PROJEKT
Hydroxide
10/2012 -11/2012
Allgemeine
Fragen
1.
Wirkung des Wasserstoff-Ions
Für die saure Wirkung
in einer Lösung sind die Wasserstoffatome verantwortlich. Man
bezeichnet eine Lösung als sauer wenn die Konzentration der
Wasserstoff-Ionen höher ist, als die der Hydroxid-Ionen ist. Sie
weisen somit einen pH-Wert auf, der kleiner als 7 ist.
2.
unterschiedliche Bedeutungen des Begriffs „Säure“
Der Begriff Säure
besitzt unterschiedliche Bedeutungen. Zum einen kann eine Säure eine
flüssige Substanz mit saurem Geschmack sein, z.B. die milde Säure
des Weins. Eine andere Bedeutung ist die Chemische. Nach Arrhenius
ist eine Säure eine chemische Verbindung, die in wässrigen Lösungen
in elektr. positiv geladene Wasserstoff-Ionen und elektr. negativ
geladene Säurerest-Ionen dissoziieren. Der dänische Physikochemiker
erweiterte Arrhenius Definition: Säuren geben bei chem. Reaktionen
positiv geladene Wasserstoff-Ionen ab. Sie werden als
Protonendonatoren (lat.: donator – Geber) bezeichnet.
3. Bildung einer
sauren Lösung am Beispiel der Reaktion von Chlorwasserstoff-Gas mit
Wasser
HCl
+ H2O H3O+
+ Cl-
Protonen-akzeptor
Protonen-donator
Oxonium (-Ion)
Protolyse: Übertragung eines
Protons von einen auf den anderen Reaktionspartner
(P-Donator P-Akzeptor)
HCl
H2O
→ saure Reaktion durch Oxonium
(-Ion) (positiv geladen)
4. Elektronen- und
Elektronenstrichformel des Hydroxid-Ion OH-
Elektronenformel:
[ H ● ● O ] -
Elektronenstrichformel:
[ H O ] -
Metallhydroxide:
Metallhydroxid
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Formel
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Natriumhydroxid
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NaOH
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Kaliumhydroxid
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KOH
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Calciumhydroxid
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Ca(OH)2
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Magnesiumhydroxid
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Mg(OH)2
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Aluminiumhydroxid
|
Al(OH)2
|
5.
alkalische Wirkung
Die alkalische Wirkung
einer Lösung wird durch die negativ geladenen Hydroxid-Ionen
hervorgerufen, die bei der Dissoziation von Metallhydroxiden in
wässrigen Lösungen zusammen mit positiv geladenen Metall-Ionen
entstehen.
6.
Laugen
Laugen (auch
alkalische Lösungen) sind wässrige Lösungen von Metallhydroxiden
(z. B. von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid) oder die Lösungen
von Basen (z. B. Ammoniak).
Charakteristische Eigenschaften:
elektrische Leitfähigkeit, ätzend, glitschiges Gefühl auf Haut,
charakteristische Färbungen bei Zugabe von Indikatoren.
7. Bildung einer
alkalischen Lösung auf Teilchenebene
Natronlauge ist eine wässrige
Lösung mit freibeweglichen, positiv geladenen Natrium-Ionen und
freibeweglichen Hydroxid-Ionen. Daraus ergibt sich die elektrische
Leitfähigkeit. Natriumhydroxid ist ein Feststoff, bei dem positiv
geladene Natrium-Ionen und negativ geladenen Hydroxid-Ionen, ein
Kristallgitter bilden. Im Natriumhydroxid (NaOH) sind die Na+-
und OH- -Ionen in einem Kristallgitter angeordnet. Beim
Einsetzen von Wasser als Lösungsmittel, spalten die Dipolmoleküle
das Kristall- bzw. Ionengitter auf. Die Na+- und OH-
-Ionen gehen in eine wässrige Lösung über (Hydratisierung). Bei
diesem Vorgang wird Energie freigesetzt (Hydratationsenergie). Im
Fall von NaOH ist diese (Hydratationsenergie) höher als die
Gitterenergie (Energie, die das Kristallgitter zusammen hält) des
Kristallgitters. Daher erwärmt sich das System.
8.
CaO + H2O
Ca(OH)2
Na2O
+ 2H2O 2NaOH + H2
Al2O3
+ 3H2O 2Al(OH)3
BaO + H2O
Ba(OH)2
K2O + H2O
2KOH
10.
Neutralisation
Neutralisation
bedeutet, dass man die (ätzende) Wirkung von Säuren und Basen
aufhebt. Die Wirkungen einer Säure und einer Base nicht addieren,
sondern aufheben. So kann man mit einer bestimmten Menge einer Säure
eine Base neutralisieren und andersherum. Wenn eine Säure und
eine Base vollständig neutralisiert sind, wird der Neutralpunkt
(pH-Wert 7) erreicht und aus zwei stark ätzend wirkenden Stoffen
sind völlig harmlose Stoffe geworden.
Dies kann am Beispiel
der Reaktion von Salzsäure mit Natronlauge gezeigt werden:
Die H3O+-Ionen
der wässrigen Salzsäurelösung und die OH--Ionen der
Natronlauge reagieren zu zwei Molekülen Wasser, als zweites
Reaktionsprodukt entsteht Natriumchlorid. Erstaunlicherweise erhält
man dabei aus zwei stark ätzend wirkenden Stoffen zwei völlig
harmlose Stoffe. Die Neutralisationsreaktion ist exotherm.
Dieses
Phänomen ist sehr wichtig für die Entsorgung von Säuren und Basen
aus Laboren oder Schulen, da man sie nicht wie Wasser in die Umwelt
entsorgen kann, da sie sonst das Gleichgewicht der Natur stören
würden. Nach der Neutralisation allerdings kann man einige
Reaktionsprodukte sogar trinken. Neutralisationen treten auch in der
Natur auf, wenn man beispielsweise versucht, dem Sauren Regen mit
Kalk entgegenzuwirken. Weitere Anwendungsgebiete der Neutralisation:
der menschliche Magen, haltbarmachen von alten Büchern, Kläranlagen
oder Kaugummis.
Protokoll
Spezialaufgabe
Aufgabe:
Extrahiere
einen Indikator aus Radieschenschalen. Es sollen Salzsäure (pH-Wert
1), Essigsäure (pH-Wert 3), Wasser (pH-Wert 7), eine Natronlauge
(pH-Wert 10) und eine weitere Natronlauge (pH-Wert 14) damit
auseinander gehalten werden können. Erstelle eine Farbskala (Foto),
in der die verschiedenen Umschlagbereiche zu erkennen sind.
Geräte
& Chemikalien:
Erlenmeyerkoben
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Radieschen
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Küchenmesser
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Ethanol
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Mörser
mit Pistill
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Salzsäure
(pH-Wert 1)
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Filterpapier
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Essigsäure
(pH-Wert 3)
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Trichter
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Wasser
(pH-Wert 7)
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Stativmaterial
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Natronlauge
(pH-Wert 10)
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PE-Flaschen
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Natronlauge
(pH-Wert 14)
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Reagenzgläser
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Reagenzglasständer
|
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Durchführung
Radieschen
schälen
Schalen mit
Pistill zerkleinern
Extraktion in
Ethanol (15 min)
Filtration
Verteilen der
Lösung auf RGs (Nachweis der
Eigenschaften der Lösung als Indikator)
Beobachtung
Wenn man in die
untersuchende Lösung die Lösung der Radieschenschalen hinzugibt,
färben sich die die Lösungen wie folgt:
Stoff
|
pH-Wert
|
Färbung
|
Salzsäure
|
1
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orange
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Essigsäure
|
2
|
hellorange
|
Wasser
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7
|
leicht rosa
|
Natronlauge
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10
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hellblau
|
Natronlauge
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14
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gelb
|
Auswertung
Radieschen enthalten
in ihrer Schale Farbstoffe, die zu den Anthocyanen gehören. Diese
wirken als Indikator. Ist der pH-Wert des Stoffes kleiner als 7, dann
verändern die Wasserstoffatome die Struktur des Anthocyans so, dass
sich die Lösung orange färbt. Bei einem pH-Wert von 7, also einem
neutralen Stoff, bleibt die Lösung rosa und wenn der pH-Wert größer
als 7 ist, dann verändern die Hydroxidatome die Struktur des
Anthocyans so, dass sich die Lösung gelb färbt.
Fehlerbetrachtung
Bei der
Natronlauge mit dem pH-Wert 10 erhielten wir -entgegen unserer
Erwartungen- eine hellblaue Färbung. Möglicherweise war der Stoff
verunreinigt.
Spezifische
Fragen
Das Gemüse
enthält den Farbstoff Anthocyan. Dieser wirkt als Indikator. Wächst
die Pflanze nun auf saurem Boden, so nimmt sie einen rötlichen
Farbton an. Ist der Boden alkalisch (also basisch), so nimmt sie
einen bläulichen Farbton an. Würde die Pflanze auf einem neutralen
Boden gedeihen so wäre sie lila bis violett. Doch nicht nur der
pH-Wert spielt dabei eine Rolle: In Norddeutschland bereitet man das
Gemüse mit sauren Äpfeln, Wein oder Essig zu. So kommt es zu der
intensiven Rotfärbung. Im Süden Deutschlands benutzt man zur
Zubereitung etwas Natron, so kennt man ihn dort als Blaukraut.
Lackmus ist ein
violetter Farbstoff, der aus Flechtenarten (z.B. Variolaria,
Roccella u. Lecanora) gewonnen wird. Man benutzt ihn in der Chemie
als Säure-Base-Indikator. Eine Säure färbt blaues Lackmuspapier
rot. Eine Base färbt rotes Lackmuspapier blau. Lackmus
wurde um 1300 n.Chr. erstmals von dem Arzt und Alchemisten Arnaldus
de Villanova verwendet. Früher wurde Lackmus auch zum Bläuen von
Wäsche und zum Färben von Genussmitteln verwendet.
Quellen
Basiswissen
Schule Chemie, Duden Verlag