Chémia kože.

Kyslosť a zásaditosť (bazickosť) sú vlastnosti látok, ktoré určujú, ako sa správajú vo vodnom roztoku. Na ich rozlíšenie a meranie používame stupnicu pH.

1. Čo sú kyseliny? (Kyslosť)

Kyseliny sú látky, ktoré majú vo vodnom roztoku kyslú chuť a uvoľňujú katióny vodíka (𝐻+)

• Vlastnosti: Často sú žieravé, chutia kyslo (ako citrón).
• Príklady z kuchyne: ocot (kyselina octová), citrón (kyselina citrónová), kyslé mlieko (kyselina mliečna).
• Príklady z chémie: kyselina chlorovodíková, kyselina sírová.

2. Čo sú zásady? (Zásaditosť)

Zásady sú látky, ktoré majú opačné vlastnosti ako kyseliny. Vo vodnom roztoku uvoľňujú hydroxidové anióny (𝑂𝐻−).

• Vlastnosti: Často sú klzké na dotyk (ako mydlo) a majú horkú chuť. Silné zásady (hydroxidy) sú nebezpečné žieraviny.
• Príklady z domácnosti: Mydlo, čistiace prostriedky na odpad, sóda bikarbóna, vápenná voda.
• Príklady z chémie: Hydroxid sodný, hydroxid draselný.

3. Stupnica pH

Stupnica pH nám hovorí, či je látka kyslá, neutrálna alebo zásaditá. Má rozsah od 0 do 14.

• pH < 7 (0 až 6): Látka je kyslá. Čím nižšie číslo, tým silnejšia kyselina (napr. žalúdočná kyselina má pH okolo 1-2).
• pH = 7: Látka je neutrálna. Nie je ani kyslá, ani zásaditá (napr. čistá destilovaná voda).
• pH > 7 (8 až 14): Látka je zásaditá. Čím vyššie číslo, tým silnejšia zásada (napr. čistič potrubia má pH 13-14).

Obr. 2 Stupnica pH 

4. Ako zistíme či sa jedná o kyslý ale zásaditý roztok?

1. Použitie indikátorov – látky, ktoré menia farbu podľa pH:

• Lakmusový paierik: V kyseline sčervenie, v zásade zmodrie.
• Univerzálny indikátorový papierik: Zmení farbu na celú škálu od červenej (kyselina) cez zelenú (neutrálne) až po tmavomodrú/fialovú (zásada).
• Prírodný indikátor: Šťava z červenej kapusty (v kyslom prostredí sčervenie, v zásaditom zozelenie až zožltne).

Obr. 3 Univerzálny indikátorový papierik

2. použitie meracích prístrojov - pH metrov. 

Obr. 4 Digitálny pH meter  

Článok sa skladá z mernej (indikačnej) elektródy, ktorej potenciál závisí od aktivity vodíkových iónov, a referenčnej elektródy, ktorej potenciál je konštantný a známy. V súčasnosti sa takmer výhradne používa kombinovaná sklenená elektróda. Jej kľúčovou časťou je tenká hydratovaná sklenená membrána, na ktorej povrchu dochádza k výmene iónov, čím vzniká fázové rozhranie s potenciálom úmerným pH. Meranie prebieha v stave termodynamickej rovnováhy, kedy systémom nepreteká takmer žiadny elektrický prúd (vysoký vstupný odpor pH-metra), aby sa neovplyvnilo chemické zloženie v okolí elektród.  Vzťah medzi nameraným napätím a pH roztoku definuje Nernstova rovnica. Pri teplote 25 °C platí, že zmena o jednu jednotku pH vyvolá zmenu potenciálu o 59,16 mV.

Obr. 5 Princíp merania pH rovnovážnou potenciometriou  

Úlohy:

1. Zisti, alebo odhadni, aké pH má ľudská koža.

2. Experimentálne zisti aké pH majú vybrané roztoky látok, s ktorými prichádza naša koža často do styku.

3. Navrhni prepojenie mobilného zariadenia s meracím zariadením a senzorom s ktorými budeš realizovať experimenty. Urob si fotografiu a vlož ju do pracovného listu.

4. Navrhni postup svojej experimentálnej práce. Napíš jednotlivé kroky ako budeš postupovať pri príprave roztokov a pri meraní pH roztokov.

5. Experimentálne nameraj pH roztokov 8 látok, s ktorými naša koža prichádza často do styku. Odfotografuj si priebehy meraní (grafy vlož do pracovného listu) a zapíš výslednú hodnotu pH jednotlivých roztokov látok do tabuľky 1.

6. Analyzuj získané dáta z nameraných grafov a formuluj závery experimentu týkajúce sa pH kože a vplyvu látok na pH kože, s ktorými prichádzame často do styku.

Pomôcky:

8 ks 150 ml kadičiek, 2 ks 250 ml kadičiek, 1 ks 1000 ml kadička, 8 ks sklenených tyčiniek na miešanie, strýčka na oplachovanie senzora s destilovanou vodou, notebook (tablet, IPhone), pH senzor, merací systém PASCO (Vernier, Coach),. digitálne prostredie na meranie SPARKvue.

Chemikálie:

Destilovaná voda 1000 ml, voda z vodovodu, chemické látky z domácnosti podľa navrhovaných 8 experimentov.

Postup práce:

Ak má byť tvoja práca výskumníka efektívna a správna treba si uvedomiť, že vedecky správny postup si vyžaduje pri experimente rovnaké podmienky pre všetky merania:

• rovnaká teplota a tlak v miestnosti počas experimentovania
• rovnaké množstvá látok rozpustené v 100 ml destilovanej vody,
• čistenie pH sondy po jednotlivých meraniach,
• rovnaké časové dĺžky merania pH (odporúčam 60 – 90 s s intervalom 5 s )
• až po ustálení hodnoty pH pri meraní roztoku látky, zapíš nameranú ustálenú hodnotu pH

Teda okrem 8 kadičiek s roztokmi látok potrebuješ aj kadičku na oplachovanie pH senzora (destilovanou vodou) a ďalšiu kadičku s destilovanou vodou na odloženie pH senzora, keď zapisuješ dáta z prvého a postupne ďalšieho merania (pH senzor musí byť čistý pri každom meraní, aby neovplyvňovali predchádzajúce roztoky hodnotu pH práve meraného roztoku),.

Tvoj navrhutý postup experimentálnej práce:

1.

2.

3.

4.

5.

Bezdrôtový pH meter slúži na stanovenie pH roztokov. Samotný pH meter sa skladá zo sklenej kombinovanej elektródy a senzora spojenej s elektródou BNC konektorom- Senzor komunikuje s obslužným programom SPARKvue bezdrôtovo cez rozhranie Bluetooth. Program SPARKvue je voľne dostupný v AppStore a v GooglePlay.

Bezdrôtový pH meter Pasco

Súbor na stiahnutie

Navod pH meter Pasco

Vedecká otázka

Objav a experimentálne zisti aký má súvis chémia a koža.

Pracovný list a zároveň e-protokol  k téme Chémia kože je spracovaný krosdisciplinárne (chémia, biológia, matematika) a vyžaduje od študenta, aby vedel využiť svoje vedomosti z daných predmetov pre aktívne riešenie problémov a úloh pri realizácii experimentov s mobilnými zariadeniami a senzormi Pasco (alebo Vernier, Coach).

Obr. 1 Základné informácie o ľudskej koži

Koža je veľmi citlivý a dôležitý orgán nášho tela. Často sa ale stáva, že každý z nás má občas problémy s kožou: svrbenie, alergie, zápaly....

Je veľa faktorov, ktoré to môžu spôsobovať.

Pozri sa na nasledujúce obrázky, ako vypadá zdravá, poškodená a chorá koža.

Obr. 2 Zdravá, poškodená a chorá koža

Analyzuj zadané problémy a napíš svoje úvahy.

Problém 1:

Prečo vo vyučovaní chémie sa mám zaujímať o kožu, o ktorej sa učím v biológii?

Problém 2:

Čo by sa stalo, keby sme nemali kožu?   (Analyzuj svoje vedomosti z biológie a svoje životné skúsenosti) a napíš Tvoje riešenie problému.

Objav a experimentálne zisti aký má súvis chémia a koža !

Úloha 1 Porozmýšľaj a napíš odpovede na nasledovné 3 otázky:

1. Analyzuj či je koža na našom tele všade rovnaká. Zdôvodni.

2. Čo rozumieš pod pojmom koža ako chemická bariéra ? Vytvor opis vlastnými slovami.

3. Napíš čo najviac látok s ktorými prichádza ľudská koža často do styku. Hlavne si uvedom s akými látkami prichádza Tvoja koža do styku doma, v škole, vonku.

Úloha 2

Zisti, alebo odhadni, aké pH má ľudská koža.  Odhadujem, že pH kože je :  Zistil som pH kože je:   (uveď zdroje odkiaľ si zistil pH kože)

Úloha 3

Experimentálne zisti aké pH majú vybrané roztoky látok, s ktorými prichádza naša koža často do styku.

Úloha 4 

Navrhni prepojenie mobilného zariadenia s meracím zariadením a senzorom s ktorými budeš realizovať experimenty. Urob si fotografiu a vlož ju do pracovného listu.

Úloha 5

Navrhni postup svojej experimentálnej práce. Napíš jednotlivé kroky ako budeš postupovať pri príprave roztokov a pri meraní pH roztokov. Ak má byť tvoja práca výskumníka efektívna a správna treba si uvedomiť, že vedecky správny postup si vyžaduje pri experimente rovnaké podmienky pre všetky merania: rovnaká teplota a tlak v miestnosti počas experimentovania rovnaké množstvá látok rozpustené v 100 ml destilovanej vody, čistenie pH sondy po jednotlivých meraniach, rovnaké časové dĺžky merania pH (odporúčam 60 – 90 s s intervalom 5 s ) až po ustálení hodnoty pH pri meraní roztoku látky, zapíš nameranú ustálenú hodnotu pH Teda okrem 8 kadičiek s roztokmi látok potrebuješ aj kadičku na oplachovanie pH senzora (destilovanou vodou) a ďalšiu kadičku s destilovanou vodou na odloženie pH senzora, keď zapisuješ dáta z prvého a postupne ďalšieho merania (pH senzor musí byť čistý pri každom meraní, aby neovplyvňovali predchádzajúce roztoky hodnotu pH práve meraného roztoku),. Postup experimentálnej práce: 1 2 3 4 5

Úloha 6

Experimentálne nameraj pH roztokov 8 látok, s ktorými naša koža prichádza často do styku. Odfotografuj si priebehy meraní (grafy vlož do pracovného listu) a zapíš výslednú hodnotu pH jednotlivých roztokov látok do tabuľky 1.

Pomôcky:

8 ks 150 ml kadičiek, 2 ks 250 ml kadičiek, 1 ks 1000 ml kadička, 8 ks sklenených tyčiniek na miešanie, strýčka na oplachovanie senzora s destilovanou vodou, notebook (tablet, IPhone), pH senzor, merací systém PASCO (Vernier, Coach),. digitálne prostredie na meranie SPARKvue.

 

Chemikálie:

Destilovaná voda 1000 ml, voda z vodovodu, chemické látky z domácnosti podľa navrhovaných 8 experimentov.

Obr. 3 Grafy 1-8 pH roztokov látok

Tabuľka1 Namerané pH roztokov 8 látok

Číslo vzorky	Roztoky chemických látok	Namerané pH hodnoty
1	Voda z vodovodu
2	Roztok tekutého mydla na ruky
3	Roztok vlasového šampónu
4	Roztok pracieho prostriedku
5	Roztok umývacieho prostriedku na riad
6	Roztok čistiacej pleťovej vody na tvár
7	Roztok čistiaceho prostriedku na okná
8	Roztok sprchového gélu

Analýza výsledkov a záver

Analyzuj získané dáta z nameraných grafov a formuluj závery experimentu týkajúce sa pH kože a vplyvu látok na pH kože, s ktorými prichádzame často do styku.