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Grundwissen & Aufgaben

Im Grundwissen kommen wir direkt auf den Punkt. Hier findest du die wichtigsten Informationen für deinen Chemieunterricht. Mit dem LEIFI-Quiz und den abwechslungsreichen Übungsaufgaben kannst du prüfen, wie gut du die Inhalte schon verstanden hast. Für alle Aufgaben gibt es natürlich auch die zugehörigen Lösungen.

  • Carbonsäuren: Einführung und Nomenklatur

    • Du kennst Carbonsäuren aus vielen Lebensbereichen.
    • Das Kennzeichen der Carbonsäuren ist die funktionelle Gruppe, die Carboxy-Gruppe.
    • Einige Carbonsäuren sind auch unter ihren Trivialnamen bekannt.
  • Die Carboxy-Gruppe als funktionelle Gruppe

    • Carbonsäuren enthalten mindestens eine Carboxy-Gruppe.
    • Wegen der Carboxy-Gruppe \(\ce{-COOH}\) reagieren die Carbonsäuren als Brönsted-Säuren.
    • Das Carboxylat-Ion  \(\ce{ -COO^- }\) ist energetisch besonders günstig.
     
  • Säurestärke von Carbonsäuren

    • Carbonsäuren können Protonen (Wasserstoff-Ionen) abgeben, weil das dabei entstehende Carboxylat-Ion stabilisiert ist.
    • Je leichter eine Carbonsäure Protonen abgeben kann, desto stärker ist die Säure.
    • Je stärker eine Säure ist, desto niedriger ist der pKs-Wert.
  • Essigsäure – Geschichte, Vorkommen und Verwendung

    • Essigsäure ist eine einprotonige Carbonsäure mit einem Alkan-Rest.
    • Die Summenformel von Essigsäure ist \(\ce{C_2H_4O_2}\) und die Halbsummenformel ist \(\ce{CH_3COOH}\).
    • Ein anderer Name für Essigsäure ist Ethansäure, im Alltag bezeichnen wir verdünnte Essigsäure-Lösungen kurz als „Essig“.
    • Essigsäure wird vielseitig eingesetzt, z.B. als Lebensmittel oder Lebensmittelzusatzstoff, zum Entkalken oder in der chemischen Industrie zur Herstellung von Polymeren.
    • Bereits vor 5000 Jahren wurde Essig von uns Menschen hergestellt. Die Essigherstellung ist daher eines der ältesten Lebensmittelherstellungsverfahren.
  • Essigsäure – Eigenschaften, Herstellung und Reaktionen

    • Essigsäure ist eine einprotonige Carbonsäure mit einem Alkan-Rest.
    • Die Summenformel von Essigsäure ist \(\ce{C_2H_4O_2}\) und die Halbsummenformel ist \(\ce{CH_3COOH}\).
    • Essigsäure ist eine mittelstarke Säure mit einem charakteristischen Essig-Geruch.
    • Typische Reaktionen der Essigsäure sind Salzbildungsreaktionen, u.a. das Lösen von Kalk (Verdrängungsreaktion) und Veresterungen.
  • Ameisensäure

    • Ameisensäure ist eine einfache Carbonsäure.
    • Ein anderer Name für Ameisensäure ist Methansäure.
    • Die Summenformel von Ameisensäure ist \(\ce{CH_2O_2}\) und die Halbsummenformel ist \(\ce{HCOOH}\).
    • Ameisensäure ist die einfachste Carbonsäure sowie die Alkansäure mit der kürzest möglichen Kette.
    • Ameisensäure wird von vielen Tieren zur Verteidigung genutzt.
  • Milchsäure

    • Milchsäure ist eine Hydroxycarbonsäure mit der Summenformel \(\ce{C_3H_6O_3}\) .
    • Ihr chemischer Name lautet 2-Hydroxypropansäure.
    • Sie bildet zwei Stereoisomere, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten.
    • Wir begegnen Milchsäuren in vielen Lebensbereichen.
  • Buttersäure

    •     Buttersäure ist eine einfache Carbonsäure.
    •     Ein anderer Name für Buttersäure ist Butansäure.
    •     Die Summenformel von Buttersäure ist \(\ce{C_4H_8O_2}\).
    •     Buttersäure ist eine Säure mit einem Alkanrest und die einfachste Fettsäure.
  • Oxalsäure

    • Oxalsäure hat die Summenformel \(\ce{C_2H_2O_4}\) und die Halbstrukturformel \(\ce{HOOC-COOH}\).
    • Sie ist die einfachste Dicarbonsäure.
    • Sie ist in einigen Lebensmitteln enthalten.
    • Sie spielt in der analytischen Chemie eine wichtige Rolle.
    • Es gibt weitere Dicarbonsäuren mit verschiedenen Strukturmerkmalen.
  • Weinsäure

    • Weinsäure ist beispielsweise in der Weinpflanze und folglich auch im Wein enthalten.
    • Es gibt drei Isomere des Weinsäure-Moleküls.
    • Weinsäure kann aus Weinstein hergestellt werden.
  • Citronensäure

    • Citronensäure ist nicht gleich Zitronensaft.
    • Citronensäure ist eine Hydroxy-Carbonsäure mit drei gebundenen Carboxyl-Gruppen.
    • Citronensäure wird mithilfe von Fermentation und einem Schimmelpilz hergestellt.
  • Benzoesäure

    • Benzoesäure ist eine aromatische Carbonsäure.
    • Die Summenformel von Benzoesäure ist \(\ce{C_7H_6O_2}\)
    • Benzoesäure wird u.a. in der Parfümindustrie und als Konservierungsstoff  eingesetzt.
  • Ascorbinsäure

    • Es gibt verschiedene stereoisomere Formen der Ascorbinsäure.
    • Ein anderer Name für L-Ascorbinsäure ist Vitamin C.
    • Die Summenformel von Ascorbinsäure ist \(\ce{C_6H_8O_6}\).
    • Die Ascorbinsäure ist keine klassische Carbonsäure, sondern eine vinyloge Carbonsäure.
  • Salicylsäure

    • Salicylsäure ist eine aromatische Carbonsäure.
    • Ein Salicylsäure-Molekül hat sowohl eine Hydroxy- als auch eine Carboxy-Gruppe und zählt daher zu den Hydroxycarbonsäuren.
    • Die Summenformel von Salicylsäure ist \(\ce{C_7H_6O_3}\).
    • Wir verwenden Salicylsäure unter anderem als Ausgangsstoff zur Herstellung eines bekannten Kopfschmerzmittels.
  • Fettsäuren

    • Fettsäuren sind Carbonsäuren mit mindestens vier Kohlenstoff-Atomen.
    • Einige Fettsäuren sind Bestandteile von Fetten und fetten Ölen.
    • Gesättigte Fettsäuren enthalten nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoff-Atomen.
    • Bei ungesättigten Fettsäuren liegt mindestens eine Doppelbindung zwischen den Kohlenstoff-Atomen vor.
  • Aminosäuren

    • Aminosäuren leiten sich von den Carbonsäuren ab. Mindestens ein Wasserstoff-Atom ist durch eine Amino-Gruppe \(\ce{-NH_2}\) ersetzt.
    • \(\pu \alpha\)-Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine.
    • Die einfachste Aminosäure ist Glycin mit der Halbstrukturformel \(\ce{H_2N-CH_2-COOH}\).
    • Die Aminosäuren sind Feststoffe.

     

  • Herstellung von Carbonsäuren

    • Carbonsäuren können durch Oxidation von Alkoholen bzw. Aldehyden hergestellt werden.
    • Daneben lassen sie sich durch die Hydrolyse (Verseifung) von Estern gewinnen.
    • Außerdem entstehen einige Carbonsäuren auch in biochemischen Prozessen.
  • Salzbildungsreaktionen der Carbonsäuren

    Carbonsäuren können, genau wie die anorganischen Säuren, auf unterschiedlichen Wegen Salze bilden:

    • durch Neutralisationsreaktionen mit alkalischen Lösungen,
    • durch die Reaktion mit unedlen Metallen und Metalloxiden,
    • durch sogenannte Verdrängungsreaktionen mit anderen Salzen schwächerer Säuren.
  • Reaktionen der Carbonsäuren: Veresterung

    • Carbonsäuren reagieren mit Alkohlen zu Estern.
    • Bei der Reaktion wird ein Wasser-Molekül abgespalten.
    • Die funktionelle Gruppe der Stoffklasse nennst du Ester-Gruppe, diese hat die Formel \(\ce {-COOR}\).
    • Verschiedene Kombinationen von Carbonsäuren und Alkoholen erzeugen verschiedene Ester mit unterschiedlichen Gerüchen.

Versuche

Das Salz in der Suppe der Chemie sind die Versuche. Ob grundlegende Demonstrationsexperimente, die du aus dem Unterricht kennst oder pfiffige Heimexperimente zum eigenständigen Forschen – wir bieten dir eine abwechslungsreiche Auswahl zum selbstständigen Auswerten und Weiterdenken an. 

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Weblinks

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