Testa C-vitamin i maten

Tillhör kategori: elektrokemi, redox, kemiska metoder, livsmedel, urval reviderat experiment

Författare: Svante Åberg

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

Frätande Irriterande Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 30 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

Man kan undersöka matens innehåll av C-vitamin med jodlösning. I experimentet får du veta hur det fungerar och kan själv undersöka din mat.

Riktlinjer

Experimentet utförs lämpligen som elevförsök sedan ordentlig information om hanteringen av koncentrerade blekmedel och av jodlösningar givits.

Säkerhet

Jodlösning och blekmedel måste förvaras oåtkomligt för små barn.

Handskas med stor försiktighet med koncentrerade blekmedel som t ex Klorin och Javex. Använd handskar och glasögon. Om du får stänk på huden eller i ögat av blekmedel ska du genast skölja rikligt med vatten.

Blanda inte blekmedel med andra rengöringsmedel. Det kan bildas giftiga gaser.

Jodlösning på huden kan vara irriterande. Skölj med vatten. Brunfärgningen på huden försvinner om du gnider med en fuktad C-vitamintablett.

Mindre mängder blekmedel eller jodlösning kan spolas ned i avloppet.

Materiel

Kommentar: Du får inte smaka på mat som du använder i experimentet!

Förarbete

Inget förarbete krävs förutom att skaffa jodlösning, blekmedel och C-vitamintabletter (dvs askorbinsyra).

Utförande

Inledande test på vitamin C

  1. Tag en C-vitamintablett.
  2. Sätt på en droppe jodlösning och iakttag vad som händer.
  3. Droppa sedan på några droppar av det oxiderande blekmedlet och se vad som händer.
  4. Kasta bort C-vitamintabletten så att ingen äter den av misstag.

Testa matvaror

  1. Droppa jodlösning på några olika matvaror och iakttag vad som händer.
  2. Vilka innehåller C-vitamin?
  3. Kasta bort den mat du testat så att ingen äter den av misstag.

Förklaring

Jod, I2, är starkt brunfärgad. När den reduceras av C-vitamin bildas I-, som är färglös. C-vitaminet i tabletten fungerar alltså som reduktionsmedel.

När man i nästa steg droppar på oxidationsmedel återbildas joden i molekylform. Man ser att färgen åter blir brun.

Många livsmedel innehåller C-vitamin. Ett annat namn för C-vitamin är askorbinsyra. Titta på innehållsförteckningen till juiceförpackningen etc. för att se om du hittar namnet. C-vitamin har också livsmedelskoden E300.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

GDC: Jämvikt

C-vitaminet är en antioxidant. Det betyder att den kan förbruka oxiderande ämnen genom att reagera med dem. Ett exempel på ett oxiderande ämne är syre, ett annat exempel är jod. Det betyder att C-vitaminet kan förbruka syre eller jod som kommer i kontakt med vitaminet.

Motsatsen till oxidation är reduktion. Oxidation betyder att ett ämne avger elektroner, reduktion att ämnet tar emot elektroner. Det kan vara lite förvirrande med benämningarna, men så här ligger det till:

När C-vitamin reagerar med jod avger det elektroner till joden. Det sker alltså en elektronöverföring där C-vitaminet oxideras samtidigt som joden reduceras.

Det finns en jämvikt mellan oxidation och reduktion. När den kemiska miljön domineras av oxidationsmedel, så finns en tendens att ta upp elektroner från ämnen som tillsätts. Om miljön domineras av reduktionsmedel, så finns en motsvarande tendens att avge elektroner till ämnen som tillsätts. I praktiken innebär det att så länge som reduktionsmedlet C-vitamin dominerar så är miljön reducerande och ämnena som finns där är i sin reducerade form.

Man kan inte se skillnad på den reducerade formen av C-vitamin som är askorbinsyra och på den oxiderade som kallas dehydroaskorbinsyra. Däremot är det lätt att se skillnad på den reducerade formen av jod som är ofärgad jodid (I- ) och på den kraftigt bruna oxiderade formen som är jod i molekylform (I2). Avfärgningen av jod till jodid visar på att miljön är reducerande, dvs. att den innehåller C-vitamin.

Reaktionsformler

Askorbinsyran (C-vitamin) oxideras av joden till dehydroskorbinsyra, dvs askorbinsyran avger elektroner till jodmolekylerna.

Oxidation: askorbinsyra dehydroaskorbinsyra + 2 H+ + 2 e-
Reduktion: I2 + 2 e- 2 I-
Nettoreaktion: I2 + askorbinsyra dehydroaskorbinsyra + 2 H+ + 2 I-

C-vitamin/ askorbinsyra

Vitamin C kallas alltså även askorbinsyra. Som andra syror som kan den avge vätejoner och bildar då askorbat. Askorbinsyra oxideras lätt och fungerar därför som reduktionsmedel. Det används därför som antioxidant i livsmedel. Askorbinsyran tar hand om oxiderande ämnen, som t ex syre, innan de hinner angripa själva maten. Luftsyret oxiderar C-vitamin och oxidationen snabbare vid högre temperatur. Därför förlorar maten en hel del C-vitamin vid kokning. Även i frysen sker en viss nedbrytning av C-vitamin. Till exempel förlorar fryst apelsinjuice i paket cirka 25 % av sitt C-vitamininnehåll inom 3 veckor. Men även nedbrytningsprodukterna av C-vitamin har en viss antioxidant effekt, så förlusten av C-vitamin betyder inte så mycket i praktiken.

Vitamin C finns i stora mängder i citrusfrukter, svarta vinbär, broccoli, brysselkål, röd och grön paprika. Rekommenderat dagsintag av C-vitamin är 60 mg. Det motsvarar en apelsin eller 100 g vitkål. Rökare behöver ett större intag av C-vitamin, minst 100 mg per dag. Gravida och ammande kvinnor behöver också ett något högre dagsintag, 70 respektive 90 mg. Brist på C-vitamin kan ge blödningar i tandköttet, försämrad sårläkning och trötthet. Extrem brist kan ge skörbjugg. Förr var det ett allvarligt problem på längre sjöresor då kosten var dålig och speciellt fattig på C-vitamin.

Jod är reagens på stärkelse

En lösning av jod (I2) och kaliumjodid (KI) i vatten kan användas som reagens på stärkelse. Jod har ganska låg löslighet i vatten, men tillsammans med jodidjoner bildas ett komplex, kaliumtrijodid (K(I3)), som har god löslighet.

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.

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

Recept

Följande reagenslösning ger ett blåsvart komplex med stärkelse men kan också användas för att testa C-vitamin:

  1. Lös 0,88 g kaliumjodid (KI) i cirka 3 ml varmt vatten. Rör sakta till dess saltet löst sig.
  2. Tillsätt 0,22 g jodkristaller. Skaka blandningen till dess jodkristallerna löst sig.
  3. Späd lösningen med vatten till 100 ml och blanda väl.

Jodopax kan köpas på apoteket.

Klorin

Klorin innerhåller natriumhypoklorit (NaClO). Det är ett starkt oxidationsmedel. Vanlig användning är för fläckborttagning och blekning. Natriumhypoklorit används också för desinfektion av dricksvatten, men Klorin är inte nyttigt för miljön och bör därför användas sparsamt. I reningsverken kan det klor som finns i Klorin bilda miljögifter. Remol är ett miljövänligare alternativ, men i experimentet kan du inte använda Remol eftersom det är ett reduktionsmedel (i motsats till Klorin som är ett oxidationsmedel).

Javex

Javex innehåller väteperoxid (H2O2) och tensider. Väteperoxid är också ett ganska kraftigt oxidationsmedel, men inte lika starkt som natriumhypoklorit. Väteperoxid används för fläckborttagning och hårblekning. Den blekande effekten beror på att pigmenten bryts ned genom oxidation och reaktionsprodukterna saknar färg. Väteperoxid har även förmågan att bryta ned fett och fungerar därför mot fettfläckar. Ull och silke tål dock inte väteperoxid.

Väteperoxid sönderfaller spontant till vatten och syrgas enligt reaktionsformeln

2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g)

Processen är långsam men, i närvaro av katalysator sker den snabbt. I blodet finns enzymet peroxidas som katalyserar nedbrytningen av peroxid. Väteperoxid används därför vid kriminaltekniska undersökningar för att påvisa blodspår. Peroxidas finns också i rå potatis. Kokar man däremot potatisen denatureras peroxidaset så att det förlorar sin katalyserande förmåga. Mangandioxid (MnO2, brunsten) katalyserar också nedbrytningen. Ytterligare ett ämne som katalyserar sönderfallet är kaliumjodid (KI).

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

Vitamin C

Vitaminer är organiska ämnen som kroppen behöver, men som kroppen själv inte kan producera i tillräcklig mängd. Ett viktigt vitamin är askorbinsyra, eller som det oftare kallas, C-vitamin. C-vitamin är vattenlösligt och förekommer därför i vatteninnehållande biologiska vävnader såsom i citrusfrukter. C-vitaminet är en organisk syra som ger frisk smak åt frukterna.

Askorbinsyran kan utvinnas och finns att köpa i fast form i livsmedelsbutikerna. Den finns också inbakad i C-vitamintabletter tillsammans med bikarbonat för att tabletterna ska brusa när de läggs i vatten.

Vid C-vitaminbrist kan man få blödningar i tandköttet. Såren läker sämre, man blir trött och är mer utsatt för infektioner. Allvarligare brist ger skörbjugg, som är en allvarlig sjukdom med tandlossning och muskelförsvagning och till och med döden.

På långa båtresor förr i tiden kunde besättningen inte få i sig tillräckligt med C-vitamin och kunde blir mycket sjuka. Man kände till att det var viktigt att få gå iland och äta färska grönsaker och frukter, men man visste inte att det var C-vitamin som saknades. Man kom dock på att syrad kål hjälpte. C-vitamininnehållet i annan mat sjönk när maten blev gammal, men surkål behöll C-vitaminhalten bättre. Nuförtiden är C-vitaminbrist mycket ovanlig eftersom vi kan köpa färsk frukt i butikerna året om.

Kroppen lagrar inte C-vitamin eftersom det är vattenlösligt. Vi kissar ut överskottet av C-vitamin. Därför är det ingen mening att äta stora mängder C-vitamin. Men det är ingen större risk att man ska överdosera C-vitamin eftersom kroppen kan tolerera det.

C-vitamin är också en antioxidant. Man anser att det är nyttigt eftersom det neutraliserar fria radikaler som bildas i kroppen. De fria radikalerna är kemiskt aggressiva ämnen som kan göra skada på andra molekyler i kroppen.

C-vitamin underlättar upptaget av järn och är nödvändigt för bindvävens ämnesomsättning. Kollagenet som gör huden stark och smidig behöver C-vitamin för att kunna bildas. Det finns också andra bra hälsoeffekter av C-vitaminet.

Vitamin C bryts ned av hög temperatur. Därför minskar C-vitamininnehållet snabbt när du kokar C-vitaminrika grönsaker. C-vitamin är inte heller så hållbart vare sig i kroppen eller i mat som förvaras. Men du kan öka hållbarheten genom att undvika kontakt med luftens syre eller att utsättas för starkt solljus. C-vitamintabletter bör också konsumeras innan de har förlorat sin effekt. Titta på sista förbrukningsdatum på förpackningen.

Biosyntes av C-vitamin

I naturen kan flertalet djur och växter tillverka vitamin C ur monosackarider. I växter syntetiseras det från mannos och galaktos. Hos några djur bryts glykogen ned till glukos i som sedan omvandlas till askorbinsyra i levern, dvs. C-vitamin.

Hos reptiler och fåglar sker syntesen av C-vitamin i njurarna. Människan tillhör den grupp djur som har förlorat förmågan att syntetisera C-vitamin.

Upptag och utsöndring av C-vitamin

Hur mycket som kroppen tar upp från maten beror på hur mycket vi får i oss. Vid normalt intag tar kroppen upp 75-95 % av C-vitaminet. Vid högre intag på 1,25 g/dag tas kring 33 % upp, men vid låga intag på under 200 mg/dag tar kroppen upp cirka 98 % av C-vitaminet.

Kroppen gör sig snabbt av med överskott av C-vitamin i blodet. När nivån överskrider 1,5 mg/dl hos män och 1,3 mg/dl hos kvinnor utsöndrar kroppen hälften av C-vitaminet till njurarna på bara 30 minuter. Sedan kissar vi ut det. Kroppen är alltså effektiv i sin reglering av C-vitaminnivåerna.

Linus Pauling

Nobelpristagare

Linus Pauling är mest känd för sina två nobelpris. 1954 fick han priset för den kvantmekaniska modellen av kemiska bindningar. År 1962 fick han Nobels fredspris för sin kamp mot kärnvapenspridningen. Han var aktiv upp i hög ålder och blev en förkämpe för användandet av C-vitamin.

C-vitamin mot förkylning

Pauling menade att det var en naturens olyckliga slump att förmågan att tillverka C-vitamin gick förlorad för människan och däggdjuren under arternas utveckling. Vi behöver C-vitamin och måste därför få i oss vitaminet via maten. Pauling menade att C-vitamin hjälper till att stärka blodkärlen. I en studie av skörbjugg kunde man konstatera att hälften av de som avlidit gjort det på grund av att blodkärlen brustit. C-vitamin skulle enligt Pauling motverka hjärtinfarkt. Pauling drog också slutsatsen att C-vitamin motverkar vanliga förkylningar. Det har varit mycket omdebatterat. Placebo-kontrollerade studier visar inte någon effekt av C-vitamin mot förkylning hos den vanliga befolkningen, men det verkar som att C-vitaminet minskar risken för förkylning hos dem som är utsatta för hög fysisk ansträngning, t.ex. maratonlöpare eller skidåkare.

Hybridisering av elektronorbitaler

Pauling intresserade sig för egenskaperna hos kemiska bindningar. Hans arbete ledde så småningom fram till begreppet hybridisering av elektronorbitaler.

Exempelvis kan vi ta en atom där det yttersta skalet är fyllt, dvs. det finns 4 st elektronpar. Av dessa är det en 2s-orbital och tre 2p-orbitaler. Men i Paulings modell så hybridiseras dessa orbitaler till att bilda fyra likadana sp3-orbitaler. Dessa orienteras i tetraederform kring atomen så att atomen kan bilda fyra kovalenta bindningar till andra atomer. Exempel på detta är metanmolekylen, som har formeln CH4.

mer material på avancerad nivå kommer

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.

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

Redoxreaktion

Redoxreaktioner kan delas upp i delreaktionerna oxidation och reduktion.

Oxidation

Med oxidation menar man reaktioner där elektroner avges. Vid en oxidationsreaktion avges energi i de flesta fallen. Flera metaller kan reagera vid rumstemperatur med luftens syre till oxider. Exempel på detta är järn som oxideras av luftens syre och bildar då rost. Oxidationssteget är
Fe → Fe2+ + 2 e

Reduktion

Motsatsen till oxidation är reduktion. Reduktion innebär att elektroner tas upp. Exempel på en reduktion är när syreatomerna tar upp de elektroner som järnet avger när det rostar. Syreatomerna bildar negativa joner. Man säger då att syret har reducerats

O + 2e → O2–

Reduktion och oxidation sker samtidigt

Elektroner kan inte förkomma fria, de kan bara överföras från ett ämne till ett annat. När en reduktion sker, sker samtidigt en oxidation eftersom lika stort antal elektroner avges och tas upp. Vi kallar detta redoxreaktion. I exemplet med oxidation av järn och reduktion av syre balanseras de två delreaktionerna så att lika måna elektroner tas emot som de som avges och man får totalreaktionen

Fe + O → Fe2+ + O2–

Om vi tar hänsyn till att syrgas förekommer som molekyler och att järnjonerna och syrejonerna bildar föreningen FeO och dessutom anger aggregationsformen, så kan vi snygga till reaktionsformeln för totalreaktionen till

2 Fe(s) + O2(g) → 2 FeO(s)

Redoxreaktion vid kontakt mellan ämnena

Kontakt mellan reaktanterna

I en vanlig redoxreaktion sker elektronövergången i kontakt mellan ämnena som reagerar. Elektronen hoppar över direkt från molekylen (eller atomen) som oxideras till molekylen (eller atomen) som reduceras. Elektronhoppet kan bara ske över mycket korta avstånd och sker därför i samband med att partiklarna kolliderar. Därför sker oxidationen och reduktionen på samma plats.

Elektroner förekommer inte fria i ämnen

Anledningen till att elektronöverföringen sker i direktkontakt mellan ämnena är att elektroner inte kan förekomma fria i ett material eller en lösning. De binder alltid till de atomer eller molekyler som finns i närheten. I icke-metalliska material är elektronens position vanligen fixerad till en bestämd molekyl eller atom.

Däremot är elektronerna fritt rörliga i metalliska material. De kan dock inte lämna metallen, bara röra sig inom metallen. När elektronerna rör sig förbi atomerna i metallgittret handlar det inte om elektronöverföring. I stället har metallen ett enda stort elektronmoln av ledningselektroner som är gemensamma för hela metallkristallen.

Det finns också halvledande material som med viss ledningsförmåga, men där elektronerna i huvudsak är fixerade i vissa positioner.

Litteratur

  1. Vitamin C, Livsmedelsverket
    https://www.livsmedelsverket.se/livsmedel-och-innehall/naringsamne/vitaminer-och-antioxidanter/vitamin-c/ (2017-03-06)
  2. Skörbjugg, Wikipedia
    https://sv.wikipedia.org/wiki/Sk%C3%B6rbjugg (2017-03-07)
  3. Magical Sour Cabbage: How Sauerkraut Helped Save the Age of Sail, Tyler LeBlanc, Modern Farmer
    http://modernfarmer.com/2014/04/magical-sour-cabbage-sauerkraut-helped-save-age-sail/ (2017-03-07)
  4. Captain Cook and the Scourge of Scurvy, Jonathan Lamb, BBC
    http://www.bbc.co.uk/history/british/empire_seapower/captaincook_scurvy_01.shtml (2017-03-07)
  5. Borgford, C.L. & Summerlin, L.R. (1988). Chemical activities. (Teacher ed.) Washington, DC: American Chemical Society.
  6. Analysera C-vitaminhalt i en brustablett, Kemilärarnas resurscentrum (KRC)
    http://www.krc.su.se/documents/C-vitamin_titrering.doc (2017-03-06)
  7. Två experiment med C-vitamin, Skolverket
    https://www.skolverket.se/skolutveckling/larande/nt/gymnasieutbildning/naturkunskap/kokets-och-matens-naturkunskap/laborera-med-livsmedel/tva-experiment-med-c-vitamin-1.237681 (2017-03-06)
  8. Bestämning av C-vitamin, EDU.fi, Utbildningsstyrelsen
    http://www.edu.fi/bestamning_av_c-vitamin (2017-03-06)
  9. Determination of Vitamin C Concentration by Titration, University of Canterbury
    http://www.outreach.canterbury.ac.nz/chemistry/documents/vitaminc_iodine.pdf (2017-03-06)
  10. Redox Titrations with Iodine, University of Richmond
    https://facultystaff.richmond.edu/~rdominey/301/local/Iodine_Titrations.PDF (2017-03-06)
  11. Vitamin C, Linus Pauling Institute
    http://lpi.oregonstate.edu/mic/vitamins/vitamin-C (2017-03-03)
  12. Redox titration, Wikipedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/Redox_titration (2017-03-06)
  13. Iodometry, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Iodometry (2017-03-06)
  14. Triiodide, Wikipedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/Triiodide (2017-03-06)

Fler experiment


elektrokemi, redox
Anodisering och färgning av aluminium
Att göra bly
Citronbatteri
Diffusion av kopparjoner
Elda stålull
Elektrofores av grön hushållsfärg
Elektrokemisk skrift
Guldpeng av mässing
Gör kopparslanten skinande ren - med redoxkemi
Indikatorpapper för plus och minus på batteriet
Innehåller koksaltet jod?
Kemi med zinkjodid, del 1: Framställning
Kemi med zinkjodid, del 2: Återbilda grundämnena elektrokemiskt
Kemisk klocka med jod
Permanenta håret
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Rostindikator visar var järnet rostar
Saltkristaller av en aluminiumburk
Självantändning med glycerol och permanganat
Skämta med en svart kopparslant
Svantes testexperiment
Syrehalten i luft
Tag bort rost med elektrisk ström
Tillverka tomtebloss
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Ärg på en kopparslant

kemiska metoder
Att göra bly
Att vara kemisk detektiv
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blev disken ren?
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
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka fotopapper
Tvätta i hårt vatten
Vad innehåller mjölk?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel

livsmedel
Bjud din jäst på mat
Blev disken ren?
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
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

urval reviderat experiment
Anodisering och färgning av aluminium
Avdunstning och temperatur
Citronbatteri
Den brinnande sedeln
Den tillknycklade plåtburken
DNA ur kiwi
Elektrokemisk skrift
Ett glas luft
Gasvolym och temperatur
Indikatorpapper för plus och minus på batteriet
Innehåller koksaltet jod?
Luftfuktighet och rostbildning
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Rostindikator visar var järnet rostar
Syrehalten i luft
Tag bort rost med elektrisk ström
Vad händer när degen jäser?
Åka hiss