Versuch 99: Stärkenachweis - Einleitung

Stärke ist eine chemische Verbindung, die uns im Alltag sehr häufig begegnet. Bei der Stärke ist der Name auch Programm. Wäsche wird mit ihr gesteift und "gestärkt". Lebensmittel, die Stärke enthalten werden auch durch sie gestärkt. Das beste Beispiel dafür sind Nudeln, Reis oder Kartoffeln.

Sie alle enthalten als wesentlichen Bestandteil die Stärke. Ist nun eine trockene Nudel immer noch recht "stark" (hart) wird sie beim Kochen weich und wabbelig. Die Stärke hat sich beim Kochen im Wasser gelöst, wie das vorliegende Experiment zeigen wird. Stärke ist eine Stoffgruppe verzweigter Kohlenstoffverbindungen. Jeder der schon mal seine Bratkartoffeln, oder sein Toastbrot hat anbrennen lassen weiß um den Kohlenstoff in der Stärke: die Kartoffeln wurden schwarz. Stärke besteht chemisch aus 2 Sorten von Kohlenhydraten, dem Amylopektin (80%) und der Amylose (20%).

Sicherheitssymbole

Als Schülerversuch geeignet. Schutzbrille tragen! In den Ausguss geben.

Chemikalien

  • Lugolsche Iodlösung–Betaisodona
  • Nudeln
  • Reis
  • Kartoffeln
  • Stärke

Materialien

  • Kochplatten
  • Kochtöpfe
  • Trichter
  • Reagenzglasständer
  • 4 Reagenzgläser
  • 3 Uhrgläser

Durchführung

Vor dem Versuch bereitet man auf Uhrgläsern kleine Portionen an Nudeln, Reis und Kartoffelstücken vor. In einem der Reagenzgläser löst man ein wenig Stärke in Wasser.

In der Apotheke erhält man günstig Iodlösung, von der einige Tropfen in Wasser gelöst werden. Je mehr Wasser man verwendet, desto mehr Tropfen sollte man hinzufügen. Die Dosierung ist hier freigestellt. Zu konzentrierte Iodlösungen färben später allerdings zu intensiv.

Drei Kochplatten werden aufgebaut und in drei kleinen Kochtöpfen Wasser aufgesetzt. Anstatt der Kochplatten und -töpfe lassen sich auch Bechergläser, o.ä. erhitzen. Die kleinen Kochtöpfe, die in vielen Physiksammlungen vorhanden sind machen den Versuch allerdings authentischer.

Beginnt das Wasser in den Töpfen zu kochen gibt man Nudeln, Reis, oder Kartoffeln in jeweils einen der Töpfe und lässt sie 2-3 Minuten kochen. Danach füllt man etwas Kochwasser aus jedem Topf in jeweils ein neues Reagenzglas. Dabei hilft ein Trichter. Vorsicht, das Wasser ist natürlich heiß, also langsam eingießen!

Die heißen Reagenzgläser werden unter einem Wasserhahn abgekühlt und in den Reagenzglasständer gestellt. In alle Reagenzgläser (auch das mit der Stärkelösung) wird nun etwas von der Iodlösung hinzu gegeben.

Die Stärkelösung muss vorher geschüttelt werden, da Stärke teilweise nur schlecht in Wasser löslich ist und sich mit der Zeit zum Teil am Boden absetzt.

Nach dem Versuch lassen sich auch Gegenproben mit ungekochten Nudeln und Reis machen, oder andere Lebensmittel auf die Weise nach Stärke testen.

Entsorgung

Größere Mengen an Iodlösung werden mit Natriumthiosulfat versetzt und in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

Alle Lösungen färben sich blau/violett. Wichtigster Ausgangspunkt ist das Reagenzglas mit der Stärkelösung, die sich, wie die Lösungen in den anderen Reagenzgläsern, blau färbt.

Hierraus kann man schließen, dass:

1) Stärke mit Iod eine Verbindung eingeht, die violett/blau erscheint.

2) In den anderen Reagenzgläsern auch Stärke enthalten ist.

Sollte ein Reagenzglasinhalt sich nicht verfärbt haben, kann man durch Anfassen erkennen, dass es wahrscheinlich immer noch ziemlich warm ist. Die Reaktion ist hitzeempfindlich, weshalb die Reagenzgläser auch gekühlt werden mussten.

Lugolsche Iodlösung ist eine Lösung von Iod und Kaliumiodid in Wasser. Wie oben erwähnt, besteht Stärke aus 80% Amylopektin und 20% Amylose. Amylopektin ist schwer in Wasser löslich, die Amylose hingegen ist wasserlöslich, wird aber von Amylopektin umlagert.

Durch Erhitzen wird die Amylose aus ihrer Umgebung gelöst. Beide Moleküle sind Polysaccharide, also langkettige Mehrfachzucker. Amylose hat eine lange spiralförmige (helicale) Struktur, in die sich Iodmoleküle (oder besser: Polyiodidanionen) zu Komplexen einlagern. Man kann sich das wie lange Röhren vorstellen, in die sich das Iod einlagert. Die neue Verbindung/Struktur sorgt, vereinfacht gesagt, für eine andere Farbe - das violett-blau. Die Farbe (blau/violett/schwarz) variiert je nach Menge an Iod in der Lösung.

Wer es wirklich noch genauer haben möchte liest den (schon recht komplizierten) Zusatz:

Will man die blaue Iodstärke noch genauer betrachten so muss man sich mit Polyiodidketten (I5-, I7-, usw.) in der Stärkehelix, auseinandersetzen. Polyiodidketten bestehen schon in der Lugolschen Iodlösung. Dort entstehen sie durch die zugegebenen Iodidionen. Bei Anwesenheit von Iodid lagern sich mehrere Iodmoleküle zu längeren Ketten zusammen und nehmen eines der Iodidionen auf. Jetzt erst ist das Iod wasserlöslich. In diesen Ketten ist die negative Ladung des Iodids über die gesamte Kette delokalisiert, d.h. nicht einem Atom zuzuordnen und in der Kette frei beweglich.

Diese delokalisierten Elektronensysteme lassen sich leicht durch Licht anregen. Sie nehmen Anteile des sichtbaren Lichtes auf und geben andere ab, was wir als Farbe wahrnehmen. In Wasser ist die Farbe dieser Verbindungen braun. In die Stärke-Helix eingebaut, in die diese Polyiodide sehr gut hineinpassen, interagieren sie mit den Hydroxygruppen der Zuckermoleküle, wodurch sie die elektronische Struktur des so entstandenen Komplexes ändert und das Ganze nun nicht mehr leicht braun, sondern intensiv blau ist.

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