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Chemie - Versuchsprotokolle zum Thema: Seife

Seife

Versuch

Testen diverser Seifen auf deren pH – Werte

Material:        Flüssig Seife, Normale trocken Seife, Kernseife, pH - Papier (Universalindikator), Laborwasser zum Verdünnen, mehrere Bechergläser

2Durchführung:         Um den pH-Wert von Seife herauszufinden, muss man zunächst einmal mehrere Bechergläser mit Laborwasser füllen. Dann zerstampft man die harten Seifen und die flüssigen Seifen werden einfach in das jeweilige Becherglas gegeben. Als letztes wird nun ein Stück Universalindikatorpapier in die Lösung gehalten und man notiert die Färbung, die Ziffer und das dazugehörende Adjektiv beispielsweise „leicht sauer“ – orange.

Beobachtung:      

Seifenart

pH - Wert


Flüssig Seife

6, sehr leicht sauer, grün-gelb

Normale trocken Seife

9 – 10, blau, alkalisch

Kernseife

9, blau, alkalisch

 

Auswertung:                Hier der Grund warum Seifen alkalisch mit Wasser reagieren:
                              Diesen Vorgang nennt man Protolyse. Bei diesem Vorgang findet ein Ionen Austausch statt: Die negativ geladenen Kohlenstoffkettenenden nehmen dem Wasser ein Wasserstoffteilchen ab:

                              COO- + H2O --> COOH + OH-

Das dabei entstehende Hydroxid-Ion erzeugt den alkalischen Charakter der
Lösung.

Jedoch erscheint dann das Ergebnis der Flüssigseife fragwürdig. Dies ändert sich, wenn man sich vor Augen führt, dass die Kernseife und die normale trocken Seife aus keinem weiteren Glycerin und anderen Inhaltsstoffen außer den Salzen von Fetten bestehen. Die Flüssigseife hat hingegen den anderen Seifen mehr Inhaltsstoffe und auch eine ganz andere Wirkungsweise, die verhindert, dass die Haut nicht ausgetrocknet wird und dass der körpereigene Fettfilm erhalten bleibt.

Versuch 1

Seife entspannt Wasser

Material                Glassschale, Büroklammer, Pipette, Seife, Wasser.

Durchführung:        

  • Fülle die Glasschale mit Wasser.
  • Lege die Büroklammer auf die Wasseroberfläche.
  • Tauche ein Stück Seife in das Wasser.

Beobachtung:          Zunächst schwimmt die Büroklammer auf der Wasseroberfläche. Jedoch wenn Seife dem Wasser hinzugefügt wird, sinkt die Büroklammer zum Boden der Glasschale.

Auswertung:           Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Die Wasserstoffteilchen bilden Wasserstoffbrücken zu den Sauerstoffteilchen, sodass diese immer fest verknüpft sind auf Grund ihrer polaren Eigenschaften. Wenn nun Spülmittel hinzu gegeben wird, werden die Wasserstoffbrücken auseinander gerissen und die Oberflächenspannung ist dahin. Dieser Vorgang basiert auf zwei der wichtigsten Eigenschaften von Seife: Seife besteht im Grunde aus Kohlenstoffketten, die an einem Ende lipophil („fettliebend“) und am anderen Ende hydrophil („wasserliebend“) sind. Das hydrophobe Ende der Ketten stößt sich vom Wasser ab, zerstört dabei die dipolaren Bindungen zwischen den Wasserstoffmolekülen und dringt an die Oberfläche des Wassers. Dort angekommen ist die Oberflächenspannung des Wassers nahe null, da die für die Oberflächenspannung wichtigen Bindungen zwischen den Wassermolekülen durch die hydrophoben bzw. lipophilen Enden der Kohlenstoffketten beeinträchtig wurden.

Versuch 2

Seife contra Bärlauchspuren

Material:                 Glasschale, Wasser, Bärlauchspuren, Spülmittel.

Durchführung:        

  • Fülle die Glasschale mit Wasser.
  • Streue Bärlauchspuren auf die Wasseroberfläche.
  • Gib einen Tropfen Spülmittel mitten in die Bärlauchspuren.

Beobachtung:          Zunächst schwimmt das Bärlauchspurenhäufchen auf der Wasseroberfläche. Doch wenn das Spülmittel auf den Haufen trifft, bewegt sich dieser zu einem Punkt in der Glasschale, wo noch kein Spülmittel hingelangt ist. Kurze Zeit später sinken die Bärlauchspuren zu Boden.

Auswertung:           Die Wassermoleküle bilden an der Grenzschicht zur Luft, also an der Wasseroberfläche eine Art Polster: Aufgrund der dipolaren Eigenschaften des Wassers, ziehen sich die Wassermoleküle gegenseitig an und so kann eine Spannung an der Oberfläche aufgebaut werden.
                              Diese Spannung aber wird durch die Kohlenstoffketten der Seife durchstochen und herabgesetzt. Dieser Vorgang schiebt dann die Bärlauchspuren vor sich her, bis das gesamte Wasser mit Spülmittel versetzt ist und somit die Spannung auf der kompletten Oberfläche herabgesetzt wird. Wenn die gesamte Oberfläche mit Spülmittel versetzt ist, sinken die Bärlauchspuren zu Boden, da die herabgesetzte Spannung keinen Halt mehr gewährt.

Versuch 3

Wasser macht nicht immer nass

Material:                 Kerze, zwei Teller, Streichhölzer, Spülmittel, Wasser.

Durchführung:        

  • Halte zwei Teller nacheinander so über die Kerze, dass sich Ruß absetzt.
  • Lasse Wasser über den Einen, Spülmittellösung über den anderen Teller laufen.

Beobachtung:          Der Ruß löst sich nicht wenn lediglich klares Wasser über ihn läuft.
Bei dem Teller, der mit Spülmittellösung abgewaschen wird, löst sich der Ruß und wird abgetragen.

Auswertung          Ruß ist hydrophob (vom Griechischen, bedeutet: „wassermeidend“). Also kann das Wasser, das ohne Spülmittel über den Ruß läuft letzteren kaum benetzen und somit auch nur gering abtragen.
                              Anders die Spülmittellösung: Diese durchdringt die Hydrophobie des Rußes und umklammert die Russteilchen mit seinen Mizellenkolonien.
4                              Seifen bestehen grundsätzlich aus Salzen von Fetten. Dies sind meist Natrium- und Kalziumsalze. Diese bilden, wenn sie auf Wasser treffen, so genannte Mizellen. Mizellen sind Kolonien von Kohlenstoffketten, die auf der einen Seite polar und am anderen Ende nicht polar sind.
                              Da solche Mizellen bzw. die enthaltenen Kohlenstoffketten sich sehr leicht mit Fett verbinden und dieses regelrecht in ihren Mittelpunkt einschließen, lösen sie auch ohne weitere Probleme den Ruß und das Wasser in der Spülmittellösung trägt dann die nun eingebundenen Fetttröpfchen, die mit dem Wasser eine Emulsion eingegangen haben, ab. Diese Emulsion nennt man Öl in Wasser Emulsion.

Versuch 4

Seifenantrieb

Material:                 Streichholz, Glasschale mit großem Durchmesser, Kernseife, Wasser.

Durchführung       

  • Spalte das Streichholz bis zur Mitte.
  • Stecke nun in den entstandenen Spalt ein kleines Stück Kernseife.
  • Setzte das Streichholzboot auf die Wasseroberfläche.

Beobachtung         Das Streichholzboot beginnt sich wie von Geisterhand zu bewegen und fährt ganz alleine auf dem Wasser in der Glasschale umher.

Auswertung:           Die Wassermoleküle bilden eine feste Oberfläche, auf der das Streichholz schwimmt. Doch wegen der Kernseife wird die feste Oberfläche des Wassers durchlöchert und verliert an Spannung, sodass das Streichholzboot dorthin flüchtet, wo es noch genügend tragende Oberflächenspannung gibt. Da die Seife an dem „Boot“ befestigt ist, läuft dieser Vorgang ständig ab und das „Boot“ fährt.

Versuch 5

Öl wird fein verteilt

Material:                 Reagenzgläser, Wasser, Speiseöl, Allzweckreiniger.

Durchführung:        

  • Fülle ein Reagenzglas zu einem Drittel mit Wasser und gieße wenig Speiseöl hinzu.
  • Lasse das Glas eine Weile stehen und beobachte die Trennfläche.
  • Verschließe das Reagenzglas und schüttle es kräftig durch. Beobachte einige Minuten lang.
  • Wiederhole den Versuch mit Wasser, dem Allzweckreiniger zugesetzt wurde.

Beobachtung:         

    • Zunächst die Beobachtungen zum Versuch mit Wasser und Speiseöl:

Zuerst sieht man, dass das Speiseöl auf dem Wasser schwimmt und es sich somit eine klare Trennschicht bildet.
Nach dem Schütteln sieht man, wie kleine Fetttröpfchen im Wasser schweben und sich nach und nach zu einer Schicht zusammenfinden, sodass das Schüttelergebnis genauso aussieht wie ohne Schütteln: Zwei Schichten: Oben Öl, unten Wasser.

    • Jetzt die Beobachtungen zum Versuch mit Wasser, in dem Allzweckreiniger enthalten ist, und Speiseöl:

Das Speiseöl hält sich auf dem Wasser und es sind zwei Schichten zu erkennen.
Nach dem Schütteln erkennt man nur noch eine Schicht und das Gemisch ist trüb wie Milch und beinhaltet herum schwimmende Fetttröpfchen.

Auswertung          Wasser hat eine Dichte von 1. Speisöl hingegen hat eine ungefähre Dichte von 0,91. Dies führt dazu, dass das Speiseöl auf der Oberfläche des Wassers schwimmt, da die Oberfläche von Wasser keinerlei Durchschlupflöcher zulässt.
                              Wenn jedoch der Allzweckreiniger dem Wasserhinzugefügt wird, ändert sich die Oberfläche des Wassers, sodass Speiseöl und Wasser eine Öl in Wasser Emulsion eingehen. Weitere Beispiele für Ö/W Emulsionen sind Milch und Body Lotions.
Es gibt auch den Gegensatz zu einer Ö/W Emulsion, nämlich die Wasser in Öl Emulsion. Hier ist der Anteil an Öl größer als der des Wassers. Beispiele für W/Ö Emulsionen sind Hautcremes und Butter.

Versuch 6

Aktivkohle wird filtriert

Material:                 Trichter, Filtrierpapier, Reagenzgläser, Aktivkohle, Spülmittel.

Durchführung:

  • Fülle ein Reagenzglas zur Hälfte mit Wasser und gib eine Spatelspitze Aktivkohle hinzu.
  • Schüttle das Reagenzglas und filtriere die Flüssigkeit durch einen Papierfilter.
  • Wiederhole den Versuch mit Wasser, dem ein Tropfen Spülmittel zugesetzt ist.

Beobachtung:          Wenn man dem Wasser die schwarze Aktivkohle zusetzt und kräftig schüttelt, erkennt man, dass sich die Suspension färbt. Nachdem die jetzt dunkle Suspension filtriert wird, stellt man ein klares Filtrat fest. Die mit dem Wasser vermengte Aktivkohle bleibt im Filterpapier zurück.
                              Anders als bei dem Versuch, bei dem lediglich reines Wasser verwendet wurde, bleibt die Aktivkohle beim Versuch, bei dem dem Wasser noch Spülmittel zugesetzt wurde, nicht im Filter hängen. Das Filtrat ist dunkel und trüb.

Auswertung:           Die Erklärung dieses Versuchs liegt in den Eigenschaften der Aktivkohle verborgen. So muss man Licht ins Dunkle bringen, indem man sich letztere genauer betrachtet: Aktivkohle besteht aus über 90% Kohlenstoff und liegt als Feststoff vor. Im Alltag der Zivilisation wird Aktivkohle als Filter eingesetzt beispielsweise in häuslichen Wasserfiltergeräten. Die besondere Eigenschaft der Aktivkohle als Filter fungieren zu können, geht aus der riesig großen inneren Oberfläche hervor. Das Innenleben des schwarzen Feststoffs sieht aus wie ein Schweizer Käse und genau dieses Aussehen erwirkt die riesig große Innenfläche. Um das Ausmaß dieses Innenlebens sich besser vorstellen zu können, ist hier ein kleines Rechenbeispiel: Wenn man 2gramm Aktivkohle vorliegen hat, so kann man die Größe der inneren Oberfläche mit der Fläche eines Fußballfeldes (≈ 4050 m²) vergleichen. Diese enorme Oberflächengröße zieht eine geniale Eigenschaft nach sich, nämlich die der Adsorption.
                              Eine weitere Eigenschaft der Aktivkohle ist die Hydrophilie. So kann das Wasser beim Filtervorgang ohne weiteres durch die Kohle laufen und lediglich die Schmutzpartikel bleiben in der Kohle zurück.
                              Also kann man in den obigen Versuchen nicht von einer Aktivkohle-Wasser Lösung sprechen, sondern muss korrekter Weise den Begriff der Suspension verwenden.
                              Durch die Hydrophilie der Aktivkohle bleibt diese im ersten Versuch „als Schmutzpartikel im Wasser“ im Filterpapier hängen.
                              Anders im zweiten Versuch: Hier sickert die Aktivkohle ungehindert durch das Filterpapier. Dies geht aus der Beigabe von Seife hervor. Seife besteht -wie oben oftmals beschrieben- aus Kohlenstoffketten mit zwei verschiedenen Enden: Das Eine ist hydrophob bzw. lipophil und das andere ist hydrophil bzw. lipophob. Das lipophile Ende der Kohlenstoffketten klammert sich an die Aktivkohle und transportiert sie mit durch den Filter. Daraus resultiert das schwarz/trübe Filtrat.
                             

Versuch 7

Eigenschaften von Seifenlösungen

Material:                 Reagenzgläser, Spatel, Spannungsquelle, Leitfähigkeitsprüfer, Stopfen, Spiritus, Benzin, Seifenspäne.

Durchführung:        

  • Versetze im Reagenzglas jeweils einige kleine Seifenspäne mit Wasser, Spiritus oder Benzin.
  • Verschließe das Reagenzglas mit dem Stopfen und schüttle dieses.
  • Untersuche die Lösungen auf ihre elektrische Leitfähigkeit.

Beobachtung:

                              Stoff

Spannung

Stromstärke

Leitungswasser + Seife

8V

8mA

Spiritus + Seife

8V

5mA

Benzin + Seife

8V

0mA

Leitungswasser

8V

7mA

Auswertung:           Zunächst einmal stellt sich die Frage, warum bestimmte Stoffe überhaupt Strom leiten. Diese Leitfähigkeit von Stoffen rührt von der Anzahl an Ladungsträgern im Stoff her. Diese Ladungsträger können in Form von Ionen oder locker gebundenen Elektronen vorhanden sein.
                              Im Leitungswasser sind Mineralien enthalten, also positiv und negativ geladene Ionen. --> leitet Strom.
                              Wenn jedoch Seife hinzukommt wird dieser Effekt noch verstärkt, da beim Lösen von Seife in Wasser so genannte „Hydroxid“-Ionen entstehen, die weiteren Strom leiten können. (OH- - Ionen = Hydroxid-Ionen).
                             
                              R-COONa + H2O --> R-COOH + Na+ + OH-
                             
                              Benzin besteht größtenteils aus mehrwertigen Alkohol. Da Alkohole keinerlei freie Ladungsteilchen haben, fließt kein Strom. Auch mit der Beigabe von Seife wird daran nichts geändert, da der Anteil von Wasser im Benzin zu gering ist, um eine alkalische Lösung mithilfe der Seife bilden zu können.
                              Dieser Effekt müsste beim Spiritus laut der obigen Erklärung auch auftreten, doch es wurde eine Leitfähigkeit festgestellt. Ohne Seife würde der Spiritus nicht Leiten, doch mit der Beigabe von Seife entsteht eine alkalische Lösung mit OH- Ionen, die Strom leiten. In Spiritus ist ein geringer Anteil von Wasser enthalten, der dann mit der Seife zu einer alkalischen Lösung reagieren kann.

                             

Versuch 8

Nachteile von Seifen

Material:                 Reagenzgläser, Stopfen, Seife, Universalindikatorpapier, destilliertes Wasser, Leitungswasser, Kalkwasser, Essigsäure.

Durchführung:

  • Bestimme den pH-Wert von Seifenlösungen
  • Gib im Reagenzglas zu destilliertem Wasser, Leitungswasser, Kalkwasser oder Essigsäure jeweils gleiche Mengen Seifenlösung.
  • Schüttle die Reagenzgläser und beobachte die Schaumbildung.

Beobachtung:          Die Färbung des Universalindikators beim Eintauchen in Seifenlauge ist dunkelblau, also alkalisch.
                             


Stoffe

Schaumbildungsgrad

Kalkwasser + Seife

kaum Schaumbildung

Essigsäure + Seife

Keine Schaumbildung, Trübung der Lösung

Destilliertes Wasser + Seife

Mittelstarke Schaumbildung

Wasser + Seife

Starke Schaumbildung

Auswertung:           Folgende Reaktionen liefen ab:

  • Kalkwasser + Seife:

2 R-COONa (s) + Ca(OH)2--> 2 NaOH(aq) + Ca(OOCR)2 (aq)

  • Essigsäure + Seife:

                              R-COONa (s) + CH3COOH --> CH3COONa + R-COOH

  • Destilliertes Wasser + Seife

R-COONa (s) + H2O --> R-COO- (aq) + Na+(aq)

  • Leitungswasser + Seife

                        R-COONa + H2O --> R-COOH + Na+ + OH-

 

6

Versuch 1

Herstellung von Seife

Material                Reagenzglas, Erlenmeyerkolben (200ml), Becherglas (200ml), Messzylinder, Glasstab, Gasbrenner, Dreifuß mit Drahtnetz, Kokosfett, Natronlauge (25%), Ethanol, Kochsalz.

Durchführung:        

  • Gib 10g Fett in den Erlenmeyerkolben, füge 5ml Wasser hinzu und schmelze das Fett über kleiner Flamme.
  • Füge unter Umrühren vorsichtig 10ml Natronlauge und 5ml Ethanol hinzu und halte das Gemisch etwa 30 Minuten am Sieden. Ersetze nach und nach das verdampfende Wasser.
  • Nimm eine Probe des entstandenen Seifenleims mit der Spitze des Glasstabs und rühre sie in ein halb mit Wasser gefülltes Reagenzglas. Das Seifensieden ist beendet, wenn im Reagenzglas keine Fetttröpfchen mehr zu beobachten sind.
  • Gieße nun den Seifenleim in ein Becherglas, das zur Hälfte mit einer gesättigten Kochsalzlösung gefüllt ist. Schöpf nach einiger Zeit die oben schwimmende Seife ab.
  • Prüfe, ob eine Probe beim Schütteln mit warmem Wasser einen haltbaren Schaum bildet.

Beobachtung         Schon beim Seifensieden entstehen kleine Flocken an der Oberfläche des Gemischs. Wenn man allmählich das verdampfte Wasser ersetzt beginnt sich die Lösung weiß zu färben. Beim Auftreffen des nun entstandenen Seifenleims auf die gesättigte Salzlösung erkennt man dicke Seifenklumpen an der Lösungsoberfläche.
                              Die Seife bildet zusammen mit dem warmen Wasser einen harten Schaum.

Auswertung:           Das Kochen des Fettes, der Lauge und dem Ethanol (Ester) nennt man auch Seifensieden. Das Fett wird bei diesem Vorgang in Glycerin und in Fettsäuren zerlegt. Die Fettsäuren bilden später die eigentliche Seife. Das Glycerin, ein dreiwertiger Alkohol, entsteht bei der Hydrolyse des Ethanols. bzw. bei der Reaktion des Ethanols mit der Lauge (Hier Natriumlauge). Die nun entstanden Fettsäuren bilden den Seifenleim, eine Öl in Wasser Emulsion. Wenn dieser Seifenleim dann auf die gesättigte Salzlösung trifft, findet die so genannte Aussalzung statt, die mehr oder weniger eine Dehydrierung bzw. das Entziehen von Wasser ist. Hier werden Proteine ausgefällt, von der Lösung abgeschieden und danach ist die Seife, in Form von einem flockigen Feststoff, fertig gestellt.

 

Aromastoffe

Versuch 1

Herstellung von Essigsäureethylester

Material:                 Rundkolben, Liebigkühler, Heizpilz, Hebebühne, Klammern, Muffen, Stativ, Essigsäure, Ethanol, Siedesteinchen, Schwefelsäure, 100ml – Messzylinder, Wasser.

Durchführung:         Baue eine Apparatur aus Rundkolben, Liebigkühler, Heizpilz, Hebebühne, Stativ, Muffen und Klammern. Fülle 10ml. Essigsäure und 10ml Ethanol in den Rundkolben und gib 2 Siedesteinchen hinein. Lass vom Lehrer oder von der Lehrerin 10 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure in den Versuchsansatz zufügen. Erhitze das Gemisch etwa 10min zum Sieden. Gieße nach Abkühlung das Reaktionsgemisch in einen 10ml-Messzylinder mit 50ml sehr kaltem Wasser. Prüfe den Geruch.

Beobachtung:          Nachdem man alle Stoffe in den Rundkolben gefüllt hat und diese nun auf das Sieden vorbereitet, steigt ein Gemisch aus Essigsäure-, Schwefelsäure- und Ethanolgeruch in die Nase. Kurze Zeit später beginnt das Gemisch zu sieden und der Geruch verstärkt sich. Während des Siedens steigt Wasserdampf auf, der aber im Liebigkühler kondensiert und im flüssigen Zustand wieder in den Rundkolben zurückläuft.
                              Als die 10min abgelaufen sind und das Gemisch auf das Wasser trifft, steigt ein Geruch auf, der dem eines Allzweckklebers gleicht.

Auswertung:           C2H5OH + CH3COOH --> CH3COO-C2H5 + H2O

 

                              Ethanol      Essigsäure

                              Die Schwefelsäure tritt sowohl in den Anfangsstoffen als auch in den Endprodukten nicht auf, da die sie in dieser Reaktion als Katalysator wirkt.
                              „Ein Katalysator ist eine Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion verändert, ohne selbst in den Produkten zu erscheine“ (Zitat von Wilhelm Ostwald).
                              Das Endprodukt Essigsäureethylester ist ein starkes Lösungsmittel, was bevorzugt in Klebern verwendet wird.

© by J.L.

  

 

 

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