Молекулярная кухня в химическом классе

1. Формирование альгинатных шариков
2. материалы
3. Кислотные шарики
4. Светящиеся шарики
5. материалы
6. процедура
7. материалы
8. спасибо

Она перевела: Катаржина Бадура.

Альгинатные шарики очень полезны не только на уроках химии, но и в молекулярной кухне.

Молекулярная кухня - это новое направление в высокой кухне, в котором повара предлагают своим гостям новые и неслыханные кулинарные шедевры, используя для этого теплый азот, гели и пены. Одним из все более и более известных методов является использование альгинатных шариков, содержащих различные фруктовые соки или ароматизаторы. Даже если вы не посещаете рестораны, отмеченные звездами Мишлен, такие шарики можно встретить в чайном пузыре.

Пузырьковый чай, изобретенный в 80-х годах на Тайване, несколько лет назад переместился из Восточной Азии в западные страны. Он состоит из напитка на основе чая, содержащего фруктовое желе, тапиоки или альгинатные шарики, наполненные фруктовым соком или сиропом.

Подготовка и изучение поведения альгинатных шариков может быть увлекательной и использоваться в научных исследованиях с гидом.

В этой статье мы предлагаем, как использовать альгинатные шарики для представления различных научных концепций и эстетического представления научных явлений. Мы расскажем, как приготовить альгинатные шарики, и предложим три примерных эксперимента, каждый из которых можно провести в течение одного часа: кислотно-щелочная реакция, хемилюминесценция с окислительно-восстановительной реакцией и термическая конвекция с термохромным эффектом.

Формирование альгинатных шариков

Изображение предоставлено
Николи Граф

Альгинатные шарики образуются, когда водный раствор альгината (рис. 1) реагирует с раствором, содержащим ионы кальция, образуя на границе раздела двух растворов мембрану альгината кальция (рис. 2). Альгинат представляет собой длинный полисахарид, который в присутствии двухвалентных катионов, таких как кальций, принимает форму фермента с образованием нерастворимого в воде геля.

материалы

• 2 г альгината натрия (Na (C6H806))
• 100 мл дистиллированной воды
• 10 мл 0,5% раствора хлорида кальция (CaCl) или 1% раствора лактата кальция (Ca (C3H5O3) 2
• Два стакана по 250 мл
• Капельница или ложка
• Стеклянная палочка или другая мешалка
• Сито или ложка

процедура

Изображение предоставлено
Николи Граф

1. В одном из двух стаканов смешайте альгинат и воду.
2. Подождите не менее 15 минут, чтобы альгинат растворился.
3. Поместите раствор ионов кальция во второй стакан.
4. С помощью пипетки или ложки добавьте капли раствора альгината в раствор иона кальция. Размешайте раствор кальция для предотвращения слипания альгинатных шариков.
5. Шарики долговечны и могут быть удалены из раствора ионов кальция с помощью ложки или сита.

Когда оба раствора смешаны, образуется кальциево-кальциевый альгинатный гель, в котором раствор альгината инкапсулируется в шариках капсулы. Добавление к раствору альгината других ингредиентов, таких как ароматизаторы, красители или индикаторы, также инкапсулирует их.

Кислотные шарики

материалы

• 2 г альгината натрия
• 500 мл дистиллированной воды
• 10 мл 0,5% раствора хлорида кальция или 1% раствора лактата кальция
• Три стакана по 250 мл
• Капельница или ложка
• Стеклянная палочка или другая мешалка
• Сито (необязательно)
• Индикаторное решение
• Разные кислоты и основания

процедура

1. Выполните описанную выше процедуру для формирования альгинатных шариков, но добавьте кислотный индикатор для альгината перед добавлением альгината в раствор кальция.
2. Выньте шарики и поместите их в химический стакан с остальной дистиллированной водой.
3. Соблюдайте цвет шаров.
4. Систематически добавляйте в воду различные кислоты и основания и наблюдайте, как меняется цвет шариков.

Несмотря на присутствие индикатора в растворе внутри шариков, альгинатная мембрана может обменивать гидроксид или иониды гидрония (гидратированные протоны) между содержимым шариков и жидкой средой. Следовательно, изменение значения pH среды путем добавления кислоты или основания приводит к изменению значения pH внутри шариков и, следовательно, к изменению цвета индикатора.

Хотя технические индикаторы можно использовать только в классе, дома можно использовать экстракты красной капусты, чувствительные к рН, или редис.

Светящиеся шарики

Альгинатные шарики можно использовать для иллюстрации явления свечения. Непосредственно перед формированием шариков добавьте люминесцентный компонент в раствор альгината. Одним из способов достижения этого эффекта является использование рибофлавина (витамина В2), который флуоресцирует под воздействием ультрафиолета. Вы можете использовать либо чистый рибофлавин, либо самостоятельно извлекать его из пищи, например пудинг-пудра.

материалы

Выделение рибофлавина (необязательно):

• Упаковка порошка пудинга, содержащего рибофлавин (также известный как E101)
• 200 мл дистиллированной воды
• мерный стакан
• мешалка
• Канал с фильтровальной бумагой

Изготовление люминесцентных шариков:

• Наконечник с двумя кончиками порошка рибофлавина (C17H20NaO6)
• 2 г альгината натрия
• 100 мл воды
• 10 мл 0,5% раствора хлорида кальция или 1% раствора лактата кальция
• Два стакана по 250 мл
• Капельница или ложка
• Стеклянная палочка или другая мешалка
• Сито (необязательно)
• УФ источник
• 15-20 мл насыщенного раствора дитионита натрия (Na2S2O4)
• 15-20 мл перекиси водорода

процедура

1. Чтобы извлечь рибофлавин из порошка заварного крема, поместите примерно 8 г порошка в 200 мл воды, хорошо перемешайте в течение примерно 10 минут и отфильтруйте раствор.
2. Выполните процедуру приготовления альгинатных шариков, но перед процессом проверки добавьте рибофлавин в раствор альгината.
3. Подсветить шарики ультрафиолетом. Они должны начать флуоресцировать, испуская желто-зеленый свет.
4. Выключите ультрафиолетовый свет, и шары перестанут умирать.
5. Включите свет снова.
6. Добавить дитионит натрия в стакан, содержащий альгинатные шарики. Следует отметить, что свечение исчезает, потому что дитионит натрия проходит через мембрану и снижает рибофлавин в середине.
7. Добавьте перекись водорода, чтобы окислить рибофлавин и повторно активировать свечение.

Термо шары

Добавление термохромных чернил в раствор альгината может помочь проиллюстрировать явление конвекции. В Японии продаются специальные термальные чернила на основе кристаллического фиолетового лактона (их не следует путать с термальными чернилами, используемыми в термопринтерах) для изображения явлений в физике, связанных с теплом.

материалы

• 2 г альгината натрия
• 100 мл дистиллированной воды
• 10 мл 0,5%% раствора хлорида кальция или 1% раствора лактата кальция
• Два стакана по 250 мл
• Капельница или ложка
• Стеклянная палочка или другая мешалка
• решето
• 3-5 мл термохромных чернил
• Термостойкий стакан, наполненный водой
• Источник тепла

процедура

1. Выполните процедуру приготовления альгинатных шариков, но перед процессом проверки добавьте термохромные чернила в раствор альгината.
2. Поместите сформированные шарики в жаростойкий стакан с водой.
3. Нагрейте мензурку, пока шарики не начнут плавать.

Поведение альгинатных шариков иллюстрирует конвекцию: под воздействием тепла их плотность уменьшается, и они начинают плавать, охлажденные снова растягиваются и падают. В то же время альгинатные шарики изменят цвет, показывая, что конвекция связана с изменением температуры.

спасибо

Часть этой работы была профинансирована в рамках Инициативы по обучению с использованием метода исследования с использованием тайн (Teaching Inquiryted Mysteries Incorporated - TEMI) ( Пелег и др., 2015 ) при поддержке Европейского Союза в рамках 7-й Рамочной программы Фонда «Наука в обществе», включенной в грантовое соглашение № 321403.