Scienceshow/Vejledninger/Trafiklys

Formål

At fremstille en opløsning som skrifer farve pga. stoffet indigocarmin, som både er en syre-/baseindikator og en iltindikator.

Forsøgsbeskrivelsen er til dels baseret på Syddansk Universitets Kemishows trafiklys: http://www.kemishow.sdu.dk/Trafiklys.pdf

Sikkerhed

Sikkerhedsklasse

• Ufarlig for erfarne folk. Bør ikke udføres af børn.

Påkrævet sikkerhedsudstyr

• Showfolk: Briller/kittel/gummihandsker.
• Tilhørere: -

Sikkerhedsmomenter

Kemikaliedeklaration:

• Natriumhydroxid stærkt basisk. Når man vejer det af bør man have gummihandsker på. Man skal også være opmærksom på, at når man hælder natriumhydroxid i vand, bliver vandet varmt. Typisk ikke så varmt, at man brænder sig alene pga. reaktionsvarmen, men man kan blive overrasket.
• Indigocarmin. Risiko for udvikling af allergiske reaktioner i form af udslæt (kontakteksem) og/eller allergiske reaktioner fra luftvejene (ved indånding). I forsøget anvendes så små mængder at det ikke udgør en risiko.

Affaldshåndtering: Opløsningen kan hældes i vasken. Der skylles efter med rigeligt vand.

Materialer

Kemikalier:

• Vand (1 liter)
• NaOH el. KOH (7,5 g perler)
• Indigocarmin (som pulver eller opløsning)
• Druesukker (15 g glukose)

• Udstyr:
• Mindst 1 og gerne 2 1 liters koniske kolber, og gerne et 1-2 liters bægerglas
• Teske
• Varmeplade evt. med termostat eller en elkedel
• Termometer

Fremgangsmåde

• 15 gram glukose opløses i 750 ml vand i en 1000 ml konisk kolbe. Vandet kan evt. være justeret til 42 °C inden tilsætning af glukosen ved at blande koldt vand med varmt vand evt. opvarmet i en elkedel. Ellers opvarmes opløsningen til 42°C. På tilsvarende vis opløses 7,5 gram NaOH i 250 ml vand der enten er eller opvarmes til 42 °C.

Bemærk: NaOH frigiver varme ved opløsning i vand.

• Der tilsættes en (lille!) spatelspids indigocarmin til glukose-opløsningen, der derved bliver mørkeblå.
• Herefter tilsættes natriumhydroxid-opløsningen til glukoseopløsningen, der skifter farve til grøn. Herefter sker farveskift til rød og derefter gul.
• Den gule opløsning hældes ned i 2000 ml bægerglas under god plasken (fra mindst en ½ meters højde). Opløsningen bliver grøn og skifter derefter over rød til gul igen. Man kan også slynge opløsningen rundt i kolben evt. efter at have hældt lidt af opløsningen fra.
• Når man er færdig med at lave farveskift kan man til sidst give opløsningen et skvæt saltsyre, hvorved den blå farve, man havde i starten, fremkommer (uafhængig af iltstatus).

Hvad sker der?

Indigocarmin er både en syre/base indikator og en ilt indikator. Ved neutral og sur pH er stoffet blåt, men bliver grønt ved højere pH-værdier. Endvidere kan stoffet reduceres (se skemaet nedenfor). Ved denne reduktion bliver stoffet først rødt og derefter gult muligvis på grund af sekventiel reduktion af de to grupper. Farven kan på et hvert tidspunkt skiftes tilbage til blå ved tilsætning af syre.

Selve den redox-reaktion der sker mellem glukose og hydroxid er den samme som man ser ved Cambell’s blue bottle. Reaktionen mellem glukose, ilt og OH^- er:

2 RCHO(aq) + O₂(aq) + OH^-(aq) → 2 RCOO^-(aq) + H₂O(l)

hvor R angiver den øvrige del af et organisk molekyle (glukose i dette tilfælde).

Dvs. reaktionen mellem sukker (glukose) og base forbruger ilt. Indikatoren (methylenblåt i tilfældet Cambell’s blue bottle og indigocarmin i tilfældet trafiklys) er en iltindikator som følgelig skifter farve når ilten forbruges. Når vi hælder trafiklyset over i et andet glas får vi iltet opløsningen, og indikatoren reagerer ved at skifte farve. I Cambell’s blue er methylenblå en katalysator for reaktionen forstået på den måde, at den selv reduceres til methylenhvid. Ligeledes reduceres indigocarmin til leuko-indigocarmin, som er gul.

Perspektivering

Indigocarmin er blot et af mange naturligt forekommende farvestoffer som kan ændre farve ved enten ændring af pH eller oxidationspotentiale. Andre eksempler er methylenblåt. (der bl.a. bruges i Campbell’s blue bottle) og anthocyaninerne i rødkål. Indigo (den ikke sulfonerede analog af indigocarmin, også kaldet 2-(1,3-dihydro-3-oxo-2H-indol-2-yliden)-1,2-dihydro-3H-indol-3-on eller mellem venner; indigotin) er endvidere meget interessant ud fra en historisk synsvinkel, idet udviklingen af dette stof var grundlaget for de første store kemiske virksomheder og endvidere repræsenterer den syntetiske fremstilling af stoffet et gennembrud indenfor organisk kemi, idet det var første gang et kompliceret naturligt forekommende organisk molekyle blev syntetiseret i laboratoriet! Arbejdet med at finde en syntese af indigo påbegyndtes i 1865 af den tyske kemiker Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer, og 15 år senere lykkedes det for ham. Dette betød at blåt denim kunne fremstilles meget billigt, hvilket igen gav grundlag for dette tekstils (og dets karakteristiske blå farve) store succes. (Se ”Skruen uden ende” af Keld Nielsen, Henry Nielsen og Hans Siggaard Jensen, Teknisk forlag). Indigo har også været brugt som farvestof i fødevarer (E-132). Stoffet er dog idag mistænkt for at være allergifremkaldende.

Show noter

• Det er ret vigtigt at væskerne bliver varmet til ca. 42°C (og så er 42 jo bare et sejt tal!) for at sikre at farveskiftene sker med en passende hastighed. Dette kan evt. checkes med termometer eller ved at røre ved flasken. I sidst nævnte tilfælde skal flasken føles lunken – altså bare lidt varmere end hånden. Skulle det smutte og temperaturen er for høj/lav så grib chancen og snak om relationen mellem temperatur og reaktionshastighed. Det går tydeligt alt for hurtigt ved 50 °C, men 45 °C er ok.
• Man kan godt opvarme begge flasker på én varmeplade ved at have dem stående på skift!
• Pas på med at tilsætte for meget indigocarmin – farverne kan blive for mørke og så kan farveskiftene blive svære at se.
• Man kan også vise forsøget ”baglæns”, hvis man ikke har mulighed eller lyst til den foreslåede ”skridt-for-skridt” fremgangsmåde. Dette gøres ved at blande alle tingene på forhånd i en flaske eller kolbe og ryste denne kraftigt når farve reaktionen skal demonstreres (som ved Campells blue bottle). Dette fremkalder gul -> grøn og efterfølgende grøn -> rød -> gul skiftene. Det kræver dog ret god iltning for at skifte farven helt tilbage til grøn!

Andre beskrivelser

Websites med mere info:

: Journal of chemical education

: Endnu en opskrift på trafiklyset

: Trafiklys opskrift...

: Lidt om farvestoffet indigos historie

: Mere om indigo...

: Om Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer