työohje: kaakaovoin sulamistutkimus

Kaakaovoi on polymorfinen aine, eli se omaa useamman kuin yhden kiinteän kiderakenteen. Jokaisella kiderakenteella on oma sulamispisteensä. Tässä työssä pyritään havainnollistamaan kaakaovoin polymorfista luonnetta.

Tässä työssä tutkitaan siis polymorfisen kaakaovoin sulamista. Tarkoituksena on kontrolloida kaakaovoin lämmitystä ja jäähdytystä kahdella tavalla (osa A ja osa B) ja tutkia missä lämpötilassa ja miten kaakaovoi kiteytyy. Tuloksista laaditaan jäähtymiskuvaajat, joita vertaillaan.

Vertailun vuoksi tutkimus suoritetaan myös steariinihapon kanssa. Steariinihappo on puhdas aine. Puhtaan aineen sulamispiste havaitaan tasona jäähtymiskuvaajalla. Aineen lämpötila ei muutu, ennenkuin se on kokonaan kiteytynyt. Puhtaan aineen sulamispiste ei ole riippuvainen siitä, mihin lämpötilaan näytettä on lämmitetty tai miten sitä jäähdytetään.
Aineet:

• kaakaovoi
• steariinihappo (vertailuaine)

Työvälineet:

• koeputki
• 3 lämpömittaria
• statiivi ja koura
• lasisauva sekoittamiseen
• 2 isoa astiaa (esim kattila tai väh 400ml keitinlasi)
• keittolevy
• sekuntikello

Työohje:

Osa A: Kaakaovoin sulaminen

1. Valmista kaksi vesihaudetta: Täytä toinen astioista vedellä ja lämmitä vesi 35 celsiusasteen lämpötilaan.  Toiseen astiaan laitetaan 17 celsiusasteista vettä. Seuraa hauteiden lämpötilaa lämpömittareilla ja ylläpidä niitä halutussa lämpötilassa.
2. Punnitse koeputkeen 10 grammaa kaakaovoita ja aseta se statiivin ja kouran avulla vesihauteeseen. Laita kolmas lämpömittari koeputkeen ja seuraa sillä kaakaovoin lämpötilaa.
3. Sulata kaakaovoi ja sekoita sitä huolellisesti lasisauvan avulla, kunnes kaakaovoi saavuttaa 33 celsiusasteen lämpötilan.
4. Siirrä koeputki toiseen vesihauteeseen (17 °C) jäähtymään.
5. Kirjaa jäähtyvän kaakaovoin lämpötilat ylös 30 sekunnin välein ja sekoita kaakaovoita 15 sekunnin välein siihen asti kunnes kaakaovoi saavuttaa vesihauteen lämpötilan.

Osa B: Kaakaovoin sulaminen

Toimi kuten osassa A, ainoana erona: lämmitä kaakaovoi 50-55 celsiusasteen lämpötilaan ja pidä se tässä lämpötilassa 15 minuutin ajan ennen jäähdytystä.

Osa C: Steariinihapon sulaminen (vertailu)

1. Punnitse 10g steariinihappoa koeputkeen.
2. Lämmitä steariinihappo 80 celsiusasteen lämpötilaan ja aseta koeputki huoneenlämpöisenä pidettyyn vesihauteeseen jäähtymään.
3. Kirjaa lämpötilat ylös 30 sekunnin välein ja sekoita 15 sekunnin välein. Jatka tätä kunnes steariinihappo saavuttaa vesihauteen lämpötilan.

Tuloksien käsittely

Piirrä jäähtymiskuvaajat osista A, B ja C. Aseta aika x-akselille ja lämpötila y-akselille. Vertaile osien A, B ja C kuvaajia toisiinsa.

Mistä erot voisivat johtua?

 

Työohje: Tutki kaakaojauheen liukoisuutta

Aineen liukoisuuteen vaikuttaa sekä liuottimen että liuotettavan aineen ominaisuudet. Liukoisuuteen vaikuttaa lisäksi lämpötila sekä liuotettavan aineen raekokoa ja liuoksen sekoittaminen.

Tässä työssä saat tutkia kaakaojauheen sekä suolojen liukoisuutta eri lämpöisiin vesiin. Omat ja muiden koetulokset kirjataan tutkimuspöytäkirjaan ja niiden avulla piirretään kaakaojauheen sekä suolojen liukoisuuksista kuvaajat

Muista, että laboratoriossa käytetään aina työtakkia ja laseja.

Työvälineet

• n. 0,50g kaakaojauhetta
• n. 5 g tutkittavaa suolaa
• vettä
• mittalasi
• lämpömittari
• haihdutusmaljoja 2 kpl
• kellolaseja 2kpl
• koeputkia 2 kpl
• 400 ml keitinlasi 1kpl
• kaasupoltin
• keraaminen verkko
• kolmijalka
• suppilo
• suodatinpaperi 2kpl
• statiivi
• suodatinrengas
• kaksoispuristin

Työvaiheet

1. Pyydä opettajalta tutkittavien aineiden nimet sekä tutkimuslämpötila ja kirjaa tiedot pöytäkirjaan.
2. Rakenna kuumennuslaitteisto ja laita keitinlasi, jossa on n. 2/3 vettä, lämpiämään tutkimuslämpötilaan.
3. Valmista tutkimusliuokset koeputkiin. Tutkittavan aineen lisäksi mittaa koeputkeen noin 10ml vettä.
4. Hauduta tutkimusliuoksia vesihauteessa noin 10min ja aluksi hieman sekoittaen. Älä kuitenkaan sekoita näytettä viimeisen 5min aikana. Riippuen tutkimuslämpötilasta voit joutua säätämään liekkiä tai jopa sammuttamaan sen hetkeksi, ettei vesihauteen lämpötila nouse liiaksi.
5. Näytteen hautuessa rakenna suodatuslaitteisto ja kirjaa haihdutusmaljan sekä kellolasin painot pöytäkirjaan gramman sadasosan tarkkuudella.
6. Poista koeputki vesihauteesta varovasti, ettei koeputken pohjalla oleva sakka sekoitu liuokseen liikaa ja suodata liuos kaatamalla se suppiloon.
7. Kun suodatus on tehty kirjaa haihdutusmaljan, kantena toimivan kellolasin sekä nesteen yhteispaino.
8. Haihduta neste kuumentamalla. Kun nestettä on vähän jäljellä, ole kuumennuksen kanssa varovainen, sillä liian nopeasti kiteytyvä aine saattaa räiskähdellä yli haihdutusmaljan laitojen. Tämän estämiseksi voit haihdutuksen loppuvaiheessa laittaa kellolasin haihdutusmaljan kanneksi ja jatkaa haihdutusta pienemmällä lämmöllä.
9. Anna haihdutusastian, aineen ja kellolasin jäähtyä täysin  ennen niiden yhteismassan mittaamista. Uudelleenlämmitä, jäähdytä ja mittaa uudelleen, kunnes näytteen massa on vakio.

Työstä syntyvät kiinteät jätteet voi heittää roskiin ja liuokset viemäriin.

Tutkimuspöytäkirja

Kirjaa ja mittaa nämä:

• Tutkittavat aineet
• Tutkimuslämpötila
• haihdutusmaljan ja kellolasin massa
• haihdutusmaljan, liuoksen ja kellolasin massa
• haihdutusmaljan, kuivan aineen ja kellolasin massa

Laske nämä:

• Liuoksen massa
• kuivan aineen massa
• veden massa liuoksesta
• aineen liukoisuus ( /100g vettä)

Täytä alla oleva taulukko ja piirrä sen perusteella kuvaajat aineiden liukoisuudesta lämpötilan suhteenPohdinta

1. Mieti miksi näytettä piti pitää vesihauteessa pitkään välillä sekoittaen.
2. Vertaile kaakaojauheen ja suolojen liukoisuuksia.
3. Miksi aineiden liukoisuudet ovat erilaisia?
4. Miten lämpötila vaikuttaa tutkimuksen mukaan kiinteiden aineiden liukoisuuteen?
5. Jos haluat tehdä kotona kaakaota kaakaojauheesta ja maidosta, niin miten se kannattaa valmistaa? Millainen seos on kyseessä?