Bestemmelse af Ethanolindholdet i Øl - Rapport i Kemi

Side 1

[navn fjernet] 1.Z – KEMI, den 17. december 2010.

STX 1.g

Formål

Formålet med dette forsøg er at bestemme indholdet af ethanol i vores bryggede øl. Ethanolen adskilles fra hvad? ved destillation og udbyttet bestemmes ved densitet.

Teori a: For at kunne brygge øl lavede vi først en gærblandning af maltekstrakt. Under øl brygningen var en af de vigtige ting at holde alle redskaber sterile, så vores øl ikke blev inficeret af bakterier og andet skidt. Når gærblandingen var lavet kunne maltningen så gå i gang. Her skulle vi tilsætte crystal-malten og bringe blandingen med tilsat 3 L vand i kog. Derefter kan urt-kogningen begynde. Her tilsætter man klar urt og 3 portioner humle. Dette var faserne før urten skulle i en spand for at gære og senere gengære.

For at gæren kan omdanne urten til øl bliver maltosen i urten omdannet til ethanol og carbondioxid, hvor ethanol er et affaldsprodukt. Nedenunder er der et reaktionsskema for processen.

Maltose - C_{12} H_{22} O_{11}

Ethanol - CH_{3} CH_{2} OH

Ikke af H_{22} O_{11} + H_{2} O 🡪 CH_{3} CH_{2} OH + CO_{2}

12

STX 1.g H O + H O 🡪 4 CH CH OH + 4 CO √ - husk tilstandsformer

12 22 11 2 3 2 2 b: Destillation er en metode til at adskille stoffer med forskellige kogepunkter. Det foregår på den måde, at man varmer stoffet op i en detillationskolbe til det fordamper. Stoffet som er fordampet er nu en gas, og

føres gennem svalerøret, hvor det bliver nedkølet af udenom løbende vand. Der sker så en fortætning, hvor^{Sænket skrift}

dampen bliver til dråber, og drypper ned i en målekolbe, hvor det samles og bliver til en væske igen.

Ethanol har et kogepunkt på ca. 78º C, mens vand har et kogepunkt på ca. 100º C. Sukrene har et meget højt kogepunkt, og bliver derfor i destillationskolben. Selvom der er så stor forskel på kogepunkterne vil det ikke være muligt at få en 100 % ethanolopløsning. Destillatet vil derfor ikke udelukkende bestå af ethanol.

Noget af vandet vil fordampe med, så i vores målekolbe vil der både være ethanol og vand. Formålet ved vores destillation var derfor at adskille sukker og gær fra. (Destillationsudstyret vil fremgå i min materialeliste.) meget flot!

c: Da destillatet indeholder både vand og ethanol skal vi lave en densitetsmåling af vand- og ethanolopløsningen for at bestemme ethanolindholdet. Dette kan man fordi densiteten afhænger af Volumen % af ethanol. Sammenhængen mellem disse er allerede bestemt og kan ikke beregnes.

Formateret: Dansk

Formateret: Skrifttype: (Standard)

Times New Roman, Dansk

Formateret: Skrifttype: (Standard)

Times New Roman, Dansk

Formateret: Ikke Hævet skrift/

Side 2

[navn fjernet] 1.Z – KEMI, den 17. december 2010.

Densiteten betegnes med bogstavet ρ (ρ = g/mL). Vi lavede et demo-forsøg og det foregik således:

Tre måleglas bliver stillet frem. I det første måleglas er der 50 mL ethanol, i det andet er der 50 mL demiraliseret vand. Herefter putter vi de to 50 mL opløsninger ned i det tredje glas, her kan man se at

ethanolen lægger sig ovenpå vandet, og at Volumen er den samme(100 mL, 50+50). Nu ryster vi så

opløsningen, efterfølgende kan man sagtens se at der er mindre end 100 mL. Det betyder altså, at ved rystningen blev volumen mindre og vores densitet blev derfor større fordi massen er den samme. Det sker fordi molekylerne pakker sig tættere sammen, derved kommer de til at fylde mindre, men deres masse forbliver den samme som før. Meget flot

Relativ densitet (d) er det udtryk man bruger om en væskes densitet ud fra en standardvæskes densitet

(vand).

                                                        𝑉
                                                         𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙
For at bestemme den relative densitet kan man bruge formlen: 𝑑 =
                                                          𝑣𝑎𝑛𝑑

𝑚 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑚

𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑

Vi skal bruge et pyknometer til massebestemmelsen, hvor voluminerne af de to opløsninger skal være den

                             𝑚
                               𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙
samme, derfor kan vi skrive at, 𝑑 = . Voluminerne går altså ud med hinanden, fordi de er ens. √
                              𝑚
                               𝑣𝑎𝑛𝑑

Materialeliste

Dette er, hvad vi brugte destillationsforsøget:

1. Varmekappe

2. Destillationskolbe med øl.

3. Destillationshoved.

4. Termometer.

5. Svaler til afkøling(har både indledning og afgang til vandet.)

6. Næb

7. Målekolbe, destillatet

8. Pimpsten

9. Klemmer

Til anden del, densitetsbestemmelse brugte vi følgende materialer:

Pyknometer og vægt

Side 3

[navn fjernet] 1.Z – KEMI, den 17. december 2010.

Udførsel

Da vi lavede vores forsøg fulgte vi øvelsesvejledningen, det eneste ekstra vi gjorde var et tilføre pimpsten til destillationsforsøget, så væsken ikke begyndte at koge. OK

Resultater

I destillationsforsøget så vi at både den dannede væske og destillatet var farveløst. Vi varmede vores væske op indtil 98º C, da den nåede den temperatur så slukkede vi.

Til den anden del af forsøget, altså densitetsmålingen fik vi følgende resultater.

Massen af Massen af pyknometer Massen af pyknometer Massen af Massen af pyknometer med ethanolopløsning med vand ethanolopløsning vand

15,440g 20,596g 20,630g 5,156g 5,190g

Vi fandt massen af ethanolopløsningen og massen af vand, ved at trække massen af pyknometer fra massen med pyknometer med ethanolopløsningen, og på samme måde fandt vi massen af vand. Altså at trække massen af pyknometert fra massen af pyknometert med vand i. OK

Efterbehandling

Ud fra vores tidligere formel kan vi udregne den relative densitet for vores gæringsprodukt. men hvorfor kan vi tillade os at antage at koncentrationen af ethanol i den destillerede opløsning er den sammen som i øllet?

    𝑚        5,156𝑔
     𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙
𝑑 =        =      = 0,993. Ud fra den forudbestemte graf, som var i vores øvelsesvejledning kan vi se
     𝑚       5,190𝑔
      𝑣𝑎𝑛𝑑

at ethanolindholdet ligger på ca. 5 Vol. %.√

Ethanols densitet(ρ) ligger på 0,789 g/ml. Så ved hjælp af formlen 𝑚 = 𝜌 · 𝑉, kan vi regne ud, hvor stor

massen af ethanol var under vores gærring. (V det er volumen af den samlede mængde øl i ml.) Vi havde

4,5 liter brygget øl, så formlen kommer til at se således ud:

𝑚(100 % 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) = 0,789g/mL · 4500𝑚𝐿 = 3551𝑔, √ dvs. at hvis vores øl bestod af 100 % ethanol, så

ville der være 3551g ethanol i vores øl. Men vores øl bestod jo kun af 5 %, derfor ganger vi 3551 med 0,05

og får tallet 177,525. DVS, at der i vores 4,5 liter øl var 177,525 g ethanol. √

Man kan også regne det teoretiske udbytte af ethanol ud. Vi brugte 500 g maltose i vores gærring.

Massen(m) målt i gram

Molarmasse(M) målt i g/mol

Stofmængde(n) målt i mol

Side 4

[navn fjernet] 1.Z – KEMI, den 17. december 2010.

Vi skal finde m(ethanol). For at finde denne skal vi bruge massen, molarmassen og stofmængden for

maltosen. Den afstemte formel er: C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O 🡪 4CH_{3} CH_{2} OH + 4CO_{2}

                                                                      𝑚
Først må vi udregne stofmængden for maltosen: denne finder vi vha. følgende formel:
                                                                      𝑀

Vi kender massen, og molarmassen finder vi ved at bruge det periodiske system, og den er 342,34g/mol,

derfor kommer vores formel til at se således ud:

𝑛 ( 𝑚𝑎𝑙𝑡𝑜𝑠𝑒 ) =       = 1,46 𝑚𝑜𝑙 √ -
             342,34𝑔/𝑚𝑜𝑙

500𝑔

Derudover ved vi også at for hvert maltose molekyle der bliver dannet, bliver der dannet 4

ethanolmolekyler√ . For at finde massen må vi bruge formelen, 𝑚 = 𝑀 ⋅ 𝑛

Den kommer derfor til at se ud på følgende måde:

4 ⋅ 𝑛 ( 𝑀𝑎𝑙𝑡𝑜𝑠𝑒) = 4 ⋅ 1,46 𝑚𝑜𝑙 = 5,84 𝑚𝑜𝑙 - du mener n(ethanol) = 4·n(maltose) = …
𝑀 ( 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) = 46,08𝑔/𝑚𝑜𝑙, her har vi igen brugt vores periodiske system.
𝑚 ( 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) = 46,08𝑔/𝑚𝑜𝑙 · 5,84 𝑚𝑜𝑙 = 268,99𝑔√
DVS, at det teoretiske udbytte af ethanol er 268,99g for 500g maltose. √

Nu kan vi så udregne hvor meget vi fik dannet i forhold til det teoretiske, altså udbytte % for vores dannede

                    𝑚 ( 𝑢𝑑𝑏𝑦𝑡𝑡𝑒
ethanol. Udbytte % =         ∙ 100 %
                    𝑚(𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑘)

)

Udbytte % = ∙ 100 % = 65,99%√

177,525𝑔

268,99𝑔

Diskussion

Vores udbytte % ligger på ca. 66 % dvs. at vi fik^{2}_{3} af det teoretiske udbytte. En af grundene til at vi ikke fik
100 % ethanol kan være, at gæren ikke har haft optimale levevilkår√ , derved har udbyttet faldet. Der er
måske også sket andre reaktioner end maltose til carbondioxid + ethanol nede i gæringen godt - fx skal

gærcellerne jo selv bruge noget energi til at fordoble sig, så noget af maltosen bliver brugt til dette

. Men vores resultater stemmer godt overens med de øl man normalt køber i butikkerne. Vores øl havde en Vol. % på 5 %, og de øl man som regel køber ligger på Vol. % mellem 4-5. Man kan selvfølgelig også lave stærkere øl, den stærkeste øl, der er blevet brygget ligger med en Vol. % på 55 %.

Konklusion

Ved hjælp af destillation og densitetsberegning fandt vi ud af, at den øl vi selv havde brygget havde 177,525 g ethanol i sig. Vi sammenlignede det med det teoretiske udbytte og fandt ud af, at vi havde dannet en del mindre ca. 66 %.

Vores øl havde en Vol. % på 5 %, hvilket svarer til en normal pilsner som man køber i butikkerne. Begge vores forsøg var vellykkede og vi fik det data vi havde brug for at lave vores udregninger.

Super flot - 12

Kommentar [LU1]: Er det rigtigt? – så må der være sket en destillation –gærceller dør ved så høj en ethanolkoncentration