MASARYKOVA UNIVERZITA
Přírodovědecká fakulta
C7651 ŠKOLNÍ POKUSY 2 – NÁVODY
K PRAKTIKU
BRNO 2021
poslední úprava: 20. září 2021
Zpracovatelé nebo autoři úloh a fotografií:
• Aneta Benešová
• Vladimír Bláha
• Petra Elblová
• Petra Jarošová
• Jan Kolář, Ústav experimentální botaniky AV ČR (úloha Experimenty s antokyany,
Třpytivé žížaly z pektinu)
• Šárka Kotasová
• Veronika Krapež
• Tereza Kvasničková
• Jaromír Literák
• Radek Matuška
• Tomáš Pinka
• Petr Stadlbauer
• Veronika Švandová
Rozpis úloh
13. 9. 2021 Kyanotypie
20. 9. 2021 Příprava trihydrátu tris(oxaláto)železitanu draselného a šťavelanu železnatého
(+ příprava pyroforického železa).
27. 9. 2021 Izolace DNA, neklasické provedení čpavkové a chlorovodíkové fontány, experimenty
s antokyany, výroba barevné limonády, adsorpce barviv z červeného
vína.
2
Obsah
Kyanotypie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Příprava trihydrátu tris(oxaláto)železitanu draselného . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Alternativní příprava trihydrátu tris(oxaláto)železitanu draselného . . . . . . . . . . 8
Příprava šťavelanu železnatého a pyroforického železa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Izolace a hydrolýza DNA z jahod/banánů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Neklasické provedení čpavkové a chlorovodíkové fontány . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Experimenty s antokyany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Výroba barevné limonády . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Adsorpce barviv z červeného vína . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3
Kyanotypie
Kyanotypie (fotochemický modrotisk, κυανóς = modrý) patří spolu s daguerrotypii a talbotypii
mezi nejstarší fotografické techniky. Působením světla na fotocitlivé sloučeniny železa
vzniká stabilní modrý obraz. Papír nebo jiný materiál je napuštěn směsí hexakyanoželezitanu
draselného a vhodné železité soli obsahující organický anion. Chemickou podstatou děje je
světlem vyvolaná redukce železitého kationtu organickým aniontem na kation železnatý, který
ihned tvoří tvoří s hexakyanoželezitanovým aniontem intenzivně modrou sraženinu berlínské
(Turnbullovy) modři. Složení vzniklého nerozpustného modrého pigmentu odpovídá vzorci
Fe4[Fe(CN)6]3·x H2O.
Původně byl v kyanotypii využíván citran železito-amonný jako fotocitlivá sůl, ukázalo se
však, že zvláště jeho roztoky jsou dobrou živnou půdou pro plísně. Proto k našim experimentům
využijeme tris(oxaláto)železitan draselný, jehož menší citlivost ke světlu vyvažuje jeho
vyšší stabilita. V komplexním aniontu této soli dochází po absorpci modrého, fialového nebo
ultrafialové světla k přenosu jednoho elektronu ze šťavelanového aniontu na železitý kation.
Výsledkem je redukce Fe3+ na Fe2+ a oxidace ligandu na CO2.
2 K3[Fe(C2O4)3] 2 K2[Fe(C2O4)2] + K2C2O4 + 2 CO2
hν
Následuje reakce Fe2+ s [Fe(CN)6]3− za vzniku berlínské modři. V místech, kam nedopadlo
toto světlo, zůstává nezměněná směs výchozích solí. Aby nedošlo k nežádoucímu zmodrání
těchto oblastí, je potřeba obraz ihned po expozici opláchnout vodou a odstranit tak všechny
rozpustné soli.
Při dostatečné expozici směsi obsahující šťavelany vzniká v místě expozice tzv. berlínská
běl o složení Fe2[Fe(CN)6], která dává exponovanému místu modro-šedé zabarvení. Vznik
tohoto zbarvení je proto dobrým ukazatelem okamžiku, kdy by expozice měla být ukončena.
Po vymytí solí vodou z neexponovaných míst dochází k ustálení obrazu působením vzdušného
kyslíku – obraz postupně získává konečnou modrou barvu díky oxidaci berlínské běli. Proces
je možno urychlit opláchnutím obrazu zředěným roztokem peroxidu vodíku.
Berlínská modř je velmi odolná vůči působení světla, vzdušného kyslíku a zředěných slabých
kyselin. Zásady však způsobují naleptání berlínské modři a její zežloutnutí.
Příprava negativů:
• Nejlépe lze kyanotypií reprodukovat obrázky s ostrými přechody, ideální je kresba.
Vhodný obrázek. Obrázek, který se ke kyatotypii nehodí.
4
• Obrázek načteme do grafického programu, převedeme jej na černobílý obrázek a následně
invertujeme bílou a černou.
• Výsledný negativ vytiskneme pomocí laserové tiskárny na průsvitku formátu A4. Vhodné
průsvitky z PET lze zakoupit ve větších papírnictvích.
• Lze rovněž zhotovovat kyanotypy rostlin nebo jiných objektů.
Chemikálie:
Hexakyanoželezitan draselný, trihydrát tris(oxaláto)železitanu draselného, zředěný roztok peroxidu
vodíku (w ≈ 0,003), kyselina citronová.
Provedení kyanotypie:
• Do tmavých lahví připravíme roztoky solí pro provedení kyanotypie. Roztok A je 12%
vodný roztok tris(oxaláto)železitanu draselného, který obsahuje ještě 1 % kyseliny citronové.
Roztok B je 7% roztok hexakyanoželezitanu draselného ve vodě.
• V kádince smícháme stejné objemy roztoku A a B a směs důkladně promícháme. Od
tohoto okamžiku je vhodné všechny operace s roztokem a fotocitlivým papírem
provádět v prostorách s nízkou intenzitou osvětlení. Nevhodné je přímé
sluneční světlo nebo světlo fluorescenčních zářivek. Vhodné jsou žárovky nebo svítidla
s teplejšími tóny.
• Připravíme si výkres, vhodné jsou levnější typy papíru, které obsahují menší množství
bazických plniv, které mohou proces kyanotypie komplikovat. Pomocí molitanové houbičky
naneseme tenkou vrstvu připraveného roztoku na papír, roztok necháme vsáknout
a mírně zvadnout. Spotřeba roztoku by měla být 2–3 cm3 na jeden papír formátu A4.
Impregnovaný papír vysušíme fénem nebo horkovzdušnou pistolí, dbáme na to, aby došlo
k rovnoměrnému vyschnutí na celé ploše papíru a také aby teplota vzduchu nebyla
příliš vysoká, protože by mohlo dojít k částečnému rozkladu solí. Papír by měl mít sytě
zeleno-žlutou barvu.
• K papíru přiložíme polyesterovou folii s vytištěným negativem, zatížíme tabulkou skla
a vystavíme slunečnímu světlu. Typická doba expozice se pohybuje v rozmezí jedné
a dvaceti minut. Během expozice pozorujeme změnu barvu světlu vystavených částí
papíru, měli bychom zaznamenat nejdříve zelené, později modré až nakonec šedomodré,
popřípadě šedohnědé zabarvení. Nejvhodnější okamžik pro ukončení expozice nastane,
když zřetelně pozorujeme počínající blednutí šedého zabarvení plně exponovaných ploch.
• Kyanotyp oplachujeme několik minut tekoucí vlažnou vodou tak, aby došlo k vymytí
nezreagovaných solí z papíru. Dobré vymytí poznáme podle vymizení žluté barvy papíru
v místech, která byla zakrytá. Nakonec papír s obrazem opláchneme zředěným roztokem
peroxidu vodíku.
• Vytvořený obraz vysušíme proudem teplého vzduchu.
Poznámky:
Při provádění kyanotypie je vhodné zakrýt pracovní stůl mikroténovou fólií. Pokud přeci
jen zůstane na nábytku nebo oblečení modrá skvrna berlínské modři, je možné ji odstranit
5
pomocí vodného roztoku sody (Na2CO3). Z tohoto důvodu nejsou vhodné k provádění kyanotypie
papíry s velkým obsahem plniv a alkalických aditiv. Podobně textilie s modrotiskem
nelze opakovaně prát s běžnými pracími prášky. V tomto případě se doporučuje ruční praní
s využitím mýdel na ruce nebo dětských šamponů.
Barvu vzniklého modrého obrázku lze dodatečně chemicky změnit. Je možné rovněž kyanotypii
provádět na textilu nebo dřevěném prknu. Více se můžete dočíst na následující webové
stránce https://www.chemieasvetlo.cz/teorie/fotochemicky-modrotisk/.
Kyanotypie byla v minulosti oblíbenou metodou kopírování technických výkresů a plánů.
Doplňující otázky:
1. Vysvětlete chemickou podstatu klasické černobílé fotografie.
6
Příprava trihydrátu tris(oxaláto)železitanu draselného
Reakce:
Reakcí železité soli se šťavelanem draselným vzniká komplexní anion tris(oxaláto)železitanový.
Draselná sůl tohoto aniontu vykazuje silnou závislost rozpustnosti ve vodě na teplotě. Ochlazením
koncentrovaného roztoku proto dojde k vyloučení trihydrátu tris(oxaláto)železitanu
draselného.
FeCl3 + 3 K2C2O4 K3[Fe(C2O4)3] + 3 KCl
Roztok tris(oxaláto)železitanu draselného je používán jako tzv. chemický aktinometr k chemickému
stanovení intenzity světla. Komplexní anion absorbuje světlo a následně dochází
k přenosu jednoho elektronu ze šťavelanového aniontu na železitý kation. Výsledkem je redukce
Fe3+ na Fe2+ a oxidace ligandu na CO2.
2 K3[Fe(C2O4)3] 2 K2[Fe(C2O4)2] + K2C2O4 + 2 CO2
hν
Množství uvolněného železnatého kationtu lze pak různými analytickými metodami stanovit.
Uvolňování Fe2+ světlem a jeho následné reakce s K3[Fe(CN)6] za vzniku modré sraženiny
se také využívá v tzv. kyanotypii.
Chemikálie:
K2C2O4·H2O, FeCl3 · 6 H2O.
Postup:
V kádince o objemu 100 cm3 rozpusťte 40 mmol hexahydrátu chloridu železitého v 16 cm3
demineralizované vody. Dále v kádince o objemu 250 cm3 rozpusťte za horka 132 mmol monohydrátu
šťavelanu draselného ve 40 cm3 demineralizované vody. K zahřívání použijte vařič
nebo elektromagnetickou míchačku. Následně za míchání přilijte roztok chloridu železitého
k roztoku šťavelanu draselného. Zbytky roztoku, které ulpěly na stěnách kádinky, spláchněte
několika cm3 vody. Po smíchání roztoků dojde ke změně zbarvení na zelenou. Kádinku s roztokem
vložte do ledové lázně a za míchání nechte směs ochladit. Vyloučené krystaly produktu
odsajte na fritě.
Surový produkt přemístěte do kádinky o objemu 150 cm3, přidejte 40 cm3 vody a směs
v kádince zahřívejte na vařiči a míchejte, až dojde k rozpuštění krystalů. Horký roztok přefiltrujte
přes papírový filtr do kádinky a nechte ochladnout v ledové lázni za občasného promíchání.
Krystaly odsajte na fritě, odpojte od odsávačky zdroj vakua, ke krystalům přidejte cca
5 cm3 ledové vody, směs promíchejte a vodu opět odsajte. Poté promytí krystalů opakujte
s 10 cm3 ethanolu.
Rekrystalizovaný produkt sušte ve vakuové sušárně za laboratorní teploty. Poté stanovte
výtěžek reakce.
Vlastnosti:
Trihydrát tris(oxaláto)železitanu draselného krystalizuje v podobě smaragdově zelených krystalů.
V měkkém ultrafialovém záření sloučenina zeleně fluoreskuje.
Pomalým odpařováním koncentrovaného vodného roztoku této sloučeniny lze připravit
velké smaragdově zelené krystaly. Proces však negativně ovlivňují přítomné nečistoty.
7
Fe
O
O
OO
OO
O
O
O
O
O
O 3−
3K+
Fyzikálně-chemické charakteristiky výchozích látek a produktů:
Látka M/(g mol−1)
K2C2O4·H2O 184,23
FeCl3 · 6 H2O 270,30
K3[Fe(C2O4)3] · 3 H2O 491,24
Navážky reaktantů a teoretický výtěžek produktu:
K2C2O4·H2O FeCl3 · 6 H2O K3[Fe(C2O4)3] · 3 H2O
m/g
%
Alternativní příprava trihydrátu tris(oxaláto)železitanu drasel-
ného
Tris(oxaláto)železitan draselný je možné připravit alternativním způsobem z kyseliny šťavelové,
hydroxidu draselného a chloridu železitého. Přidáním roztoku chloridu železitého do
roztoku šestinásobného látkového množství hydroxidu draselného dojde k vysrážení hydroxidu
železitého.
FeCl3 + 3 KOH −→ Fe(OH)3 + 3 KCl
Po přidání roztoku kyseliny šťavelové dojde k neutralizaci zbývajícího hydroxidu draselného
za vzniku šťavelanu draselného a k rozpuštění sraženiny hydroxidu železitého. Reakcí
železitých iontů se šťavelanem draselným vznikne zelený roztok tris(oxaláto)železitanu draselného,
který po ochlazení vykrystalizuje jako trihydrát.
Fe(OH)3 + 3 KOH + 3 H2C2O4 −→ K3[Fe(C2O4)3] + 6 H2O
Chemikálie:
Monohydrát kyseliny šťavelové, FeCl3 · 6 H2O, KOH.
Postup:
• V kádince o objemu 50–100 ml rozpusťte 0,040 mol hexahydrátu chloridu železitého
v 15 ml demineralizované vody.
8
• V kádince o objemu 250 ml rozpusťte 0,267 mol KOH ve 40 ml demineralizované
vody. Následně k tomuto roztoku za míchání přilijte vodný roztok FeCl3 ·6 H2O. Zbytky
roztoku roztoku chloridu železitého spláchněte několika mililitry vody. Vznikne hnědočerná
hustá sraženina.
• Kádinku se suspenzí postavte na elekromagnetickou míchačku s ohřevem nebo vařič
a zahřejte na přibližně 80 °C.
• V kádince o objemu 100–150 ml připravte směs 0,133 mol dihydrátu kyseliny šťavelové
a 25 ml demineralizované vody a směs následně za míchání zahřejte na přibližně 80 °C,
až dojde k rozpuštění krystalů kyseliny šťavelové.
• Roztok kyseliny šťavelové za míchání přidejte k ohřáté suspenzi Fe(OH)3 a kádinku
spláchněte několika ml vody. Směs v kádince intenzivně míchejte, až dojde k rozpuštění
sraženiny a vznikne zelený roztok.
• Kádinku s roztokem za míchání chlaďte v ledové lázni, až dojde k vyloučení zelených
krystalů produktu. Krystaly odsajte na Büchnerově nálevce nebo fritě.
• Surový produkt přemístěte do kádinky o objemu 150 ml a přidejte 40 ml demineralizované
vody. Směs za míchání zahřívejte, až dojde k rozpuštění krystalů. Horký roztok
přefiltrujte přes hladký filtr. Filtrát v kádince vložte do ledové lázně a za občasného
míchání nechte vyloučit krystaly rekrystalovaného produktu.
• Krystaly odsajte na Büchnerově nálevce nebo fritě a nakonec je promyjte cca 30 ml
ethanolu. Rekrystalizovaný produkt sušte ve vakuové sušárně za laboratorní teploty.
Poté stanovte výtěžek reakce.
Fyzikálně-chemické charakteristiky výchozích látek a produktů:
Látka M/(g mol−1)
H2C2O4·2 H2O 126,07
KOH 56,1056
FeCl3 · 6 H2O 270,30
K3[Fe(C2O4)3] · 3 H2O 491,24
Navážky reaktantů a teoretický výtěžek produktu:
H2C2O4·2 H2O FeCl3 · 6 H2O KOH K3[Fe(C2O4)3] · 3 H2O
m/g
%
9
Příprava šťavelanu železnatého a pyroforického železa
Reakce:
Šťavelan železnatý získáme srážecí reakcí mezi vodným roztokem zelené skalice (heptahydrát
síranu železnatého) a kyselinou šťavelovou.
FeSO4 + H2C2O4 FeC2O4 + H2SO4
Zahřátím vzniklého produktu v nepřítomnosti vzduchu vzniknou jemné částice železa,
které jsou na vzduchu samozápalné (pyroforické).
FeC2O4 Fe + 2 CO2
V tomto experimentu bude malé množství žlutě zbarveného šťavelanu železnatého zahříváno
ve zkumavce. Vznikající oxid uhličitý, který je těžší než vzduch, bude částečnou ochranou
pyroforického železa před oxidací.
Chemikálie:
H2C2O4·2H2O, FeSO4·7H2O, roztok H2SO4 (c = 1 mol dm−3).
Příprava šťavelanu železnatého:
• V kádince připravte roztok 6 g heptahydrátu síranu železnatého ve 20 cm3 demineralizované
vody okyselené 2–3 kapkami 1M-H2SO4.
• Ve druhé kádince připravte roztok 4 g dihydrátu kyseliny šťavelové ve 35 cm3 demineralizované
vody.
• Za stálého míchání přilijte roztok kyseliny šťavelové k roztoku síranu železnatého.
• Suspenzi produktu zahřejte k varu, dojde ke sbalení sraženiny.
• Po vychladnutí suspenze produkt odfiltrujte na Büchnerově nálevce, promyjte vodou a
ethanolem. Produkt nechte vyschnout na vzduchu.
Příprava pyroforického železa:
• Na dno zkumavky nasypte malé množství šťavelanu železnatého, konec zkumavky opatrně
rovnoměrně zahřívejte a její obsah opatrně protřepávejte. Obsah postupně přechází
na šedou práškovou látku a dochází k vývoji plynu.
• Obsah zkumavky po skončení reakce rychle vysypejte do misky s pískem nebo do jiné
nehořlavé nádoby.
10
Doplňující otázky:
1. Jakou jinou železnatou sůl byste mohli použít pro přípravu šťavelanu železnatého?
2. Bylo by možné místo kyseliny šťavelové pro srážecí reakci použít roztok šťavelanu draselného
nebo šťavelanu vápenatého? Vysvětlete.
3. Jemně dispergované železo tvoří náplň některých typů ohřívačů rukou. Proč v případě
ohřívačů rukou nehrozí sebevznícení náplně, když dochází ke stejné reakci jako v případě
pyroforického železa?
11
Izolace a hydrolýza DNA z jahod/banánů
Deoxyribonukleová kyselina (DNA) je obsažena v každé buňce a zodpovídá za správný přenos
genetické informace z generace na generaci. DNA je chemicky poměrně stabilní, a právě proto
je vhodným informačním úložištěm. V minulosti pravděpodobně sloužila k ukládání genetické
informace molekula ribonukleové kyseliny (RNA), ale díky jejímu snadnému štěpení sebou
sama se pravděpodobně vyvinula DNA, která tuto sebeštěpící schopnost nemá. U eukaryotických
organismů je DNA uložena v jádře buňky. DNA je rozdělena do několika chromozomů.
Počet unikátních chromozomů je v každé buňce stejný a je charakteristický pro daný organismus.
Například u člověka je to 23. Tato tzv. sada chromozomů bývá v buňkách často ve
více kopiích. Většina tělních buněk člověka je diploidní, což znamená, že buňky obsahují dvě
homologní sady chromosomů, celkem tedy 46. Polyploidie (triploidie, tetraploidie atd.) je pro
živočichy obvykle smrtelná, ale u rostlin se vyskytuje často. U hospodářsky významných rostlin
se někdy záměrně šlechtí polyploidní odrůdy, protože dosahují vyšších výnosů než původní
diploidní odrůdy. A to je i případ triploidních a tetraploidních banánů a oktaploidních jahod.
Pro nás to znamená nejen vyšší výnos na poli a plantáži, ale také vyšší výnos DNA při izolaci.
DNA je polymer skládající se z navzájem spojených nukleotidů. Nukleotid je sloučenina
kyseliny fosforečné, sacharidu deoxyribosy a dusíkaté heterocyklické báze. DNA obsahuje čtyři
základní báze (obrázek níže). Genetická informace je v molekule DNA nesena v podobě pořadí
těchto bází.
N
N N
N
NH2
H
N
N N
N
O
H
H2N N
N
NH2
H
O
H
N
N
O
H
O
H3C H
adenin guanin cytosin thymin
Nejprve bude třeba jahody/banány rozmačkat a rozrušit buněčné a jaderné membrány.
Poté se přistoupí k samotné izolaci DNA.
Chemikálie a materiál:
Ovoce (banán nebo jahody), tekuté mýdlo, chlorid sodný, ethanol, filtrační papír (nebo filtry
pro překapávače kávy).
Postup:
Příprava extrakčního pufru:
• Jedna skupina připraví extrakční pufr pro všechny – 100 ml vody smíchejte s 1 ml (1 g)
mýdla a 1 g NaCl. Směs by neměla být příliš kalná. Rozdělte si pufr mezi všechny
skupiny pracující na extrakci DNA, každá skupina bude potřebovat 25 ml tohoto pufru.
Před samotným použitím během extrakce pufr znovu promíchejte.
Extrakce:
• Vezměte 1 jahodu/čtvrtku banánu a velmi důkladně ji rozmačkejte ve vhodné nádobě.
Poté k ní přilijte 25 ml extrakčního pufru a směs důkladně promíchejte. Pak směs přefiltrujte
přes papírový filtr do 250 ml kádinky. Pokud se vám při filtraci protrhne papír,
ustřihněte si nový filtr a filtraci opakujte.
• V jiné nádobě vychlaďte přibližně 80 ml ledového ethanolu.
12
• Opatrně nalijte ethanol k jahodovému extraktu po stěně kádinky tak, aby vytvořil oddělenou
vrstvu na jahodové vrstvě. Na rozhraní extrakt-ethanol se začne srážet DNA.
Nechte probíhat srážení po dobu 10 minut.
• Vysráženou DNA vyjměte z kádinky pomocí skleněné tyčinky nebo jiného podobného
nástroje a vložte ji do zkumavky. Pomocí pipety nebo savé látky odstraňte ze zkumavky
přebytečný ethanol. Pochlubte se se svým výsledkem.
Doplňující otázky:
1. Následující obrázek je jednou z nejslavnějších vědeckých fotografií dvacátého století.
Uveďte, co snímek zachycuje a kdo tento snímek pořídil. Znali jste již jméno nebo jména
těchto osob, případně historický význam tohoto experimentu?1
Neklasické provedení čpavkové a chlorovodíkové fontány
Amoniak a chlorovodík jsou plyny, které se velmi dobře rozpouštějí ve vodě. Výsledkem je
zmenšení objemu plynu a pokles tlaku (v baňce). V klasickém provedení experimentu se do
vody přidávají acidobazické indikátory. K indikaci kyselého a bazického pH roztoku však lze
využít snadno dostupný extrakt antokyanů z červeného zelí.
Chemikálie a materiál:
Červené zelí, baňka 500 ml s kulatým dnem, zátka s trubicí na konci zúženou, která zasahuje do
baňky, velká kádinka nebo akvárium, 25% vodný roztok amoniaku, 35% roztok chlorovodíku,
kahan.
Postup:
• Spařte listy červeného zelí horkou vodou a nechte barviva extrahovat přibližně 1 hodinu.
Extrakt barviv dekantujte do velké kádinky.
• Do silnostěnné baňky s kulatým dnem nalijte asi 2 ml koncentrovaného roztoku amoniaku
nebo chlorovodíku.
• Zahřívejte opatrně baňku nad plamenem kahanu, až se vnitřní prostor baňky naplní
vyvařeným plynem.
• Baňku uzavřete zátkou s trubicí. Druhým koncem ponořte trubici do kádinky s vodným
extraktem barviv.
1
https://doi.org/10.1021/ed076p378
13
Experimenty s antokyany
Růžové, červené, fialové a modré květy často obsahují ve vodě rozpustná barviva antokyany.
Antokyany najdete v rostlinném světě skoro na každém kroku. Kromě mnoha květů zbarvují
také plody – třeba jahody, borůvky a ostružiny – nebo červené podzimní listy. Zajímavé je, že
v kyselém prostředí mají tyto látky jinou barvu než v zásaditém. V kyselém prostředí (tedy
při pH nižším než 7) jsou obvykle růžové až červené. V zásaditém prostředí (při pH vyšším
než 7) jsou pak modré, modrozelené až zelené.
V přírodě existují desítky různých antokyanů, které se poněkud liší svou barvou a reakcí
na pH. Všechny ale mají podobnou chemickou strukturu, tvoří tedy jednu skupinu látek.
Některé rostliny obsahují místo antokyanů jiné typy barviv – karotenoidy nebo betakyany.
V takovém případě se barva se při různém pH nezmění.
V klasickém provedení se antokyany extrahují do vody (například je možné materiál spařit
horkou vodou) a následně se u extraktu například demonstruje změna jeho barvy v závislosti
na pH. Tento experiment vyžaduje poměrně velké množství rostlinného materiálu. Vy si vyzkoušíte
odlišný přístup – antokyany budou vymačkány do savého filtračního papíru a následně
bude zkoušena jejich reakce na pH.
Chemikálie a materiál:
Kyselina citronová, jedlá soda (NaHCO3), filtrační papír nebo jiný tuhý savý papír, folie nebo
euroobaly, kádinky (400–600 ml) nebo sklenice či kelímky o podobném objemu, savé papíry
(papírové ručníky, kapesníky. . . ).
Rostlinný materiál bohatý na antokyany:
• Červené zelí, černá mrkev, ředkvička, borůvky, jahody, maliny, ostružiny, granátové
jablko, červené bobule hroznového vína, ovocný čaj s ibiškem. . .
• Korunní lístky růžových, červených, fialových či modrých květů. Vhodné jsou třeba
modrofialová violka, růžová pivoňka a červené pelargónie.
• Červené a červeno-žluté podzimní listí rostlin.
Postup:
• Ve velkých kádinkách si připravte vodné roztoky jedlé sody (15 g NaHCO3 na 500 ml
vody) a kyseliny citronové (12 g na 500 ml vody).
• Z (filtračního) papíru vystřihněte proužky o rozměrech přibližně 7 × 10 cm, případně
velikost přizpůsobte velikosti rostlinného materiálu.
• Kousek rostliny vložte mezi dva proužky papíru a vše vložte mezi dvě plastové folie
(euroobaly). Následně rostlinu rozmačkejte vhodným předmětem (hříbkem na zašívání
ponožek, pevnou skleněnou lahví, lžící, v laboratoři se osvědčila skleněná baňka s kulatým
dnem). Pokud je folie průhledná, můžete sledovat, jak barevný roztok vsakuje do
papíru).
• Když vidíte, že se barvivo z květů vsálo do papíru, vyndejte papírové proužky z desek
a odstraňte z nich rozmačkané zbytky rostliny.
• Jeden ze dvojice papírků ponořte na 2–3 sekundy do roztoku kyseliny citronové, druhý
do roztoku jedlé sody. Nemáčejte papírek příliš dlouho, aby se z něj barvivo nevymylo
do roztoku. Papírky následně lehce osušte mezi dvěma papírovými kapesníky nebo
ubrousky.
14
• Proužky papírku položte na vhodnou podložku a pozorujte barevnou změnu. V některých
případech trvá několik minut, než se vodný roztok dostane k barvivu zachyceném
v papíru.
Komentář:
Některé listy rostlin barví intenzivněji jen proužek papíru přiléhající ke spodní straně listu.
Proto je potřeba proceduru opakovat, abyste pro experiment dostali dva papírky s podobným
množstvím barviva.
V některých květech jsou kromě antokyanů také jiné barevné sloučeniny. Ty můžou ovlivnit
výslednou barvu po namočení do roztoku.
Papírky můžete po skončení pokusu usušit a schovat si je. Barvy ovšem nejsou úplně stálé.
Zvlášť u papírků ponořených do roztoku jedlé sody probíhají na vzduchu ještě další chemické
reakce a původní modrá nebo zelená barva postupně přecházejí do žluté až hnědé.
Domácí alternativou filtračního papíru mohou být pa papírové filtry do překapávače kávy
a čaje. Pokud je nemáte, zkuste použít jiný savý papír, který je dostatečně pevný.
Doplňující otázky:
1. Pořiďte fotodokumentaci výsledků svých experimentů a fotografie v podobě jednoho
dokumentu odevzdejte.
2. Co způsobuje dobrou rozpustnost antokyanů ve vodě?
3. Vyhledejte, jaké antokyany jsou obsaženy v rostlinách, se kterými jste experimentovali
a uveďte jejich strukturní vzorce.
4. Listy některých rostlin na podzim červenají, protože se v nich nově syntetizují antokyany.
Pokuste se odhadnout, jakou funkci tato barviva v listech plní.
Obrázek č. 5: Vodný extrakt antokyanů vzniklý spařením červeného zelí a jeho reakce na pH.
Vlevo je okyselený extrakt, uprostřed neutrální extrakt a vpravo extrakt s přidanou zásadou.
15
A B
C D
Obrázek č. 6: Reakce antokyanů obsažených v červeném zelí (A), ředkvičce (B), červeném
listu rostliny (C) a modré bobuli stejné rostliny (D) na pH. Papírek vlevo má kyselou reakci,
uprostřed je neutrální pH, vpravo bazické pH.
Obrázek č. 7: Květ, který neobsahuje antokyany a jeho barva se s pH nemění. Papírek vlevo
má kyselou reakci, vpravo má papírek bazické pH.
16
Obrázek č. 8: Reakce antokyanů obsažených v různých květech na pH. Papírek vlevo má
kyselou reakci, vpravo má papírek bazické pH.
Výroba barevné limonády
Experiment popisuje výrobu šumivého nápoje barveného přírodními rostlinnými barvivy,
která jsou extrahována například z červeného zelí nebo borůvek. Smícháním zásaditého roztoku
hydrogenuhličitanu sodného s kyselým roztokem kyseliny citrónové dochází k neutralizaci
a k uvolňování oxidu uhličitého, který zajišťuje charakteristické šumění. Červené zelí a borůvky
obsahují mnoho anthokyanů, které jsou charakteristické závislostí barvy na pH.
Pomůcky:
Kádinky, skleněné tyčinky, nůž, odměrný válec, laboratorní váhy.
Chemikálie a suroviny:
Jedlá soda, kyselina citronová, destilovaná voda, červené zelí, borůvky (borůvkový kompot).
Provedení:
Nakrájejte listy červeného zelí na malé kousky a zalijte je horkou vodou. Po cca 20 minutách
extrakt dekantujte. První kádinku naplňte asi 10 ml extraktu a doplňte do jedné třetiny
vodou. Dále k extraktu přidejte malé množství jedlé sody; asi tolik, aby roztok získal po jejím
rozpuštění světle modrou barvu. Druhou kádinku do poloviny naplňte vodou a rozpusťte v ní
asi 0,5 g kyseliny citronové. Následně roztoky z obou kádinek smíchejte, čímž vznikne růžový
šumivý nápoj (výsledná barva závisí na pH roztoku po neutralizaci, pokud byste použili větší
množství zásady bude modrá). V případě borůvek bude postup velmi podobný. Zajímavého
17
efektu lze dosáhnout, když roztoky nejsou dokonale smíseny v celém objemu a jsou patrné
barevné přechody.
Obrázek č. 3: Extrakt z červeného zelí ve vodě voda + jedlá soda (nahoře); efekt přidání
vodného roztoku kyseliny citronové (dole).
Komentář:
Takto (mimo laboratoř) připravená limonáda je zdravotně nezávadná a je možno ji ochutnat.
Pro lepší chuť je možné do roztoků přidat malé množství cukru. Extraktem z antokyanů
lze barvit i jiné potraviny, zajímavého efektu například dosáhneme obarvením jogurtu nebo
kysané smetany.
Pro zajímavost byly změřeny i absorpční spektra některých roztoků.
Obrázek č. 4: Závislost absorpčního spektra extraktu ze zelí na pH.
Adsorpce barviv z červeného vína
Červené víno obsahuje relativně velké množství barviv (zejména tzv. antokyany). Barviva
obsažená v červeném víně jsou relativně velké molekuly, které se mohou adsorbovat na látky
s velkým povrchem.
18
Aktivní uhlí je modifikace uhlíku, která má velký povrch. Proto je aktivní uhlí schopno
na svůj povrch „vázat“ (tzv. adsorbovat) některé látky – v našem případě třeba barviva
z červeného vína.
Chemikálie a materiál:
Aktivní uhlí a červené víno.
Postup:
• Do kádinky o objemu 400 ml nalijte 100 ml červeného vína nevalné kvality a přidejte
varné kamínky.
• Kádinku s vínem zahřejte. Za horka (ale ne za varu) přidejte asi 2 lžičky aktivního uhlí.
• Následně zahřejte k varu a vařte ještě asi 5 minut a pak nechte ochladit (nejlépe v misce
se studenou vodou).
• Víno dekantujte, abyste jej oddělili od většiny aktivního uhlí.
• Sestavte si filtrační aparaturu a víno se zbytky aktivního uhlí přefiltrujte přes hladký
nebo skládaný filtr. Pozorujte barvu filtrátu.
• Filtrát vylijte do odpadu a v žádném případě jej nekonzumujte.
Komentář:
Aktivní uhlí je podstatnou složkou léků, které se používají při zažívacích problémech („živočišné
uhlí“). Proto by se tyto léky nabízely jako alternativní zdroj aktivního uhlí. Ukazuje se však,
že léky jsou poměrně drahé a obsažené částečky uhlíku jsou velmi malé a mají tendenci procházet
přes filtrační papír.
Doplňující otázky:
1. Antokyany jsou barviva, která jsou obsažena i v jiných potravinách. Jmenujte alespoň
tři další příklady.
19