STX 2.g
STX 2.g
Formål:
At fremstille ethanol ved gæring, påvise CO
2
udvikling under gæringen og destillere ethanol
fra en opløsning.
Teori:
Gæring:
Ethanol fremstilles af visse carbonhydrater (kulhydrater) ved gæring. Ethanol anvendes som
opløsningsmiddel og som udgangsstof ved fremstilling af andre organiske stoffer.
Glucose, også kaldt druesukker C
6
H
12
O
6
, kan af levende gærceller omdannes til ethanol
C
2
H
5
OH.
Denne proces udnytter man til fremstilling af vin, øl og biobrændsel.
C
12
H
22
O
11
+ H
2
O 2 C
6
H
12
O
6
4 C
2
H
5
OH + 4 CO
2
Vinindeholder ca. 12 Vol% ethanol. Ethanolindholdet kan ikke komme højere op ved en
gæring, fordi gærsvampene ikke kan tåle et højere ethanolindhold.
Spirtus som f.eks. snaps, whisky og cognac indeholder ca. 40 Vol% ethanol, disse drikkevarer
fremstilles ved gæring med en destillitaion metode efter.
En gæring stopper ikke før alt gæret er brugt op. Man skal bregne procent massen af den før
man er sikker på at alt gæret er brugt op. Hvis man har en procent masse på under 14% så er
alt sukkeret brugt op, hvis den er over så det stadig ikke brugt op.
Man benytter mættet kalkvand for at påvisning af CO
2
, dvs en mættet opløsning af
calciumhydroxid Ca(OH)
2
. Når man leder CO
2
(g) gennem det mættede kalkvand, vil der
nemlig udfældes det tungtopløselige calciumcarbonat (kalk) CaCo
3
(s).
CO
2
(g) + Ca(OH)
2
(aq) CaCO
3
(S) + H
2
O
Det mættede kalkvand Ca(OH)
2
vi skal bruge, skifter farve fra blå til gul under gæringen.
In
-
er det blå indikator, når det får en H
+
(Hydron) sker der en farveskift fra blå til gul.
Når der er overskud af kuldioxid bliver der en ligevægt:
CO
2
(aq) + H
2
O H
2
CO
3
H
2
CO
3
+ 2H
2
O 2H
3
O
+
+ CO
2-
3
Destillationen:
Den gærede væske indeholder vand, ethanol og gæringsrester. Disse rester fjerner vi vha.
destillation. Destillationen sker ved, at vi opvarme væsken, hvorefter vandet og ethanolen
begynder med at fordampe.
Destillation er en metode til at adskillelse af væske eller fastestoffer med forskellige
kogepunkter. Ethanolens kogepunkt er 78,3og vandskogepunkt er 100.
Denne adskillelse forgår ved at opvarme den blandning vi skal bruge i en beholder, indtil
stofferne fordamper. Dampen afkøles til fortætning. Fortætning er et stofs overgang fra luft
form til flydende tilstand. Når damp afkøles eller sammenpresses ud over mætningspunktet.
Væsken der har det laveste kogepunkt, har størts tendens til at gå til gasform, dvs den
fordamper. I vores tilfælde har ethanol det laveste kogepunkt.
Når vi begynder opvarmningen, dannes gasbobler inde i væskeblandningen. Gasserne vil stige
op ad, og vende tilbage i kolben igen ved fortætning. Efter et stykke tid er temperaturen af
gassen i destillationshovedet steget til dens kogepunkt for et af stofferne i blandingen. Dette
stofs temperatur aflæses med det samme på termometeret.
Gassen vil trænge frem til svalen, som afkøles med koldt vand, derefter fortættes gassen til
væske, som samler sig i et forlag til sidst. Vores temperatur holder sig konstant, indtil der ikke
findes mere af dette stof i blandingen. Væsken i vores forlaget kaldes destillatet. Når vi
fortsætter destillationen vil det næste stof i blandingen som har et lavt kogepunkt begynde at
destillere. Hvis der i blandingen har været fastestoffer som fx sukker i vores forsøg vil dette
stof blive liggende i kolben efter destillationen.
Densitetsberegning:
Fordi ethanol har en lidt lavere densitet end vand, er det muligt at bestemme ethanolindhold
vha. densitetsberegninger. Ved beregning af denne densitet, d kan en tilhørende
volumenprocent af ethanol findes i vores tabel. Densitet er givet ved
Hvor m og V er sammenhørende værdier af masse og volumen.
Volumenmålinger er en del usikre målninger end massemålinger, så derfor er det muligt ved
at beregne den relative densitet, d, at finde indholdet af ethanol.
Densiteten bestemmes ved, at veje præcis samme volumen af vand og af opløsningen,
hvorefter d er lig med forholdet mellem masserne.
g/mL
0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
0,93
0,92
0,91
0,90
0,89
0,88
0,86
0,85
0,82
0,80
Vol%
14,0
23,3
31,7
38,5
44,7
50,0
54,9
59,5
63,8
68,2
72,2
79,5
83,2
92,5
100
Mængdeberegniner:
Vi skal bruge følgende formel for beregnelse af stofmængde af de forskellige stoffer vi har i
vore blanding:
n, er stofmængden af stoffet.
m, er massen af det brugte stof.
, er mollarmassen af stoffet. Som findes ved hjælp af det periodiskesystem.
For beregnelse af massen:
For beregnelse af mollarmassen:
Bruges det periodiskesystem eller denne følgende formel
Man kan også beregne den mollær koncentration af ethanol, det gør man ved brug af formlen:
Materialer til brug af Gæringen:
o En konisk kolbe
o En vægt
o Prop til kolben
o Gummislange
o Glasrør
o Mættet kalkvand Ca(OH)
2
o 50 g glucose
o 200 g lunket vand (ca 23-30)
o 5 g smuldret gær
o 5 dråber Substral gødning.
Materialer til brug af destilliation:
o Stativ
o Klemme
o Holder til at fastholde opstillingen
o En kolbe med slib
o Termometer
o Varmekappe
o Svalerør
o Destilat
Fremstillingsmåden:
Fresmstillingen af gæring:
Vi sætter først 50 gram glucose i den koniske kolbe derefter sætter vi 200g lunket vand i
kolben, 5 g smuldret gær og 5 dråber Substral gødning. Vi vejer det hele sammen på en vægt,
og skriver resultatet ned. Derefter sætter vi prop og vandlås og vejer det igen. Samt ned
skrivning af resultater. Derefter sætter vi glasrøret i et cylinderglas med mættet kalkvand.
Fremstilling af Distillationen:
Vi starter med at hælde halvdelen af vore gæring ud, vi skal nemlig kun bruge 100mL.Derefter
fyldes en kolbe medslib halvt med mask og tilsættes lidt pimpsten for at luftarter og
vanddamp ikke stødkoges. Kolben bringes i varmekappen og opvarmingen begynder. Indtil
væsken kommer i kog varmes kraftigt, dernæst skrues ned og vi sørger for at temperaturen
holdes under 80. Ethanols kogepunkt er nemlig som sagt før 78,3, og det er bedst at
temperaturen er tæt på det. Vi samler vores destillation i en ren beholder og kan derefter
slukke når vi ca har fået 10-20 mL.
Resultatsbehandling for den teoretiskeværdi:
Saccharose
C
12
H
22
O
11
Vand
H
2
O
Glucose
2C
6
H
12
O
6
Etanol
4CH
3
CH
2
OH
Kuldioxid
4CO
2
m/Masse
50 g
18*0,146199
m=2,63g
180*0,292398
m=52,6316g
0,5848*46
m=26,900g
0,5848*44
m=25,731g
M
w
/Mollarmasse
342 g/mol
18 g/mol
180g/mol
46g/mol
44g/mol
n/Stofmængde
n = 0,146199
mol
n=0,146199 mol
Det er den samme
antal mol fordi det
er forholdet 1:1
0,146199mol*2
n=
0,292398mol
Her ganger
man med 2
fordi forholdet
er 1:2
4*0,146199
n=
0,5848mol
4n=n
ethanol
n=0,5848mol
Stofmængden
er den samme
her som
ethanolen fordi
forholdet er 4:4
Vi kan beregne om nogen af molekylerne er undsluppet under forsøget ved at sætte
masse summene sammen.
Saccarose massen + Vand massen = Glucose massen
50 g + 2,63 g = 52,632 g
Ethanol massen + Kuldioxid massen= Glucose massen
26,900 g + 25,731 g = 52,632 g
Konklusionen til dette er at antal af molekylerne er bevaret.
Resultatsbehandling for det målteværdi:
Saccharose
C
12
H
22
O
11
Vand
H
2
O
Glucose
2C
6
H
12
O
6
Etanol
4CH
3
CH
2
OH
Kuldioxid
4CO
2
m/Masse
0,113188*342
m = 38,7101g
18*0,113188
m = 2,03738g
0,226375*180
m = 40,7475g
0,45275*46
m = 20,8265g
44*0,45275
m = 19,921g
M
w
/Mollarmasse
342 g/mol
18 g/mol
180 g/mol
46 g/mol
44g/mol
n/Stofmængde
¼ n
ethanol
=
n
saccharose
Forholdet 1:4
=
0,113188mol
Forholdet 1:1
n =
0,113188mol
2/4
n
ethanol
=n
glocose
Forholdet 2:4
n=
0,226375mol
n = 0,45275mol
Vi har den
samme antal
mol fordi det er
forholdet
1:1mellem
kuldioxid og
ethanol.
n = 0,45275mol
Her kan vi også beregne om nogen af molekylerne er undsluppet under forsøget ved at
sætte masse summene sammen.
Saccarose massen + Vand massen = Glucose massen
38,7101 g + 2,03738 g = 40,7475 g
Ethanol massen + Kuldioxid massen= Glucose massen
20,8265 g + 19,921 g = 40,7475 g
Jeg kan konkludere ud af beregningerne her også at antal af molekylerne er bevaret
Som vi kan se ud af beregningerne mangler vi noget CO
2
Vi startede med at have 450,434 g i selve kolben derefter vejede vi og fik det til at være
430,513 g trukket fra hinanden gav det 19,921g.
m før =
450,434 g
m efter =
430,513 g
Masse kuldioxid
19,921 g
Hvis vi kigger på vores teoretisk beregning og den målteberegning, kan vi også der se at noget
kuldioxid mangler.
Teoretisk
25,731 g
Målt
19,92 g
Tabt kuldioxid
5,811 g
Den mollær koncentration af ethanol:
Man kan også beregne den mollær koncentration af ethanol, det gør man ved brug af formlen:
Brug af den teoretiske stofmængde af ethanol.
Som vi kan se her er alt sukkeret brugt op fordi vi har en koncentrations procent på 12%.
Brug af mine beregninger af ethanols stofmængde.
Densitetsbestemmelse:
Her skal man for at bestemme densisteten af vores alkohol kende noget til forholdet mellem
massen og volumen.
Vi har en formel som ser således ud:
m
tom
=
10,744 g
m
fuld
=
13,655 g
m
destillat
=
2,91 g
V =
3,25 mL
0,890385 g/mL
Ved at se på tabelen finder vi ud af at vores ethanol er nået 68,2 Vol%.
g/mL
0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
0,93
0,92
0,91
0,90
0,89
0,88
0,86
0,85
0,82
0,80
Vol%
14,0
23,3
31,7
38,5
44,7
50,0
54,9
59,5
63,8
68,2
72,2
79,5
83,2
92,5
100
Forbræning:
Vores ethanolprocent er rimelig høj den er over 40% dvs. vores destilat kan brænde.
Reaktionsligningen for forbrædningen:
1. trin dannes stoffet ethanol og vand.
2 C
2
H
5
OH + O
2
--> 2 CH
3
CHO + 2 H
2
O
I det 2. trin omdannes ethanal til eddekesyre.
2 CH
3
CHO + O
2
--> 2 CH
3
COOH
3. trin får vi vand og kuldioxid af omdanneslen af eddekesyrer.
CH
3
COOH + 2 O
2
--> 2 H
2
O + 2 CO
2
4. trin kan vi få ethanol som brænder, og det kan bruges til opvarmning.
C
2
H
5
OH + 3 O
2
--> 3 H
2
O + 2 CO
2
Stregformlen for ethanol C
2
H
6
O:
Stregformel for Methan CH
4
og for Butan C
4
H
10
:
Stregformel for sorbitol C
6
H
8
(OH)
6
:
Stregformel for propan-1,2-diol:
Fejlkilder:
Gæring: En smule af indholdet røg ud gennem slangen ved gæringen, ved omrøring.
Destillation: Afmålningen af temperaturen når et stof var kommet i forlaget var ikke hel
præcis. Det skyldes at vi ikke afmålte med det samme.