Hemlaboration: Hur mycket gas bildas i en sockerkaka?

Passa på att fira mamma med ett hemlagat bakverk på mors dag!

Köket är ett utmärkt ställe att bedriva kemiundervisning på – vad är matlagning om inte kemi? Man kan leka med allt från proteiners struktur och funktion till enzymaktivitet och maillardreaktionen. Och mycket av det lämpar sig som hemlaborationer, extra användbart nu i ”coronatider”.

Den här hemlaborationen gjorde jag med mina elever i experimentell kemi och fysik (NV-specialisering) eftersom den både kombinerar kemi (vad som händer vid gräddningen av sockerkakan) och fysik (hur volymen förhåller sig till temperatur, tryck och substansmängd). I laborationen får eleven baka en sockerkaka och mäta hur mycket volymen ökar under gräddningen. Det jämför eleven sedan med den teoretiska volymökningen baserat på bikarbonatens sönderfall vid upphettning.

Det första som behövs om man vill göra det här med sina elever är förstås ett enkelt recept på en sockerkakalänk till annan webbplats. (På länken hittar du faktiskt hela labbinstruktionen.) För att eleven ska kunna mäta hur mycket volymen ökar mäts först smetens volym. Den färdiga kakans volym mäts genom att mäta formens dimensioner och hur mycket kakan har rest sig under gräddningen.

Kaksmeten innehåller bakpulver, varav ungefär 30 % är bikarbonat, NaHCO₃. Under gräddningen sönderfaller bikarbonaten till koldioxid och vattenånga enligt följande reaktionsformel:

2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g)

Det är koldioxidgasen och vattenångan som gör sockerkakan fluffig.

Sockerkaka

Sockerkaka. (Nordic Hero CC-BY-3.0 via Wikimedia Commons.)

I receptet står det att man ska använda 2 tsk bakpulver och väga upp hur mycket det är, helst med en noggrannhet på 0,01 g. Då det är mycket få elever som har en så exakt våg hemma, kan man istället anta att 2 tsk bakpulver väger ungefär 6,4 g (varav 30 % alltså är natriumvätekarbonat). Detta tillsammans med ugnens temperatur och allmänna gaslagen får eleven använda för att beräkna den teoretiska volymökningen.

Till den här hemlaborationen passar det ganska bra att eleverna skriver en komplett labbrapportlänk till annan webbplats med titelsida, inledning, material och metoder, resultat och diskussion. Av dessa tycker jag själv att resultatet och diskussionen är det mest intressanta att läsa och bedöma.

I resultatdelen ska alla mätvärden och beräkningar redovisas. Och gärna ett foto av den nygräddade kakan också! Min erfarenhet är att kakan är lätt att göra, och i de allra flesta fall blir den mycket lyckad. Däremot varierar det kraftigt om mängden gas är mer eller mindre än den beräknade.

Det här vill jag förstås att eleverna ska ta upp i diskussionen: Varför skiljer sig den förväntade gasutvecklingen från den faktiska? Här finns flera osäkerhetsfaktorer att ta upp. Håller ugnen verkligen exakt 175 °C? Hur noggrann var vågen jag mätte upp bakpulvret på? Kan jag lita på att det verkligen är 30 % bikarbonat i bakpulvret? (Här skulle man kunna tänka sig att komplettera med ytterligare experiment med bara upphettning av bakpulver för att ta reda på halten bikarbonat i bakpulvret!)

Flera elever noterar också att det är svårt att bedöma kakans volym efter gräddning. Den blir lite ”toppig” i mitten och reser sig inte riktigt lika mycket ute i kanterna. Det är också svårt (eller rättare sagt, omöjligt) att avgöra om det bara är vattenånga från bikarbonaten som har förångats, och om det också är vattenånga från resten av smeten som bidragit till volymökningen. I vilket fall som helst blev det en mycket trevlig hemlaboration, med massor av kemi, beräkningar och gott om möjligheter att fundera över felkällor i ett experiment.

Är det ett problem att eleven måste använda sitt eget kök, och familjen måste betala för ingredienserna? Jag upplevde inte att detta var något problem med mina egna elever, men var och en måste förstås känna av huruvida detta är lämpligt för den egna klassen. Men om slår man dessutom två flugor i en smäll, och får möjlighet att visa mamma sin uppskattning på mors dag, då må det kanske vara hänt!

”My job is not to be easy on people. My job is to make them better.”

Steve Jobs


Magnus Ehinger

Lektor i kemi och biologi på gymnasiet. Ämnesspanare för Lärarnas Riksförbund.

Mejla