KURZUS: Élelmiszer-kémia

MODUL: I. modul

1. lecke: A víz és az ásványi anyagok

| A víz biológiai, fizikai és kémiai tulajdonságai alapján az élővilág, a társadalom számára a legfigyelemreméltóbb, nélkülözhetetlen vegyület. Így a víz a földi életet lehetővé tevő alapvegyület.
fontos hőmérséklet szabályozó nagy fajhője és párolgáshője miatt jelentős szerepe van a szervezet hőháztartásában a sejtekben, szövetekben lejátszódó biokémiai folyamatok oldószere, valamint reakcióközeg és szállítóanyag bioaktív makromolekulák konformációjának kialakulásában is szerepe van a vízelvonás denaturálja a dezoxi-ribonukleinsavat (DNS) az emberi testben a víz részaránya 60-70% növényi szervezetek 1-1 kg szárazanyagának felépítéséhez 150-1000 l víz szükséges (ranszspirációs koefficiens) az iparban technológiai vízként, hűtővízként, valamint mosóvízként, közlekedési közegként játszik szerepet a mezőgazdaságban öntözővízként, itatási vízként való felhasználás, de termelési közegként (haltenyésztés) is jelentős
Az ember napi átlagos vízszükséglete 2,5-3,0 liter, a szervezet 15%-os vízvesztesége néhány napon belül halált okoz. Az egyes élelmiszerek víztartalma rendkívül különböző; a zöldségek és gyümölcsök 70-90%-a víz, a növényi olajok, az állati zsírok és a cukor csak nyomokban tartalmaznak nedvességet.
A vízmolekula szerkezete és tulajdonságai
Összegképlete: H2O Szerkezeti képlete:
Kötés az atomok között: kovalens H-O-H kötésszög a vízben: 104,5°
Oka, hogy az oxigén 2s- és három 2p-pályája sp3-hibridpályákká alakul át és két hibridpálya egy-egy nemkötő elektronpárt tartalmaz. A nemkötő elektronpárok taszító hatást gyakorolnak egymásra is, valamint a kötést létesítő elektronpárokra is. Ennek következtében az O-H kötések közelebb kerülnek egymáshoz, ami a tetraéderes kötésszög torzulását okozza. A kötő elektronpárok eltolódása az O-H kötéseket polárissá teszi; az oxigén részlegesen negatív (-0,82), a hidrogén pedig részlegesen pozitív (+0,41) töltésű lesz, így a vízmolekulák nagy állandó dipólusmomentummal rendelkeznek. A vízmolekulák egymással hidrogénkötéssel kapcsolódhatnak. Egy vízmolekula négy másik vízmolekulával létesíthet hidrogénkötést.
A természetben előforduló vizekben megtalálható a 2-es tömegszámú hidrogénizotóp, a deutérium (D) és a 3-as tömegszámú trícium (T). Az oxigénizotópok közül a 17-es és a 18-as tömegszámúak is előfordulnak, így a vízmolekulák felépítésében a hidrogén hatféle (H2, HD, D2, HT, DT, T2), az oxigén háromféle (16O, 17O, 18O) izotóp formában vehet részt. Így elvileg 18-féle vízmolekula létezik, közülük természetes vizekben az utóbbiak jelentősek: H216O (99,76%), H218O (0,037%), H217O (0,17%), HD16O (0,032%).
A nehézvíz valójában a D216O, azonban mindet nehézvíznek hívják, amely a hidrogénnek vagy az oxigénnek valamelyik nehéz izotópját tartalmazza. A nehézvíz tulajdonságai eltérnek a vízétől, ugyanis fagyáspontja +3,8 °C, forráspontja pedig +101,4 °C. Sűrűsége +4 °C-on 1,11 g/cm3. A nehézvízben nem csíráznak a magvak, elpusztulnak a halak, és nagyobb mennyiségben méreg az emberi szervezet számára.
A jég sűrűsége (0,91680 g/cm3) kisebb, mint a 0 °C-os víz sűrűsége (0,99984 g/cm3), a víz fagyása ezért térfogat-növekedéssel jár. A víz sűrűségének hőmérsékletfüggése anomális, azaz nem követi azt a törvényszerűséget, miszerint a folyadékok sűrűsége általában csökken a hőmérséklet növekedésével. A víz sűrűsége 0 °C-on 0,99984 g/cm3; a hőmérsékletet növelve 3,98 °C-on éri el a maximumát 0,99997 g/cm3-rel, majd a további hőmérséklet-emeléssel a sűrűség csökken. A vizek először egész tömegükben 3,98 °C-ra hűlnek le. További lehűlés esetén az alacsonyabb hőmérsékletű, de kisebb sűrűségű vízréteg a felszínen marad, és így a fagyás a felső vízrétegben indul meg.
Segédletek:
Elektronpályák töltődésének sorrendje I
1. ábra
Elemek elektronszerkezete
2. ábra
Elektronpályák töltődésének sorrendje II
3. ábra
Vízmolekula kötésszöge
4. ábra
Vízmolekula szerkezeti váza
5. ábra
Periódusos rendszer: http://www.ptable.com/?lang=hu
A víz hővezető képessége csekély, a jég hővezető képessége viszont a vízénél négyszer nagyobb. Az elektromosságot a tiszta víz nagyon rosszul vezeti, dielektromos állandója viszont rendkívül nagy, ami lehetővé teszi a víztartalmú élelmiszerek gyors felmelegítését nagyfrekvenciás térben.
A víz és a jég felszínén a molekulák egy része folyamatosan kiszakad a cseppfolyós, illetve szilárd fázisból, és légnemű halmazállapotba megy át. A környező levegőbe jutó vízgőz mennyiségét kétféleképpen szokás megadni: az abszolút nedvesség a levegő 1 m3-ében lévő vízgőz mennyiségét adja meg grammban, a relatív nedvesség viszont százalékban adja meg, hogy a levegőben lévő vízgőz hányad része annak a vízgőzmennyiségnek, amely a levegőt a vizsgált hőmérsékleten telítené.
RP%= AP TP ⋅100 ,
ahol: RP = a relatív páratartalom, AP = az abszolút páratartalom, TP = a telített levegő páratartalma.
A víz poláris molekula, könnyen lép kölcsönhatásba ionokkal, valamint dipólusmomentummal rendelkező molekulákkal.
Az ionok és molekulák vízben való oldódása során a kristályok felületén és csúcsain elhelyezkedő részecskékre a rácsot összetartó erők csak részben hatnak, ezért a kristályrácsból könnyebben eltávolíthatók. A részecske leszakadása után újabb részecskék válnak hozzáférhetővé a vízmolekula számára, és ez a folyamat addig folytatódik, amíg az egész kristály fel nem oldódik.
Az ionok méretüktől és töltésüktől függően különböző mennyiségű vízmolekulát kötnek meg dipólus-dipólus kölcsönhatással, hidrogénkötéssel vagy datív-kovalens kötéssel. A vízmolekulák beépülhetnek kristályos anyagokba; ezeket a víztartalmú kristályos anyagokat hidrátoknak hívjuk, és a kristályban lévő vizet, a kristályvizet, a vegyület képletében és kémiai elnevezésében is feltüntetjük, pl. &eqiv; , réz(II)-szulfátpentahidrát, FeSO 4 ·7 H 2 O , vas(II)-szulfátheptahidrát, KAl(SO 4 ) 2 ·12 H 2 O , kálium-alumínium-szulfátdodekahidrát. A hidrátok melegítés hatására elveszítik kristályvizüket, ami a kristály szerkezetének és színének elvesztésével járhat. A vízmentes kristály akár a levegőből is könnyen felvehet vizet, aminek során visszaalakul kristályvizes formába. Azokat az anyagokat, amelyek a levegőből is képesek vizet felvenni (Na2SO4, CaCl2, MgSO4), higroszkópos anyagoknak hívjuk. Ezek alkalmasak a levegő, gázok, valamint folyadékok víztartalmának csökkentésére.

| Önellenőrző kérdések I.
1. Mennyi az ember napi vízszükséglete?
| 1-2 l
| 1,5-2 l
| 2-2,5 l
| 2,5-3 l
2. Melyik az oxigén elektronszerkezete?
| 1s1, 2s2, 2p3
| 1s2, 2p6
| 1s2, 2s2, 2p4
| 1s2, 1p6
3. Melyik egy nem létező vízmolekula?
| H218O
| HD17O
| DT15O
| HT16O
| H217O
| DT16O
4. Mi nem igaz a nehézvízre?
| benne elpusztulnak a halak
| bennenem csíráznak a magvak
| az emberi szervezet számára méreg
| forráspontja alacsonyabb a normál vízénél
| atomreaktorokban is használják
5. Melyik anyag nem higroszkópos?
| CaCO3
| CaCl2
| MgSO4
| Na2SO4
| cc. H2SO4
6. Mennyi kristályvizet jelentenek az alábbiak? dekahidrát, trihidrát, hexahidrát, nonahidrát, monohidrát
| 10,3,7,8,1
| 12,3,7,9,1
| 10,3,6,9,1
| 12,3,6,9,1
| 12,3,7,9,1

| A pH fogalma
A kémiailag tiszta víz is vezeti az elektromos áramot. Ennek oka az autoprotolízis (vagy disszociáció).
H 2 O+ H 2 O⇌ H 3 O + + OH −
A víz egyensúlyi állandója: K= [ H 3 O + ]⋅[ OH − ] [ H 2 O ] 2
A víz disszociációjának mértéke csekély, a koncentrációja nem változik számottevően, így a víz ionszorzata a híg vizes oldatokra:
K v =[ H 3 O + ]⋅[ OH − ]=1,00⋅ 10 −14 (25 °C-on)
[ H 3 O + ]=[ OH − ]=1,00⋅ 10 −7 mol/dm3.
Az olyan vizes oldatokat, amelyekben az oxónium- és a hidroxidionok koncentrációja is 10⋅ 10 −7 mol/dm3, semleges vagy neutrális oldatoknak nevezzük. Savas oldatokban az oxóniumion-koncentráció nagyobb, mint 10⋅ 10 −7 mol/dm3, míg lúgos (bázikus) oldatokban kisebb ennél.
Hogy elkerüljük a túl kis számokkal való számolást, bevezették a pH és a pOH fogalmát, amelyek definíciója híg oldatok esetén:
pH=−log⁡[ H 3 O + ]=log⁡ 1 [ H 3 O + ] , pOH=−log⁡[ OH − ]=log⁡ 1 [ OH − ]
pH = pOH = 7 pH < 7 savas oldatok pH > 7 lúgos oldatok
A természetes vizek
A Földi vízkészletünk 2,7%-a alkalmas emberi fogyasztásra, azonban csak 0,003% hasznosítható (ami nem jégben, vagy permafrosztban stb. van).
Az ivóvízben főként előforduló kationok: Ca2+, Na+, Mg2+, K+, Fe2+, Fe3+, NH 4 + , anionok: HCO 3 − , OH-, S O 4 2− , Cl-, NO 3 − , F-, PO 4 3− .
A természetes vizek tartalmaznak oldott állapotú gázokat, mint a szén-dioxid, melyek a vizet enyhén savassá teszik. A vízben oldott oxigén fontos a vízi élővilág szempontjából, de ez teszi pl. képessé a vizet bizonyos öntisztulásra, amelynek során az oldott gázokat vagy illó szennyeződéseket az oxigén űzi ki. A szilárd szennyező anyagok az öntisztulás során ülepedéssel távoznak vagy a vízben lévő mikroorganizmusok bontják el azokat.
A víz keménysége
A vizek keménységének meghatározására az ún. német keménységi fokot (NK°) használjuk mértékegységként: 1 NK = 10 mg CaO egy dm3 vízben.
Az összes keménységen belül megkülönböztetünk változó és állandó keménységet. A változó keménység a HCO 3 − -ionokhoz rendelhető kalcium- és magnéziumionok, melyek a vízből melegítés során karbonátok képződése közben eltávolíthatók. Az állandó keménység az összes és változó keménység különbsége.
nagyon lágy 0-4 fok, lágy 4-8 fok, közepesen kemény 8-18 fok, kemény 18-30 fok, nagyon kemény 30 fok felett
A jó ivóvíz 8-15 NK°-ú. A nagyon lágy víz íztelen, nem oltja a szomjat, az nagyon kemény pedig hashajtó hatású. A kemény vízben a hüvelyesek nehezen főzhetők, mert a főzés közben keletkező karbonátcsapadék a szemek pórusait eltömíti és megnehezíti a víz behatolását, ezenkívül a kalcium- és magnéziumsók a hüvelyesek fehérjéivel oldhatatlan, kemény származékot alkotnak. Ilyen vízben a hús is nehezebben puhul, a kávé és a tea íze romlik, a kakaóból pedig pelyhes csapadék válik ki, valamint csökken a szappanok mosóhatása.
A vízlágyítást általában ioncserélő technikával végzik. A vizet kationcserélő oszlopon (kationcserélő műgyanta vagy zeolit) engedik át, miközben a vízben lévő alkáliföldfém-ionok nátriumionokra cserélődnek. Másik módszer a desztillálás, amit kétszer elvégezve a nagyobb tisztaságú víz érdekében bidesztillált vizet kapunk. Ezt ellenőrizhetjük elektromos műszerrel (konduktométer), amivel mérjük a fajlagos vezetőképességét. Minél kisebb a fajlagos vezetőképesség, annál kisebb a víz iontartalma.
Ásványvizek és gyógyvizek
A termálvizek 30 °C-nál melegebb hőmérsékletűek. A savanyú vizek nagy szénsavtartalmúak. Az alkalikus és meszes szénsavas forrásvizek főleg nátrium-, kálium-, kalcium- és magnézium-hidrogénkarbonátot, valamint szabad szénsavat tartalmaznak. A konyhasós forrásvizek nátrium-kloridot, ahol a 1,5%-nál nagyobb sótartalom ivásra alkalmatlan. A glaubersós forrásvizek nátrium-szulfát-, a keserűvizek nátrium-szulfát- és magnézium-szulfát tartalmúak. A kénes vizek kén-hidrogént (H2S) és karbonil-szulfidot (COS) tartalmaznak.
Víz az élelmiszerekben
Az élelmiszerekben a víz kötődhet kémiailag, fizikai-kémiailag és mechanikailag.A kémiai vízmegkötés rendkívül erős, mert a víz belép a keletkező anyag molekulaszerkezetébe.
Az élelmiszer-ipari nyersanyagokban a fizikai-kémiailag kötött víz fordul elő leggyakrabban, a víz adszorpciós kötéssel vagy ozmózisos kötéssel kapcsolódhat a szárazanyaghoz. Az adszorpciós vizet az élelmiszerek hidrofil kolloidjai kötik meg, mely során hidrátburok alakul ki. Az ozmózisos nyomáskülönbség hatására víz diffundál be a nagymolekulájú alkotórészek által határolt mikroüregekbe, míg a külső és a belső nyomás ki nem egyenlítődik. Mechanikailag kötött víz esetében a nedvesség szerkezeti vízként, kapilláris nedvességként vagy egyszerű nedvesítési vízként lehet jelen. A leggyengébb kötési forma a nedvesítési víz, ahol a vízmolekulák adhézióval tapadnak az élelmiszer felületére.
Az élelmiszer-technológiában megkülönböztetünk szabad és kötött víztartalmat. Szabad víznek a víztartalom azon részét tekintjük, amely oldóképességében és mozgékonyságában nincs korlátozva. A kötött víz viszont mozgásában korlátozott, és nem képes annyi oldandó anyagot befogadni, mint a tiszta víz.
A vízaktivitás az élelmiszerben lévő víz és a tiszta víz gőznyomásának viszonyával kifejezhető:
a W = P P o ,
ahol: P = a vízgőz parciális nyomása az élelmiszerben adott hőmérsékleten, P o = a tiszta levegő gőznyomása telített térben, azonos hőmérsékleten.
A baktériumok 90%, az élesztők 80%, a penészek pedig 75% relatív légnedvességtartalmat igényelnek életműködésükhöz. Azt a nedvességtartalmat, amely fölött mikrobiológiai romlás következik be, kritikus nedvességtartalomnak, illetve kritikus vízaktivitásnak nevezzük. A kritikus vízaktivitás változik a tárolás hőmérsékletével, általában azonban 0,6-0,9 közöttinek adódik. Az élelmiszerek 0,2-0,4 vízaktivitás mellett tárolhatók a legbiztonságosabban.

| Önellenőrző kérdések II.
1. A pH=8 oldat kémhatása:
| savas
| semleges
| lúgos
2. Ha egy oldat oxóniumion-koncentrációja 10-3 mol/dm3, mennyi a pH?
| 3
| 11
| 0,003
| 0,11
3. Német keménységi fok meghatározása:
| 1NK° = 1 mg CaO
| 1NK° = 10 mg CaCO3
| 1NK° = 10 mg CaO
| 1NK° = 1 mg CaCO3
4. Kemény vízre nem jellemző:
| hashajtó
| nehezen puhul benne a hús
| hüvelyesek fehérjéivel oldhatatlan, kemény származékot alkot
| nem oltja a szomjat
5. Mi van a glaubersós vízben?
| nátrium-szulfát
| nátrium-klorid
| nátrium-karbonát
| kálium-szulfát

| Az ásványi anyagok
Az élelmiszer-kémiában azokat az alkotórészeket nevezzük ásványi anyagoknak, amelyek a növényi és állati eredetű élelmiszerek elhamvasztása után visszamaradnak. Híg elektrolitok alakjában részt vesznek az élő szervezet elektrokémiai, ozmózisos, valamint sav-bázis egyensúlyának fenntartásában. A növényeknél az ásványi anyag mennyisége és minősége fajonként és fajtánként változik, függ a termőhelytől és a talaj összetételétől. Ezzel szemben az ember és az állatok szervezetének ásványianyag-készlete viszonylag szűk határok között változik.
Az emberi szervezet felépítésében részt vevő elemek közül azokat, amelyek a szervezet tömegének 0,005%-ánál nagyobb mennyiségben vannak jelen, makroelemeknek, ennél kisebb arányúakat mikroelemeknek nevezzük. A mikroelemeket biológiai jelentőségük alapján esszenciális és nem esszenciális elemekre oszthatjuk. Az esszenciális mikroelemek nélkülözhetetlenek az emberi szervezet zavartalan működéséhez, míg a nem esszenciálisak biológiai szerepe még tisztázatlan.
Fémes makroelemek
A makroelemek értelemszerűen esszenciális elemek is, mert viszonylag nagy mennyiséget kell belőlük a táplálékkal a szervezetünkbe juttatni. A fémes makroelemek közé a nátrium, a kálium, a magnézium és a kalcium tartozik.
A nátrium. Az emberi szervezetben kilogrammonként átlagosan 1,4 g nátrium van, a sejten kívüli testnedvekben az ozmózisos nyomást és a vízegyensúlyt szabályozza. A sejten kívül a Na:K arány 28:1, míg a sejteken belül 1:10. A nátriumnak szerepe van az idegimpulzusok átvitelében, a membrántranszport folyamatokban, a tápcsatornában aktiválja az amilázt, segíti a glükóz felszívódását. A túlzott nátriumbevitel magas vérnyomás kialakulásához vezet, ugyanis 5-6 g NaCl kb. 1 liter sejteken kívüli vizet köt meg, és ezáltal jelentősen megnöveli a keringő vér térfogatát.
A kálium. Az emberi szervezet káliumtartalma kilogrammonként átlagosan 2 g. Különösen fontos szerepe van a fehérje- és glikogénszintézisben, valamint az energiatermelésben. A magnéziummal együtt az izmok nyugalmi állapotba jutását segíti elő.
A magnézium. A felnőtt ember szervezetében 20-28 g magnézium található, fele a csontokban található, de az izmokban, a májban és az idegrendszer sejtjeiben is előfordul. Enzimek felépítésében, aktiválásában vesz részt, amelyek katalizálják az ATP-szintézis, és a fehérjeszintézist. Az izomzatra relaxáló hatást fejt ki. A vérnyomás kedvező szinten tartása céljából az alábbi elem bevitelt kell tartani:
Na+Ca K+Mg =1
A kalcium. Az emberi test kilogrammonként 15-20 g kalciumot tartalmaz. Nagy része (98%) a csontokban és a fogakban halmozódik fel. A vérben segíti a véralvadást, segíti a B12-vitamin felszívódását, elősegíti bizonyos hormonok képződését. A szervezet, ha a táplálékból nem jut hozzá, szükség esetén oldatba viszi a csontok kalciumtartalmát is.
Nemfémes makroelemek
Foszfor. A szervesen kötött foszfor a nukleinsavakban, számos enzimben, a B-vitaminokban és a szénhidrátok, lipidek, fehérjék foszforvegyületeiben található. Rendkívül fontos szerepük van az energiatárolásban és -felszabadításban.
Kén. Főként szerves vegyületekbe épülve található, de egyes peptidoglikánokban szulfát alakban is előfordul.
Klór. A gyomorsavban található sósavként. A sejteken kívüli és belüli terekben, a só- és vízháztartás kialakításában, valamint a sav-bázis egyensúly fenntartásában vesz részt.
Esszenciális mikroelemek
Vas. Biológiai szerepe elsősorban a vérképzéssel és a légzési folyamatokkal függ össze. A hemben levő Fe(II)-ionok szállítják az oxigént a tüdőből a szövetekbe, ahol a mioglobin vasa folytatja az oxigéntranszportot. A szövetek vastartalmú enzimei redoxfolyamatokat katalizálnak. A vas jelenléte az élelmiszerekben rontja a lisztek sütőipari értékét, katalizálja a zsírok oxidációját, elősegíti a bor zavarosodását és színezi az ivóvizet.
Fluor. Elősegíti a fejlődő szervezet csontosodását és az ép fogzománc kialakulását. Hiánya zavart okoz a növekedésben és elősegíti a fogszuvasodást.
Cink. Mintegy 25 enzim alkotórésze, illetve aktivátora, amelyek az emésztésben és az anyagcserében vesznek részt. Így többek között az inzulinnak is fontos komponense. Hiánya elhúzódó sebgyógyulást, növekedési zavart, a bőr hámrétegének túlzott elszarusodását és a szervek ellenálló képességének csökkenését okozza.
Szilícium. A növekedésben van szerepe.
Réz. Számos oxidoreduktáz enzim alkotórésze, és szerepe van az elasztin, a kollagén és az egysejtűek foszfolipidjeinek szintézisében is. A réz katalizálja többek között a C-vitamin bomlását, ezért a növényi nyersanyagokkal érintkező technológiai berendezések nem készülhetnek rézből.
Vanádium. A növekedésben és a csontképzésben vesz részt, jelenléte a fogzománcot keményebbé teszi, és jelentős szerepe van a zsíranyagcserében is.
Szelén. Antioxidánsként részt vesz a metabolizmusban. A szeléntartalmú glutation-peroxidáz enzim védi a telítetlen lipideket, sejthártyákat az oxidációtól.
Mangán. Az enzimek aktiválása során részt vesz a szénhidrát- és lipidanyagcserében, a koleszterin és a nukleinsavak szintézisében, a porcok képződéséhez nélkülözhetetlen.
Jód. Szerepe van az anyagcsere és a növekedés szabályozásában, valamint az idegrendszer és a vérkeringés zavartalan működésének fenntartásában. A jód hiánya a pajzsmirigy megnagyobbodásához, golyva kifejlődéséhez vezet.
Ón. Az ón az emberi test minden részében kimutatható. A szervezet növekedését és megújulását segíti elő.
Nikkel. A máj működésének szabályozásában vesz részt, növeli az inzulin hatását.
Molibdén. Több enzim felépítésében vesz részt, szerepe van a vas hasznosulásában és a köszvény létrejöttében.
Króm. Elsősorban a cukormetabolizmusban van szerepe, mert elősegíti az inzulin hatását, csökkenti az érelmeszesedés veszélyét.
Kobalt. A B12-vitamin központi alkotórésze.
Nem esszenciális mikroelemek
Alumínium. Az emberi testben 50(120 mg alumínium található. Az alumíniumsók az ember számára gyakorlatilag nem mérgezők, mert az emésztőcsatornából alig szívódnak fel. Az alumíniumeszközök használatának hátránya, hogy az alumíniumionok éppúgy katalizálják a C-vitamin bomlását, mint a rézionok.
Bór. Biokémiai szerepe annak ellenére ismeretlen, hogy az emberi és állati szervezetben szinte mindenhol jelen van. Számos növény számára esszenciális mikroelem, hiánya barnulási, rothadási tüneteket okoz.
Toxikus elemek pl. az ólom, arzén, kadmium, higany.

| Önellenőrző kérdések III.
1. Túlzott bevitele vérnyomás növekedést okoz
| K
| Na
| Mg
| Ca
| P
| Zn
2. Az emberi szervezet számára mit hívunk makroelemnek?
| mennyisége > 0,005%
| mennyisége > 5%
| mennyisége > 0,5%
| mennyisége > 0,05%
3. Emberi szervezet ásványianyag-készlete:
| szűk határok között változik
| állandó
| a bevitt tápanyagoktól függően nagymértékben változhat
4. Melyek a fémes makroelemek?
| K,Mg,Fe, Zn
| Na, Fe, Mg, P
| Ca, Mg, Na, K
| Ca, Fe, Mg, Na

| Elvégzendő gyakorlatok
1. A vas(III)-ionok kimutatása és mennyiségének meghatározása vízmintában
Szükséges eszközök: főzőpohár, 25-100 cm3-es, 2 db cseppentő vagy Pasteur-pipetta, 2 db kémcsőállvány, kémcső 7 db, mérőhenger, 10 cm3-es pipetta 2 db, alkoholos filctoll
Anyagok: kálium-tiocianát-oldat (kálium-rodanid-oldat) 1 g KSCN/100 cm3, vas(III)-klorid-oldat, 0,5 g FeCl 3 ⋅6 H 2 O/100 cm3, ismeretlen töménységű vas(III)-klorid-oldat (az "X" jelű kémcsőben)
Végrehajtás:
a) | Mérjen ki 5 cm3 vas(III)-klorid-oldatot egy kémcsőbe. Adjon hozzá 5 cm3 kálium-tiocianát-oldatot, majd rázza össze (ez a "tömény oldat").
b) | A tömény oldatból vegyen ki 1cm3-t, adjon hozzá 4 cm3 vizet, majd alaposan rázza össze. (Ez a "hígított oldat", írja rá alkoholos filctollal erre a kémcsőre: "10".)
c) | A tömény oldatból mérjen ki a másik kémcsövekbe rendre 1,5 cm3, 2,5 cm3, 3 cm3 oldatot. Adjon hozzájuk annyi vizet, hogy mind 5 cm3 legyen.
d) | Össze kell hasonlítani az "X" jelű kémcsőben keletkezett oldat színét a többi kémcsőben lévő oldatok színével, és meg kell állapítani, hogy melyik oldatéhoz hasonlít a színe a legjobban.
Magyarázat: A vas(III)-ionok jellemző és érzékeny színreakciót mutatnak a tiocianátionokkal. Az egyszerűsített reakcióegyenlet a következőképpen írható föl:
FeCl3 + 3 KSCN = Fe(SCN)3 + 3 KCl
Beadandó: Számítsa ki az ismeretlen minta koncentrációját és adja meg mg Fe 3+/100 cm 3-ben.
2. Ásványi sók mennyiségi meghatározása
Szükséges eszközök: 3 db óraüveg, mérleg, 2 db főzőpohár, vegyszeres kanál, pipetta
Anyagok: deszt. víz, NaCl, csapvíz
Végrehajtás:
a) | Mérlegen mérje le a szennyeződésmentes óraüvegek tömegét és jegyezze fel.
b) | Öntsön 1ml desztillált vizet az óraüvegre, a főzőpohárba félig öntsön vizet, a főzőpoharat helyezze a vasháromlábra és tegye rá az óraüveget. Melegítse Bunsen-égő segítségével, míg a víz teljesen el nem párolog az óraüvegről.
c) | Mérje meg az óraüveg tömegét, valamint figyelje meg a visszamaradt ásványi anyagok mennyiségét.
d) | Ismételje meg a fentieket csapvízzel.
e) | 5ml desztillált vízbe tegyen 1g NaCl-ot, keveréssel oldja fel, majd ezzel is ismételje a fent leírtakat.
Beadandó: Táblázatban jelölje a különböző vízminták ásványianyag-tartalmát, majd számítsa ki a csapvíz és a sós víz ásványianyag-tömegkoncentrációját.
3. Kationok kimutatása
Vizsgálatainkat vizes oldatokban, kémcsőreakciókkal végezzük. Az ismeretlen összetételű oldatunkat először a kationok egy nagyobb csoportjára jellemző kémszerrel, osztályreagenssel (kén-hidrogén, sósav, ammónium-szulfid, ammónium-karbonát) vizsgáljuk. A leggyakrabban előforduló kationokat szulfidjaik és karbonátjaik eltérő oldhatósága alapján öt osztályba soroljuk.
Kationok 1. osztálya: savas közegből H2S hatására szulfid csapadék válik le, mely (NH4)S-ban nem oldódik. Az osztály kationjait sósavoldattal történő reakciójuk alapján két alcsoportba soroljuk.
1.a. osztály: a kationok egy része (Ag+, Pb2+, Hg2+2) Cl- ionokkal csapadékot ad (sósav-csoport).
1.b. osztály: a kationok másik része (Hg2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+) Cl- ionokkal nem ad csapadékot (réz-csoport).
Szükséges eszközök: 9 db kémcső, tölcsér, 3 db szűrőpapír
Anyagok: AgNO3, Pb(NO3)2, Hg2(NO3)2, cc. HCl, cc. NH3-oldat, cc. salétromsav, 10%-os KI-oldat, forróvíz
Végrehajtás:
a) | Az ismeretlen törzsoldatokat tartalmazó kémcsövekbe öntsön ujjnyi mennyiségű sósav osztályreagenst, majd kissé rázza össze a kémcső tartalmát.
b) | Amelyik kémcső tartalmaz csapadékot, azt tiszta kémcsőbe szűrje le, melyet többször ismételjen meg. (A keresett ion a csapadékban van, így azt ne dobja el!)
c) | A csapadékra egy tiszta kémcsőben öntsön forró vizet, legalább háromszor.
d) | A szűrlethez öntsön KI-ot.
e) | A csapadékot szűrje le, majd a csapadékra öntsön NH3-oldatot.
f) | A szűrlethez adjon HNO3-at, míg az savas kémhatású nem lesz, és opalizál. Ag+-ion
Beadandó: Melyik kémcső milyen iont tartalmazott? Milyen vegyületeket kapott az egyes színreakcióknál?
Segédlet: kationosztály pdf
Az ionkristály oldása vízben
6. ábra

| Önellenőrző kérdések IV.
1. Milyen ionok kimutatására használjuk a kálium-tiocianát oldatot?
| Fe
| NaCl
| Pb
2. Az első kationosztály osztályreagense:
| H2SO4
| HCl
| HNO3
| H2S