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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

Formel

Natriumhydroxid

NaOH

Kaliumhydroxid

KOH

Calciumhydroxid

Ca(OH)2

Magnesiumhydroxid

Mg(OH)2

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.

  1. CaO + H2O Ca(OH)2


  1. Na2O + 2H2O 2NaOH + H2


  1. Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3


  1. BaO + H2O Ba(OH)2


  1. 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

  • Radieschen

  • Küchenmesser

  • Ethanol

  • Mörser mit Pistill

  • Salzsäure (pH-Wert 1)

  • Filterpapier

  • Essigsäure (pH-Wert 3)

  • Trichter

  • Wasser (pH-Wert 7)

  • Stativmaterial

  • Natronlauge (pH-Wert 10)

  • PE-Flaschen

  • Natronlauge (pH-Wert 14)

  • Reagenzgläser


  • Reagenzglasständer



  • Durchführung

    1. Radieschen schälen

    2. Schalen mit Pistill zerkleinern

    3. Extraktion in Ethanol (15 min)

    4. Filtration

    5. 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

    orange

    Essigsäure

    2

    hellorange

    Wasser

    7

    leicht rosa

    Natronlauge

    10

    hellblau

    Natronlauge

    14

    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


    1. 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.


    1. 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



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