Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“ - ChidS

Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
Zeitaufwand:
Vorbereitung: 10 Minuten
Durchführung: 5 Minuten
Abbau/Entsorgung: 10 Minuten
Chemikalien:
Chemikalie Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Schuleinsatz
Kaliumiodid
KI
1-2 g - - - SI +SII
Materialien:
- Gleichspannungstransformator (Trafo)
- Strippen mit Messspitzen
- Petrischale
- Stativmaterial
- Kartoffel

Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
Versuchsaufbau:
I. II.
2. Kartoffel schneiden und
3. Kartoffel festspannen
feuchte Seite auf KI drücken
1. KI in Petrischale
geben
KMnO KI 4
Spannungsquelle
12.34
_
+
V
4. Spannung
anlegen
on
Abb. 1 Versuchsaufbau
Durchführung:
1. In eine Petrischale wird etwas Kaliumiodid gegeben, sodass die Kaliumiodid-Kristalle
gleichmäßig am Boden der Schale verteilt sind.
2. Jetzt wird eine Kartoffel durchgeschnitten und mit der feuchten Schnittseite in die Petrischale
auf die Kaliumiodid-Kristalle gedrückt und etwas verrieben.
3. Die Kartoffelhälfte wird nun so in eine Stativklemme eingespannt, dass die feuchte Seite
nach außen zeigt.
4. An dem Gleichspannungstransformator wird eine Spannung von 10 V eingestellt.
5. Nun wird die Messspitze mit dem negativen Pol an die feuchte Seite der Kartoffel gehalten,
während man mit der Messspitze des positiven Pols auf die mit Kaliumiodid vermischte,
feuchte Kartoffelseite schreibt.
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Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
Beobachtung:
Abb.2 Versuchsbeobachtung
An der Messspitze, die am Pluspol des Gleichspannungstransformators angeschlossen ist,
entsteht beim Kontakt mit der in Kaliumiodid getauchten feuchten Kartoffelseite eine tiefblaue,
fast schwarze Farbe.
Entsorgung:
Die Kartoffel und übrig gebliebenes Kaliumiodid können in den Hausmüll entsorgt werden.
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Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
Auswertung:
1. Stärke und Stärkenachweis
s. Versuchsprotokoll: Stärkenachweis
2. Erläuterung des Versuchs:
In dem Versuch wurde die frisch aufgeschnittene Kartoffelseite auf Kaliumiodid-Kristalle gedrückt.
Da die Kartoffel zum größten Teil aus Wasser besteht (s. Punkt 3: Hintergrundwissen
Kartoffel) ist auch die frisch geschnittene Oberfläche der Kartoffel sehr feucht. In diesem
Wasser löst sich das Salz Kaliumiodid in seine Ionen auf:
KI (s)
K + (aq) + I - (aq)
Durch das Anlegen einer Gleichspannung werden die gelösten Iodid-Ionen durch anodische
Oxidation zu elementarem Iod oxidiert. Im Gegenzug dazu wird an der Kathode der Wasserstoff
aus dem Wasser zu elementarem Diwasserstoff oxidiert:
Oxidation: 2I - (s/aq) I 2 (s/aq) + 2 e -
Reduktion: 2H 2 O (l) + 2e -
H 2(g) + 2OH - (aq)
Gesamt: 2I - + 2 H 2 O I 2 + 2H 2 + 2 OH -
Das bei der Oxidation entstandene elementare Iod reagiert mit den noch in der Lösung vorhandenen
Iodid-Ionen zu Polyiodid-Ionen:
n I 2 (s/aq) + n I - (aq)
I - 3(aq), I 5
-
(aq), I - 7(aq)…
Eine solche Mischung aus Iod und Iodidionen, die zu Polyiodidanionen reagieren, wird auch
als Lugolsche Lösung bezeichnet. Diese Lösung dient in der Chemie dem Nachweis von
Stärke. 1
1 Zur weiterer Erklärung s. Versuchsprotokoll: Stärkenachweis
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Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
3. Hintergrundwissen: Kartoffel:
Die Kartoffel ist eine sehr ertragreiche und vielseitig verwendbare landwirtschaftliche Kultur,
die über wertvolle Inhaltsstoffe verfügt. Weltweit werden jährlich 300 Mio. t Kartoffeln auf
einer Gesamtanbaufläche von 19 Mio. ha angebaut. Der Schwerpunkt der Kartoffelerzeugung
liegt dabei in China, Russland und Europa. 2
Geschichte der Kartoffel 3
Ursprünglich stammt die Kartoffel aus einem Gebiet in den südamerikanischen Anden, wo
sie bereits 8000 v. Chr. genutzt wurden. Bereits 1100 v.Chr. kultivierten die Inkas die Kartoffeln
in künstlichen Bewässerungssystemen. Nach der Eroberung des Inkareiches durch die
Spanier im 16. Jahrhundert wurde die Kartoffel in Europa als Zierpflanze verwendet. Erst
einige Zeit später fand sie auch ihre Verwendung als Delikatesse. Im 18. Jahrhundert wurde
die Kartoffel zunehmend als Nahrungsmittel genutzt, so dass sie sich schnell zum wichtigsten
Volksnahrungsmittel entwickelte. Die Verbreitung wurde jedoch durch schwere Rückschläge
erschwert. Durch Kraut- und Knollfäule wurden im 19. Jahrhundert ganze Ernten
und Lagerbestände vernichtet, was zu schweren Hungersnöten führte. Trotz dieser Ereignisse
hat sich die Kartoffel bis heute als wichtiges Grundnahrungsmittel etabliert.
Zusammensetzung der Kartoffel 4
Grob gesagt besteht die Kartoffel neben 18-20% Stärke zu ca. 75 % aus Wasser. Die Zusammensetzung
der Kartoffel ist genetisch bedingt, wird aber auch durch andere Faktoren,
wie Klima, Witterung, Erde und Krankheiten beeinflusst. Des Weiteren kann sich die Zusammensetzung
der Kartoffel bei der Lagerung durch Reifungsprozesse verändern.
Der Hauptbestandteil der Trockensubstanz ist mit über 75 % die Stärke, die während der
Ausbildung der Knolle als Stärkekörner in den Zellen eingelagert wird. Diese Stärkekörner
dienen der Kartoffel als Energiespeicher, um neue Pflanzen ausbilden zu können. Es gibt
jedoch auch weitere Bestandteile in der Kartoffel, die sie neben der industriellen Stärkegewinnung
zu einem schmack- und nahrhaften Lebensmittel macht (s. Abb.3).
Die weiteren Bestandteile sind Polysaccharide wie Cellulose, Hemicellulosen, Pentanosen
und Pectine. Ebenso sind Zucker wie Glucose, Fructose und Saccharose in der Kartoffel
enthalten. Die Kartoffel enthält die Vitamine C, B1, B2, B6, Niacin und Biotin sowie weitere
mineralische Substanzen, wie Kalium und Phosphor.
2 Alsing, I. & Friesecke, H. & Guthy, K. (1992) S.287
3 http://www.zuckerforschung.at/inhalt.php?titel=STÄRKETECHNOLOGIE&nav=nstaerkeinfo&con=cirs
kartoffel
4 http://www.zuckerforschung.at/inhalt.php?titel=ST%C4RKETECHNOLOGIE&nav=nstaerkeinfo&con=
cirskartoffel_zus
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Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
Abb.3 Zusammensetzung der Kartoffel
Didaktische Auswertung:
Einordnung in den Lehrplan:
Im Lehrplan ist dieser Versuch in der Qualifikationsphase im Bereich „Kohlenstoffchemie II:
Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen“ einzuordnen. In diesem Bereich
ist das Thema Kohlenhydrate ein genannter Schwerpunkt. Unter anderem sollen auch die
Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate behandelt werden. Das Verständnis von Redoxreaktionen,
die in Sekundarstufe II in der Einführungsphase E1 behandelt werden, sollte zum
Verständnis dieses Versuchs vorausgesetzt werden.
Einordnung des Versuchs:
Kaliumiodid und auch ein Gleichspannungstransformator sollten an der Schule vorhanden
sein und mit einer Kartoffel hat man schon alle Materialien zusammen. Dieser Versuch ist
also einfach im Aufbau, macht aber einen starken Eindruck auf die Schüler. Das Verwenden
einer Kartoffel interessiert die Schüler, da sie ein allen bekanntes Grundnahrungsmittel ist.
Auch das Schreiben bzw. Malen auf der Kartoffel dürfte den Schülern Spaß machen, weshalb
dieser Versuch sich sehr gut als Schülerversuch eignet. An dieser Stelle ist wohl auch
ein fächerübergreifender Unterricht möglich, da die Kartoffel auch in anderen Fächern zur
Sprache kommt (Geschichte, Biologie, Geografie).
Mit diesem Versuch kann die Iod-Stärkereaktion eingeführt werden, es ist jedoch auch möglich,
diese als bekannt vorauszusetzen. In diesem Fall können die Schüler dann ihr erlerntes
Wissen aus der Redoxchemie dazu nutzen können, den Effekt des Versuchs zu erklären.
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Versuchsprotokoll: „Kartoffelpapier“
Literaturangaben:
Alsing, I. & Friesecke, H. & Guthy, K. (1992). Lexikon Landwirtschaft: pflanzliche Erzeugung,
tierische Erzeugung , Landtechnik,Betriebslehre, landwirtschaftliches Recht (2. Auflage).
München: BLV Verlagsgesellschaft.
Buckel W. & Dehnen S. et al. (2009). Chemikum Marburg – Kurze Broschüre mit Erläuterungen
zu den Experimenten. Skript, Philipps Universität Marburg-Fachbereich Chemie
Elektronische Quellen:
Hessisches Gefahrstoffinfomationssystem Schule „HessGISS“- 2008/2009, Version 13.0
http://www.zuckerforschung.at/inhalt.php?titel=STÄRKETECHNOLOGIE&nav=nstaerkeinfo&
con=cirskartoffel (letzter Zugriff: 12.04.2010)
http://www.zuckerforschung.at/inhalt.php?titel=ST%C4RKETECHNOLOGIE&nav=nstaerkein
st&con=cirskartoffel_zus (letzter Zugriff: 12.04.2010)
Abbildungsverzeichnis:
Alle Abbildungen wurden selbst angefertigt.
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