Blev disken ren?

Tillhör kategori: kemiska metoder, livsmedel, vardagens kemi

Författare: Lisa Larsson, Eva Jonsson

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Blev disken ren?

Irriterande 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 10 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

Kan man ta reda på om tallrikarna blev riktigt rena efter diskningen? Finns det kanske matrester kvar fast det inte syns?

Riktlinjer

Experimentet kan utan problem genomföras av eleverna själva hemma eller i skolan.

Säkerhet

Jodlösningen hanteras med viss försiktighet. Ät inte av livsmedel som testats. För övrigt finns inga risker med experimentet.

Bara diska som vanligt för att göra dig av med resterna från experimentet. Den utspädda lösningen kan utan problem spolas ned i vasken.

Materiel

Foto: © Svante Åberg

Förarbete

Inget, om du inte bereder din egen jodlösning.

Utförande

  1. Smutsa ned några tallrikar med olika matvaror, t ex potatis, pasta, ris, kräm.
  2. Pensla eller spraya jodlösningen över de stärkelserika produkterna och se vad som händer.
  3. Låna några tallrikar från matbespisningen, eller hämta från köksskåpet hemma och undersök dem med jodlösning på samma sätt.
Jodlösningen penslas
på den diskade tallriken.
Denna tallrik var ren. De mörka fläckarna visar
på rester av stärkelse.
Foto: © Svante Åberg

Variation

I stället för att smutsa ned tallrikar med stärkelserika livsmedel kan man testa livsmedel direkt med jodlösning.

Möjligen kan man även plocka in livsmedel som inte innehåller stärkelse i syfte att sortera livsmedel i olika grupper.

Förklaring

Ämnet jod är en riktig skvallerbytta när det gäller att kunna visa om det finns stärkelse av något slag. Om man misstänker att man har stärkelse, kan man bara tillsätta lite utspädd jod. Blir det en blå färg så vet man att det faktiskt var stärkelse man hade.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Jod

Förekomst och historia

Jod tillhör halogenerna som är mycket reaktionsbenägna och förekommer därför inte i fri form i naturen. Upptäcktes 1811 av Courtois i aska efter havsalger och fick namn efter ångans färg (grek. violfärgad).

Jod har övergått till haven där den till stor del är organiskt bunden i växter och djur. Den största lokala ansamlingen av jod finner man i Chiles salpeterlager där jod mest förekommer som natriumjodat, NaIO3. I USA vinns numera ganska mycket jod ur de saltlösningar, som följer oljelagren och där joden mest förekommer som jodid.

Foto: © Svante Åberg

Hos däggdjuren ingår jod framförallt i sköldkörteln (tyroxin och dijodtyrosin). Otillräcklig jodtillförsel kan orsaka struma. För att förhindra jodbrist tillsätter man jod i koksaltet vi använder för matlagning. Genom att kroppen tar upp jod och koncentrerar denna är instabila jodisotoper farliga. Flera sådana bildas vid atomkärnklyvning, men det är egentligen bara 131I, som har en sådan halveringstid (8 dygn) att det har någon betydelse.

Egenskaper

I fri form och vid måttlig temperatur uppträder jod i alla aggregationsformer huvudsakligen som tvåatomiga molekyler, I2. Jod är svårlösligt i rent vatten men däremot lättlösligt i många organiska lösningsmedel. Lösningarna i starkt polära lösningsmedel är bruna, medan svagt polära lösningsmedel ger violetta lösningar. I de förra har jod bildat föreningar med lösningsmedlets molekyler. I de senare finns tämligen fria I2-molekyler varigenom färgen blir ungefär densamma som jodångans. Som alla fria halogener har den en genomträngande lukt och angriper i gasform slemhinnorna mycket starkt.

Karaktäristiskt för jod är den intensivt blåa färg, som fås med stärkelseklister. Färgen, som försvinner vid uppvärmning, beror på en inneslutningsförening av jod inuti stärkelsespiralen. Hos inneslutningsföreningar stängs redan vid kristallens bildning atomer eller molekyler (gäster) in i hålrum (burar) av molekylära dimensioner. Burarna saknar så stora öppningar till omgivningen att gästerna kan komma ut.

Kaliumjodid

Kaliumjodid kallas även jodkalium. Det är ett vitt salt, inte så olikt vanligt koksalt.

Trijodid, ett komplex av jod och kaliumjodid

Trijodidjämvikten
 I2 +  I-  «  I3- 
jod   jodidjoner   trijodid

Jod har ganska låg löslighet i vatten, men tillsammans med jodidjoner bildas ett komplex, kaliumtrijodid (KI3), som har god löslighet.

Jämviktskonstanten, K = [I3-]/([I2][I-]), har värdet 7,1·102 M-1. I receptet används 6,0 g KI med molmassan 165.99 g, vilket ger 36,1 mmol KI. Vidare används 2,0 g I2 med molmassan 253.8090 g/mol, vilket ger 7,88 mmol I2. Det är alltså överskott av jodiden, vilket gör att halten I2 i lösningen hålls låg. Ungefär 95 % av joden reagerar till trijodid under förhållandena angivna i receptet (lösningen spädd till 100 ml).

Det blåsvarta komplexet med stärkelse

Stärkelsekmoplexet med jod Jodid kan även slå sig samman med 2 st jodmolekyler och bilda komplexet I5- med strukturen I2–I-–I2. Stärkelse-molekylerna är långa kedjor uppbyggda av glukos-enheter spiralvridna i en helix. När I3- eller I5- lägger sig i helixens centrum hos amylos, den ena varianten av stärkelse, bildas ett karakteristiskt komplex med starkt blåsvart färg. Jod är ett reagens på stärkelse.

Foto: © Svante Åberg

Eftersom jod/jodid kan reduceras/oxideras av andra ämnen kan man utnyttja detta i titreringar. Ett exempel är titrering av vitamin C i frukter och juicer, där tillsatt jod reduceras till jodid så länge vitamin C finns kvar. När all vitamin C är förbrukad blir det jod över som därmed kan bilda det blåsvarta komplexet med stärkelse, som också tillsatts, och man ser en tydlig omslagspunkt.

Jodlösningar används vid desinficering. På apoteket finns att köpa Jodopax som används för sårbehandling. Sår på hästar, t ex, behandlas ofta med Jodopax.

Stärkelse

Fotosyntesen bygger upp en energireserv av stärkelse

Stärkelse bildas i alla växter genom fotosyntesen. Med hjälp av solljusets energi omvandlar det gröna klorofyllet i cellen koldioxid från luften och vatten från rotsystemet till den enkla sockerarten (monosackariden) glukos, som också kallas druvsocker. Den utgör byggstenarna till stärkelsen. Som en biprodukt bildas även syre.

Solenergi + 12 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O2

Om växten har gott om druvsocker kan det omvandlas till stärkelse. Stärkelse är lättare att spara och fungerar som växtens energilager.

Stärkelsens uppbyggnad och förekomst

Stärkelse och glykogen är exempel på polysackarider (poly = många). De är uppbyggda av ett stort antal monosackarider. När stärkelse ska bildas så sammanlänkas glukosmolekylerna till jättestora komplex. Stärkelse är näst cellulosa den vanligaste organiska substansen på vår jord. Stärkelse förekommer i växterna främst i frön, rötter och rotknölar och utgör en näringsreserv för den spirande plantan.

Det finns två former av stärkelse, amylos och amylopektin. Dessa stärkelsemolekyler bildar i huvudsak kristallina strukturer. Amylosen består av en enda kedja med 100 - 10 000 glukosenheter. I amylopektinet är glukoskedjan starkt förgrenad och molekylen består av cirka 100 000 glukosenheter. Dessa anses vara de största naturligt förekommande molekylerna.

I växten förekommer stärkelsen i s k granuler, vilka har varierande storlek och utseende beroende på växslag. Dessa granuler är mycket små, endast några 1000-dels mm. Molekylstorleken i amylos och amylopektin varierar i olika växtslag, vilket förklarar de olika egenskaperna hos stärkelseenheterna.

Svällningsegenskaper

I stärkelsegranulen finns vatten bundet till ungefär 1/3 av stärkelsens vikt. Pga den kristallina strukturen i granulen är stärkelsen olöslig i kallt vatten. Vid värmebehandling förklistras stärkelsen, dvs den sväller under upptagande av vatten. När vattnet värms luckras strukturen upp och vatten kan tränga in i granulen och bindas till stärkelsen. En del av stärkelsen går i lösning. Den blir då mera lättsmält. Det är svårt för kroppen att tillgodogöra sig rå stärkelse men det går bra med förklistrad.

Viskositeten (graden av trögflutenhet) ökar och genomskinligheten minskar. Man säger att stärkelsen gelatineras - bildar en gel. En gel är en viskös och samtidigt en elastisk pasta. Det är ett viktigt begrepp inom livsmedelsområdet. Starttemperaturen för gelbildningen i de olika stärkelsesorterna är

Viskositeten vid stärkelsens svällning beror, förutom på mängd och stärkelsesort, på temperatur och värmningstid. Viskositeten ändras med temperaturhöjningen från att vara kort till att bli lång och närmast pastalik. Vid avkylning blir gelen fastare, med undantag för potatisstärkelsen, som ger en tunn och klistrig gel. Mekanisk bearbetning, t ex mycket kraftig vispning, påverkar också viskositeten så att gelen blir tunnare.

Lagringsförändringar

De båda stärkelseformerna amylos och amylopektin kan under vissa betingelser vid lagring undergå en kristallisationsprocess som resulterar i att den vattenhållande förmågan avtar. Man säger att stärkelsen retrograderar. Retrograderingen kan vara till fördel t ex när det gäller att få en pudding att stelna, men det kan vara till nackdel om det är önskvärt att så mycket vatten som möjligt ska vara bundet, som i mjukt bröd. Bröds åldrande förklaras delvis av den här effekten.

Matspjälkning

När vi tuggar kokt potatis eller bröd (som ju också värmebehandlats) blandas stärkelsen med saliv. Saliv innehåller ett ämne som påbörjar stärkelsens nedbrytning och maltos bildas. När födan når tolvfingertarmen spjälkas kvarvarande stärkelse av enzym från bukspott. Den bildade maltosen spjälkas slutligen till glukos (druvsocker) av ett enzym från tolvfingertarmens slemhinna. Glukosen upptas av blodet.

Glykogen

Våra celler kan också lagra druvsocker. Druvsockermolekylerna kopplas då ihop till s.k. glykogen (djurstärkelse) och utgör vår näringsreserv. Det lagras i våra muskler och i levern där det snabbt kan sönderdelas till druvsocker när vi behöver energi. Glykogen är uppbyggd av glukosmolekyler precis som stärkelse, men glukoskedjorna har inte samma utseende som i stärkelse. En glykogen molekyl kan innehålla 6 000-30 000 glukosenheter.

Fördjupning

Livsmedel

Maten håller igång oss

Livsmedel behövs för att hålla igång vårt biologiska maskineri. Det är via maten som vi får energi att röra oss, tänka, men också att växa och reparera våra celler i kroppen. Kroppens maskineri är oerhört komplicerat, men det klarar att styra flödena av både energi och näring till kroppens olika delar vid rätt tillfälle. Kroppen hanterar också att ta hand om de restprodukter som vi måste göra oss av med.

Processerna i kroppen när maten bryts ned, fördelas, omvandlas och görs av med, är i grund och botten kemiska reaktioner som drivs av energin i maten. Maskinen är vår biologiska kropp, men de enskilda reaktionerna är kemiska. På så sätt kan man säga att vår kropp är en kemisk maskin.

Matens ursprung

Ursprungligen hittade vi vår föda i naturen. I det moderna samhället är de flesta livsmedlen processade på något sätt. Även livsmedel som inte är processade i sig är ofta odlade eller uppfödda med metoder som skiljer sig från det som sker i naturen. Syftet är att öka produktionen och att säkerställa kvalitén.

Att livsmedlen inte är helt naturligt producerade behöver inte vara ett problem. Det är bra att vi kan producera mera med mindre resurser. Det är också bra att vi har koll på kvalitén. Men vissa saker är inte bra. Tillsatser som gör att livsmedlen får längre hållbarhet, ser mer aptitliga ut och smakar bättre är inte alltid nyttiga, även som det kan verka så.

Grunden till all produktion av livsmedel är solens energi och växternas fotosyntes. I nästa steg kan djuren äta växterna och producera kött som vi sedan kan äta, men ursprunget är växterna. Men om inte djuren och människorna fanns, så skulle växterna till slut bli utan koldioxid som de behöver för sin fotosyntes. Djur och människor andas ut koldioxid. Kropparna bryts också ned till koldioxid och mineraler när de förmultnar. Detta tar växterna hand om, ofta med svamparna som mellanled. Det hela är ett kretslopp där både växter, svampar och djur ingår. Allt levande både äter och äts. Det som får kretsloppet att hålla igång är strålningen från solen.

Tycke och smak

Genom evolutionen har vi lärt oss att välja vad som är bra med hjälp av lukten och smaken. Oftast är det som vi gillar också nyttigt. När maten är skämd, brukar den börja lukta illa, vilket gör att vi inte äter det som kan göra oss sjuka.

Men det vi tycker om är inte nödvändigtvis bra för oss. Sötma är en signal att maten är bra, vilket stämde väl när människan levde nära naturen och behövde den energi man kunde finna. Men nu finns socker i överflöd. Det blir för mycket av det goda, så att vi blir feta och får sjukdomar som karies och diabetes.

Smaken för maten är också en kulturell fråga. Den mat vi lär oss tycka om från barnsben tycker vi oftast om resten av livet. Det finns också kulturella aversioner mot vissa typer av mat. I Sverige är vi inte vana att äta insekter, men insekter är förträfflig mat som är både nyttig och miljövänlig.

material på avancerad nivå kommer att läggas in här

Jod

Jod är ett grundämne

Jod är ett grundämne som i ren form består av blåsvarta glänsande kristaller. Den kemiska beteckningen är I, som kommer av det grekiska ordet ioeidēs, som betyder violett. Som grundämne bildar joden tvåatomiga molekyler, I2(s), som även tål uppvärmning till gasform, I2(g).

Jod sublimerar i rumstemperatur, dvs. övergår direkt mellan fast form och gasform utan mellansteget vätskeform. Det fasta ämnet övergår till en violett gas som har en irriterande lukt och är mycket irriterande för ögon och slemhinnor. När jodgasen kondenserar igen bildar den lätt kristaller.

Förekomst

Jod förekommer sparsamt i form av i nitrathaltig jord, i olje- och saltbrunnar och i havsvatten. Grundämnet anrikas naturligt i bland annat tång, men i havssalt är halterna generellt sett låga. Man kan också framställa ren jod bl a genom att låta kaliumjodid reagera med koppar(II)sulfat.

Jod är desinficerande

På grund av sin oxiderande förmåga är jod antiseptiskt, dvs. bakteriedödande. Jodlösningar används för att tvätta sår. Förr använde man det ofta på människor, men nu är det vanligast i samband med djurhållning. Det finns att köpa på apoteket som 1 %-ig lösning under namnet Jodopax. Då använder man en lösning av jod och kaliumjodid i vatten. Jodid reagerar med joden till trijodid, som har mycket högre löslighet i vatten än ren jod. På så vis får man en mer koncentrerad och effektiv bakteriedödande lösning.

Det vanligaste saltet av jod är kaliumjodid med formeln KI (eller K+I). I den desinficerande jodspriten har man blandat jod och kaliumjodid för att bilda trijodid:
I2 + K+I ⇄ K+I3

Jod i ögat är däremot allvarligt och kan skada hornhinnan och till och med orsaka blindhet. Skölj genast ögat i rinnande vatten och tag kontakt med läkare. Inandning av jodgas är inte heller bra.

Löslighet i vatten och organiska lösningsmedel

Lösligheten av I2 i vatten är dålig, men på grund av sin starka färg kan man ändå se en svag brunfärgning i vattnet av löst jod. Lösligheten i organiska lösningsmedel är mycket större och jod antar där en intensivt violett färg.

Man kan enkelt demonstrera löslighetsfördelningen genom att till en vattenlösning av jod tillsätta en liten mängd bensin eller annat organiskt lösningsmedel. Praktiskt taget all jod kommer då att samla sig det organiska lösningsmedlet, vilket syns tydligt på färgen.

Jod löser sig i kroppsfett

Om man får jod (grundämnet, I2) på huden blir huden brunfärgad och fläckarna går inte att ta bort. Joden löser sig lätt i hudens fett, men med tiden försvinner fläcken av sig själv. Mindre fläckar är inte hälsofarliga, men man bör undvika kontakt med jod så långt som möjligt. Joden kan irritera huden.

Framkalla fingeravtryck

Genom att jod både är kraftigt färgad och har hög löslighet i fett, så kan jod användas för att framkalla fingeravtryck. Det räcker med att trycka fingret mot ett skrivpapper för att få ett avtryck i fett som går att framkalla. Framkallningen görs genom att hålla papperet över lite jod som får förånga till gas. Fingeravtrycket blir genast synligt när det brunfärgas av joden som löser sig i fettet.

Undvik att jodångor sprid så att man riskerar att andas in dem. Tänk också på att det väldigt lätt blir smutsigt av jod som kondenserar på kalla ytor. En bra idé är att värma joden i en liten bägare där man också lägger papperet med fingeravtrycket. Lägg ett lock på bägaren när du värmer försiktigt. Det räcker med en enda jodkristall och ganska svag värme.

Jodtillsats i koksaltet förhindrar struma

Man måste skilja på grundämnet jod (I2) och jod i form av joner, t.ex. i saltet kaliumjodid (K+I). Jodidjonerna är inte alls farliga, utan är tvärtom något som vi behöver i kroppen, om än i liten mängd.

Jodbrist (egentligen jodidbrist) är vanlig i delar av värden. Det yttrar sig som struma och kretinism. Struma är när sköldkörteln blir förstorad och man kan få svårt att svälja, heshet och andra obehag. Kretinism är en form av utvecklingsstörning. För att motverka jodbrist säljer man jodberikat koksalt.

Det livsviktiga grundämnet jod finns i två hormoner; tyroxin och trijodtyronin. Hormonerna reglerar ämnesomsättningen och sköter kroppens tillväxt och utveckling. De bildas i sköldkörteln och brist i barndomen leder till att den mentala och fysiska tillväxten hämmas och kan resultera i dvärgväxt. Brist på jod senare i livet kan orsaka struma och därför bestämdes på 1920-talet att hushållssaltet skulle berikas med jod. Rekommenderat intag för vuxna är 150 mikrogram per dag.

Den jod som tillsätts koksaltet i Sverige är i form av kaliumjodid, KI, ett vitt salt som till utseendet liknar koksalt. Kaliumjodid avdunstar inte, men jod i molekylform, I2 sublimerar, dvs. avdunstar. Om koksalt får stå öppet, särskilt om det blir något fuktigt, så kan jodiden oxideras till jod. Den bildade joden kan då avdunsta. Koksalt som förvaras fel kan alltså förlora innehållet av jod.

I en del länder är jodinnehållet i salt av vissa varumärken mycket lågt. Det kan leda till hälsoproblem. Unicef har därför ett program för att upplysa befolkningen om behovet av jod och hur man kan agera för att få sitt jodbehov täckt. Eleverna i skolorna får lära sig att testa om det koksalt man använder innehåller jod. Sedan informerar eleverna sina föräldrar om detta så att man fortsättningsvis väljer att köpa salt som man vet innehåller jod.

Radioaktiv jod

123I är en radioaktiv isotop av jod som används inom den medicinska diagnostiken. Radioaktiv jod som intas ansamlas i sköldkörteln. Den gammastrålning som utsänds registreras och man får en bild av organet. Stråldoserna som används är så låga att de inte är farliga för patienten.

Vid radioaktiva utsläpp kan ibland jodisotopen jod-131 (131I) spridas. Den tas upp av kroppen och ger strålskador. För att hindra jod-131 att tas upp kan man mätta kroppen med den vanliga icke radioaktiva jodisotopen. Därför delar man ut jodtabletter till människor i riskområden. Flera isotoper bildas vid atomkärnklyvning, men det är endast 131I som har en sådan halveringstid (8 dygn) att den får större betydelse. Denna isotop spreds över stora områden vid kärnkraftsolyckan i Tjernobyl 1986.

Jod bryter ned ozonskiktet

Klorerade kolväten är ett miljöproblem eftersom de bidrar till att det livsviktiga skyddet av ozon på hög höjd bryts ned. Nu har man funnit att även jod bidrar till denna nedbrytning. Det har visat sig att jodmolekyler kan följa med enorma åskmoln som snabbt stiger uppåt mot stratosfären.

Jod är en halogen

Jod är en halogen, nära besläktad med klor och brom i grupp 7 i periodiska systemet. Jod är därför ett starkt oxidationsmedel. Jod verkar korroderande på metaller. Fläckar av jod på kläderna kan tas bort med hjälp av ett reducerande medel, t.ex. natriumtiosulfat.

Som alla grundämnena i grupp 7 tar jod lätt upp elektroner och bildar envärda joner:
I2 + 2 e → 2 I

Jod är en halogen, nära besläktad med klor och brom i grupp 7 i periodiska systemet. Halogener kallas de grundämnen som finns i grupp 7, näst längst till höger i periodiska systemet. Fluor, klor, brom och jod har 7 elektroner i sitt yttersta skal och är starka oxidationsmedel. De här grundämnena tar gärna upp en åttonde elektron och bildar envärda, negativa joner.

De har en stark, genomträngande lukt, är giftiga och frätande. Halogenernas reaktivitet avtar nedåt i gruppen, den är störst för fluor och minst för jod.

Mer fakta på avancerad nivå om jod kommer.

Trijodidjämvikten

Jod är ett grundämne som bildar tvåatomiga molekyler, I2(s), även i gasform. I fast form är jod blåsvarta glänsande kristaller och som gas är den violett. Jod är en halogen i grupp 7 i periodiska systemet och bildar därför envärt negativa joner, jodid:

I2+ 2 e → 2 I

Trijodid, ett komplex av jod och jodid

Jod och jodid bildar lätt komplexet trijodid (se kaliumtrijodid, KI3).

I2 + I → I3

Trijodidjämvikten
 I2 +  I   I3 
jod   jodidjoner   trijodid

I själva verket är reaktionen en jämvikt med jämviktskonstanten

K = [I3-]/([I2][I-]) = 7,1·102 M-1

Jämviktsläget

Det stora värdet på jämviktskonstanten visar att jämvikten är starkt förskjuten åt höger. Men det krävs närvaro av både jod och jodid för att komplexet I3- ska bildas. Det förutsätter att den kemiska miljön varken är starkt reducerande eller starkt oxiderande.

Vi kan räkna på detta om vi stuvar om formeln för jämviktskonstanten.

[I3-] = [I2][I-]·K = [I2][I-]·102·7,1 M-1

I starkt reducerande miljö förbrukas all jod i reaktionen I2+ 2 e → 2 I och insättning av [I2] = 0 M i formeln ger värdet [I3-] = 0 M. Detta driver trijodidjämvikten helt åt vänster.

På motsvarande sätt förbrukas i starkt oxiderande miljö all jodid i reaktionen 2 I → I2+ 2 e och insättning av [I] = 0 M formel ger värdet [I3-] = 0 M. Detta driver också trijodidjämvikten helt åt vänster.

Pentajodid bildas på motsvarande sätt

Jod och jodid bildar också komplexet pentajodid.

2 I2 + I → I5

Pentajodiden har också en analog jämvikt med jod och jodid. Även här förutsätter bildningen av pentajodid att miljön varken är starkt reducerande eller oxiderande.

Material på avancerad nivå kommer.

Jämvikt

Jämvikt bygger på att en reaktion sker i framriktningen och tillbakariktningen samtidigt och att reaktionshastigheterna är lika stora. Det innebär att det totalt sett inte sker någon förändring, trots att reaktionerna hela tiden pågår. Man säger att jämvikten är dynamisk därför att det är en pågående process.

Med reaktionsformel så ser jämvikten mellan ämne A och ämne B ut på följande sätt:

A ⇄ B

En liknelse för att förklara jämvikten

Föreställ dig att en hink med vatten står under kranen som är öppen. Men det finns ett hål i hinkens botten där vatten rinner ut. De reaktioner vi tittar på är tillförsel av vatten till hinken (framriktningen) och bortförsel av vatten från hinken (tillbakariktningen).

Vatten utanför hinken motsvarar A i jämvikten ovan, och vatten inuti hinken motsvarar B. Vi kan då skriva jämvikten med ord på följande sätt:

vatten utanför hinken (A) ⇄ vatten inuti hinken (B)

Vi öppnar kranen

Innan vi öppnar kranen, så är hinken tom, men så snart vi öppnar kranen börjar hinken fyllas med vatten. I början är vattennivån låg och det rinner inte ut vatten genom hålet lika snabbt som vatten fylls på från kranen. Det innebär att vattennivån i hinken ökar. Jämvikten har inte ännu ställt in sig.


Vid det högre vattenflödet från kranen till hinken (höger bild), så stabiliseras vattenytan på en högre nivå.
Bild: Svante Åberg

Men ju högre vattennivån blir, desto snabbare rinner vatten ut genom hålet. Till slut rinner vatten ut lika snabbt som det fylls på.

Detta tillstånd får man vid en bestämd vattennivå i hinken som svarar mot ett visst tryck hos vattnet. Denna nivå är jämviktsnivån.

Trots att vi har pågående reaktion i framriktningen (A → B) och samtidigt i tillbakariktningen (A ← B), så är vattennivån stabil. Detta stabila tillstånd, trots pågående reaktioner, kallas dynamisk jämvikt.

Vi ändrar flödet

Om vi sedan skulle ändra kranen så att det tillförs vatten snabbare eller långsammare, så skulle vattennivån i hinken börja förändras igen. Så småningom skulle en ny jämvikt ställa in sig på en annan vattennivå.

Ett högt flöde från kranen ger en hög jämviktsnivå i hinken, ett lågt flöde ger en låg jämviktsnivå.

Exempel på jämvikter

Esterjämvikten

Man kan tillverka väldoftande luktämnen genom att låta alkohol och syra reagera med varandra så att ester och vatten bildas.

alkohol + syra → ester + vatten

Från början finns ingen ester och inget vatten, bara alkohol och syra. Reaktionen sker därför bara åt höger. Men när det väl har bildats en del ester och vatten, så börjar det ske en reaktion åt andra hållet så att alkohol och syra återbildas. Men tillbakareaktionen är långsam i början eftersom det finns så lite ester och vatten som kan reagera.

alkohol + syra ← ester + vatten (långsam i början)

Med tiden bildas det alltmera ester och vatten, vilket gör att tillbakareaktionen blir snabbare. Samtidigt minskar mängden alkohol och vatten, vilket gör att framåtreaktionen blir långsammare. Till slut är tillbakareaktionen lika snabb som framåtreaktionen. Då har dynamisk jämvikt ställt in sig.

alkohol + syra ⇄ ester + vatten

Löslighetsjämvikt

Salter är lösliga i vatten, men bara upp till en viss gräns. När saltlösningen blivit mättad, så är systemet i jämvikt. Exempel på ett salt är natriumklorid, det vill säga vanligt koksalt.

NaCl(s) ⇄ Na+ + Cl

En sak som är speciell i detta fall är att koncentrationen av salt i fast form är konstant, oberoende av hur mycket fast salt vi har. Det innebär att reaktionen i framriktningen alltid är lika snabb.

Däremot varierar koncentrationen av natriumjoner och kloridjoner. I början finns inga natrium- och kloridjoner i lösning. Då sker bara reaktionen i framriktningen.

Men ju mer natrium- och kloridjoner som går i lösning, desto snabbare blir tillbakareaktionen. Till slut faller koksalt ut lika snabbt som det går i lösning. Då har vi fått dynamisk jämvikt.

Jämviktsläget

Massverkans lag

Massverkans lag anger att när ämnen reagerar med varandra, så är reaktionshastigheten proportionell mot koncentrationen av de partiklar som reagerar. Det är en statistisk effekt som kommer av att en kemisk reaktion bara kommer till stånd om de reagerande partiklarna kolliderar. Om koncentrationen av partiklar är hög, så blir det många kollisioner per sekund. Då är det också fler partiklar som reagerar varje sekund – reaktionshastigheten blir hög.

I en jämvikt sker reaktion både i framriktningen (åt höger) och i tillbakariktningen (åt vänster). Jämviktsläget beror på reaktionshastigheten åt höger i jämförelse med den åt vänster. Jämvikt fås när hastigheten åt höger och åt vänster är lika. Det betyder att lika mycket bildas som det som förbrukas. Nettoförändringen blir noll.

Man har så kallad dynamisk jämvikt. Ordet dynamisk anger att reaktionerna hela tiden pågår. Men i och med att inga nettoförändringar sker, så har man jämvikt.

Sannolikheten för kemisk reaktion vid en kollision

Det är emellertid inte varje kollision som leder till kemisk reaktion. Kemisk reaktion innebär att bindningar bryts i den gamla partikeln och nya skapas som ger ett nytt ämne. Men oftast studsar partiklarna bort från varandra utan att reagera. Om partiklarna inte är rätt orienterade i förhållande till varandra vid kollisionen, så sker ingen kemisk reaktion.

Aktiveringsenergin måste övervinnas för att reaktion ska ske

Inte heller sker någon reaktion om kollisionsenergin är för liten. Rörelseenergin i kollisionen måste övervinna den energitröskel det innebär att bryta de gamla bindningarna. Inte förrän dessa är brutna kan nya bildas. Denna energitröskel benämns aktiveringsenergi.

När energinivåerna skiljer, så påverkar det jämviktsläget

Om ämnena på ena sidan i reaktionsformeln är energirikare än ämnena på andra sidan, så är energitröskeln olika stor för reaktionen åt höger respektive åt vänster. (Figur som visar ett sådant exempel ska infogas här.)

När framåt- och bakåtreaktionen sker olika lätt, så påverkar det jämviktsläget. Om till exempel framåtreaktionen är kraftigt exoterm, så är energitröskeln i framriktningen låg och en stor andel av kollisionerna leder till reaktion. Men då blir samtidigt energitröskeln för reaktion i bakåtriktningen hög. Det krävs en hög koncentration av partiklar i högerledet av jämviktsreaktionen för att reaktionshastigheten åt vänster ska bli lika hög som den åt höger. En starkt exoterm jämvikt brukar därför vara starkt förskjuten åt höger.

Jämviktskonstanten är ett mått på jämviktsläget

För att få ett mått på jämviktslägen behöver man få en siffra på hur den aktuella kemiska reaktionen ställer in sig. Värdet hos jämviktskonstanten K återspeglar jämviktsläget. Ju större konstanten är, desto mer förskjuten åt höger är jämvikten. Exempel på en jämvikt som är väldigt starkt förskjuten åt höger är reaktionen mellan vätgas och syrgas då vatten bildas:

2 H2 + O2 ⇄ 2 H2O, K = 3,2·1081 M–1

En jämviktskonstant som är nära noll tyder på en jämvikts som är starkt förskjuten åt vänster. Exempel på en jämvikt som är starkt förskjuten åt vänster är vattnets autoprotolys:

2 H2O ⇄ H+ + OH, K = 1,0·10–14 M2 (lösningsmedlet vatten enhetslöst)

Exempel på en jämvikt som inte är så starkt förskjuten åt någotdera hållet är esterjämvikten:

alkohol + syra ⇄ ester + vatten, K ≈ 4

Le Chateliers princip

Henri Le Chatelier var en fransk kemist under senare delen av 1800-talet. Han arbetade som gruvingenjör i franska statens tjänst och blev så småningom professor, därefter ledamot i både Franska vetenskapsakademin och utländsk ledamot i svenska Vetenskapsakademien. Bland annat genomförde han studier över kemisk jämvikt. Han kom då fram till den princip som bär hans namn:

Om ett kemiskt system, där jämvikt råder, påverkas av en förändring i koncentration, temperatur eller totaltryck, kommer jämvikten att ändras så att förändringen motverkas.

Den kemiska jämvikten gör alltså motstånd mot förändringar, men kompenserar inte helt för den yttre påverkan som systemet utsatts för. Om till exempel etanol ingår som ett reagerande ämne i en jämvikt, och vi tillsätter mera etanol, så kommer reaktionen efter störningen av förbruka etanol. Men det blir inte riktigt hela tillsatsen av etanol som förbrukas, utan halten etanol i blandningen kommer faktiskt att vara lite högre sedan den nya jämvikten har ställt in sig.

Exempel på tillämpning av Le Chateliers princip

Estrar är väldoftande ämnen som kan framställas genom att låta alkohol och syra reagera med varandra så att ester och vatten bildas.

alkohol + syra ⇄ ester + vatten

Esterjämvikten är inte så starkt förskjuten åt höger. För att driva jämvikten hårdare åt höger kan man ta bort vatten som bildats. Det kan ske genom att man tillsätter torkmedel av till exempel vattenfri natriumsulfat. Natriumsulfatet binder upp vattnet så att det inte längre är tillgängligt i esterjämvikten.

Det vatten som tas bort ersätts, enligt Le Chateliers princip, genom att reaktionen går åt höger. Det innebär att ester bildas, samtidigt som alkohol och syra förbrukas. Det nya vatten som bildas tas också upp av torkmedlet, så reaktionen kan fortsätta ytterligare åt höger så att ännu mer ester bildas.

Estrar är opolära ämnen som är olösliga i vatten. Estern flyter därför som ett skikt ovan på vattenlösningen. Däremot är alkoholen och syran vattenlöslig. När man är nöjd med reaktionen, så kan skiktet av ester på ytan dekanteras av och man får ester i ganska ren form.

Exempel med bildning av ammoniak ur kvävgas och vätgas

Ett exempel är reaktionen när kvävgas reagerar med vätgas till ammoniakgas i den så kallade Haberprocessen:

N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92 kJ

Detta är en jämvikt mellan ämnen i gasform där vi har 4 delar gas i vänsterledet och 2 delar gas i högerledet. Reaktionen åt höger halverar antalet mol gas, vilket ger minskat gastryck om volymen hålls konstant. Reaktionen åt höger är exoterm, vilket innebär att inneboende energi hos ämnena avges och ombildas till värme.

Vi ska nu tillämpa Le Chateliers princip på denna jämvikt med några olika fall. Utgångspunkten är att systemet är i jämvikt. Därefter rubbar jämvikten på något sätt. Sedan förutsäger åt vilket håll reaktionen kommer att ske.

Tillförsel av kvävgas eller vätgas

I reaktionsformeln finns kvävgas och vätgas i vänsterledet. Om vi pumpar in mer kvävgas eller vätgas, så blir det "för mycket" kvävgas/vätgas i vänster led i förhållande till jämviktsläget. Reaktionen kommer att gå åt höger så att kvävgas och vätgas förbrukas. Det leder till att det bildas ammoniak. Dessutom avges värme, vilket gör att temperaturen höjs i systemet.

Tillförsel av ammoniak

Om vi pumpar in ammoniak blir det "för mycket" ammoniak i högerledet. Reaktionen sker då åt vänster så att mängden ammoniak minskar och det bildas mera kvävgas och vätgas. Reaktionen är endoterm, det vill säga den förbrukar energi. Därför sjunker temperaturen.

Bortförsel av ammoniak

Om vi på något sätt kan ta bort ammoniak från reaktionsblandningen, till exempel med en reaktion som binder upp ammoniakgas så att den inte kan delta i jämvikten längre, så blir det "för lite" ammoniak i högerledet. Det leder till att reaktion sker åt höger för att ersätta ammoniak som försvunnit. Kvävgas och vätgas förbrukas så att mängden av dem minskar. Reaktionen åt höger är exoterm, vilket leder till att temperaturen ökar.

Vi värmer reaktionsblandningen

Genom att värma reaktionsblandningen kan vi öka dess temperatur. Enligt Le Chateliers princip reagerar då systemet för att motverka temperaturökningen. Reaktionen sker då i endoterm riktning, det vill säga åt vänster. Det medför att ammoniak förbrukas och det bildas kvävgas och vätgas.

Ökning av trycket genom att minska volymen

Detta är en gasjämvikt, vilket innebär att systemet är känsligt för ändringar i volymen. Gaskoncentrationen ökar när vi komprimerar gasen genom att minska volymen.

Detta leder till en ökning av gastrycket. Systemet reagerar genom att motverka tryckökningen. Eftersom det är 4 delar gas i vänsterledet, men bara 2 delar gas i högerledet, så leder en reaktion åt höger till att gastrycket minskar. Minskningen av volymen gör därför att kvävgas och vätgas förbrukas och ammoniak bildas. Samtidigt är reaktionen åt höger exoterm, vilket gör att temperaturen ökar.

Minskning av trycket genom att öka volymen

Detta är motsatsen till föregående fall. När volymen ökar, så minskar gastrycket. Systemet motverkar tryckminskningen genom att reaktionen sker åt vänster så att antalet mol gas ökar. Reaktionen åt vänster är endoterm, vilket ger sänkt temperatur.

Den nya jämvikten som ställer in sig

Även om systemet motverkar den rubbning av systemet som vi orsakade, så kan systemet inte fullt ut kompensera för den påverkan som vi orsakade.

Om vi till exempel pumpar in extra kvävgas, så sker reaktionen åt höger så att kvävgas förbrukas. Men koncentrationen kvävgas, sedan den nya jämvikten ställt in sig, kommer inte att återgå helt till den koncentration som rådde vid den ursprungliga jämvikten, utan det blir kvar en rest av den påverkan som vi skapade. Därför är koncentrationen av kvävgas aningen högre i den nya jämvikten.

Detta kompenseras av att koncentrationen av vätgas är något lägre i den nya jämvikten än i den ursprungliga. På motsvarande sätt blir koncentrationen av ammoniak något högre i den nya jämvikten, än i den ursprungliga.

Inverkan av trycket

Det som styr jämvikten, vad gäller de ingående ämnena, är ämnenas koncentrationer. Jämviktens läge har att göra med reaktionshastigheten åt höger i jämförelse med reaktionshastigheten åt vänster. Eftersom kemisk reaktion sker i samband med att partiklar kolliderar, så är hastigheten koncentrationsberoende. Högre koncentration, ger högre hastighet.

Det är bara gaser som påverkas av trycket. Det beror på att gaser komprimeras av ett högre tryck, men vätskor och fasta ämnen är nästan inte alls komprimerbara. Därför är effekten av tryck på jämvikten bara något som man behöver ta hänsyn till när man har gaser i systemet.

Exempelvis påverkas inte jämvikten mellan fast och löst natriumklorid av trycket.

NaCl(s) ⇄ Na+(aq) + Cl(aq)

NaCl(s) är ett fast ämne vars volym inte ändras märkbart vid ändrat tryck. Natriumjonerna och kloridjonerna i vattenlösning påverkas inte heller eftersom vattenvolymen inte påverkas av trycket, i varje fall inte så länge som vattnet är i vätskeform.

Fysikaliska reaktioner

Le Chateliers princip är utformad för kemiska jämvikter. Principen fungerar dock i princip även för fysikaliska förändringar, till exempel övergångar mellan olika aggregationsformer.

För fysikaliska förändringar blir dock bilden rätt komplicerad när man behöver ta hänsyn till att mekaniskt arbete utförs, till exempel när gaser expanderar. Även temperaturförändringar vid adiabatisk expansion eller kompression inverkar. Då är vi inne på termodynamik, vilket vi inte tar upp närmare just nu.

Stärkelse

Fotosyntesen bygger upp en energireserv av stärkelse

Stärkelse bildas i alla växter genom fotosyntesen. Med hjälp av solljusets energi omvandlar det gröna klorofyllet i cellen koldioxid från luften och vatten från rotsystemet till den enkla sockerarten (monosackariden) glukos, som också kallas druvsocker. Den utgör byggstenarna till stärkelsen. Som en biprodukt bildas även syre.

Solenergi + 12 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O2

Om växten har gott om druvsocker kan det omvandlas till stärkelse. Stärkelse är lättare att spara och fungerar som växtens energilager.

Stärkelsens uppbyggnad och förekomst

Stärkelse och glykogen är exempel på polysackarider (poly = många). De är uppbyggda av ett stort antal monosackarider. När stärkelse ska bildas så sammanlänkas glukosmolekylerna till jättestora komplex. Stärkelse är näst cellulosa den vanligaste organiska substansen på vår jord. Stärkelse förekommer i växterna främst i frön, rötter och rotknölar och utgör en näringsreserv för den spirande plantan.

Det finns två former av stärkelse, amylos och amylopektin. Dessa stärkelsemolekyler bildar i huvudsak kristallina strukturer. Amylosen består av en enda kedja med 100 - 10 000 glukosenheter. I amylopektinet är glukoskedjan starkt förgrenad och molekylen består av cirka 100 000 glukosenheter. Dessa anses vara de största naturligt förekommande molekylerna.

I växten förekommer stärkelsen i så kallade granuler, vilka har varierande storlek och utseende beroende på växslag. Dessa granuler är mycket små, endast några 1000-dels mm. Molekylstorleken i amylos och amylopektin varierar i olika växtslag, vilket förklarar de olika egenskaperna hos stärkelseenheterna.

Svällningsegenskaper

I stärkelsegranulen (stärkelsekornet) finns vatten bundet till ungefär 1/3 av stärkelsens vikt. På grund av den kristallina strukturen i granulen är stärkelsen olöslig i kallt vatten. Vid värmebehandling förklistras stärkelsen, det vill säga den sväller under upptagande av vatten. Granulerna läcker samtidigt ut amylos, medan amylopektinet förblir olöst i granulerna. Vid den fortsatta upphettningen börjar även amylopektin frigöras från granulerna.

Svällningen av granulerna leder till viskositetsökning och genomskinligheten minskar. Man säger att stärkelsen gelatineras - bildar en gel. Viskositeten når sitt maximum när granulerna är maximalt uppsvällda utan att ha sönderfallit.

Starttemperaturen för gelbildningen i de olika stärkelsesorterna är

Vidare uppvärmning gör att granulerna sönderfaller när stärkelsen går i lösning. Samtidigt minskar viskositeten.

Vid avkylning blir stärkelsegelen fastare, med undantag för potatisstärkelsen, som ger en tunn och klistrig gel. Mekanisk bearbetning, till exempel mycket kraftig vispning, påverkar också viskositeten så att gelen blir tunnare.

Retrogradering

Molekylerna i en stärkelselösning som svalnar har en tendens att kristallisera. Denna effekt är tydligast för amylos som har linjära kedjor som kan lägga sig vid varandra. Stärkelsekristallisationen benämns retogradering. Den retrograderade stärkelsen blir fastare och går till slut att dela med kniv, speciellt om andelen amylos i stärkelsen är hög.

Vid retrograderingen har gelen en tendens att avge överskottsvatten. Det kan vara till fördel t ex när det gäller att få en pudding att stelna, men det kan vara till nackdel om det är önskvärt att så mycket vatten som möjligt ska vara bundet, som i mjukt bröd. Bröds åldrande förklaras delvis av den här effekten.

Matspjälkning

När vi tuggar kokt potatis eller bröd (som ju också värmebehandlats) blandas stärkelsen med saliv. Saliv innehåller ett ämne som påbörjar stärkelsens nedbrytning och maltos bildas. När födan når tolvfingertarmen spjälkas kvarvarande stärkelse av enzym från bukspott. Den bildade maltosen spjälkas slutligen till glukos (druvsocker) av ett enzym från tolvfingertarmens slemhinna. Glukosen upptas av blodet.

Vid tillagning har stärkelse en benägenhet att bilda resistent stärkelse på grund av retrogradering. Denna stärkelse uppstår exempelvis vid kokning och efterföljande avsvalning av ris. Resistent stärkelse bildas även när bröd åldras. Resistent stärkelse bryts inte ner förrän i tjocktarmen vilket gör att den kan räknas som kostfiber.

Modifierad stärkelse

Stärkelse är framför allt en viktig ingrediens i många livsmedel, men används också i tekniska sammanhang, exempelvis som bindemedel i papper. Oftast är stärkelsen modifierad för att förbättra gelatiniseringsegenskaperna, men även löslighet, tålighet mot temperaturförändringar, hållbarheten och andra egenskaper kan förbättras. Modifieringen kan ske med mekanisk bearbetning, men hjälp av enzymer eller på kemisk väg. Ett exempel på modifierad stärkelse är dextrin (E1400), som är en löslig form av stärkelse.

Glykogen kallas ibland djurstärkelse

Våra celler kan också lagra druvsocker. Druvsockermolekylerna kopplas då ihop till så kallad glykogen och utgör vår näringsreserv. Glykogen lagras i våra muskler och i levern där det snabbt kan sönderdelas till druvsocker när vi behöver energi. Trots att glykogen är uppbyggd av glukosmolekyler precis som stärkelse så är det inte stärkelse, men har likheter med framför allt amylopektinet i stärkelsen. En glykogenmolekyl kan innehålla 6 000-30 000 glukosenheter.

Amylos och amylopektin är två former av stärkelse

Stärkelse hör till gruppen kolhydrater och mer än hälften av allt kolhydrat vi människor får i oss kommer från stärkelse. Stärkelse finns i två olika former; amylos och amylopektin.

Amylos är ogrenad stärkelse
Bild: © Svante Åberg

Amylopektin är grenad
Bild: © Svante Åberg

Båda formerna är polymerer av glukos. Skillnaden är att amylos är rak medan amylopektin är grenad. I amylos är glukosenheterna kopplade till varandra med a-1,4-bindningar. Amylopektin har en a-1,6-bindning med jämna mellanrum, vilket medför att den blir grenad. Amylopektin liknar på det viset glykogen, som är en lagringsform av stärkelse. Glykogen är dock ännu mer grenad än amylopektin. I både amylos och amylopektin är syrebryggorna vända åt samma håll. Det gör att stärkelsemolekylen blir spiralvriden.

Mer om stärkelsegelatinisering

Ett välkänt fenomen vid livsmedelstillverkning och matberedning är stärkelsegelatiniseringen. Om vi exempelvis värmer någon viktprocent potatisstärkelse i vatten till ca 60 °C bildas en transparent och förhållandevis fast gel. Vad som verkligen händer vid stärkelsens gelatinisering har klarlagts under senare år, och vi skall här söka ge en molekylär beskrivning av fenomenet.

Stärkelsekornen (granuler) innehåller ett kanalsystem där vatten och andra små molekyler (t ex jod och jodidjoner) lätt kan röra sig. Vid temperaturer under gelatiniseringen sker även en viss svällning i samband med vattenupptagning i kornen (en ökning av diametern med upp mot 30% har rapporterats). Troligen är det de mer amorfa (amorf = strukturlös) skikten i stärkelsekornen som sväller vid denna vattenupptagning. Det som sedan händer, i närvaro av vatten i överskott vid cirka 60 °C, är att amylosmolekyler plötsligt börjar läcka ut från kornen, och samtidigt tränger vatten in i stärkelsekornen. Den kristallina strukturen går då förlorad. Blockeras amylosläckaget kan hela gelatiniseringen avstanna.

En färdigsvälld gel består av kraftigt förstorade stärkelsekorn vilka i sig har en gelstruktur dominerad av amylopektin i vatten. Mellan kornen finns en kontinuerlig vattenfas med lösta amylosmolekyler. Stärkelsegelen är en aggregatgel - aggregaten är de svällda stärkelsekornen - i en kontinuerlig amyloslösning. Gelens reologiska egenskaper (= nästan fast, nästan flytande tillstånd) beror främst på aggregatens konsistensförhållanden och tätpackning samt den kontinuerliga amyloslösningens viskositet.

Fördjupad teori om gelatinisering av stärkelse
Övriga termiska omvandlingar

Vid uppvärmning av stärkelse i vatten förekommer - förutom gelatiniseringen - ytterligare två omvandlingar.

Den första toppen i kurvan är den irreversibla gelatiniseringen, och ytan under toppen är proportionell mot entalpin i omvandlingen. Toppen därefter förekommer endast när vattenmängden är otillräcklig för total gelatinisering, och anses motsvara en form av "smältning" av icke-gelatiniserade stärkelsegranuler. För potatisstärkelse krävs minst fyra vattenmolekyler per glukosenhet för att gelatinisering över huvud taget skall ske, och fullständig gelatinisering kräver 14 molekyler vatten/glukosenhet. Motsvarande siffror för vetestärkelse är 4 resp 20 vattenmolekyler/glukosenhet.

Diagrammet visar hur mycket värme som måste tillföras vid olika temperaturer för att värma en blandning av 1 del vatten + 1 del vätestärkelse. En topp i diagrammet visar att det pågår en energikrävande process vid den aktuella temperaturen.

Gelatiniseringstemperaturen är relativt konstant medan temperaturen för den andra omvandlingen ökar med avtagande vattenhalt (när vattenhalten i vetestärkelse varierar från 35 % till 45 % minskar temperaturen från 107 °C till 88 °C). Under ca 30 % vatten förekommer ingen gelatinisering.

Vid ännu högre temperatur kan den tredje omvandlingen observeras. Denna omvandling är en slags "smältning" av amylos-lipidkomplexet, och omvandlingen är reversibel (omvändbar; som kan återgå till det ursprungliga tillståndet).

Stärkelsegelens åldrande

När en stärkelsegel lagras ändras den relativt snabbt på grund av tendensen till kristallisation. En gel med hög vattenhalt kan därför spricka, och geler med lägre vattenhalt, t ex ett brödinkråm, hårdnar vid lagring på grund av denna kristallisationsprocess. Kristallisationen går snabbast vid kylskåpstemperatur. Man bör därför inte lagra bröd i kylskåpet.

Kristallisationen tycks ske av amylopektin inuti de gelatiniserade granulerna. Processen är reversibel vilket bl a framgår av att bröd som blivit hårt kan "färskas upp" genom uppvärmning till ca 70 °C.

Polära lipiders effekt på stärkelsegelen

Lipider, med endast en kedja och en polär grupp, har drastiska effekter på stärkelsegeler. En krämliknande stärkelsegel med klistrig (lång) konsisten förlorar omedelbart sin klistrighet genom tillsats av en liten mängd monostearin utspädd i vatten. Orsaken till detta fenomen är bildning av amylos-lipidkomplex. Effekten av denna komplexbildning blir att amylosmolekylerna i gelens kontinuerliga medium (kemiska miljö, lösning) fälls ut. Komplexet förlorar nämligen sin vattenlöslighet vid en viss kritisk mängd av lipidmolekyler per amylosmolekyl. Monoglycerider används som funktionell tillsats just för att reducera klistrighet i bl a pastaprodukter och i potatispulver.

En annan effekt uppnås om lipiden tillsätts före gelatiniseringen.

Modifierad stärkelse

Det förekommer även vissa kemiska derivat (derivat = kemiskt förändrad variant) av stärkelse inom livsmedelsindustrin.

Kallsvällande stärkelse är en vanlig stärkelseform i pulverprodukter som skall kunna färdigställas direkt genom blandning med vatten, t ex välling-, sopp- och såspulver. Den utgörs helt enkelt av gelatiniserad stärkelse som torkats. När vatten sedan tillsätts återbildas stärkelsegelen momentant.

Ett flertal olika stärkelsetyper används inom livsmedelsindustrin. Potatisstärkelse ger en transparent gel och den bildar gel även vid mycket låga koncentrationer (ca 0,1 %). Vetestärkelse ger en ogenomskinlig gel, men till skillnad från potatisstär kelse krävs flera procent vetestärkelse för att man skall få en gel.

Om man vill åstadkomma en stabil, klar och tjockflytande lösning som inte sätter sig till en gel bör man använda arrowrotens speciella stärkelse.

Slutligen bör nämnas att huvuddelen av den stärkelse som tillverkas ur potatis och vete har tekniska användningar även utanför livsmedelsindustrin. Limning av papper är den dominerande användningen i vårt land, och etanoltillverkning är ett expanderande användningsområde ("Absolut" vodka bland annat).

Reagens med stärkelse och jod

Stärkelse kan användas som reagens för att påvisa jod. Omvänt kan en jodlösning användas som reagens för att påvisa stärkelse.

Blåfärgning fås med trijodid och pentajodid

En stärkelselösning kan användas som reagens på förekomsten av jod. Det är dock inte jodmolekylen I2 som detekteras. För att en blåfärgning av stärkelsen ska ske så måste det finnas ett komplex av jod med 3 eller 5 atomer, trijodid (I3) eller pentajodid (I5). Trijodid och pentajodid bildas genom sammanslagning av I2 och I. Därför måste det finnas både jod och jodid i lösningen.

Stärkelsekomplexet med jod

Det kraftigt blåsvarta komplexet med stärkelse bildas när I3- eller I5- lägger sig inuti stärkelsespiralen.

Den kraftiga blåfärgningen beror på att jod-stärkelsekomplexet absorberar gult ljus mycket starkt. Det räcker med en mycket liten mängd av komplexet för att man ska se den blå färgen.

Användning av reagenset

Eftersom omvandlingen mellan jod och jodid är en redoxreaktion, så kan jod tillsammans med stärkelselösning användas som indikator på omslagspunkten för redoxtitreringen. Ofta använder man en metod som kallas jodometrisk titrering där natriumtiosulfat används som titrator.

Man kan säga att stärkelse är reagens på jod. Men man kan lika gärna säga att jod är reagens på stärkelse. En tillämpning är att spraya jodlösning på diskat porslin. Om det är dåligt diskat, så får man blåfärgning på porslinet. Det är nämligen så att nästan alla maträtter vi äter innehåller kolhydrater i form av stärkelse.

Trijodidjämvikten

Trijodidjämvikten
 I2 +  I   I3 
jod   jodidjoner   trijodid

Trijodid (och på motsvarande sätt pentajodid) bildas genom sammanslagning av I2 och I. För att jämvikten ska förskjutas mot trijodid krävs närvaro av både jod och jodid. Både om den kemiska miljön är starkt reducerande, så att all jod är i formen I, eller starkt oxiderande, så all jod är i formen I2, så blir halten trijodid mycket låg.

Enbart jodid (I) ger ingen färg

Trijodid och pentajodid bildas genom sammanslagning av I2 och I. För blåfärgning av stärkelsen måste alltså både I2 och I finnas. Om joden enbart förekommer i reducerad form som I krävs att en del av dessa oxideras till I2.

2 I → I2 + 2 e

Exempelvis kan klor användas som oxidationsmedel.

2 I + Cl2 → I2 + 2 Cl

Sedan kan man få trijodid, I2 + I → I3, och pentajodid, 2 I2 + I → I5.

Enbart jod (I2) ger inte heller någon färg

Om bara jodmolekyler finns, men jodidjoner saknas i lösningen, bildas inte trijodid eller pentajodid. Då krävs reduktion av en del av joden till jodid.

I2 + 2 e → 2 I

Exempelvis kan askorbinsyra (C-vitamin) användas som reduktionsmedel och oxideras då själv till dehydrokorbinsyra.

I2 + askorbinsyra → 2 I + dehydroakorbinsyra

Ett recept på jodlösning

Jämviktskonstanten, K = [I3-]/([I2][I3-]), har värdet 7,1.102 M-1.

I ett recept används 0,88 g KI med molmassan 165.99 g, vilket ger 5,30 mmol KI. Vidare används 0,22 g I2 med molmassan 253.8090 g/mol, vilket ger 0,867 mmol I2.

Det är alltså överskott av jodiden, vilket gör att halten I2 i lösningen hålls låg. Ungefär 77 % av joden reagerar till trijodid under förhållandena angivna i receptet (lösningen spädd till 100 ml).

Jodometrisk titrering

Jodometrisk titrering är en kemisk analysmetod för att bestämma mängden oxidationsmedel i ett prov. Som redoxindikator används jod i kombination med stärkelselösning. I oxiderad form fås ett starkt blåsvart komplex tillsammans med stärkelsen. I reducerad form är joden ofärgad.

Titreringen sker med hjälp av reduktionsmedlet tiosulfatjoner, S2O32−. Ändpunkten för titreringen är när lösningen växlar från blåsvart till ofärgad.

Utförande och reaktioner

Man börjar med att tillsätta överskott av en känd mängd jodid till provet. Oxidationsmedlet i provet oxiderar jodiden till jod. Överskottet av jodid blir dock kvar utan att oxideras. Den blandning av jod och jodid som nu finns i provet bildar trijodid enligt jämvikten

I + I2 ⇄ I3 (K = 7,2·102 M-1)

Resultatet blir en blåsvart provlösning när trijodiden bildar komplex med stärkelsen.

Som titrator används en lösning med tiosulfatjoner, S2O32− (t.ex natriumtiosulfat). Tiosulfatet är ett reduktionsmedel som förbrukar I2 och förskjuter trijodidjämvikten åt vänster till dess ingen trijodid återstår vid ändpunkten för titreringen.

Man har följande reaktioner:

I3 + 2 e ⇌ 3 I (Eo = + 0.5355 V)

som tillsammans med reduktionspotentialen för tiosulfat

S4O62− + 2 e ⇌ 2 S2O32− (Eo = + 0.08 V)

ger totalreaktionen

I3 + 2 S2O32− → S4O62− + 3 I (Eo = + 0.4555 V)

Lösningen ändrar färg från blåsvart till ofärgad när man når ekvivalenspunkten.

Litteratur

  1. Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi, 1989, Norstedts förlag, Stockholm.
  2. Östen Dahlgren, Laga mat - hur man gör och varför, 1994, Liber utbildning AB, Stockholm.
  3. Folke A Nettelblad, Christer Ekdahl, Spektrum kemi, 2002, Liber utbildning AB, Stockholm.
  4. Else W Ramstad, Vardagslivets kemi och fysik, 1980, LTs förlag, Stockholm.
  5. Iodine Indicator, Education Place, Houghton Mifflin Company
    http://www.eduplace.com/science/profdev/handbook/solutions.html#iodine (2003-08-13)
  6. Starch - Iodine, Virtual Chembook, Elmhurst College
    http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/548starchiodine.html (2003-09-02)
  7. How does starch indicate iodine?, Fred Senese, General Chemistry Online!
    http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/redox/faq/starch-as-redox-indicator.shtml (2004-03-07)

Fler experiment


kemiska metoder
Att göra bly
Att vara kemisk detektiv
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Bränna papper
Elektrofores av grön hushållsfärg
Framkalla fingeravtryck med jodånga
Framkalla fotopapper
Framställ låglaktosmjölk
Förtenning
Gör hårt vatten mjukt
Identifiera plasten
Indikatorpärlor
Innehåller koksaltet jod?
Kemi med zinkjodid, del 2: Återbilda grundämnena elektrokemiskt
Kemisk vattenrening
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
Syrehalten i luft
Testa C-vitamin i maten
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka fotopapper
Tvätta i hårt vatten
Vad innehåller mjölk?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel

livsmedel
Bjud din jäst på mat
Blå himmel och röd solnedgång
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Diska med äggula
Doft och stereoisomeri
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Flyter isen i matoljan?
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Fruktmörade proteiner
Gelégodis i vatten
Göra lim av kasein
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur mycket vatten finns i maten?
Höna med gummiben?
Innehåller koksaltet jod?
Kallrörd vaniljkräm och saliv
Kan man tapetsera med abborrar?
Koka Cola
Koka knäck
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Massverkans lag och trijodidjämvikten
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Modellmassa av mjölk
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Pektin och marmeladkokning
Popcorn
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Skär sig majonnäsen?
Släcka fett på rätt sätt
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Syror och baser i konsumentprodukter
Testa C-vitamin i maten
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Äta frusen potatis

vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Eldprovet
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Optiska Vitmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis