Chemiewiki - Benutzerbeiträge [de]

Anwendungen: "Der Kalkkreislauf"

2016-06-22T07:29:53Z

13j tobkay: Die Seite wurde neu angelegt: „Will man einen Text vor dem Inhaltsverzeichnis, kann man ihn im Bearbeitungsmodus vor dem ersten Titel einfügen. Das Inhaltsverzeichnis wird automatisch auf…“

Will man einen Text vor dem Inhaltsverzeichnis, kann man ihn im Bearbeitungsmodus vor dem ersten Titel einfügen.

Das Inhaltsverzeichnis wird automatisch aufgrund der Titel erstellt.

__TOC__

== Erster Titel ==

Ein Titel wird erstellt, indem man im Bearbeitungsmodus vor und nach dem Text zwei Gleichheitszeichen schreibt.
Als Beispiel für den Text gibt's ein Bild:
[[image:Molmod_ak.gif|thumb|right|Bild eines Antikörpers; für eine detailliertere Sicht siehe [http://swisseduc.ch/chemie/molmod/anwendungen/antikoerper/]]]

=== Erster Untertitel ===

Als Beispiel: So wird ein Link innerhalb des Wikis gemacht:

Hier gehts zu den [[I Grundlagen]]

Und so wird ein Link innerhalb des Kapitels der eigenen Seite gemacht:
Link auf das Kapitel "Weblinks": [[Wikiseite_für_Studierende#Weblinks|Hier geht's zu den Weblinks]]

==== Erster Unteruntertitel ====

So wird eine chemische Formel geschrieben:
(H2SO42-).

== Zweiter Titel ==

Pfeil: →

Gleichgewichtspfeil: ⇌

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

== Weblinks ==
* [http://swisseduc.ch/chemie/ Swisseduc] – Unterrichtsserver für Chemie
* [http://meta.wikimedia.org/wiki/Help:Contents#For_editors Mediawiki Hilfeseite] – So kann der Link näher beschrieben werden

==Source-Code:==
Der Source Code sieht dan wiefolgt aus:
Dies ist das Template mit dem Sie alle arbeiten können:
<pre>
Ein Text vor dem ersten Titel wird oberhalb des Inhaltsverzichnisses angezeigt

== Erster Titel ==

Hier gibt's ein Bild:
[[image:Molmod_ak.gif|thumb|right|Bild eines Antikörpers; für eine detailliertere Sicht siehe [http://swisseduc.ch/chemie/molmod/anwendungen/antikoerper/]]]

=== Erster Untertitel ===

So wird ein Link inerhalb des Wikis gemacht:

Hier gehts zu den [[I Grundlagen]]

==== Erster Unteruntertitel ====

So wird eine chemische Formel geschrieben:
(H2SO42-).

== Zweiter Titel ==

Pfeil: →

Gleichgewichtspfeil: ⇌

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

== Weblinks ==
* [http://swisseduc.ch/chemie/ Swisseduc] – Unterrichtsserver für Chemie
* [http://meta.wikimedia.org/wiki/Help:Contents#For_editors Mediawiki Hilfeseite] – So kann der Link näher beschrieben werden

</pre>

[[Kategorie:Templates]]

V Wichtige Reaktionstypen

2016-06-22T07:29:02Z

13j tobkay:

[[A Protolysen (Säure/Base-Reaktionen)]]

# [[Grundlagen]]
# [[Der pH-Wert]]
# [[Berechnen und Messen des pH-Werts]]
# [[Säure/Base-Puffer]]
# [[Anwendungen: "Magenprobleme"]]
# [[Anwendungen: "Der Kalkkreislauf"]]

[[B Redox-Reaktionen]]

# [[Grundlagen Redox]]
# [[Die Redox-Reihe]]
# [[Die Elektrolyse]]
# [[Batterien]]

Datei:Salz Abb.10.jpg

2015-06-29T18:17:22Z

13j tobkay: 13j tobkay lud eine neue Version von „Datei:Salz Abb.10.jpg“ hoch: Eigenproduktion

2015-06-29T17:45:57Z

13j tobkay: /* Waschwirkung von Seifen */

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:45:49Z

13j tobkay: /* Fette */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1.a. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

1.b. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
2. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===

[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]
3. Es wird die Verseifung am rechts abgebildeten Fett durchgeführt. Schreiben Sie die dazugehörige Reaktionsgleichung.

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
4.a. Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

b. Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:45:34Z

13j tobkay: /* Waschwirkung von Seifen */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1.a. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

b. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
2. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===

[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]
3. Es wird die Verseifung am rechts abgebildeten Fett durchgeführt. Schreiben Sie die dazugehörige Reaktionsgleichung.

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
4.a. Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

b. Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:44:36Z

13j tobkay: /* Fettsäuren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1.a. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

b. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
2. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===

[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]
3. Es wird die Verseifung am rechts abgebildeten Fett durchgeführt. Schreiben Sie die dazugehörige Reaktionsgleichung.

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:44:17Z

13j tobkay: /* Fette */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1.a. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

b. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
3. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===

[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]
3. Es wird die Verseifung am rechts abgebildeten Fett durchgeführt. Schreiben Sie die dazugehörige Reaktionsgleichung.

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:43:55Z

13j tobkay: /* Herstellen von Seifen */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
3. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===

[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]
3. Es wird die Verseifung am rechts abgebildeten Fett durchgeführt. Schreiben Sie die dazugehörige Reaktionsgleichung.

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:39:47Z

13j tobkay: /* Fettsäuren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
3. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:38:46Z

13j tobkay: /* Fettsäuren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
1. Suchen Sie in einem Chemiebuch drei verschiedene Fettsäuren heraus und zeichnen Sie deren Skelett-Formeln.
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:34:38Z

13j tobkay: /* Fette */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei, meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen, gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig ist?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Je länger die Kohlenstoffketten der Fettsäurereste sind, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird auch der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei Fetten mit geradlinigen, gesättigten Fettsäureresten der Fall, nicht aber bei Fetten mit verwinkelten, ungesättigten Fettsäureresten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:28:01Z

13j tobkay: /* Seifensieden nach Kaltverfahren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:27:21Z

13j tobkay: /* Seifensieden nach Kaltverfahren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den darauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:26:47Z

13j tobkay: /* Seifensieden nach Kaltverfahren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren kann die Seife nach ein bis zwei Tagen benutzt werden.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:24:46Z

13j tobkay: /* Seifensieden nach Kaltverfahren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und auch die lange Trocknungsphase von sechs Wochen kann ein Nachteil sein. Beim Heissverfahren ist die Seife nach ein bis zwei Tagen gebrauchsfertig.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:20:48Z

13j tobkay: /* Seifensieden nach Kaltverfahren */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin herausgewaschen, weil es für die Industrie zu wertvoll ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:18:07Z

13j tobkay: /* Verseifung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:17:17Z

13j tobkay: /* Verseifung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Basen der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:14:49Z

13j tobkay: /* Verseifung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an, um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:14:18Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“.

Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:13:06Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden werden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weggewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:11:53Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angegriffen wird. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:09:24Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedene Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angreift. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:07:27Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.

Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedenartige Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angreift. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:05:40Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; dadurch verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und gleichzeitig ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.
Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedenartige Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angreift. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:04:30Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) einen Teil ihrer Waschkraft ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; damit verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und dadurch auch ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.
Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedenartige Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angreift. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:03:38Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife einen Teil ihrer Waschkraft in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; damit verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und dadurch auch ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.
Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedenartige Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angreift. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

IX Seifensieden nach Kaltverfahren

2015-06-29T17:02:55Z

13j tobkay: /* Einleitung */

== Einleitung ==

[[image:Seife_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Rezept auf sumerischer Steintafel für die Herstellung einer Seife (um 2500 v. Chr.)]]
Bereits um 2500 v. Chr. hatten die Sumerer ein erstes seifenartiges Reinigungsmittel, deren chemisches Rezept von Ägyptern und Griechen übernommen wurde. Die beiden klassischen Arten von Seifen sind einerseits die Kernseifen, bei denen es sich um Natriumsalze von Fettsäuren handelt, andererseits die Schmierseifen, die aus Kaliumsalzen von Fettsäuren bestehen.
Als Waschmittel für Textilien haben sie allerdings ihre Bedeutung verloren, da sie gegenüber modernen synthetischen Tensiden (Syndets) einige Nachteile aufweisen. Erstens reagiert Seife in Wasser zu einem gewissen Grad alkalisch. Seifen-Anionen können den Wassermolekülen ein Wasserstoffatom entziehen, wonach Hydroxid-Ionen entstehen, die Lösung wird alkalisch. Dies kann den Stoff von Wäschestücken beschädigen.

R-COO-(aq) + H2O → R-COOH(s) + OH-(aq)

Zweitens büsst Seife einen Teil ihrer Waschkraft in leicht säuerlichem Wasser (Anwesenheit von Oxonium-Ionen H3O+) ein, da die Oxonium-Ionen je ein Wasserstoff-Atom an Seifen-Anionen abgeben, was die Seifen-Anionen in Fettsäureteilchen verwandelt; damit verlieren die Seifen-Anionen ihren amphiphilen Charakter und dadurch auch ihre Waschwirkung (siehe Kapitel 4.4 [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=IX_Seifensieden_nach_Kaltverfahren#Waschwirkung_von_Seifen Waschwirkung von Seifen]).

R-COO-(aq) + H3O+(aq) → R-COOH(s) + H2O

Drittens verbinden sich Seifen-Anionen in härterem Wasser mit Ca2+-Ionen zu unlöslichen Kalkseifen. Diese werden als weissliche Kruste auf den Textilien abgelagert.

2R-COO-(aq) + Ca2+(aq) → (R-COOH)2Ca(s) + H2O

Dieselbe Reaktion läuft analog auch mit den weniger häufig auftretenden Mg2+-Ionen ab, wobei ebenfalls schwer lösliche Magnesiumseife gebildet wird.
Im Bereich der Körperreinigung und -pflege erleben traditionelle Seifen zur Zeit eine Wiederbelebung in verschiedenen alternativen Geschäften und Kräuterläden. Handgemachte traditionelle Seifen haben folgende Vorteile. Sie sind gut biologisch abbaubar und es sind viele verschiedenartige Sorten erhältlich. Je nach Art der Fette und Öle, die zur Verseifung verwendet werden, ändern sich die Eigenschaften der Seifen. Auch für Leute, die auf einzelne Zusatzstoffe in synthetischen Seifen allergisch sind, stellt die klassische Kernseife eine Alternative dar. Ein Nachteil kann sein, dass der ph-Wert zwischen 8 und 9 liegt und so empfindliche Haut angreift. Allzu häufiges Waschen mit alkalischen (aber auch mit synthetischen pH-Wert neutralen) Seifen sollte vermieden, da der natürliche Fett- und Säureschutzmantel der Haut weg gewaschen wird, was zu Hautirritationen führen kann. Andererseits binden sich gerade in dieser dünnen Fettschicht diverse Staubpartikel, Bakterien und chemische Stoffe, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Waschen ja, aber nicht zu oft. Früher genügte ein wöchentliches Vollbad. Mehr dazu findet man [http://www.seifen.at/kaltprozess.htm hier] im Kapitel „Soll man Seife täglich verwenden ?“
Abgesehen von der Wiederbelebung der klassischen Seife in Spezialgeschäften haben die ab 1930 hergestellten synthetischen Tenside (Syndets) auch in der Körperreinigung das Zepter übernommen, man denke etwa an Duschgels und Flüssigseifen.

== Theorie ==

=== Verseifung ===

Moderne, handgemachte Seifen werden aus verschiedenen Pflanzenölen und Fetten hergestellt. Dabei kommt es auf die richtige Kombination verschiedener Öle und Fette an um eine Seife mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Kokosöl etwa führt zu einer harten Seife mit grossporigem Schaum und einer starken Reinigungskraft, Rapsöl macht die Seife hautfreundlich und feuchtigkeitsspendend, Sonnenblumenöl ergibt eine weiche Seife, etc. Mehr dazu auf der Webseite von [http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kräuterhügel.at]
Zur Verseifung wird meistens Natronlauge (NaOH-Lösung) verwendet.
Gibt man die Natriumhydroxid-Lösung mit dem Fett zusammen, greifen drei Hydroxid-Ionen der Natronlauge die drei Esterbindungen im Fettmolekül an; in drei Schritten gelingt es den Hydroxid-Ionen das Fettmolekül in den dreiwertigen Alkohol Propan-1,2,3-triol, der üblicherweise als Glycerin bezeichnet wird, und in die konjugierte Basen der Fettsäuren zu spalten (Hydrolyse). Interessierte können sich diese Reaktion in diesem [http://de.wikipedia.org/wiki/Verseifung Wikipedia-Artikel] im Detail anschauen. Das übrig gebliebene Na+-Ion bildet zusammen mit der konjugierten Base der Fettsäure, die eigentliche Seife.

[[image:Seife_Abb.2.jpg]]

Abb.2: Die Esterbindungen (rot) im Fettmolekül werden durch die Natronlauge geknackt. Reaktionsgleichung:
C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

Strukturell gesehen handelt es sich bei Seifen um Salze. Na+- oder K+-Ionen sind die Kationen, die konjugierten Basen der Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren mit oder ohne Doppelbindungen) fungieren als Anionen. Bei der Seife in Abbildung 2 handelt es sich um Natriumstearat C18H35NaO2.

=== Seifensieden nach Kaltverfahren ===

[[image:Seife_Abb.3.jpg|thumb|right|Abb.3: Frische, junge Seife]]
Der Prozess der Verseifung im Kaltverfahren läuft bei Temperaturen bis maximal 80°C ab. Der Vorteil des Kaltverfahrens ist, dass das Glycerin im Reaktionsgemisch bleibt, was zu einer weichen, hautfreundlichen Seife führt. Im Gegensatz dazu wird bei den industriell im Heissverfahren hergestellten Seifen das Glycerin heraus gewaschen, weil es zu wertvoll für die Industrie ist und anderweitig verwendet werden kann. Ein Nachteil gegenüber dem Heissverfahren ist, dass die Verseifung manchmal nicht zu hundert Prozent klappt und die lange Trocknungsphase von sechs Wochen gegenüber einem bis zwei Tagen beim Heissverfahren.

Fett und Lauge werden zusammen gegeben und und mit dem Stabmixer vermischt. Es bildet sich eine Emulsion, die immer dicker und puddingartiger wird.
Nach der Zugabe von Duft- und Farbstoffen wird die Seife in eine Form gegossen, gut isoliert und ruhen gelassen.
In den nächsten 24 bis 48 Stunden läuft die „Gelphase“ ab. Bei Temperaturen bis 80°C findet die eigentliche Verseifung statt, die Seife schmilzt und sieht glasig aus.
In den drauf folgenden Tagen schneidet man die Seife in Stücke und lässt sie mindestens 6 Wochen trocknen.
Eine junge Seife hat einen pH-Wert zwischen 11 und 12. Dieser sinkt aber nach einigen Tagen auf 9 bis 10. Für Leute mit einer empfindlichen Haut kann dieser recht hohe ph-Wert unangenehm sein.
Als Nebenprodukt fällt wie erwähnt Glycerin an, welches aufgrund seiner hautfreundlichen und Feuchtigkeit erhaltenden Eigenschaften, im Reaktionsgemisch gelassen wird.

== Experimenteller Teil ==

Wir stellen durch eine Verseifung nach Kaltverfahren unsere eigene Seife her. Benutzt werden verschiedene Fette und Öle sowie Natronlauge und Farbpigmente.

== Aufgaben ==

=== Fette ===
1. Zu welcher Gruppe organischer Verbindungen gehören Fette?

Fette sind Ester des Glycerins mit drei meist verschiedenen Carbonsäuren, den Fettsäuren.
Tierische Fette bestehen vorwiegend aus langkettigen gesättigten (=keine Doppelbindungen) Carbonsäuren, pflanzliche vorwiegend aus kurzkettigen, ungesättigten Fettsäuren.

2. Wovon hängt es ab, ob ein Fett bei Zimmertemperatur fest oder flüssig?

Fette, deren Carbonsäuren gesättigt sind und die mehr als 10 Kohlenstoffatomen in den C-Ketten der Fettsäurereste aufweisen, sind bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt höher als 20°C). Fette mit einem höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren und/oder kürzeren Fettsäureresten sind flüssig und werden fette Öle genannt. Aus je mehr Kohlenstoffatomen die Säuremoleküle bestehen, desto höher werden die intermolekularen Van der Waals-Kräfte und desto höher wird der Schmelzpunkt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass sich die einzelnen Moleküle gut aneinander schmiegen können. Das ist bei geradlinigen gesättigten Fettsäuren der Fall, nicht aber bei den verwinkelten ungesättigten.

=== Fettsäuren ===
Einige Beispiele von Fettsäuren:
{| class="galleryTable noFloat"
|-
| [[image:Seife_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb.4: Buttersäure oder Butansäure (C4H8O2) ist der einfachste Vertreter einer Fettsäure. Schmelzpunkt: -5°C]]
| [[image:Seife_Abb.5.jpg|thumb|left|Abb.5: Caprinsäure oder Decansäure (C10H20O2). Schmelzpunkt: 31°C]]
| [[image:Seife_Abb.6.jpg|thumb|left|Abb.6: Ölsäure (C18H34O2) ist der einfachste Vertreter der einfach ungesättigten Fettsäuren. Systematischer Name: (Z)-9-Octadecensäure Schmelzpunkt: 17°C]]
|}

===Herstellen von Seifen ===
Nachfolgendes Fett besteht aus drei Stearinsäureresten und Glycerin:
[[image:Seife_Abb.8.jpg|thumb|left|Abb.7 Fett bestehend aus drei Stearinsäuremolekülen]]

Bei der Verseifung mit Natriumhydroxid-Lösung entsteht Natriumstearat und Glycerin gemäss folgender Reaktionsgleichung:

C57H110O6 + 3NaOH(aq) → C3H8O3 + 3C18H35NaO2

=== Waschwirkung von Seifen ===
1.Warum ist ein erfolgreicher Waschprozess ohne Seife oder andere Waschmittel im Wasser nicht möglich?

Eine Reinigung von z.B. verschmutzter Kleidung mit Wasser allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Zum Einen durchnässt reines Wasser aufgrund seiner hohen Grenzflächenspannung Wäschestücke nur ungenügend, zum Anderen können hydrophobe Verunreinigungen wie Fette, Eiweisse oder Stärke nicht entfernt werden.

2.Durch Zugabe von Seifen werden die Probleme gelöst. Erklären Sie wie.

Durch Zugabe von Seife werden beide Probleme gelöst. Der lange unpolare Alkylrest des Seifenanions ist lipophil („fettliebend“), dessen Carboxylatgruppe (COO-) hydrophil („wasserliebend“); der ''amphiphile'' („beides liebende“) Charakter der Seifenanionen ist der Schlüssel zu deren Waschwirkung. Die Seifenanionen lagern sich an der Wassergrenze an, wobei ihr lipophiler Teil vom Wasser wegweist, der hydrophil Teil dem Wasser zugewandt ist. Da unter den Seifenanionen viel schwächere zwischenmolekulare Kräfte wirken als zwischen Wassermolekülen (Wasserstoffbrücken) wird die Grenzflächenspannung herabgesetzt und die Seifenlösung kann tief ins Gewebe eines Stoffs eindringen. Hydrophobe Schmutzpartikel werden von Seifenanionen umschlossen, wobei diese ihren lipophilen Teil den Schmutzpartikel zuwenden, den hydrophilen Teil zeigt zum Wasser hin. So können die Schmutzpartikel abgelöst, verkleinert (dispergiert) und entfernt werden (siehe Abb.8).

[[image:Seife_Abb.7.jpg]]

Abb.8: Wirkungsweise von Seifemolekülen (Tensidmolekülen) beim Waschprozess

== Quellen ==
*Unterlagen: GLF Praktikum
*09 Seife Herstellen.pdf
*Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
*[http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]
*[http://www.seifen.at/kaltprozess.htm www.seifen.at/kaltprozess.htm]
*[http://www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/ www.philognosie.net/index.php/tip/tipview/1062/]
*[http://www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php www.kraeuterhuegel.at/s_fette.php]

== Bildnachweis ==
*Abb.1: [http://www.masche24.de/masche24/2/images/dia1.jpg]
*Abb.2: [http://www.standort-ludwigshafen.basf.de/group/corporate/site-ludwigshafen/de/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/tenside/Herstellung]
*Abb.3: [http://kochzeilen.de/SLIR/w1280/heike/src/site/wm/blog/Seife.jpg]
*Abb.8 (rechter Teil): [http://www.klassewasser.de/content/language1/html/6057.php]

----

29.6.2015 Kay Tobler

II Welt der Salze

2015-06-29T05:48:20Z

13j tobkay: /* Fragen */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''1.a. Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''b. Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:46:03Z

13j tobkay: /* Fragen */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''1.a. Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''b. Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:45:50Z

13j tobkay: /* Fragen */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''1.a. Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''b. Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:44:48Z

13j tobkay: /* Fragen */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''1.a. Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''b. Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:42:26Z

13j tobkay: /* Fragen */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''1.a. Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''b. Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:36:05Z

13j tobkay: /* Fragen */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''1.a. Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''b. Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:35:28Z

13j tobkay: /* Erklärung */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:35:09Z

13j tobkay:

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====
[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
'''1.a. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''b. Wie liegt das gelöste Salz vor?'''

Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5.a. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq). Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''b. Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015

II Welt der Salze

2015-06-29T05:24:10Z

13j tobkay: /* Erklärung */

== Einleitung ==
[[image:Salz_Abb.1.jpg|thumb|right|Abb.1: Gitterstruktur von Natriumchlorid (Kochsalz)]]
Salze werden auch Ionenverbindungen genannt. Sie sind aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Nichtmetallionen (Anionen) aufgebaut. Sie bilden eine regelmässige Gitterstruktur, zu deren Auflösung die Gitterenergie erforderlich ist. Salze begegnen uns in allen Lebensbereichen, z.B. in der Küche zum Würzen von Speisen oder zum Konservieren von Lebensmitteln, auf der Strasse zum Auftauen von Glatteis oder in der Medizin als Riechsalze zur Überwindung von Schwindelanfällen.

Ziele:
* Die wichtigsten Eigenschaften von Salzen kennenlernen und erklären können
* Salze aufgrund dieser Eigenschaften erkennen

== Posten A: Zucker oder Salz ==

Zucker von Salz unterscheiden. Da viele Salze für den Menschen giftig sind, ist von einem Geschmackstest unbedingt abzuraten.

[[image:Salz_Abb.3.jpg|thumb|Abb.3: Das Kaliumchlorid wird in K+ - und Cl- -Ionen getrennt und von Wassermolekülen umgeben, ''hydratisiert''.]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.2.jpg‎|thumb|Abb.2: Die einzelnen Glucosemoleküle lösen sich nicht auf.]]</div>

=== Versuchsaufbau ===

Glucose (Traubenzucker, C6H12O6)und Kaliumchlorid (KCl) in je einem Becherglas mit 50 ml deionisiertem Wasser auflösen und die Lösung mit einem Leitfähigkeitsmessgeräts auf elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Das Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus einer Batterie, einem Lämpchen und einem unterbrochenen Stromkreislauf. Wenn man die beiden Metalldrähte (Anode und Kathode) in eine Flüssigkeit taucht, die Strom leitet, schliesst sich der Stromkreis und das Lämpchen leuchtet auf.

=== Beobachtung ===

Die KCl(aq)-Lösung bringt die Lampe zum Leuchten, während die Glucose-Lösung keinen elektrischen Strom leitet.

=== Erklärung ===

Wenn die Salzkristalle ins Wasser gegeben werden, lagern sich Wassermoleküle mit dem jeweils entgegen gesetzt geladenen Teil an die Kat- und Anionen im Ionengitter an. Dabei wird etwas Energie frei, die Entropie im Salzgitter erhöht sich, die Schwing- und Pendelbewegungen der Ionen erhöhen sich, bis die Bewegungen so stark werden, dass sich einzelne Ionen aus der Gitterstruktur herauslösen und vollständig von Wasserteilchen umgeben werden, dabei erhöht sich die Entropie erneut (mehr frei bewegliche Teilchen, flüssig statt fest). Da sich bei diesem Lösungsvorgang die Gesamtentropie im System erhöht, läuft der Vorgang weiter, bis sich alle K+- und Cl--Ionen frei beweglich zwischen den Wassermolekülen befinden.

Sobald das Leitfähigkeitsmessgerät eingeschaltet wird, beginnen die K+-Ionen zur Kathode zu wandern, die Cl--Ionen zur Anode. Einmal bei der Kathode angekommen nehmen die K+-Ionen ein Elektron auf und werden zu Kalium-Atomen, die Cl--Ionen geben bei der Anode ein Elektron ab und verbinden sich zu Chlor-Molekülen (Cl2).
Die chemischen Bindungen in den Glucosemoleküle werden nicht getrennt; die Glucosemoleküle bleiben elektrisch neutral. Sie können weder Elektronen abgeben, noch aufnehmen.
Fazit: In Wasser gelöste Salze leiten elektrischen Strom.

== Posten B: Zwei Eisensalze ==

[[image:Salz_Abb.4.jpg|thumb|left|Abb. 4: Eisen(III)-chlorid (FeCl3)]]
<div class="tleft" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.5.jpg|thumb|right|Abb. 5: Abb. 5: Eisen(III)-oxid (Fe3O2)]]</div>
Eisen bildet mit Halogenen, Sauerstoff und Sulfaten (SO42-) farbige Salze. In diesem Versuch geht es darum Eisen(III)-chlorid und Eisen(III)-oxid auf ihre Löslichkeit in Wasser zu überprüfen.

=== Versuchsaufbau ===

Wenige Kristalle der Salze in je ein zu 1/3 mit deionisiertem Wasser gefülltes RG geben.

=== Beobachtung ===

Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-chlorid wird nach kurzer Zeit wieder transparent, d.h. es wird zur Lösung. Eisen(III)-chlorid ist wasserlöslich.
Das deionisierte Wasser mit dem Eisen(III)-oxid bleibt trüb und ist daher eine Suspension. Eisen(III)-oxid ist nicht wasserlöslich

=== Erklärung ===
[[image:Salz_Abb.7.jpg|thumb|right|Abb. 7: Kompaktes Ionengitter von Eisen(III)-oxid ]]
<div class="tright" style="clear:none">[[image:Salz_Abb.6.jpg|thumb|right|Abb. 6: Schichtweise aufgebautes Ionengitter von Eisen(III)-chlorid.]]</div>
Die Löslichkeit von Salzen hat mit der Gitterenergie EG zu tun. Diese wiederum hängt von Ladung und Radius der beteiligten Ionen sowie von der Struktur des Ionengitters ab. Je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen eines Salzes desto grösser ist dessen Gitterenergie und desto weniger gut löslich ist es. Man könnte nun meinen, dass sich jedes Salz vollständig in Wasser lösen sollte, da sich dabei ja die Entropie im Salz erhöhen würde (mehr freie Teilchen, flüssig statt fest). Der Haken dabei ist, dass in gewissen Ionengitter die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen derart gross ist, dass das umgebende Wasser die zum Lösungsvorgang benötigte (Wärme-)Energie theoretisch zwar zur Verfügung stellen könnte, sich dabei aber so stark abkühlte, dass der Entropiegewinn, der beim Lösungsvorgang des Salzes entstünde, durch den Entropieverlust im Wasser bei weitem kompenisert würde. Insgesamt würde die Entropie absinken, was gemäss dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht möglich ist.

Sowohl beim Eisen(III)-chlorid als auch beim Eisen(III)-oxid sind die Eisenionen dreifach positiv geladen. Die Chloridionen sind aber nur einfach negativ, die Oxidionen hingegen doppelt negativ geladen. Zudem ist der Ionenradius des Chloridions grösser als derjenige des Oxidions. Das führt nun dazu, dass Eisen(III)-chlorid in Wasser löslich ist, wohingegen Eisen(III)-oxid nahezu unlöslich ist. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den 3-fach positiv geladenen Fe3+-Ionen und den doppelt negativ geladenen O2- ist so gross, dass sich bei einem Lösungsvorgang die Entropie im Gesamtsystem absenken würde, was wie oben gesehen, nicht möglich ist.

====Fragen====
'''Eisenoxide sind die wertvollen Bestandteile von ''Eisenerzen''. Falls Sie das schon vor dem Experiment wussten, dann konnten Sie vermutlich die Löslichkeit des einen Salzes voraussagen. Was wäre Ihre Vermutung gewesen?'''

Ich hätte vermutet, dass Eisen(III)-oxid unlöslich ist. Wäre Eisenoxid wasserlöslich, wäre es aus dem Gestein herausgewaschen worden und es gäbe keine Eisenerze.

'''Was wissen Sie bereits über Eisenerz?'''

Eisenerz wird im Berg- oder Tagbau abgebaut und zwecks Eisengewinnung verhüttet. Eisen wird mithilfe von Koks im Hochofen aus Eisenerz gewonnen.

== Posten C: Chloridionen entdecken ==

Mithilfe von Silbernitrat können Chloridionen nachgewiesen werden.
Ein Schüler hat einige Spritzflaschen mit Leitungswasser anstatt mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. Welche Spritzflasche enthält Leitungswasser und folglich auch Chloridionen?

[[image:Salz_Abb.8.jpg|thumb|right|Abb.8: Silberchlorid wird ausgefällt]]
=== Versuchsaufbau ===

Man fülle zwei RGs zur Hälfte, eines mit Wasser aus Spritzflasche A, eines mit Wasser aus Spritzflasche B. Dann gibt man je drei Tropfen Silbernitrat-Lösung bei.

=== Beobachtung ===

RG mit Wasser von A = Wasser bleibt klar.

RG mit Wasser von B = Wasser wir mit einer weissen Substanz eingetrübt.

=== Erklärung ===

Silbernitrat löst sich sehr gut in Wasser auf. Im Wasser gelöste Silber- und Chloridionen ziehen sich so stark an, dass sie sich zu einem Ionengitter verbinden und als Salzkristalle ausgefällt werden.

Reaktionsgleichungen:
Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → '''AgCl (s)''' + Na+ (aq) + NO- (aq)

oder kompakter:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → '''AgCl (s)''' + NaNO3 (aq)

== Posten D: Lösen von Salzen in Wasser ==

Wir lösen verschiedene Salze in Wasser und messen im Anschluss daran die Wassertemperatur

Salze: Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl2) und Ammoniumchlorid (NH4Cl)

=== Versuchsaufbau ===

RGs zu einem Drittel mit deionisiertem Wasser füllen, einen halben Löffel eines Salzes zugeben, mit Stopfen das RG schliessen, dreimal kräftig schütteln, Stopfen entfernen und sofort die Temperatur mit dem Thermometer messen.

=== Beobachtung ===

Wassertemperatur in der Spritzflasche: 20°C

{| class="wikitable sortable"
! Salznamen (Verhältnisformel) !! Kation/ Anion !! Temp. in der Salzlösung !! Temp. Differenz !! class="unsortable" | Erklärung
|-
| Lithiumchlorid (LiCl)
| Li+ Cl-
| style="text-align:center"|24°C
| style="text-align:center"|4°C
| EH > EG exotherm
|-
| Natriumchlorid (NaCl)
| Na+ Cl-
| style="text-align:center"|20°C
| style="text-align:center"|0°C
| EH ≈ EG
|-
| Kaliumchlorid (KCl)
| K+ Cl-
| style="text-align:center"|15°C
| style="text-align:center"|-5°C
| EH < EG endotherm
|-
| Calciumchlorid (CaCl2)
| Ca2+ Cl-
| style="text-align:center"|26°C
| style="text-align:center"|6°C
| EH > EG exotherm
|-
| Ammoniumchlorid (NH4Cl)
| Na4+ Cl-
| style="text-align:center"|18°C
| style="text-align:center"|-2°C
| EH < EG endotherm
|}

=== Erklärung ===

[[Bild:Salz_Abb.9b.jpg|thumb|right|Abb.9b: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Kaliumchlorid (endotherm)]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Salz_Abb.9a.jpg|thumb|right|Abb.9a: Schematische Darstellung des Lösungsvorgangs von Lithiumchlorid (exotherm)]]</div>
Wenn ein Salzkristall ins Wasser gegeben wird, docken Wassermoleküle an ihn an. Da Wassermoleküle Dipole sind, können sie sich sowohl bei den Kationen als auch bei den Anionen anlagern. Durch dieses Anlagern wird etwas Energie frei, was die Entropie und die Pendelbewegung der Ionen im Ionengitter erhöht; allmählich beginnen sich die Ionen an den Ecken und Rändern aus dem Ionengitter herauszulösen. Einmal herausgelöst werden sie von Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang nennt sich Hydratation, dabei wird die Hydratationsenergie EH frei. Die Entropie hat sich ein zweites Mal erhöht.
Ist nun bei einem Salz die Hydratationsenergie grösser als die für den Lösungsvorgang hinderliche Gitterenergie EG verläuft der Lösungsvorgang exotherm, die Umgebungstemperatur erhöht sich (s. Abb. 9a). Im umgekehrten Fall wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen, damit die Gitterenergie doch noch überwunden werden kann. Der Lösungsvorgang verläuft endotherm (s. Abb. 9b). Für die Temperaturänderung massgebend ist auch die Menge des Salzes, das man zugibt. Bei grösseren Salzmengen wird die Temperaturänderung erhöht.

==== Fragen ====

'''1. Ein Salzkristall wird ins Wasser gegeben. Die ''Salzteilchen'' und die ''Wassermoleküle'' treten miteinander in Wechselwirkung.'''
'''Worauf beruht diese Wechselwirkung?'''

[[image:Salz_Abb.10.jpg|thumb|right|Abb.10: Wassermoleküle sind Dipole; das Sauerstoffatom zieht die beiden negativ geladenen Elektronen der Wasserstoffatome in seine Richtung]]
Wassermoleküle sind Dipole. Sie richten sich mit ihrem positiv geladenen Teil zu den Anionen, mit dem negativ geladenen Teil zu den Kationen aus. Sie treten mit den Ionen im Salzgitter in eine elektrostatische Wechselwirkung.

'''Wie liegt das gelöste Salz vor?'''
Die Ionen sind umgeben von Wassermolekülen, sie sind ''hydratisiert''. Die Kationen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen ihren negativ geladen Pol zuwenden. Die Anionen werden von Wassermolekülen umgeben, die ihnen den positiv geladenen Pol zuwenden.

'''2. Bei der Wechselwirkung wird Energie frei: die Hydratationsenergie EH. Diese fördert den Lösungsvorgang. Es gibt jedoch eine zweite Kraft, welche dem Lösungsvorgang entgegenwirkt. Um was handelt es sich?'''

Es handelt sich um die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Ionen in der Gitterstruktur, die Gitterenergie EG.

'''3. Es gibt Salze, bei denen wird beim Lösen Wärme frei (''exothermer'' Lösungsvorgang). Andere lösen sich unter starker Abkühlung (''endothermer'' Lösungsvorgang). Wie schätzen Sie für diese beiden Fälle die förderliche und die hinderliche Energie ein?'''

Beim exothermen Lösungsvorgang ist die zum Lösen förderliche Hydratationsenergie EH grösser als die zum Lösen hinderliche Gitterenergie EG.
Beim endothermen Lösungsvorgang ist es gerade umgekehrt.

'''4. Welche Verhältnisse herrschen bei ''schwerlöslichen'' Salzen?'''

Bei schwerlöslichen Salzen ist die Hydratationsenergie vernachlässigbar klein im Vergleich zur Gitterenergie, es gilt: EG >> EH. Die Zunahme der Entropie, die entstünde, wenn sich ein schwerlösliches Salz in Wasser löste, würde durch die Zunahme der Ordnung(Bewegungen der Wassermoleküle werden langsamer) und einer damit einhergehenden Abnahme der Entropie im Wasser überkompensiert. D.h. der Lösungsvorgang würde zur einer Abnahme der Gesamt-Entropie führen, was nicht möglich ist.

'''5. Der Lösungsvorgang mit Kochsalz beschreibt man in der Formelsprache folgendermassen:'''

'''NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq)'''

'''Was bedeutet das Anhängsel „aq“?'''

Die Teilchen liegen in Wasser gelöstem, in hydratisiertem Zustand vor.

'''Was stellen Sie sich unter folgender Beschreibung vor: NaCl(aq) ?'''

Dabei handelt es sich um eine Natriumchlorid-Lösung (Natronlauge). Die Na+- und die Cl--Ionen sind von Wassermolekülen umgeben, hydratisiert.

== Abkürzungen ==
RG = Reagenzglas

== Quellen ==
* Unterlagen: GLF Praktikum
* 02 Welt_der_Salze_Einfuehrung.pdf
* Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013.
* [http://www.wikipedia.org/ www.wikipedia.org]

== Bildnachweis ==
*Abb.1:[http://www.cumschmidt.de/s_styp_nacl.htm]
*Abb.4:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-chlorid-hexahydrat-reinst-500g.html]
*Abb.5:[http://www.subolab.de/shop/eisen-iii-oxid-rot-gereinigt-250-g.html]
*Abb.6:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-chlorid]
*Abb.7:[http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen%28III%29-oxid]
*Abb.8:[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_agno3.htm]
*Abb.9: Schema gemäss Werner Eisner u.a.: Elemente. Klett und Balmer Verlag, Zug, 5. Auflage 2013, S.152, Abb.33.

----

Kay Tobler, 29.6.2015