Antocyaniner som pH-indikator

Kan inte du heller vänta tills höstterminen börjar? Saknar du praktisk kemi? Då är detta bloggen för dig! Här kommer varje söndag t.o.m. 22 augusti nya enkla experiment att beskrivas. Alla dessa kan utföras i hemmet med kemikalier som är lätta att köpa. Skyddsglasögon är dock alltid lämpligt!

Denna vecka handlar bloggen om hur antocyaniner, vanliga röda-lila-blåa färgämnen hos växter, mycket enkelt kan användas som pH-indikator.


Kemikalier

Var mycket försiktig då framförallt natriumhydroxid används. Skyddsglasögon och skyddshandskar! För övriga kemikalier, använd skyddsglasögon.

Utförande

1. Skär rödkålen (ca. 100 g) i fina bitar.
2. Häll på 2-3 dl vatten och koka upp. Låt koka någon minut.
3. Sila bort rödkålsbladen.
4. Buljongen fungerar nu som pH-indikator.
5. Ställ upp fem glasburkar. Tillsätt någon tesked eller så av
   - citronsyra (alt. några droppar ättika, alt. vinsyra eller annan syra)
   - natriumvätekarbonat
   - natriumkarbonat (alt. några droppar hushållsammoniak)
   - natriumhydroxid (obs starkt frätande!)

Från surt till basiskt.

Vad blir pH egentligen?

2.0 g citronsyra i 0.10 L vatten ger pH=2.08

2.0 g natriumbikarbonat i 0.10 L vatten ger pH=7.94

2.0 g natriumkarbonat i 0.10 L vatten ger pH=11.47

2.0 g natriumhydroxid i 0.10 L vatten ger pH=13.34*

hushållsammoniak 8% som spätts 10 ggr ger pH=10.96

ättiksyra 24 % som spätts 10 ggr ger pH=3.10

Varför dessa pH?

Citronsyra (HOOC-CH2-C(OH)(COOH)-CH2-COOH), vinsyra ((CHOH-COOH)2) och ättiksyra (CH3COOH) är alla svaga organiska syror som ger pH mellan 2 och 5.

Vätekarbonatjonen (HCO3¯) är både syra och bas men den basiska reaktionen dominerar. Därför blir pH strax över 7. Karbonatjonen (CO3²¯) är en starkare men ändå svag bas och ger pH på omkring 11. Ammoniak är likaledes en svag bas som ger pH på omkring 10. Natriumhydroxid (NaOH) är ett mycket starkt basiskt salt och ger höga pH. Hydroxidjonen (OH¯) är den starkaste bas som kan finnas i vattenlösning och natriumhydroxiden ger direkt mängder med sådana joner, medan övriga basiska ämnen endast i begränsad utsträckning reagerar med vatten genom att plocka H+ och lämnar vissa vattenmolekyler som OH¯.

* Dessa värden är beräknade värden. En pH-meter skulle ge avvikande (d.v.s. felaktiga) resultat för pH större än 12 och mindre än 2, detta p.g.a. diverse mätfel.

Vad är antocyaniner?

Växter får sin gröna färg från klorofyll kan tillvarata solljusets energi och därmed driva fotosyntesens ljusreaktioner ger kemisk energi (i form av s.k. ATP) av solens ljusenergi. Klorofyll är således det viktigaste pigmentet för en växt och finns i princip i alla blad och även i stjälkar hos örtartade växter.

Vissa organ på skottet har dock vanligen andra färger. Det gäller främst blommor och frukter.

Karotenoiderna är fettlösliga och består av långa kolväten med s.k. konjugerade dubbelbindningar (varannan enkelbindning, varannan dubbelbindning). Därför är dessa färgämnen röda, orangea eller gula. Karotenoiderna fungerar som hjälppigment till klorofyllet och skyddar också växten mot de radikaler som uppstår i närvaro av syre och solljus. Inga växter kan klara sig utan karotenoider. Exempel på karotenoider är betakaroten i morötter (Daucus carota) och zeaxantin i majs (Zea mays) och i saffran (Crocus sp.). S.k. röd snö är röd därför att dessa alger - faktiskt grönalger - innehåller röda karotenoider.

Antocyaniner är till skillnad mot karotenoiderna vattenlösliga och ger färger i intervallet rött-violett-blått, vilket beror – förutom på den exakta kemiska strukturen – till stor del på pH precis som detta experiment tydligt visar. Den kemiska strukturen varierar endast i begränsad utsträkning mellan olika antocyaniner (främst genom att -H byts mot -OH). Antocyaniner finns främst i blommor och frukter (tänk på t.ex. blåbär) men även i andra delar av växtkroppen. Hos odlade varianter av exempelvis bok och lönn kan halterna vara väldigt höga (blodbok, blodlönn). Antocyaninerna tjänar tre syften:

- färgar kronbladen hos många insekts- och fågelpolinerade växter (för att locka pollinatörer)

- färgar fruker (för att göra dessa mer framstående och lockande)

- fungerar som antioxiadationsmedel (många färgade bär påstås vara mycket nyttiga att äta)

Antocyaniner produceras även om hösten i vissa blad (även om höstfärger till oftast kommer från karotenoiderna). Man kan således använda många växters ”saft” som pH-indikator.

Hos familjerna i ordningen Caryophyllales (dock med undantag av nejlikfamiljen Caryophyllaceae) saknas antocyaninerna. Här finns istället de s.k. betacyaninerna. De är även de vattenlösliga och fyller liknande funktioner som hos antocyaninerna. En skillnad mot antocyaninerna är att de även innehåller kväve. Betacyaninerna har oftast en mycket karakteristisk violett-röd färg. Tänk på slideväxter som rabarber (Rheum rabarbarum), syror o. skräppor (Rumex) och på amarantväxter som amarant (Amaranthus) och rödbetor (Beta vulgaris).

Intressant nog fungerar betacyaniner också som pH-indikator. Prova exempelvis med lagen till inlagda rödbetor.

Tilläggas kan att antocyaniner är känsliga för höga pH-värden. Alltså kan den röda färgen lätt bli blå eller grön med tillsats av bas medan den gula får ses som "använd". Även natriumkarbonat kommer på sikt att ge gul färg. En stor tillsats av natriumkarbonat fungerar alltså som ett alternativ till att använda natriumhydroxid.

Spara rödkålsbuljongen (går bra att frysa). Den kommer att användas i framtida experiment. Man kan också sätta till lite handsprit (50/50) till buljongen. Då kan den stå framme i rumstemperatur.