Ida und Anton sind in den Ferien bei Oma Greta zu Besuch. Am Ende ihres Aufenthalts wollen sie sich bei ihrer Oma für die schönen Ferien bedanken und Oma Greta mit einem Grillabend samt Salat mit Dressing überraschen. Als Ida und Anton in Omas Küche stehen, finden sie nach einigem Suchen eine selbst beschriftete Glasflasche mit der Aufschrift "Speiseessig". Laut Rezept benötigen Sie für das Salat-Dressing Speiseessig mit einem Säuregehalt von w=5%. Aber hat Speisessig immer 5% Säuregehalt? Ida und Anton sind sich nicht sicher. Sie überlegen, wie sie herausfinden können, ob der Speiseessig den richtigen Säuregehalt für ihr Dressing hat. Schließlich möchten Sie, dass Oma Greta ein richtig leckeres Essen bekommt. Kannst du Ida und Anton helfen? Wie können Sie den Säuregehalt in Oma Gretas Speiseessig überprüfen?
Aufgabe:
Im Labor: Überlege dir, wie du den beiden helfen kannst, wenn du in einem Labor bist und Laborgeräte und -chemikalien zur Verfügung hast.
Im Alltag: Überlege dir, wie du Ida und Anton direkt in der Küche helfen könntest, wenn dir nur haushaltsübliche Gerätschaften und Alltagsstoffe (z.B. Lebensmittel oder Putzmittel) zur Verfügung stehen.
1. Experiment planen
Überlege, mit welcher chemischen Experimentiermethode du den Säuregehalt bestimmen kannst.
Schreibe auf, welche Materialien und Chemikalien du für dein Experiment benötigst.
Beschreibe, wie du das Experiment durchführen möchtest. Zeichne auch einen Versuchsaufbau dazu.
Führe das Experiment durch und notiere deine Beobachtungen.
Die quantitative chemische Methode, die du verwenden musst, um den Essigsäure-Gehalt im Speiseessig zu bestimmen, ist die Säure-Base-Titration.
Überlege dir, wie du eine Säure-Base-Titration im Labor durchführst und welchen Indikator du benötigst.
Für die besonders kreativen Köpfe eine Extra-Herausforderung:
Überlege dir, wie Ida und Anton die Titration mit Materialien, Lebensmitteln, Putzmitteln usw., die normalerweise zuhause zu finden sind, durchführen können, ohne eine "richtigs" Laborausrüstung zur Verfügung zu haben.
2. Beobachtung durchführen
Führe dein geplantes Experiment durch. Notiere deine Beobachtungen genau!
Sicherheitshinweis:
Denke vor allem bei der Durchführung mit Haushaltsmaterialien daran, dass Materialien und Stoffe, die du für dein Experiment genutzt hast, nicht (mehr) zum Verzehr geeignet sind!!
Zur Beobachtung gehören neben Veränderungen, die du mit deinen Sinnen wahrnehmen kannst (z.B. Geruch, Farbe), beispielsweise auch Messwerte!
3. Versuchsvideos
Falls du keine Möglichkeit hast, das geplante Experiment selbst durchzuführen, kannst du dir hier beide Varianten (im Labor und mit Haushaltsmitteln) im Video anschauen.
Abb. 1 Veruchsvideo Essigsäuregehalt in Speiseessig im Labor bestimmen
Abb. 2 Versuchsvideo Essigsäuregehalt in Speiseessig im Alltag bestimmen
4. Ergebnisse auswerten
Werte deine Beobachtungen aus. Erkläre, welche Reaktionen chemisch stattgefunden haben. Versuche auch, Reaktionsgleichungen aufzustellen. Berechne aus deinen Werten den Gehalt an Essigsäure (in %) in dem Speiseessig.
Tipp: Die Dichte von Essigsäure beträgt ca. \(\pu{1,007 \frac{g}{ml}}\).
Es findet eine Neutralisationsreaktion statt. Bei Neutralisationsreaktionen entsteht immer ein Salz und meistens Wasser. Welches Salz könnte hier entstehen?
Aus deinen Messwerten und gegebenen Werten kannst du im ersten Schritt die Stoffmenge der Säure bestimmen. Überlege dir, welche Formel du dafür verwenden kannst.
Die Formel zur Berechnung der Stoffmenge lautet \(\pu{n = c * V}\). Setze deine gegebenen Werte für die Konzentration und dein im Experiment gemessenes Volumen ein.
Als nächstes kannst du die Masse der Essigsäure berechnen. Überlege dir, welche Formel du dafür verwenden musst.
Für die Berechnung der Masse benötigst du die Formel \(\pu{m = M * n}\). Die molare Masse \(\pu{M}\) der Essigsäure kannst du mit Hilfe des Periodensystems berechnen.
Nun berechnest du die Massenkonzentration der Essigsäure.
Die Dichte von Speiseessig beträgt \(\pu{1,007 \frac{g}{ml}}\).
So solltest du die Versuchsdurchführung gestalten:
Gib \(\pu{25 ml}\) von Oma Gretas Speiseessig in ein Becherglas.
Füge 3-4 Tropfen Phenolphthalein-Lösung als Indikator hinzu.
Befülle die Bürette mit Natriumhydroxid-Lösung \(\pu{c = 1 \frac{mol}{L}}\).
Stelle nun ein unbenutzes Becherglas unter die Bürette und lasse einige Tropfen aus der Bürette heraustropfen, damit auch der Hahn der Bürette vollständig mit der Natriumhydroxid-Lösung gefüllt ist.
Stelle anschließend das Becherglas mit dem Speiseessig unter die Bürette.
Titriere nun den Speiseessig mit der Natriumhydroxid-Lösung bis du einen Farbumschlag sehen kannst (Abb. 3). Denke daran, das Becherglas zwischendrin immer wieder zu schwenken.
Notiere dir, wie viel Natriumhydroxid-Lösung du bis zum Farbumschlag hinzufügen musstest.
Säure-Base-Titration von Speiseessig mit Haushaltsmaterialien in der Küche
Dieses Material benötigst du für dein Experiment:
Einmalspritze mit Skalierung oder sehr kleiner Messbecher
2 leere (Marmeladen-)Gläser
Diese Chemikalien benötigst du:
Speiseessig
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung;
Hanne Rautenstrauch \ made with chemix.org
Abb. 4 Versuchsaufbau zur Bestimmung des Essigsäure-Gehalts in Speiseessig mit Haushaltsmaterialien
Rohrreiniger-Granulat (z.B. von "Denk mit")
Rotkohlsaft als Indikator
Wasser
So solltest du die Versuchsdurchführung gestalten:
Gib \(\pu{25 ml}\) von Oma Gretas Speiseessig in ein leeres (Marmeladen-)Glas.
Füge so viel Rotkohlsaft als Indikator hinzu bis eine intensive Färbung zu sehen ist.
Nun löst du in einem weiteren leeren (Marmeladen-)Glas \(\pu{6 g}\) des Rohrreiniger-Granulats in \(\pu{50 ml}\) Wasser. Auf diese Weise stellst du eine Natriumhydroxid-Lösung mit einer Konzentration von \(\pu{c = 1 \frac{mol}{L}}\) her.
Hinweis: Diese Mengenangabe zur Herstellung einer 1-molaren Natriumhydroxid-Lösung aus Rohrreiniger bezieht sich auf das Rohrreiniger-Granulat der Marke "Denk mit". So ein Granulat besteht in der Regel aus Natriumhydroxid und weiteren Hilfsstoffen in unterschiedlcihen Mengenverhältnissen. Wird ein anderes Rohrreiniger-Granulat zum Herstellen der Lösung verwendet, könnte die benötigte Menge daher abweichen.
Titriere nun den Speiseessig mit der Natriumhydroxid-Lösung (also der Rohrreiniger-Lösung) bis der Rotkohlsaft einen Farbumschlag nach dunkelgrün zeigt. Füge dazu mit Hilfe der Einmalspritze jeweils kleine definierte Mengen Natriumhydroxid-Lösung zu deiner Speiseessig-Probe hinzu (Abb. 4). Denke daran, das Glas zwischendrin immer wieder zu schwenken.
Notiere dir, wie viel Natriumhydroxid-Lösung du hinzufügen musstest, bis der Rotkohlsaft eine grüne Farbe annimmt.
Beobachtung
Nach der Zugabe von ca. \(\pu{21 ml}\) Natriumhydroxid-Lösung kannst du einen Farbumschlag sehen. Bei der Durchführung im Labor siehst du einen Farbumschlag nach pink. Bei der Durchführung mit Alltagsmaterialien und -chemikalien siehst du einen Farbumschlag von rot über violett über blau zu dunkelgrün.
Ergebnis
Die Reaktion
Essigsäure-Moleküle und Natriumhydroxid-Moleküle reagieren in einer Neutralisationsreaktion miteinander. Es entsehen Acetat-Ionen, Natrium-Ionen und Wasser-Moleküle.
Der Farbumschlag nach pink (bzw. grün) wird sichtbar, wenn alle Essigsäure-Moleküle der Speiseessig-Probe mit Natriumhydroxid-Molekülen reagiert haben. An diesem Punkt ist die Stoffmenge der zugegebenen Natriumhydroxid-Lösung, die eine dir bekannte Konzentratation von \(\pu{c = 1 \frac{mol}{L}}\) aufweist, genauso groß, wie die Stoffmenge der im Speiseessig enthaltenen Essigsäure. Mit Hilfe deines Verbrauches an Natriumhydroxid-Lösung kannst du also die Stoffmenge des Speiseessigs berechnen.
\(\pu{V_{NaOH} = 21 ml = 0,021 L}\)
\(\pu{c = 1 \frac{mol}{L}}\)
Berechnung der Stoffmenge
\(\pu{n = c * V}\)
\(\pu{n = 0,021 L* 1 \frac{mol}{L}}\)
\(\pu{n = 0,021 mol}\)
Schlussfolgerung: In \(\pu{25 ml}\) Speiseessig sind \(\pu{0,021 mol}\) Essigsäure enthalten. Wenn du dieses auf einen Liter hochrechnest, ergibt das einen Gehalt von \(\pu{0,84 mol}\) Essigsäure in einem Liter Speiseessig. Ida und Anton benötigen den Essigsäure-Gehalt jedoch nicht in mol, sondern in %.
Massenberechnung
Als nächstes kannst du nun mit Hilfe der molaren Masse von Essigsäure \(\pu{(M = 60,0526 \frac{g}{mol})}\) die Masse der Essigsäure berechnen.
Die Massenkonzentration beträgt \(\pu{w = 5 \%}\). Der Speiseessig von Oma Greta hat also die richtige Konzentration für das Salat-Dressing von \(\pu{w = 5 \%}\).
.jpg){kind=link}