? 5 Czy potrafisz powiedzieæ, gdzie u cz³owieka rozpoczyna siê trawienie skrobi i jaki czynnik je wywo³uje? 11. Karta samooceny ucznia Uwa am, e mój wk³ad w pracê grupy by³: Æwiczenia wykonywa³em(am) zgodnie z instrukcj¹ Wspó³praca z kole ankami i kolegami w grupie uk³ada³a mi siê: bardzo du y, du y, œredni, ma³y, bardzo ma³y zawsze, prawie zawsze, rzadko, nigdy bardzo dobrze, dobrze, normalnie, Ÿle, bardzo Ÿle strona 248