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Versuche

Nachweis von Citrat

Zielsetzung

Mit diesem Versuch lernst du eine Möglichkeit kennen, um Citrat nachzuweisen.

Hinweise zum Experiment

Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im LaborDie Durchführung des Experiments erfordert eine Gefährdungsbeurteilung durch die Lehrkraft.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 1 Versuchsmaterial für den Citratnachweis

Material

  • Becherglas (\(\ce{50\,ml}\)) (Abb. 1)
  • Heizplatte
  • Pipette
  • Messpipette
  • Indikatorpapier

Chemikalien

  • Calciumchlorid
  • Ammoniak-Lösung \(\ce{(ω\,=\,10\%)}\)
  • Citronensäure
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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Ammoniak, wässrige Lösung \(\ce {NH4OH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P261: Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271: Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen oder duschen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Calciumchlorid \( \ce {CaCl2} \)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H319: Verursacht schwere Augenreizung.
P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Citronensäure \(\ce {C6H8O7} \)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H319: Verursacht schwere Augenreizung. H335: Kann die Atemwege reizen.
P264: Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P280: Augenschutz/Gesichtsschutz tragen P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P337+P313: Bei anhaltender Augenreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.
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Ammoniak, wässrige Lösung
\(\ce {NH4OH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P261: Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271: Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen oder duschen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Calciumchlorid
\( \ce {CaCl2} \)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H319: Verursacht schwere Augenreizung.
P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Citronensäure
\(\ce {C6H8O7} \)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H319: Verursacht schwere Augenreizung. H335: Kann die Atemwege reizen.
P264: Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P280: Augenschutz/Gesichtsschutz tragen P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P337+P313: Bei anhaltender Augenreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

Produkte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Tricalciumcitrat \(\ce{C_12H_10Ca_3O_14}\)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
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Tricalciumcitrat
\(\ce{C_12H_10Ca_3O_14}\)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.

Sicherheitshinweis

Führe das Experiment unter einem Abzug durch.

Versuchsvorbereitung

Vor der Durchführung des Experiments musst du zwei Lösungen ansetzen:

  1. eine Citronensäure-Lösung und
  2. eine Calciumchlorid-Lösung \(\ce{(ω\,=\,10\%)}\).

Zur Herstellung der Citronensäure-Lösung löst du einen Spatel Citronensäure in etwas Wasser \(\ce{(20-50ml)}\).

Zur Herstellung der Calciumchlorid-Lösung löst du \(\ce{1\,g}\) Calciumchlorid in \(\ce{10 ml}\) Wasser.

Versuchsaufbau/Durchführung

  1. Gib \(\ce{10\,ml}\) Citronensäure-Lösung in das Becherglas.
  2. Füge nun mit der Pipette tropfenweise Ammoniak hinzu bis die Lösung schwach alkalisch ist \(\ce{(pH=8-9)}\). Teste dazu zwischendrin mit dem Indikatorpapier den pH-Wert deiner Lösung. Wenn das Indikatorpapier grün/blau anzeigt, beendest du die Zugabe von Ammoniak (Abb. 2.1).
  3. Nun gibst du \(\ce{5\,ml}\) der Calciumchlorid-Lösung \(\ce{(ω\,=\,10\%)}\) in das Becherglas hinzu (Abb. 2.2).
  4. Erhitze anschließend das Becherglas auf der Heizplatte unter ständigem Rühren vorsichtig bis zum Sieden (Abb. 2.3). 

Hinweise und Tipps

Du kannst mit diesem Experiment auch Stoffe aus deinem Alltag untersuchen und zum Beispiel eine Brausetablette oder Badekugel in Wasser geben und das Experiment anstelle der Citronensäure mit \(\ce{10\,ml}\) dieser Lösung durchführen.

Aufgabe

Führe das Experiment durch und notiere deine Beobachtung.

Lösung

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 4 Reaktionsprodukt des Citratnachweises

Beobachtung

Nach dem Erhitzen bildet sich ein weißer Feststoff, der am Boden des Becherglases ausfällt (Abb. 3, 4).

Ergebnis

Durch die Zugabe der basischen Lösung Ammoniak findet eine Säure-Base-Reaktion statt. Die Ammoniak-Moleküle reagieren als Base. Die Citronensäure-Moleküle reagieren als Säure. Bei der Reaktion findet eine vollständige Deprotonierung der Citronensäure statt. Es bildet sich ein Citrat-Ion. In Abb. 5 sind die einzelnen Protolyse-Schritte dargestellt. Da du einen Überschuss an Ammoniak-Lösung hinzugibst, stellst du auf diese Weise ein alkalisches Milieu ein.

Die Reaktionsgleichung lautet:

Citronensäure und Ammoniak reagieren zu einem Citrat-Ion und Ammonium-Ion.

\(\ce{C_6H_8O_7 + 3 NH_3 -> C_6H_5O_7^3- + 3 NH_4^+}\)

Anschließend gibst du die Calciumchlorid-Lösung hinzu. Dadurch entsteht bei Zimmertemperatur zunächst ein wasserlöslicher Komplex: 

Ein Calcium-Ion und Citrat-Ionen reagieren zu Calciumcitrat.

Calciumcitrat und Calcium-Ionen reagieren zu Tricalciumcitrat.

\(\ce{Ca^2+ + 2 C_6H_5O_7^3- <--> [Ca(C_6H_5O_7)_2]^4-}\)

Durch das Erhitzen bildet sich anschließend mit überschüssigen Calcium-Ionen das schwer lösliche Salz Tricalciumcitrat \(\ce{(Ca_3(C_6H_5O_7)_2)}\). Dieses kannst du sehen, denn es fällt als weißer Feststoff aus. 
 
\(\ce{[Ca(C_6H_5O_7)_2]^4- + 2 Ca^2+ <--> Ca_3(C_6H_5O_7)_2 v}\)

 

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Nadine Boele
Abb. 5 Deprotonierungsschritte von der Citronensäure zum Citrat