Ile kwasu zawiera Coca- Cola?

Tym razem artykuł będzie trochę nietypowy. Chyba nigdy nie zdarzyło mi się jeszcze, by moje własne sprawozdanie z doświadczenia jakie prowadziłem w czasie laboratorium przedstawić w formie artykułu na bloga. Ale z uwagi na same doświadczenie, jakie ja nazwałbym „fajnym”, stwierdziłem, że kogoś może to zainteresować, a komuś innemu pomóc.

Swoją drogą bardzo ciekawi mnie, czy innych studentów chemii w kraju czeka miareczkowanie konduktometryczne kwasu fosforowego(V) zawartego w Coca-Coli. Wiem, że dla niewtajemniczonych nazwa brzmi „dziwnie”, ale zaraz się wszystko wyjaśni. Swoją drogą, jeśli są tu inni studenci chemii, lub kierunków podobnych, którzy w jakikolwiek sposób oznaczali stężenie kwasu fosforowego(V) w Coca-Coli proszę wpisujcie w komentarzach co Wam wyszło ;)

A wracając do samego miareczkowania. Coca- Cola jaka jest, każdy chyba wie (i ten przeogromny koncern nie płaci mi za lokowanie produktu). Ciemny, słodki płyn, o charakterystycznym smaku. Specyficzny smak jaki możemy poczuć podczas spożywania napoju, ma swoje podłożę w ekstraktach z wanilii, pomarańczy i cytryny. Niewiele osób wie, że podczas produkcji napoju wykorzystuje się liście koki (tak, tej koki!), a do 1903 roku, każda szklanka Coca- Coli zawierała około 9mg kokainy. Obecnie do produkcji, wykorzystuje się kokę, która nie zawiera w sobie kokainy, stąd i napój jest jej pozbawiony.

Bardziej popularną informacją, jest fakt, że Coca-Cola zawiera w sobie kwas fosforowy(V). Kiedyś słyszałem, że jest on dodawany, by powstrzymać organizm przed wymiotami, po dostarczeniu do niego takiej ilości cukru jaką zawiera sam napój, ale sam raczej skłaniam się do teorii, że jest to zwykły wzmacniacz smaku. Nie jest tajemnicą, że kwas fosforowy(V) jest dodatkiem do żywności o numerze E338 (zaklasyfikowany jest jako przeciwutleniacz i regulator kwasowości), a można go znaleźć w wielu innych produktach  tj. owoce kandyzowane, alkohole, wyroby cukiernicze. Oczywiście jest on niebezpieczny, tak jak w sumie wszystko- ale jego szkodliwość wymaga, aby dostarczyć do organizmu wystarczająco duże jego stężenie. Gdybyśmy chcieli zabić się kwasem fosforowym(V) zawartym w Coca-Coli, wydaje mi się, że trzeba by było wypić około 20 litrów napoju co już samo w sobie byłoby śmiertelne (chociażby z uwagi na zbyt dużą ilość cukru i płynu jaki byśmy dostarczyli).

Ale, co będziemy przejmowali się tym czy puszka Coca-Coli może nas zabić, czy nie. O wiele ciekawsze jest ile tego kwasu faktycznie w tej puszcze jest. W tym celu, w czasie laboratorium z podstaw analizy instrumentalnej użyłem metody znanej jako miareczkowanie konduktometryczne. Co to takiego?

Konduktometria, to ciekawa (chociaż nie moja ulubiona) metoda, oparta na pomiarze przewodności roztworu elektrolitu. Teraz uporządkujmy sobie kilka rzeczy- elektrolit to roztwór (w wypadku Coca-Coli wodny), w którym są jony. Inaczej jest to woda z jonami, a jony te przewodzą prąd. Im więcej jonów, tym prąd lepiej się przewodzi, bo „ma” on wtedy więcej nośników. Samo miareczkowanie konduktometryczne, opiera się na tym, że do roztworu np. słabego kwasu (bo kwas fosforowy(V), zawarty w Coca-Coli, to słaby kwas), dodaje się powoli odpowiednie ilości („miareczki”) silnej zasady (np. wodorotlenku sodu) i mierzy się zmiany przewodnictwa elektrycznego roztworu. Samo przewodnictwo elektryczne analizowanego roztworu, to po prostu pewne określona wielkość, która odpowiednio „obrobiona”, pozwala nam zorientować się co dzieje się z jonami w roztworze.

Kwas fosforowy(V), który obecny jest w Coca-Coli dysocjuje- czyli jego „cała cząsteczka” rozpada się w roztworze na odpowiednie jony. W tym wypadku powstają jony hydroniowe i jony fosforanowe(V). Przewodnictwo jest wysokie, ponieważ jony hydroniowe są bardzo ruchliwe i kręcą się po całym roztworze jak dzieci na placu zabaw. Podczas miareczkowania kwasu za pomocą zasady, tak jak ja robiłem w czasie doświadczenia, jony wodorotlenkowe (pochodzące od zasady), porywają proton z jonu hydroniowego, dzięki czemu powstają 2 cząsteczki wody, które same w sobie prądu nie przenoszą bo nie są jonami. Oczywiście w roztworze pojawiają się wtedy kationy sodowe i pozostają aniony fosforanowe(V), ale są one mniej ruchliwe od kationów hydroniowych, stąd przewodnictwo roztworu spada. Spada ono do pewnego momentu… w którym zaczyna rosnąc. Dlaczego? Bo po miareczkowaniu całego kwasu jaki zawarty był w próbce (czyli ilość wszystkich kationów hydroniowych) spadła do 0, dodajemy cały czas aniony wodorotlenkowe (podczas dodawania zasady). Są one tak samo ruchliwe jak kation hydroniowy, i powodują zwiększanie przewodności roztworu. Na podstawie punktu, w którym obserwujemy najniższy punkt na krzywej miareczkowania konduktometrycznego (zaraz po tym punkcie, przewodnictwo zaczyna rosnąć) wiemy, w którym momencie cały kwas został miareczkowany (czyli kiedy  wszystkie jony hydroniowe, odpowiadające ilości kwasu w roztworze zostały przereagowane do wody). 

Moment przegięcia na krzywej miareczkowania odpowiada ilości dodanej zasady- np. po dodaniu 4,5ml roztworu wodorotlenku sodu o określonym stężeniu, zaobserwowaliśmy, że wykres miareczkowania konduktometrycznego osiągnął swoje minimum, a po dodaniu kolejnej kropli, przewodnictwo zaczęło rosnąć. Stąd wiemy, że po dodaniu 4,5ml roztworu zasady sodowej o określonym stężeniu, odmiareczkowaliśmy cały kwas- a na podstawie odpowiednich obliczeń, możemy  powiedzieć ile tego kwasu tam było. 

strzałką zaznaczony punkt przegięcia krzywej

Podczas konduktometrycznego miareczkowania alkacymetrycznego roztworu Coca-coli w wodzie jako titrant został użyty  0,1M roztwór wodorotlenku amonu w wodzie (rozpuszczony w wodzie amoniak). Po umieszczeniu w roztworze Coca- coli elektrody, odczekałem do momentu ustabilizowania się wyniku na wyświetlaczu konduktometru. Następnie prowadziłem miareczkowanie za pomocą roztworu zasady, dodając po 0,2cm³ titranta i odczekując do ustabilizowania się wyniku. Uzyskałem cały szereg wyników- całe miareczkowanie zajęło kilkanaście minut. Pominę kwestię samych konkretnych wyników jakie uzyskałem, oraz tego jak były one opracowywane- jeśli ktoś chce je znać, proszę o kontakt. Nie ma też sensu zaznajamiać się ze szczegółami obliczeń- tym niech zajmą się chemicy, albo pasjonaci. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń, udało się wyznaczyć stężenie kwasu fosforowego(V) w Coca-coli. Stężenie to wyniosło 0,0028M, a masa kwasu fosforowego(V) jaka znajduje się 1l Coca-coli wynosi 0,2744g. Zakładając (w dużym uproszczeniu, że 1l Coca-Coli waży 1000g), stężenie procentowe roztworu kwasu fosforowego(V) w napoju wynosi 0,02744%. 

Czy wynik obarczony jest błędem? Z całą pewnością! By mieć całkowitą pewność co do zawartości kwasu fosforowego(V) w napoju powinno się wykonać kilka pomiarów, aby móc uśrednić wyniki! Należałoby również korzystać z napojów z różnych butelek- bo nie mamy pewności czy każda z butelek zawiera go taką samą ilość! Błędy jakie pojawiły się w wynikach końcowych mają również swoje podłożę w niedokładności stosowanej metody- wyniki odczytywane na wyświetlaczu konduktometru nie mogły się całkowicie ustabilizować, stąd błędy mogły pojawić się na odczycie przewodnictwa roztworu. Błędy mogły pojawić się też z uwagi na niedokładne ilości dodanego titranta, niedokładnego wymieszania roztworu, lub na skutek zaokrąglania wyników podczas obliczeń.