Experiment - Die Herstellung von Seife

Auftrag: Führen Sie das Experiment im Unterricht durch.

1. Lesen Sie die Durchführung und führen Sie das Experiment dementsprechend durch.
2. Das Experimentieren wird mit bewertet:
• Sauberkeit
• Sparsamkeit
• Sicherheit
• Organisation in der Gruppe
3. Schreiben Sie ein ausführliches Protokoll! Jedes Gruppenmitglied schreibt ein eigenes Protokoll in eigenen Worten!
4. Die Auswertung erläutert die Beobachtung!
5. Der Schritt des Reifens kann aus Zeitgründen nicht in ihren Beobachtungen beschrieben werden. Er sollte aber in der Auswertung ausgeführt werden.
6. Nutzen Sie geeignete Reaktionsgleichungen für Ihre Auswertung!
7. Beantworten Sie die folgenden Fragen als Teil der Auswertung:
• Erklären Sie auch, warum die Seife nicht sofort zum Einsatz kommen kann.
• Früher hatte man nicht immer ein Labor zur Verfügung. Erläutern Sie mit Hilfe von Reaktionsgleichungen wie Sie Laugen gewinnen können. Nehmen Sie \[ Ca(OH)_2 \] als Beispiel.

Es werden 10 g Kokosfett und 5 ml destilliertes Wasser langsam in einem Becherglas erhitzt. Nach und nach werden unter Rühren 10 ml Natronlauge hinzugegeben. Man lässt die Mischung 20 Minuten unter ständigem Umrühren auf kleiner Flamme kochen , wobei verdampftes Wasser durch dest. Wasser ersetzt wird. Anschließend wird der Inhalt des Becherglases in ein Gefäß mit konzentrierter Kochsalzlösung gegossen. Die entstehende Seife sammelt sich auf der Oberfläche der Flüssigkeit. Sie wird mit einem Löffelspatel abgeschöpft und in eine Form gepresst. Dort bleibt die Seife einige Zeit zum Reifen.

Lösemittel zum Säubern

Auftrag: Vergleichen Sie Wasser und Waschbenzin! Nutzen Sie dazu die folgenden Kriterien in dieser Reihenfolge.

1. Struktur
2. Kräfte
3. Eigenschaften

Beziehen Sie sich bei den Eigenschaft auf die Löslichkeit in polaren und unpolaren Lösungsmitteln. Nutzen Sie Oktan als Beispiel für Waschbenzin. Sie können den Vergleich auch tabellarisch durchführen.

Die Waschwirkung von Seife

Auftrag: Erklären Sie mit Hilfe des Experiments die Waschwirkung von Seife!

• Protokollieren Sie stichpunktartig.
• Erläutern Sie in Ihrer Auswertung die Waschwirkung der Seife.

Füllen Sie ein Reagenzglas mit ca. 3ml Wasser und 0,5ml Olivenöl. Schütteln Sie das Reagenzglas vorsichtig. Bestimmen Sie die ungefähre Zeitspanne bis zur Entmischung. Wiederholen Sie den Versuch mit einer Seifenlösung anstatt reinem Wasser.

Vorüberlegungen

An diesen Stellen sollen Sie Ihr Wissen auffrischen!

• In der homologen Reihe der Alkane (Methan, Ethan, Propan ... ) steigt die Siede- und Schmelztemperatur. Erläutern Sie – auch mit Hilfe des Struktur-Kräfte-Eigenschaften-Konzepts – diesen Sachverhalt!
• Wasser und Öl vermischen sich nicht. Erläutern Sie – auch mit Hilfe des Struktur-Kräfte-Eigenschaften-Konzepts – diesen Sachverhalt!
• Hexanol vermischt sich mit Wasser aber nicht mit Benzin. Erläutern Sie – auch mit Hilfe des Struktur-Kräfte-Eigenschaften-Konzepts – diesen Sachverhalt!

Struktur der Fette und Öle

Auftrag: Erläutern Sie allgemein den Aufbau der Fett/Öl-Moleküle. Nennen Sie die Stoffgruppe und zeichnen Sie die entsprechende funktionelle Gruppe!

Die Eigenschaften der Fette und Öle

Auftrag: Erläutern Sie die unterschiedlichen Eigenschaften von Fetten und Ölen in Bezug auf ihren Siedepunkt (oder: Warum ist Öl bei RT flüssig und Butter fest?)!

• Nutzen Sie die gegebene Literatur und die Modellbaukästen.
• Vergleichen Sie Fette und Öle in Bezug auf die enthaltenen Fettsäuren.
• Zeichnen Sie die vereinfachte LEWIS-Formel von einigen Fettsäuren, die in Ölen oder/und Fetten vorkommen.
• Erklären Sie den Einfluss der Doppelbindung auf die Flexibilität der Moleküle.
• Erläutern Sie, wie sich das auf die Anordung der Moleküle und den Einfluss der van-der-Waals Kräfte auswirkt.

Nachweis der Doppelbindungen in Fetten und Ölen

Auftrag: Weisen Sie experimentell die Doppelbindungen in Fetten und Ölen nach!

1. Lesen Sie die Durchführung und führen Sie das Experiment durch!
2. Fertigen Sie ein einfaches Protokoll an!
3. Erläutern Sie in Ihrer Auswertung die chemischen Hintergründe der Beobachtungen mit Hilfe einer Reaktionsgleichung. Nutzen Sie dabei vereinfachte Strukturformeln!
4. Recherchieren und erklären Sie, warum ungesättigte Fettsäuren wichtig für die Ernährung sein sollen!

Verdünnen Sie die Betaisodona-Lösung noch einmal im Verhältnis 1:2. Danach werden in zwei Reagenzgläsern die gleichen Mengen (sparsam arbeiten) von Öl und Palmin gegeben. Das Reagenzglas mit Palmin wird in ein Wasserbad mit kochendem Wasser gestellt, damit sich das Fett verflüssigt. Nun wird zu beiden Fettproben tropfenweise die verdünnte Iod-Lösung zugegeben. Nach jeder Zugabe werden die Reagenzgläser verschlossen und kräftig geschüttelt.
(Quelle: CHIDS)

Die Fetthärtung

Auftrag: Erläutern Sie den Prozess der Fetthärtung

1. Erläutern Sie anhand einer geeigneten Fettsäure den Prozess der Hydrierung!
2. Erklären Sie warum die Hydrierung zur Fetthärtung führt! Erklären Sie, wie sich die chemische Zusammensetzung von Olivenöl ändern sollte, damit es ein festeres Streichfett ergibt.

Unter Hydrierung versteht man in der Chemie die Addition von Wasserstoff an andere chemische Elemente oder Verbindungen. In der organischen Chemie werden sehr oft Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen hydriert und dabei in Einfachbindungen umgewandelt. Hydrierungen haben eine große industrielle Bedeutung wie z.B. bei der katalytischen Hydrierung von Fettsäuren (Fetthärtung) bei der Herstellung von Margarine. Bild: Information by dDara from the Noun Project

Ranziges Fett

Auftrag: Erklären Sie die chemischen Hintergründe von ranzigem Fett.

• Lesen Sie den Text zu den chemischen Hintergründen, die zu ranzigem Fett führen.
• Erläutern Sie das Prinzip mit Hilfe einer Reaktionsgleichung. Kennzeichnen Sie dabei den Glycerinteil des Fettes als R_F. Nehmen Sie Buttersäure (Butansäure) als "Gegenstück".
• Wenn Buttersäure im Labor hergestellt wird, nutzt man Schwefelsäure als Katalysator. Nennen Sie die drei definierenden Eigenschaften eines Katalysators. Nennen Sie das biologische Gegenstück zur Schwefelsäure und erklären Sie dessen Funktionsweise.
• Die Herstellung von Buttersäure in der Schule ist ein umstrittendes Experiment. Bewerten Sie die Eignung des Experiments für den Unterricht.
• Buttersäure ist ein sehr übelriechender Stoff. Dabei stellt die Natur auch sehr gut riechende Stoffe her, die Sie über Ihre Nase wahrnehmen. Recherchieren und erläutern Sie, wie man Buttersäure in besserriechende Stoffe umwandeln kann.

Für die Entstehung von ranzigem Fett sind Licht, Sauerstoff, Feuchtigkeit sowie Mikroorganismen und Enzyme verantwortlich. Unter dem Einfluss dieser Faktoren werden die Fette zersetzt und es entstehen Abbauprodukte, die nicht nur schlecht riechen und schmecken, sondern die auch zum Teil gesundheitsschädlich sind. Wird die Bindung zwischen Glycerin und den Fettsäuren unter Anlagerung von Wasser gespalten, so spricht man von einer hydrolytischen Spaltung oder Lipolyse.
Die auf diesem Wege entstehenden Produkte sind in der Regel physiologisch unbedenklich, jedoch werden solche Fette als verdorben empfunden, da meist nieder- bis mittelkettige Fettsäuren entstehen, die einen unangenehmen Geruch und Geschmack aufweisen. Bereits 1 µg Caprylsäure und 10 µg Caprinsäure pro Gramm Fett reichen aus, um ein Fett ungenießbar zu machen (übrigens: 1 µg = 0,000001 g!). Längerkettige Fettsäuren sind dagegen sensorisch kaum feststellbar.
Eine hydrolytische Spaltung kann auch von Enzymen bewirkt werden, die aus pflanzlichem und tierischem Fettgewebe oder aus Mikroorganismen stammen. Man bezeichnet diese Enzyme als Lipasen. Nicht immer ist eine Lipolyse mit einem Fettverderb gleichzusetzen. Es gibt nämlich auch Lebensmittel, bei denen eine hydrolytische Spaltung mehr als erwünscht, also eigentlich unverzichtbar ist. Zu diesen Lebensmitteln gehört unter anderem der Käse, bei dessen Reifungsprozess die Entstehung von freien Fettsäuren Voraussetzung für eine gute Aromabildung ist. (Quelle: Prof.Blume)

Stöchiometrie

Bei der Herstellung von Stoffen achtet man auf effiziente und kostengünstige Prozesse. Es ist daher von Vorteil, dass man die Massen bei chemische Reaktionen so genau berechnen kann.

Am Ende dieses Kapitel sollen Sie ... :

• die chemischen Hintergründe des chemischen Rechnens erläutern können.
• Massen bei chemischen Reaktionen berechnen können.

Vorgehensweise:

• Besprechen Sie mit Ihrer Lehrkraft, wie man chemische Berechnungen durchführt.

135min

An diesen Stellen sollen Sie Ihr Wissen auffrischen!

• Laden Sie sich die Anleitung herunter.
• Erarbeiten Sie zusammen mit Ihrer Lehrkraft, wie man stöchiometrische Berechnungen durchführt.
• Üben Sie hier und hier.

Das chemische Rechnen

1. Auftrag: Berechnen Sie die Stoffmenge Magnesiumoxid, die in 20g Magnesiumoxid sind.

2. Auftrag: Berechnen Sie die Masse an KOH, die man bei der Verseifung benötigt, wenn man 1500g Glycerin herstellen will. Gehen Sie dabei von folgender Gleichung aus.

3. Auftrag: Berechnen Sie die Masse an Sauerstoff, die Sie benötigen, wenn 25kg Wasserstoff verbrennen.

Waschmittel und Tenside

Stellen Sie sich folgende Situation vor: ein WG-Mitbewohner hat - aus Mangel an Alternativen - die Wäsche mit Seife gewaschen. Als Chemiker hat er dann einfach behauptet, dass Seife und Waschmittel im Wesentlichen das Gleiche sind. Seine Mitbewohner:in ist anderer Meinung!!

Am Ende dieses Kapitel sollen Sie ... :

• die chemischen Hintergründe von Waschmittel erklären können.

Vorgehensweise:

• Erarbeiten Sie sich das Thema erst allein und vergleichen Sie dann mit anderen Lernenden.

90min

Duftstoffe

Seife an sich ist langweilig. Schon sei langem weiß man, dass Duftstoffe wichtig sind.

Am Ende dieses Kapitel sollen Sie ... :

• die chemischen Hintergründe von Duftstoffen erklären können.
• verschiedene Verfahren zur Herstellung und Extraktion von Duftstoffen und Aromen beschreiben und durchführen können.

Vorgehensweise:

• Erarbeiten Sie sich das Thema erst allein und vergleichen Sie dann mit anderen Lernenden.

90min

Duftstoffgewinnung

Auftrag: Erarbeiten Sie sich die Grundlagen der Duftstoffgewinnung.

• Nutzen Sie das Material hier von S.3-5
• Beschreiben Sie die Wirkung von Duftstoffen.
• Erklären Sie die Bedeutung Ätherischer Öle.
• Beschreiben Sie das Prinzip der Wasserdampfextraktion.

Ester

Auftrag: Erläutern Sie die Herstellung von Estern mit Hilfe des Experiments.

• Schreiben Sie ein ausführliches Protokoll.
• Beantworten Sie folgende Fragen für die Auswertung:
• Erläutern Sie die Bildung von Estern mit den gegebenen Chemikalien.
• Erläutern Sie die allgemeine Herstellung von Estern.
• Erklären Sie die Nomenklaturregeln für die Benennung von Estern.
• Erklären Sie die Rolle der Schwefelsäure.
• Kennzeichnen Sie die funktionelle Gruppe der Ester.
• Recherchieren Sie Beispiele aus dem Alltag in denen Ester verwendet werden.
• In einem Lehrbuch wird aus Buttersäure eine Ananasaroma hergstellt. Einige Chemielehrer:innen sehen dieses Experiment kritisch. Bewerten Sie die Nutzung von Buttersäure für ein Schulexperiment.

Geben Sie jeweils 1mL der Alkohole, die Sie vorliegen haben in beschriftete Reagenzgläser. Geben Sie nun jeweils 1mL der flüssigen Carbonsäuren, die Sie vorliegen haben dazu. Kombinieren Sie in Absprache mit der Lehrkraft. Fügen Sie, in Absprache mit der Lehrkraft, 1ml Schwefelsäure zu allen Reagenzgläsern hinzu. Erhitzen Sie die Reagenzgläser samt Inhalt im Wasserbad bei ca. 70°C für 15 Minuten.
Fächern Sie sich vorsichtig die Gerüche zu und notieren Sie sich das Ergebnis. Zur besseren Differenzierung kann man ein paar Tropfen auf Filterpapier geben und sich dieses zufächern, oder in einer größeren Menge Wasser lösen.

Ätherische Öle

Auftrag: Extrahieren Sie ätherische Öle.

• Beantworten Sie folgende Fragen als Vorüberlegung:
• Vermuten Sie welches Löslichkeitsverhalten Menthol und Citronellal haben. Begründen Sie Ihre Antwort mit Hilfe des Struktur-Kräfte-Eigenschaften-Konzepts.
• Erklären Sie die allgemeine Bedeutung von ätherischen Ölen.
• Erklären Sie den Begriff sekundäre Pflanzenstoffe.
• Recherchieren Sie Beispiele aus dem Alltag in denen ätherische Öle verwendet werden.
• Schreiben Sie ein einfaches Protokoll.
• Führen Sie beide Experimente durch.
• Beantworten Sie folgende Fragen als Teil der Auswertung:
• Erklären Sie den Begriff ätherische Öle.
• Erläutern Sie, warum Ethanol für die Inhaltsstoffe der ätherischen Öle als Lösemittel geeignet ist. Gehen Sie von Menthol und Citronellal aus.
• Erläutern Sie das Prinzip der Wasserdampfdestillation.
• Um ätherische Öle in Badeölen zu nutzen, soll man sie mit Emulgatoren mischen. Erklären Sie warum.

Wir zerkleinern mehrer Kräuterblätter mit einem Messer und geben sie mit dem gereinigten Sand in den Mörser. Jetzt gießen wir 40ml Ethanol hinzu und zerreiben einige Minuten die Blätter mit dem Pistill, bis die Flüssigkeit dunkelgrün geworden ist. Zum Schluss filtrieren wir die Flüssigkeit ab. (Quelle hier)

Du mischst in dem großen Reagenzglas 15 g sehr fein zerkleinerte Zitronenschalen (oder andere Pflanzenteile, nach Absprache mit Lehrkraft) und 10 ml Wasser. Das Reagenzglas wird mit dem durchbohrten Stopfen verschlossen und mit dem Brenner und kleiner Flamme vorsichtig erhitzt. Der entstehende Wasserdampf wird in einem Reagenzglas aufgefangen, welches in einem mit Eiswasser gefüllten Becherglas steht (siehe Abbildung). Nach etwa 5 min ist die Vorlage etwa zu einem Drittel gefüllt, wobei eine auf der Wasserphase schwimmende Ölschicht zu erkennen ist. (Quelle hier)