Protokoll ()

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Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Chemie
Seminar: Übungen im Experimentalvortrag, SS 2005
Leitung: Prof. Dr. B. Neumüller, Dr. P. Reiß,
Prof. Dr. U. Müller, Prof. Dr. Koert
Zahnpflegemittel
Chemie rund um den Mund
Experimentalvortrag vom 22.Juni.2005
Christina Erbar, Manuelstraße. 9, 56218 Mülheim-Kärlich
Inhaltsübersicht:
1. Warum putzen wir unsere Zähne ?
Seite 2
1.1 Versuch 1: pH-Wert im Mund
Seite 2
1.2 Aufbau unserer Zähne
Seite 3
1.3 Der Zahnschmelz
Seite 4
2. Fluoretten – Zahnpflege schon bei
Milchzähnen
Seite 5
2.1 Versuch 2: Fluorid Nachweis in Fluoretten
Seite 5
2.2 Reaktion am Zahnschmelz
Seite 6
2.3 Flouridgehalt in Zahnpflegemitteln
Seite 7
3. Inhaltsstoffe von Zahnpasta und Co
Seite 9
3.1 Feuchthaltemittel, Versuch 3: Wasser-Nachweis
Seite 9
3.2 Abrasionsstoffe
Seite 10
3.2.1 Demonstration 1: Abrasionswirkung
Seite 10
3.2.2 RDA-Wert
Seite 11
3.2.3 Versuch 4: CaCO3-Gehalt in Zahnpasta
Seite 11
3.3 Zahnaufheller, Demonstration 2: H2O2 – Gehalt in Zahnaufhellern Seite 14
3.4 Geschmacks- und Farbstoffe
Seite 15
3.4.1 Geschmacksstoffe
Seite 15
Versuch 5: Cool Effekt
3.4.2 Farbstoffe, Versuch 6: Chromatogramm
Seite 16
Seite 17
3.5 Weitere Zusatzstoffe
Seite 18
3.6 Demonstration 3: Herstellung einer Zahnpasta
Seite 19
4. Blick in die Tube
Seite 20
4.1 Wie kommen die Streifen in die Tube?
Seite 20
4.2 Wie lang kann ich meine Zähne mit 100 ml ZP putzen?
Seite 20
4.3 Eigene Zähne bis ins hohe Alter
Seite 20
5. Literaturangaben
Seite 21
1
1. Warum putzen wir unsere Zähne?
1.1 Versuch 1: pH-Wert im Mund
Geräte: Löffel, Neutralit pH-Stäbchen
Chemikalien: Speichel einer Testperson, Zahnpflegekaugummi (z.B. Wrigley´s
Extra)
Durchführung: Etwas Speichel der zu testenden Person wird auf den Teelöffel
gegeben. Anschließend bestimmt man den pH-Wert mit Hilfe der Nautralit pHStäbchen. Nach dem Kauen eines Zahnpflegekaugummis führt man den Versuch
erneut durch.
Beobachtung:
Vor Verzehr des Kaugummis erhält man einen pH-Wert von 5-6, danach liegt der pHWert bei 7.
Erklärung: In unserem Mund befinden sich Bakterien. Wenn wir nun Nahrung zu
uns nehmen, können die Bakterien auf Grund der zugeführten Nährstoffe die sog.
Milchsäuregärung betreiben. Hierbei wird z.B. die Glucose, die in sehr vielen
Nahrungsmitteln enthalten ist, zu Milchsäure vergoren.
O
Bakterien z.B. Lactobacillus
C6H12O6
2
OH
OH
Dieses Gemisch aus Speiseresten und Bakterien, das sich u.a. zwischen unseren
Zähnen anlagert, nennt man Plaque.
Während des Kaugummikauens werden nun die entstandenen Hydroniumionen der
Milchsäure durch Hydroxidionen neutralisiert.
H3O+(aq) + -OH(aq)
2 H2 O
2
Hierbei werden allerdings nur die Protonen abgefangen, nicht aber, wie vermutet
durch das Kauen auch der Plaque abgerieben. Dazu reichen die mechanischen Kräfte
nicht aus.
Die Hydroxidionen die für die Neutralisation benötigt werden, werden aus dem
sogenannten Säureregulator des Kaugummis gewonnen. Dieser ist im Falle des
verwendeten Kaugummis Natriumcarobonat. Dies wird mit dem im Speichel
vorhandenen Wasser zu Hydrogencarbonat und Hydroxidionen umgesetzt.
CO32-(aq) + H2O
HCO3-(aq) + OH-
(aq)
In anderen Zahnpflegemitteln sind zu demselben Zweck auch Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid, weitere Carbonate sowie Puffer enthalten.
Warum ist es so gefährlich für unsere Zähne, wenn wir einen sauren pH-Wert im
Mund haben? Dazu müssen wir ihren Aufbau betrachten.
1.2 Aufbau unserer Zähne
Zahnschmelz
Abb.1: Aufbau eines Zahns am Beispiel eines menschlichen Backenzahns
3
Der Zahnmediziner unterteilt den Zahn drei Bereiche: die Zahnkrone, den
Zahnhals und die Zahnwurzel. Für uns sichtbar ist die Krone mit der Fissur, also
den Rillen auf dem Zahn, in denen sich sehr gut Plaque ansiedeln kann, und das
Zahnfleisch. Alle andern Bestandteile des Zahns, wie z.B. die Nervenbahnen und das
Zahnmark, sind im Inneren verborgen.
Chemisch interessant ist nun der Zahnschwelz, der im nächsten Kapitel gesondert
betrachtet wird.
1.3 Der Zahnschmelz
Der Zahnschmelz besteht aus dem härtesten Material, das unser Körper produzieren
kann: dem Hydroxylapatit. Dieser kristallisiert hexagonal bipyramidal.
Nun die Antwort auf die in Abschnitt 1.1 aufgeworfene Frage, warum zu viel Säure in
unserem Mund schlecht für unsere Zähne ist:
Haben wir punktuell über einen längeren Zeitraum wenig Säure an einer Stelle
unseres Zahns, so wird der Hydroxylapatit in Calciumphosphat umgewandelt.
Weiterhin geht nur ein Calciumion als Ca2+(aq) in Lösung und wird abgetragen.
2 Ca5(PO4)3OH(s) + 2 H3O+(aq)
3 Ca3(PO4)2(s) + 1 Ca2+(aq) + 4 H2O
Wird nun über einen längeren Zeitraum viel Säure z.B. durch die Milchsäuregärung
produziert, so geschieht folgendes:
2 Ca5(PO4)3OH(s) + 8 H3O+(aq)
6 HPO42-(aq) + 10 Ca2+(aq)+ 10 H2O
Hier wird der angegriffene Hydroxylapatit vollständig aufgelöst und in
Hydrogenphosphat sowie 10 Calciumionen in Form von Ca2+(aq) umgewandelt.
Auf Grund des Abbaus können nun nach und nach Karies und somit Löcher im Zahn
entstehen.
Hiermit ist also die Frage dieses Kapitels, warum wir unsere Zähne putzen,
beantwortet: die Säure, die entsteht muß mechanisch entfernt werden, da sie sonst
auf lange Zeit hin unsere Zähne zerstört.
Wie also können wir unsere Zähne schützen?
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2. Fluoretten – Zahnpflege schon bei
Milchzähnen!
Einige Leute denken, dass Milchzähne bei Kindern sowieso nur 5-6 Jahre im Kiefer
bleiben und man deshalb nicht darauf achten muss, ob und wie sie gepflegt werden.
Warum dies nicht der Fall ist, möchte ich nach dem folgenden Versuch in Abschnitt
2.2 und 2.3 klären.
Fluoretten werden schon im Kindesalter verabreicht, auch bevor die Kinder ihren
ersten Zahn bekommen. Den hierin enthaltenen Wirkstoff, das Fluorid möchte ich in
meinem nächsten Versuch nachweisen.
2.1 Versuch 2: Fluorid-Nachweis in Fluoretten
Geräte: 3 Reagenzgläser, zwei 10 ml Pipetten, Reagenzglasstopfen, Glasstab,
Mörser mit Pistill
Chemikalien: KSCN, FeCl3 , Fluoretten
Durchführung: Zuerst werden jeweils eine Spatelsitze KSCN und FeCl3 in ein
Reagenzglas gegeben und mit ca. 5 ml Wasser versetzt. Zu der KSCN-Lösung gibt
man nun mit der Pipette 2-3 Tropfen der FeCl3-Lösung. Dann zermörsert man 2-3
Flouretten und löst diese unter Schütteln ( Stopfen! ) mit ca. 2-3 ml Wasser in einem
dritten Reagenzglas auf. Diese Lösung gibt man nun vollständig zu dem Gemisch der
ersten beiden hinzu.
Beobachtung: Die KSCN-Lösung ist klar, die FeCl3-Lösung gelblich. Nach Zugabe
der FeCl3-Lösung entsteht eine dunkelrote Lösung, die sich auf Grund der Zugabe der
gelösten Fluoretten wieder entfärbt.
Auswertung:
Eisen-(III)-chlorid bildet in wässriger Lösung auf Grund von CT-Übergängen gelbe
Komplexe aus, die eine unterschiedliche Anzahl von Aqua- bzw. Chloroliganden
5
besitzen. Dies nennt man Hydratisomerie. Wird nun Kaliumthiocyanat hinzugegeben,
so findet folgende Ligandensubstitution statt:
[FeCl2(H2O)4]+(aq) + 2 SCN-(aq)
gelb
[Fe(NCS)2(H2O)4]+(aq)
blutrot
+ 2 Cl-(aq)
Werden nun weiterhin Fluoridionen der Lösung zugegeben, so geschieht folgendes:
[Fe(NCS)2(H2O)4]+(aq)+ 5 F-(aq)
blutrot
[FeF5(H2O)]2-(aq) + 2 SCN-(aq)+ 3 H2O
farblos
Diese Reaktion ist erneut eine Ligandensubstitution. Hierbei liegen die Komplexe
wiederum als Hydratisomere vor, wobei der Monoaqua-pentafluoro-ferrat-(III)Komplex in wässriger Lösung am stabilsten ist.
Die Ligandensubstitution kann deshalb erfolgen, da Fe3+ mit allen drei Liganden
oktaedrische high-spin Komplexe bildet, die Liganden aber immer härter werden und
somit nach dem HSAB-Konzept immer besser zu dem harten Fe3+ passen.
Was passiert nun bei der Einnahmen von Fluoretten an unserem Zahnschmelz, den
wir irgendwie stärken wollten um ihn vor der sich im Mund befindlichen Säure zu
schützen.
2.2. Reaktion am Zahnschmelz
Der sehr harte Zahnschmelz, der, wie in Kap. 1.3 beschrieben aus Hydoxylapatit
besteht, wird durch die Fluoridionen partiell in Fluorapatit umgewandelt, dessen
Härte noch größer ist.
Ca5(PO4)3OH(s) + F-(aq)
(aq)Hydroxylapatit
Ca5(PO4)3F(s) + OHFluorapatit
Der Hydroxylapatit kann nun durch die Säure nicht mehr so leicht angegriffen
werden und die Zähne sind noch besser geschützt.
Also sollten schon Babys Fluoretten zu sich nehmen, sowie auf die Zahnpflege bei
Kleinkindern geachtet werden, da die Fluoridionen in den Kiefer hineinwandern und
bei der Bildung der Zähne, die bei den Milchzähnen etwa ein Jahr und bei den
bleibenden Zähnen etwa 3 Jahre dauert, partiell in den Schmelz eingelagert werden.
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Allerdings werden gewisse Richtlinien vorgeschrieben, wie viel Fluorid in frei
verkäuflichen Zahnpasten enthalten sein darf.
2.3 Flouridgehalt in Zahnpflegemitteln
1600
max.
Fluoridgehalt
1/ppm
1400
1200
1000
800
600
400
Fluoridgehalt
1/ppm
200
0
ZP allgemein
Meridol
aronal/elmex
Kinder ZP
Abb. 2: Fluoridgehalt in Zahnpflegemitteln
Allgemein ist in „normaler“ Zahnpasta (ZP) zwischen 1000 ppm und 1450 ppm
Fluorid enthalten. Hierbei handelt es sich meist um Natriumfluorid. In den Kinder ZP
ist nur 250-500 ppm Fluorid enthalten. Dies ist u.a. der Fall, da Kinder meist auch
noch die oben erwähnten Fluoretten zu sich nehmen und eine Überversorgung mit
Fluorid zunächst zu Fluorose, also zu unschönen weißen Stellen auf den Zähnen
führen kann. Weiterhin ist es schwieriger, Kinder dazu zu bringen, nach dem
Zähneputze ihre ZP wieder vollständig auszuspucken. Dies ist bei übermäßigem
Verzehr sehr gefährlich, da Fluorid in großen Mengen sehr giftig ist.
Morgens aronal, abends elmex. Diesen Spruch kennt man aus der Werbung.
Aber warum ist das nun so wichtig?
Wie man schon in Abb. 2 sieht, enthält aronal etwa 1000ppm Fluorid, elmex
hingegen etwas mehr, nämlich 1250ppm. Das ist schon einmal wichtig, da die
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größere Menge Fluorid abends mit elmex aufgetragen wird und somit über Nacht
länger auf den Zahn einwirkt.
Aber nicht nur quantitativ ist ein Unterschied zu erkennen, sondern auch qualitativ:
in aronal ist normales Natriumfluorid enthalten, das auch in den üblichen Zahnpasten
enthalten ist.
In elmex hingegen befindet sich ein Wirkstoffkomplex aus Aminfluoriden und
Zinnfluoriden. Hierbei ist es so, das das anorganische Zinnfluorid bekannt für seinen
ausgeprägten antibakteriellen und somit plaquehemmenden und gleichzeitig
entzündungshemmenden Effekt ist. Durch die Kombination mit dem organischen
Aminfluorid konnte das Zinnfluorid erstmals in liquider Form stabilisiert werden.
Das Aminfluorid kann man vergleichen mit einem Seifenteilchen: es besitzt einen
polaren Kopf und einen unpolaren Schwanz. Es verteilt sich auf Grund seiner starken
Oberflächenaktivität sehr schnell im Mundraum und überzieht die Zähne mit einer
monomolekularen Schicht. Hierbei bildet sich mit dem Calcium des Zahnes eine
stabile Calciumfluorid-Deckschicht. Diese dient über einen längeren Zeitraum als
Fluoriddepot und schützt die Zähne vor Säureangriffen.
Quelle dieser Seite: GABA GmbH
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3. Inhaltsstoffe von Zahnpasta und Co
3.1 Feuchthaltemittel
Früher wurde pulverförmiger Kalk zum Putzen der Zähne verwendet. Im Laufe der
Entwicklung der Zahnpflegemittel entstand daraus eine Paste, die zwar noch häufig
den ursprünglichen Wirkstoff enthält, aber auf Grund ihrer Konsistenz im Alltag
besser zu handhaben und für den Verbraucher angenehmener zu verwenden ist.
Als Feuchthaltemittel werden in der Paste Wasser, Sorbit, Glycerin und
verschiedenen Alkohole, z.B. Propylenglycol verwendet.
Das Vorhandensein von Wasser in einer handelsüblichen Zahnpasta möchte ich in
meinem nächsten Versuch zeigen.
Versuch 3: Wasser Nachweis
Geräte: Petrischale, Spatel
Chemikalien: bei 135°C getrocknetes CuSO4 , das nun als Kupfersulfatmonohydrat
vorliegt und fast weiß ist, Zahnpasta ohne Streifen, möglichst weiß
Durchführung: Ein 1 cm langer Zahnpastastreifen wird in die Petrischale gegeben.
Hierzu streut man nun eine Spatelspitze des getrockneten Kupfersulfates und drückt
dies ein wenig in die Zahnpasta hinein.
Beobachtung:
Das vorher weißliche Kupfersulfat färbt sich blau.
Erklärung: Das in der Zahnpasta befindliche Wasser bildet mit dem getrockneten
Kupfersulfat, das als Kupfersulfatmonohydrat vorliegt, einen blauen Komplex.
CuSO4·H2O(s) + 4 H2O
weiß
[Cu(H2O)4]SO4·H2O
blau
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Hierbei wird das Zentralteilchen Cu2+ durch 4 Wassernmoleküle quadratisch planar
umgeben. Das Sulfatanion dient als Gegenion und ein Wassermolekül bildet die
Hydrathülle.
Das oben erwähnte Sorbit dient nicht nur als Feuchthaltemittel, sondern auch als
Süßungsmittel. ( Vgl. 3.4 )
Die wichtigsten Inhaltsstoff der Zahnpasta sind die nun folgenden Abrasionsstoffe,
die auf Grund des Abriebes dafür sorgen, dass unsere Zähne von Speiseresten und
Bakterien, also dem sogenannten Plaque befreit werden.
3.2 Abrasionsstoffe
Man unterscheidet Zahnpasten, die das ursprüngliche Calciumcarbonat (CaCO3)
oder das neuere Kieselgel (SiO2·nH2O ) als Abrasionsstoff besitzen. Zusätzlich
werden nun z.B. in Raucherzahnpasten, Aluminiumoxid oder neu entwickelte
Polymere; auf die ich nicht näher eingehen möchte, eingesetzt.
Ihre Abrasionswirkung wird in der folgenden Demonstration deutlich.
3.2.1 Demonstration 1: Abrasionswirkung
Geräte: Aluminiumfolie, 2 weiße Lappen
Chemikalien: weiße Zahnpasta ohne Streifen, Wasser
Durchführung: Etwas Wasser wird auf die Aluminiumfolie getropft und mit einem
weißen Lappen abgerieben. Nun gibt man auf eine andere Stelle der Aluminiumfolie
ein erbsengroßes Stück Zahnpasta und reibt mit dem zweiten Lappen darüber.
Beobachtung: Beim Abreiben des Wassers bleibt Lappen eins weiß und wird
lediglich feucht. Beim Verreiben der Zahnpasta stellt man fest, dass sich Lappen zwei
an der Stelle, an der man reibt, grau färbt.
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Erklärung: Auf Grund der Abrasionsstoffe wirkt die Zahnpasta beim Reiben wie
ganz feines Schmirgelpapier und kann somit sehr oberflächlich das Aluminium abtragen. Dies passiert auch beim Zähneputzen auf der Zahnoberfläche. Damit aber
nur die Bakterien und Speisereste abgetragen werden und nicht auch noch Teile
unseres Zahnschmelzes, müssen die Abrasionsstoffe besonderen Ansprüchen
genügen. Diese werden durch den sog. RDA-Wert definiert.
3.2.2 RDA-Wert
Der „Radioaktive Dentin Abrasation“ Wert (RDA) ist abhängig von der Härte,
Größe und Oberflächenstruktur des Putzkörpers, d.h. hat man einen RDA-Wert von
20, so sind besonders kleine, eher weichere Abrasionsstoffe in der Zahnpasta
vorhanden. Dies ist zum Beispiel in Sensitiv Zahnpasten der Fall. Hat man hingegen
einen sehr hohen RDA-Wert z.B. bis zu 150, so sind diese Zahnpasten schon zu stark
und dürfen maximal einmal in der Woche verwendet werden. Hierzu gehören u.a.
unterschiedliche Raucherzahnpasten.
Zahnpasta
RDA-Wert
Beispiel
Sensitiv
20-30
Elmex Sensitiv
„Normale“
60-80
Meridol, Kinder ZP
White
> 100 Übersicht der RDA-Werte Raucher
ZP
Abb. 3: tabellarische
von Zahnpasten
Zur genauen Bestimmung, wie viel des wichtigsten und ältesten Abrasionsstoffes,
nämlich des Calciumcarbonates, wird die folgende komplexometrische Titration
durchgeführt.
3.2.3 Versuch 4: CaCO3 –Gehalt in Zahnpasta
Geräte: 400 ml Becherglas, Pipetten, Spatel, Magnetrührer mit Rührfisch, Bürette,
Trichter, Uhrglas, weißes Blatt Papier
Chemikalien: calciumcarbonathaltige Zahnpasta ( z.B. Settima ), konz. Salzsäure,
dest. Wasser, Alkalit-Indikatorstäbchen, NaOH ( c = 2,5 mol/L ),
Calconcarbonsäureverreibung, EDTA-Lösung ( c = 0.05 mol/L )
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Vorbereitung: Genau 0.4 g Zahnpasta werden auf einer Analysenwaage
eingewogen, mit 15 ml dest. Wasser und 10 ml konz. Salzsäure versetzt,
anschließend mit einem Uhrglas bedeckt etwa 5-10 Minuten unter Rühren kochen
lassen. Nach Abkühlen des Reaktionsgemisches etwa auf Raumtemperatur verdünnt
man auf 100 ml und bringt es mit Hilfe von NaOH und Alkalit-Indikatorstäbchen auf
einen pH-Wert von 12.5.
Durchführung: Zum vorbereiteten Raktionsgemisch gibt man eine Spatelspitze
Calconcarbonsäureverreibung als Indikator. Anschließend titriert man mit der oben
angegebenen EDTA-Lösung.
Beobachtung:
Der Umschlagspunkt liegt dann vor, wenn der Indikator seine Farbe von violett nach
blau ändert. Hierbei werden 24 ml verbraucht.
Erklärung: Während der Vorbereitung wird zuerst das CaCO3 aus der Zahnpasta in
Lösung gebracht.
CaCO3(s) + 2 H3O+(aq) + 2 Cl-(aq)
Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq) + CO2(g) + 3 H2O
Anschließend wird die überschüssige Säure eliminiert und ein pH-Wert von 12.5
eingestellt.
H3O+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq)
Cl-(aq) + Na+(aq) + 2 H2OGibt
man nun den Indikator hinzu, so bildet sich ein violetter Calciumindikatorkomplex.
Ca2+(aq) + [HInd]3-(aq)
+
H2O
blau
[CaInd]2-(aq) + H3O+(aq)
violettDieser reagiert nun mit
dem EDTA, das hinzugetropft wird zu einem Calcium-EDTA-Komplex und der blauen
Form des Indikators, welcher direkt wieder nach obiger Gleichung zum violetten
Calciumindikatorkomplex umgewandelt wird.
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[CaInd]2-(aq) + [H2EDTA]2-(aq) + 2 H2O
violett
[CaEDTA]2-(aq) + [HInd]3-(aq) + H3O+(aq)
farblos
blau
Ist das Calcium völlig verbraucht, so liegt die blaue Form vor. Also endet die Titration
bei einem Farbumschlag von violett nach blau.
2-
Abb. 4: Calcium-EDTA-Komplex
Berechnung des Calciumgehaltes in der verwendeten Zahnpasta:
1 ml EDTA-Lösung entspricht 2,004 mg Ca2+ und damit auch 5,0045 mg CaCO3.
Also entsprechen die verbrauchten 24 ml 120,108 mg Calciumcarbonat.
Somit erhalten wir einen Massenanteil in der Zahnpasta von:
w(CaCO3) = m (CaCO3) / m (Zahnpasta) = 120,108·10-3 g / 0,4 g = 0.30027
Also sind etwa 30% der Zahnpasta Calciumcarbonat.
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3.3 Zahnaufheller
Nicht nur gesunde Zähne machen attraktiv, sondern auch besonders weiße Zähne.
Diese werden aber bei täglichem Genuss von Kaffee, Tee und auch Zigaretten sehr
schnell bräunlich verfärbt. Um nicht aufwendige Zahnarztbehandlungen auf sich
nehmen zu müssen, greift der Verbraucher hier nun zu den im Handel erhältlichen
Zahnaufhellern. Diese wirken innerhalb von 1-2 Wochen und erzielen eine sichtbare
Aufhellung. Dennoch sind sie aus gesundheitlicher Sicht für die Zähne nicht zu
empfehlen, da eine zahnärztlich Behandlung weit schonender ist.
Das in einigen Aufhellern Peroxide enthalten sind, wird die folgende Demonstration
zeigen.
Demonstration 2: H2O2 – Gehalt in Zahnaufhellern
Geräte: Chemikalien: Zahnaufheller aus dem Handel, z.B. Simply White von Colgate,
Peroxidteststäbchen
Durchführung: Das Peroxidteststäbchen wird mit dem Zahnaufheller bepinselt.
Beobachtung: Das Stäbchen färbt sich mittelblau.
Erklärung: Das Peroxidteststäbchen gibt den Gehalt von Peroxiden in mg/l an. Also
ist im Zahnaufheller 10 mg/l Peroxid in Form von Wasserstoffperoxid enthalten.
Das Peroxid, das verwendet wird ist hauptsächlich das Wasserstoffperoxid. Dieses
zerfällt beim Auftragen auf die Zähne in Wasser und ein Sauerstoffradikal.
Hierbei dienen die Luftpartikel oder winzige Staubteilchen als Katalysator. Diese
wirken besonders gut, da man den Mund nach dem Auftragen eine Minute lang offen
halten muss.
Katalysator
H2O2
H2O + O
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3.4 Geschmacks- und Farbstoffe
Da der Verbraucher eine Zahnpasta nicht kauft, deren Aussehen ihm nicht gefällt und
die nicht angenehm riecht und schmeckt, werden ihr von den Vertreiberfirmen
jeweils verschiedene Geschmacks- und Farbstoffe zugesetzt.
3.4.1 Geschmacksstoffe
Die Geschmackstoffe oder auch Aromen genannt, bewirken dann z.B. den
Geschmack nach Pfefferminze, frischen Kräutern oder Erdbeere, wie Kinder es
besonders mögen. Auch Süßungsmittel, die unter die Geschmackstoffe fallen, dürfen
da nicht fehlen, damit wir gerne unsere Zähne putzen.
Allgemein unterteilt man die Süßungsmittel in nährstoffhaltige und in nicht
nährstoffhaltige Stoffe.
Unter die nährstoffhaltigen fallen Haushaltszucker und Zuckeraustauschstoffe.
Die Zuckeraustauschstoffe unterteilen sich weiter in Fructose und die
Zuckeralkohole Xylit, Sorbit und Mannit.
Letztere sind besonders für Diabetiker wichtig, da z.B. Sorbit vom Körper nicht über
den Insulinstoffwechsel abgebaut wird.
Alle drei können von Bakterien nicht als Nahrung verwendet werden und werden
deshalb z.B. hier in der Zahnpasta eingesetzt.
Sie sind der Grund für den Ausspruch :“ kann bei übermäßigem Verzehr
abführend wirken“, da sie im Magen nicht verdaut werden und dann im Dickdarm
sehr viel Wasser an sich binden und somit zum Durchfall führen.
Diese Zuckeralkohole werden aus der Natur gewonnen aber da sie eine sehr geringe
Süßkraft besitzen, werden sie von den künstlichen, weniger teuren Süßstoffen
unterstützt. Diese fallen jetzt unter die nicht-nährstoffhaltigen Süßungsmittel.
Hierbei ist Aspartame, Cyclamat und Saccharin zu erwähnen. Das Aspartame ist der
Grund dafür, das auf jeder Packung Kaugummis angegeben ist: „ enthält eine
Phenylalaninquelle “ welche schädlich ist für Menschen mit Phenyl-Keton-Urie
(PKU). Dies erkennt man an seinem UPAC-Namen des Aspartams: S-Aspartyl-Sphenylalaninmethylester.
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Süßungsmittel
nährstoffhaltig
nicht nährstoffhaltig
Haushaltszucker
Zuckeraustauschstoffe
Süßstoffe
Saccharose
Xylit
Cyclamat
Sorbit
Aspartame
Mannit
Saccharin
Abb. 5: Einteilung der Süßungsmittel
Weiterhin sollen die Geschmackstoffe aber auch einen frischen Effekt verursachen,
der dem Verbraucher simuliert, er hätte jetzt besonders saubere Zähne. Dies wird
mit Hilfe einer der oben genannten Süßungsmittel in nächsten Versuch eindrucksvoll
demonstriert.
Versuch 5: Cool Effekt
Geräte: Magnetrührer mit Rührfisch, Becherglas, digitales Thermometer,
Stativmaterial, Spatel, kleines Wägeglas
Chemikalien: 1,5g Xylit, 50 ml dest. Wasser
Vorbereitung: Genau 1,5g Xylit werden in einem Wägeglas auf einer Digitalwaage
abgewogen.
Durchführung: Zu den 50 ml Wasser, deren Temperatur vor Beginn des Versuches
notiert wird, gibt man die abgewogenen 1,5g Xylit und beobachtet die
Temperaturanzeige.
Beobachtung: Die Temperatur nimmt etwa um 1 Grad ab.
Erklärung: Das Xylit löst sich unter Abkühlen, benötigt also Wärme aus der
Umgebung und hat somit eine positive Lösungswärme. Diese beträgt 23 kJ/mol.
16
Da 1,5g , also 0,01 mol Xylit verwendet wurden, kann man die Temperaturdifferenz
mit Hilfe physikalischer Gleichungen berechnen.
H ( Xylit) 
T 
C ( H 2O ) m( H 2O ) T
Q

n( xylit )
n( xylit )
T 
H ( Xylit) n( xylit)
C( H 2O ) m( H 2O )
J
 0.01mol
mol
 0.9 K
J
4.18
 50 g
gK
23.000
3.4.2 Farbstoffe
Die Zahnpasta soll nicht nur gut schmecken, sondern auch gut aussehen. Deshalb
werden ihr Farbstoffe beigemischt, die manchmal die gesamte Zahnpasta färben
oder bunte Streifen erzeugen. In den Mundspülungen verwendet man ebenfalls
Farbstoffe und da diese flüssig und einheitlich gefärbt sind, ist es hier einfacher, den
folgenden Versuch damit durchzuführen. Man könnte auch die Farbstoffe aus den
Zahnpasten verwenden, müsste diese aber vorher aufwendig extrahieren und
aufkonzentrieren.
Versuch 6: Chromatogramm
Geräte: DC-Kammer mit Deckel, Cellulose auf Kunststoff DC Platten
Chemikalien: Fließmittel:
Trinatriumcitrat-Lösung:Ammoniak-Lösung:Ethanol :Wasser wie 40:10:3:3
Meridol Mundspülung und Odol-med-3 Mundspülung, Farbstoffe zum Vergleich:
Patentblau V (Rf = 0,9) und Cochenillerot A (Rf = 0,66)
Durchführung: Jeweils 5 Tropfen der beiden Mundspülungen werden auf eine DCKarte aufgetragen und das Chromatogramm wird nun ca. 35 Minuten laufen
gelassen.
Beobachtung: Die Meridol Mundspülung hat einen Rf-Wert von 0,9, die Odol-med-3
Mundspülung von 0,65.
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Erklärung: Bei dem Farbstoff in Meridol handelt es sich auf Grund der identischen
Rf - Werte um Patentblau V und in der Odol-med-3 Spülung um Cochenillerot A.
Dies kann man auch daran erkennen, dass auf der Packung der beiden eingesetzten
Mundspülungen die CI (Colour Index ) Nummern angegeben sind. Der Farbstoff der
in Meridol enthalten ist hat die CI Nummer 42051, welches der bekannteren
E-Nummer E 131 für das Patentblau V entspricht.
Die CI Nummer, die auf der Odol-med-3 Mundspülung angegeben ist, ist die 16255,
welches hier nun der E-Nummer E 124 für Cochenillerot A entspricht.
3.5 Weitere Zusatzstoffe
Das Aufzählen aller Zusatzstoffe würde hier den Rahmen deutlich sprengen, da es
diverse Zahnpastaherstellerfirmen gibt, die sehr viele unterschiedliche Substanzen in
ihren Produkten verwenden.
Eine Auswahl aus diesen, die ich für wichtig erachte, möchte ich dennoch aufzählen,
dann aber chemisch nicht mehr näher auf sie eingehen.
Zur vollständigen Benetzung der Zahnoberfläche sind Oberflächenbenetzer,
Tenside und waschaktive Substanzen in der Zahnpasta enthalten. Zu den
Oberflächenbenetzern gehört z.B. das Natriumdodecylsulfat, das in den neueren
Zahnpasten nicht mehr verwendet werden sollte, da es als gesundheitsschädlich
eingestuft wurde.
Ebenfalls enthalten alle Zahnpasten den Weißtöner Titandioxid, der der Zahnpasta
selbst eine schöne und besonders weiße Farbe geben soll.
Weiterhin enthält sie Verdickungsmittel, hier u.a. das Gummi arabicum, das auch
in Gummibärchen enthalten ist.
Emulgatoren und Konservierungsmittel, um die Zahnpasta länger haltbar zu
machen, sind außerdem noch enthalten.
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3.6 Demonstration 3: Herstellung einer Zahnpasta
Zum Ende des Vortrages und meiner Ausarbeitung möchte ich noch einmal die
wichtigsten bis lang erwähnten Inhaltsstoffe aufgreifen und daraus
zusammenfassend eine Zahnpasta herstellen.
Geräte: Mörser mit Pistill
Chemikalien: 0,4g Fluoretten, 11g Glycerin, 5g Sorbit, 10g Calciumcarbonat,
2,5g Xylit, einige Tropfen Aromaöl, Wasser
Durchführung: Die oben angegebenen Substanzen werden zusammengegeben und
miteinander verrührt. Hierbei dient das Fluorid der Kariesprävention, Sorbit und Xylit
sorgen für die Süße der Zahnpasta, das Aromaöl für den Geschmack/Geruch Glycerin
und Wasser für die Konsistenz und das Calciumcarbonat dient als Abrasionsmittel.
Beobachtung: Es bildet sich eine Zahnpasta, die, wenn man die Substanzen aus
der Apotheke und eine Gewürzmörser verwendet, auch zum Zähneputzen verwendet
werden kann. Allerdings sollte man sie nicht dauerhaft benutzen, da die Körnung des
Calciumcarbonates aus dem Labor zu grob ist.
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4. Ein Blick in die Tube
4.1 Wie kommen die Streifen in die Tube?
Die Streifen sind in der Zahnpastatube schon angelegt, d.h. wenn man z.B. eine
dreifarbige Zahnpasta in weiß, rot, blau hat, so liegen diese genau in der Reihenfolge
längs der Tube nebeneinander. Somit kommen sie nur durch gleichmäßiges Drücken
in gewollter Form aus der Tube heraus. Knetet man diese eine Zeit lang, so entsteht
eine homogene Mischung aus allen drei Farben.
4.2 Wie lange kann ich meine Zähne mit 100 ml Zahnpasta
putzen?
Als Mathematiker hat mich besonders interessiert, wie lange ich mit einer 100ml
Zahnpastaube durchschnittlich meine Zähne putzen kann, also habe ich eine billige
Zahnpasta genommen, diese ausgedrückt und die Länge der Streifen gemessen.
Wenn man deren Länge von 2,2 m nun durch die Länge der Zahnbürste, also ca.
1,5 cm teilt, so kommt man auf etwa 73 Tage, wenn man zweimal täglich die Zähne
putzt.
Personen die eine elektrische Zahnbürste verwenden, kommen mit derselben Menge
etwa die doppelte bis dreifache Zeit aus.
4.3 Eigene Zähne bis ins hohe Alter
٠ schon als Baby/Kleinkind :
Fluoretten und Kinderzahnpasta
٠ ein Leben lang:
Zahnpasta
Zahnspülungen
Interdentalbürsten/ Zahnseide
٠ für zwischendurch:
Zahnpflegebonbons oder Zahnpflegekaugummis
٠ und wenn’s zu spät ist: zumindest einen Gebissreiniger!
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5. Literaturangaben
Bücher
- Riedel, Erwin , Anorganische Chemie, 4. Auflage, deGruyter-Verlag, Berlin New York
1999
- Holleman Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101.Auflage, deGruyterVerlag, Berlin New York 1995
- Mortimer, Das Basiswissen der Chemie, 7. korrigierte Auflage, Georg Thieme Verlag
Stuttgart - New York 2001
- Jander Blasius, Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie,
15. Auflage, Hirzel Verlag, Leipzig 2002
- Baltes, Lebensmittelchemie, 5. vollständig überarbeitete Auflage, Springer Verlag,
Berlin Heidelberg New York 2000
Internetquellen
- http://gesund.qualimedic.de/zuckeraustauschstoffe.html
- http://www.rgw-bayreuth.de/chemie/badezimmer/versuch1.htm
- http://www.gaba-dent.de/dental.htm
- http://www2.chemie.uni-erlangen.de/educaten/medchem/amalgam/apatit.html-9k- http://www.jufo-berlin-nord.schule.de/HumboldtSchule/Chemie/Zahnpastaprojekt/zahnpastaprojekt.html
- www.wikipedia.de
Sonstige
- E. Gerstner, Skriptum zum Anorganisch Chemischen Praktikum für Lehramtskandidaten, 3. teilweise neu bearbeitete und erweiterte Auflage, Marburg 1993
- diverse Artikel der Fa. Gaba über u.a. Inhaltsstoffe von Zahnpasten und
Mundspülungen
- Experimentalvortrag zum Thema Zahnpflegemittel, SS1996, Nr. 544
- Experimentalvortrag zum Thema Lebensmittelzusatzstoffe, WS 93/94, Nr.460
- Experimentalvortrag zum Thema Zuckeraustausch und Zuckerersatzstoffe, SS 1993,
Nr.455
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