doc - ChidS

Hinweis:
Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule).
Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht herunter geladen werden,
unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende:
http://online-media.uni-marburg.de/chemie/chids/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Chemie
Sommersemester 2003
Seminar: Übungen im Experimentalvortrag
Waschmittel
Wie man eine weiße Weste bekommt
Vortrag vom 16. Juli 2003
Carmen Sondergeld
Geschwister-Scholl Str. 3/ 420
35039 Marburg
Studienfächer: Biologie (8), Chemie (7)
Inhaltsverzeichnis
Seite
1. Geschichte der Wäschepflege..................................................................................1
Versuch 1: Vergleich von Seife und synthetischen Tensiden.................5
2. Inhaltsstoffe moderner Waschmitteln.......................................................................9
2.1 Tenside......................................................................................................11
Demonstration 1: Stabilisierung einer Suspension durch Tenside........13
2.1.1 Die Tensidklassen........................................................................15
Versuch 2: Identifizierung der Tensidart mittels DC..............................17
2.2 Gerüststoffe...............................................................................................20
Versuch 3: Wirkungsweise von Gerüststoffen......................................20
2.2.1 Pentanatriumtriphosphat – der älteste Gerüststoff.......................22
Versuch 4: Phosphatnachweis..............................................................22
2.2.2 Das Phosphat-Substitut: SASIL…………………………………….24
Versuch 5: Titrimetrische Gehaltsbestimmung von SASIL...................26
2.3 Bleichmittel.................................................................................................30
Versuch 6: Nachweis der Bleichwirkung...............................................30
2.4 Optische Aufheller......................................................................................32
Demonstration 2: Optische Aufheller in Waschmitteln..........................32
3. Waschmittel in der Schule......................................................................................34
4. Literaturverzeichnis................................................................................................35
1. Geschichte der Wäschepflege
Das Bedürfnis und die Notwendigkeit des Wäschewaschens ist so alt wie die
Menschheit selbst. Seit der Mensch gelernt hat, mit Fellen, Tierhäuten und
Pflanzenmaterial seinen Körper zu bedecken, ist es notwendig, diese "Kleidung" von
anhaftendem Schmutz und evtl. Parasiten zu befreien.
So ist das Waschen von Wäsche eine uralte Kunst, die sich mehrere Jahrtausende
zurückverfolgen lässt. Die beiden wichtigsten Verfahren stellen dabei seit jeher
einerseits die Behandlung mit Wasser und andererseits die mechanische
Bearbeitung der Wäsche dar. Schon frühzeitig erkannte man auch, dass dem
Wasser durch bestimmte Zusätze höhere Waschkraft gegeben werden kann. Die
ältesten solcher waschkraftsteigernden Zusätze sind Seife und Soda (Na 2CO3).
Bereits seit vielen tausend Jahren weiß man, dass sich beim Erhitzen von Fett und
Holzasche ein seifenähnlicher Stoff bildet. Das älteste Zeugnis, das über Seife zum
Waschen von Wolle in sumerischer Sprache berichtet, ist eine Tontafel aus dem
Jahre 2500 v.Chr., die im Gebiet von Euphrat und Tigris entstanden ist.
„Um mit Wasser rein zu waschen, um mit
Pottasche zu säubern... vermischt er das
reine Öl mit Pottasche“
•
Abb. 1: •Tontafel der Sumerer (2500 v. Chr.)
Die Befunde über die Sumerer sind bedeutungsvoll, da hier einerseits zum ersten
Mal von einer chemischen Reaktion berichtet wird und andererseits der erste Hinweis
für den Gebrauch der Seife als Reinigungsmittel für Textilien erbracht wird.
Auch die alten Ägypter kannten so etwas wie Seife. Ihnen stand Trona, ein
sodaähnliches Alkalisalz (vermutete Zusammensetzung: Na 2CO3
.
NaHCO3
.
H2O),
zur Verfügung, das sie mit Fetten vermischt und erhitzt haben. Ägyptische
Wandbilder aus dem Jahre 600 v. Chr. zeigen, wie Sklaven die Wäsche mit Keulen
schlagen, um sie zu reinigen.
Abb. 2: Ägyptisches Wandbild (600 v. Chr.)
Die Römer lernten Seife bei den Galliern und Germanen kennen; Plinius der
Ältere (23 – 70 n. Chr.) berichtet in seiner „Historia naturalis“, dass die Gallier und
Germanen Seifen als Haarpomade benutzt hätten, die sie aus Ziegentalg und
weiß gebrannter Asche herstellten. Diese Seifen wurden begehrte Handelsartikel
der Römer, die sie vorwiegend zu kosmetischen Zwecken benutzten, so als
Haarfestiger und – versetzt mit Farbstoffen – als Haarfärbemittel. Von den
Römern stammt auch der Name „sapo“, von dem sich unser Wort „Seife“, das
englische „soap“ oder das französische „savon“ ableiten. Als Reinigungsmittel für
ihre Togen verwendeten die Römer Urin wegen seines reinigenden AmmoniakGehaltes.
Mit den Arabern, die die Herstellung von Natron– und Kalilauge aus Soda und
Pottasche kannten, gelangte die Kunst der Seifenherstellung im 7. Jahrhundert
nach Spanien. Auch in Deutschland wurden schon zur Zeit Karls des Großen
Seifensiedereien erwähnt. Doch die Blütezeit der frühen Seifenherstellung lag
nicht in Deutschland, sondern in Italien, Spanien und später auch in Frankreich,
da dort die Früchte der weitverbreiteten Ölbäume für die Seifenherstellung genutzt
wurden.
Abb. 3:
Seifensiederei
Der endgültige Durchbruch der Seifenproduktion vom Seifensiederhandwerk zur
gezielt industriellen Erzeugung erfolgte im 18 Jhd.. Diese Entwicklung konnte nur
erzielt werden, weil folgende Vorbedingungen erfüllt waren:

die chemische Untersuchung der Fette durch Chevreul,

die Sodaherstellung nach Leblanc (1791), da Pottasche knapper wurde als
Fett

und ein Transportsystem zur Einfuhr billiger tropischer Pflanzenöle.
Aufgrund weiterer Forschungen gelang es Fritz
Henkel schließlich 1878 „Henkels Bleichsoda“,
mit
den
Inhaltsstoffen
Natriumcarbonat
Einweichmittel,
als
und
Natriumsilicat
Enthärtungs1907
das
und
und
erste
Vollwaschmittel PERSIL, mit den Inhaltsstoffen
Natriumperborat, Seife, Natriumcarbonat und
Natriumsilicat, auf den Markt zu bringen.
Abb. 4: Werbeplakat
F.F. Runge (1795-1867) ist der Mann, der als Entdecker des ersten synthetischen
Tensids bezeichnet werden kann. Er war in der Färbetechnik tätig und fühlte sich
während
seiner
Arbeit
durch
den
penetranten
Geruch
des
für
die
Türkischrotfärberei notwendigen ranzigen Olivenöls gestört. Diese Belästigung
versuchte er zu vermindern, indem er das Olivenöl zunächst mit Schwefelsäure
behandelte und es anschließend mit Kalilauge neutralisierte. Das dabei
entstandene wasserlösliche, praktisch geruchsfrei „sulfooleinsaure Kali“ war
sozusagen das erste „synthetische“ Tensid. Dieses Tensid zeichnete sich zwar
durch gutes Emulgier-, Netz- und Dispergiervermögen sowie eine gute
Schaumbildung aus, wies aber nur eine geringe Waschwirkung auf. Hier gelang
1928 Bertsch mit seiner Entdeckung höhermolekularer Alkylsulfate als neutrale
waschaktive Substanz der Durchbruch: 1932 brachte die Böhme-Fettchemie ihr
neutrales Feinwaschmittel Fewa auf den Markt.
Abb. 5: Werbeplakat
Nach dem 2. Weltkrieg erlangte die Tensidchemie eine große Bedeutung und
Tenside wurden bis heute zu dem Hauptbestandteil der waschaktiven Substanzen
in Waschmitteln.
Doch warum wurde soviel in die Entwicklung synthetischer Tenside investiert,
wenn doch die Seife als waschaktive Substanz bekannt war? Dieser Frage soll im
ersten Versuch auf den Grund gegangen werden.
Versuch 1: Vergleich von Seife und synthetischen Tensiden
Material:
-
4 Bechergläser (100 ml)
-
2 Messzylinder (100 ml)
-
Waage
-
2 Schnelllauftrichter mit passendem Papierfilter
-
6 Reagenzgläser
-
Reagenzglasständer
-
2 Tropfpipetten mit Hütchen
-
pH-Messgerät
Chemikalien:
-
entionisiertes Wasser
-
Kernseifenlösung
V = 60 ml
-
Spülmittellösung
V = 60 ml
-
Salzsäure
c = 2 mol/l; V = 5 ml
Xi, R 36/37/38, S26
-
Calciumchlorid (wasserfrei)
Xi, R 36, S 22-24
-
Calciumchlorid-Lösung
w = 0,1; V = 5 ml
Durchführung:
Herstellung der Tensidlösungen
0,3 g Kernseife werden in 30 ml entionisiertem Wasser gelöst und die Lösung durch
zwei Filterpapiere mit Hilfe eines Schnelllauftrichters filtriert. Von dem Filtrat werden
20 ml abgenommen und mit entionisiertem Wasser auf 60 ml aufgefüllt.
Die Spülmittellösung wird in gleicher Weise hergestellt, allerdings werden hierbei 0,4
ml Spülmittel auf 30 ml entionisiertes Wasser eingesetzt.
Durchführung der vergleichenden Untersuchungen
Die beiden Tensidlösungen werden gleichmäßig auf jeweils drei Reagenzgläser
verteilt und im Reagenzglasständer so positioniert, dass sich die beiden
unterschiedlichen Lösungen in zwei Reihen gegenüber stehen.
Nun misst man zunächst den pH-Wert im ersten Reagenzglas jeder Reihe. In das
zweite Reagenzglaspaar gibt man mit Hilfe einer Tropfpipette ca. 2 ml Salzsäure (c =
2 mol/l) und dem jeweils dritten Reagenzglas jeder Reihe werden ca. 2 ml
Calciumchloridlösung (w = 0,1) zugefügt.
Beobachtung:
Die Messung der pH-Werte ergibt folgende Ergebnisse:
-
Kernseifenlösung:
pH = 10,5
-
Spülmittellösung:
pH = 7,4
Gibt man verdünnte Salzsäure zu den beiden Tensidlösungen kann man
unterschiedliche Beobachtungen machen: Während es in der Seifenlösung zu einem
weißen Niederschlag kommt, bleibt die Spülmittellösung klar. Bei Zugabe von
Calciumchloridlösung beobachtet man den gleichen Vorgang: In der Seifenlösung
bildet sich ein flockiger, weißer Niederschlag, die Spülmittellösung dagegen zeigt
keine Veränderung. Die Beobachtungen lassen sich besonders gut vor einem
schwarzen Hintergrund demonstrieren.
Auswertung:
1. pH-Wert:
–
(aq) +
-
H2O

R-CH2-COOH(aq) + OH (aq)
R-CH2-OSO3-(aq) + H2O

R-CH2-OSO3H(aq) + OH-(aq)Fettalkoholsulfation
R-CH2-COO
„Seifenanion“
Das Carboxylatanion, das die funktionelle Gruppe der klassischen Seife darstellt und
deswegen hier als „Seifenanion“ bezeichnet wird, ist eine mittelstarke Brönsted Base
und bewirkt mit Wasser eine alkalische Reaktion. Das Fettalkoholsulfation, das hier
stellvertretend für die synthetischen Tenside genannt ist, hat dagegen einen sehr viel
geringeren basischen Charakter, so dass die alkalische Reaktion ausbleibt.
Alkalische Waschlaugen greifen die Fasern der Textilien und vor allem die Haut an.
Durch häufiges Waschen wird somit die Qualität der Textilien stark gemindert.
2. Reaktion bei Zugabe von Säure
-
R-CH2-COO (aq) + H3O
+
(aq)

„Seifenanion“
R-CH2-COOH(s) + H2O
Fettsäure
-
R-CH2-OSO3 (aq) + H3O
+
(aq)

Fettalkoholsulfation
“Seifenanionen”
R-CH2-OSO3H(aq) + H2O
Schwefelsäurehalbester
reagieren
aufgrund
ihres
basischen
Charakters
mit
Hydroxoniumionen zu Wasser und schwerlöslichen Fettsäuren, die eine Trübung der
Lösung bewirken und sich auf Textilien ablagern und diese vergrauen können. Da
das Fettalkoholsulfation, wie schon gesagt, nur eine schwache Base ist, kommt es zu
keiner merklichen Bildung des Schwefelsäurehalbesters, weshalb die Lösung klar
bleibt.
Mit Seife sollte also nie in saurem Wasser gewaschen werden; saures Wasser kann,
z.B. durch Fruchtsäuren oder menschlichen Schweiß (Buttersäure) auf den Textilien
enthalten sein.
3. Reaktion mit “hartem” Wasser
-
2 R-CH2-COO (aq) + Ca
2+
(aq)

„Seifenanion“
Ca(R-CH2-COO)2(s)
Kalkseife
-
2 R-CH2-OSO3 (aq) + Ca
2+
(aq)

Ca(R-CH2-OSO3)2(aq)
Fettalkoholsulfation
„Hartes“ Wasser zeichnet sich durch einen hohen Gehalt an Calcium- und
Magnesiumionen aus. Beim Waschen mit hartem Wasser verbinden sich die
Calcium- bzw. Magnesiumionen mit den „Seifenanionen“ zu schwerlöslichen Salzen,
den sog. Kalk- bzw. Magnesiumseifen. Die Salzkristalle lagern sich auf dem Gewebe
ab und zerschneiden die Textilfasern, so dass das Gewebe grau, filzig und brüchig
wird.
Die analogen Calcium- bzw. Magnesiumfettalkoholsulfate lösen sich in Wasser gut,
so dass es zu keiner Ausfällung kommt.
Die drei aufgeführten Untersuchungen zeigen, dass Seife als Waschmittel nur
eingeschränkt verwendbar ist und weshalb die Waschmittelindustrie den Einsatz
synthetischer Tenside als waschaktive Substanzen bevorzugt. Seife wird in heutigen
Waschmitteln lediglich als Schaumregulator eingesetzt.
Natürlich war die Entwicklung der Waschmittel mit der Entdeckung synthetischer
Tenside noch lange nicht abgeschlossen und ist es auch heute immer noch nicht.
Allerdings soll in diesem Zusammenhang auf die Entwicklung nicht weiter
eingegangen werden.
2. Inhaltsstoffe moderner Waschmittel
Die folgende Tabelle zeigt die Inhaltsstoffe eines modernen Vollwaschmittels
(„Weißer Riese“):
unter 5%
5 – 15 %
15 – 30 %
Außerdem
Nichtionische Tenside, Seife,
Polycarboxylate, Phosphonate
Anionische Tenside, Beichmittel auf
Sauerstoffbasis
Zeolithe (SASIL)
Enzyme, Soda, Optische Aufheller,
Parfümöle
Die farblich hervorgehoben Stoffe werden im Laufe des Vortrages genauer betrachtet
und daher an dieser Stelle nicht weiter erklärt. Die Funktion der übrigen Inhaltsstoffe
soll im Folgenden kurz erläutert werden (Angaben nach Fa. Henkel):
-
Seife steuert die Schaumentwicklung und bewirkt, dass Waschmittelreste
ohne Schaumbildung gut ausgespült werden.
-
Polycarboxylate verhindern Kalkablagerungen auf dem Gewebe und auf
Waschmaschinenteilen, sie unterstützen weiterhin die Leistung der
Tenside und wirken als Vergrauungsinhibitoren.
-
Phosphonate
komplexieren
Metallionen,
verzögern
die
Ausfällung
unlöslicher Salze und reduzieren die Bildung faserschädigender Kristalle.
-
Enzyme sind Proteine oder Eiweißkörper, die durch katalytische Wirkung
chemische
Stoffe
Spaltprodukte
umzuwandeln
werden
durch
die
und
zu
Tenside
spalten
vermögen.
anschließend
Die
abgelöst.
(Amylasen beseitigen stärkehaltige Speisereste, Proteasen beseitigen
proteinhaltige Verschmutzungen, wie zum Beispiel Blut, Milch, Ei, Kakao
und Gras.)
-
Soda und Silikate sind Alkalien, die die Reinigungskraft durch
elektrostatische Aufladung und damit gegenseitige Abstoßung von Faser
und Schmutz erhöhen. Silikate wirken weiterhin als Korrosionsinhibitoren
für bestimmte Waschmaschinenbauteile.
-
Parfümöle verleihen dem Pulver und der Wäsche einen angenehmen
frischen Duft.
2.1 Tenside
Der Begriff Tenside (von lat. tensio = Spannung) wurde 1964 von E. Götte für
Substanzen
eingeführt,
die
die
Grenzflächenspannung
an
Phasengrenzen
herabzusetzen vermögen. Dies können sie aufgrund ihres charakteristischen
Molekühlaufbaus, indem sie mindestens eine hydrophile und eine lipophile
funktionelle Gruppe besitzen, sie sind somit amphiphil, d.h. sie „lieben“ beides:
Wasser und Fett.
Wie die Grenzflächenspannung durch Tenside herabgesetzt wird, ist an den
folgenden zwei Abbildungen zu sehen:
Abb. 6: Wassertropfen
Abb. 7: Waschmitteltropfen
Das erste Bild zeigt einen Wassertropfen auf einem Gewebestück. Wasser hat
aufgrund seiner hohen Oberflächenspannung diese charakteristische Tropfenform,
das
Textilstück
wird
nicht
benetzt.
Betrachtet
man
dagegen
einen
Waschmitteltropfen, so sieht man, dass das Textilstück benetzt wird, da die Tenside
die Oberflächenspannung des Wassers, bzw. die Grenzflächenspannung zwischen
Wasser und Textil herabzusetzen vermögen.
Die Struktur des Tensidmoleküls kann durch das sog. Streichholzmodell beschrieben
werden:
COO hydrophob
hydrophil
Analog dem Seifenanion besitzen die Moleküle synthetischer Tenside eine
asymmetrische polare Struktur mit räumlich getrennten hydrophilen und hydrophoben
Gruppen. Der hydrophobe Molekülbereich ist meist ein aliphatischer, aromatischer
oder alkylaromatischer Kohlenwasserstoffrest und damit als unpolare Atomgruppe
charakterisiert. Der hydrophile Bereich besteht aus polaren Atomgruppen, die
naturgemäß mit anderen polaren Molekülen, z.B. mit Wasser, in Wechselwirkung
treten können.
In Wasser reichern sich die Tenside an der
Grenz- oder Oberfläche an, indem die
hydrophoben Teile vom Wasser weg und die
hydrophilen Teile ins Wasser hineinragen.
Außerdem werden sog. Mizellen gebildet,
indem
sich
die
hydrophoben
Teile
zusammenlagern und die hydrophilen Teile
ins Wasser hineinragen.
Gibt man eine Tensidlösung zu einer
schmutzbehafteten Faser, so lagern
sich die Tensidmoleküle mit ihrem
hydrophoben Rest dem hydrophoben
Schmutz an. Die gleichsinnig (negativ)
geladenen Tensid- Anionen stoßen
sich ab.
Es kommt zur Lockerung des Schmutzes von der Faser und zur Zerteilung. Der
Schmutz löst sich von der Faser ab, dabei bilden sich Mizellen, wobei der Schmutz
von den Tensidmolekülen umschlossen wird. Die Abstoßung gleichsinniger
Ladungen führt zur Dispersion der Schmutzteilchen, d.h. in Schwebe halten. Eine
erneute Anlagerung auf der Faser wird verhindert.
Demonstration 1: Stabilisierung einer Suspension durch Tenside
Material:
-
2 Standzylinder
-
2 Schnelllauftrichter mit passenden Faltenfiltern
-
2 Bechergläser (200 ml)
-
Stativmaterial
Chemikalien:
-
entionisiertes Wasser
-
Aktivkohle
m=2g
-
Vollwaschmittellösung (z.B. Spee)
w = 0,01; V = 150 ml
Durchführung:
In jeden Standzylinder werden 1 g Aktivkohle gegeben. In den einen der beiden
Zylinder füllt man 150 ml entionisiertes Wasser, in den anderen 150 ml einer
Vollwaschmittellösung (w = 0,01). Beide Zylinder werden kräftig geschüttelt und dann
für längere Zeit (am besten für einen halben Tag) stehen gelassen.
Anschließend werden beide Suspensionen, nachdem man sie nochmals aufgerührt
hat, mit Hilfe eines Schnelllauftrichters filtriert.
Beobachtung:
Die Suspension mit entionisiertem Wasser ist instabil und nach einiger Zeit beginnen
sich die Aktivkohlepartikel am Boden abzusetzen. Bei der tensidhaltigen Suspension
ist eine solche Beobachtung nicht zu machen; die Aktivkohlepartikel werden
stundenlang in der Schwebe gehalten und setzen sich nur sehr langsam ab.
Filtriert man nun beide Suspensionen nach kurzem Aufrühren, so zeigen die Filtrate
ein deutlich unterschiedliches Aussehen: bei der Suspension mit entionisiertem
Wasser erhält man ein klares Filtrat, während das Filtrat der tensidhaltigen
Suspension die grau-schwarze Färbung der Aktivkohle zeigt.
Auswertung:
In der tensidhaltigen Suspension werden die Aktivkohlepartikel durch die Tenside
derart umschlossen, dass sich sog. Mizellen bilden. Da sich der hydrophobe Bereich
der Tensidmoleküle dem Schmutz anlagert, sind die Oberflächen der Mizelllen
negativ geladen, wodurch es zu Abstoßungen zwischen den einzelnen Mizellen
kommt. Dies bewirkt, dass die Aktivkohlepartikel lange Zeit in der Schwebe gehalten
werden.
Tensidlösungen
werden
daher
auch
als
„schmutztragevermögend“
bezeichnet.
Die Mizellenbildung hat allerdings auch noch einen anderen Effekt: um die
Aktivkohlepartikel in Schwebe halten zu können, werden sie so fein zerteilt, dass sie
durch die Poren des Filters hindurchgeschwemmt werden können.
2.1.1 Die Tensidklassen
Tenside werden in der Regel nach der Art und Ladung des hydrophilen Molekülteils
in vier Klassen unterteilt:

Anionische Tenside
Bei den anionischen Tensiden ist der hydrophobe Kohlenwasserstoffrest mit
einer hydrophilen, negativ geladenen Gruppe verbunden. Solche hydrophilen
Gruppen
sind
z.B.
Sulfat,
Sulfonate
oder
Carbonate
(wie
bei
der
herkömmlichen Seife).
Anionische Tenside stellen den größten Anteil an Tensiden in modernen
Waschmitteln, Schaumbädern, Shampoos und Geschirrspülmitteln.
z.B. Fettalkoholsulfat
-
R-CH2-OSO3
Na
+
(FAS) (R = C11 – C15)

Kationische Tenside
In den kationischen Tensiden ist der hydrophobe Kohlenwasserstoffrest mit
einer hydrophilen, stickstoffhaltigen, positiv geladenen Gruppe verbunden
Zu ihnen gehören auch quartäre Ammoniumsalze.
Als waschaktive Substanzen in Waschmitteln spielen sie keiner Rolle, da ihre
Säuberungswirkung unbefriedigend ist und sie sich mit anionaktiven Tensiden
zu meist unlöslichen waschinaktiven Neutralsalzen umsetzen.. Die eigentliche
Bedeutung liegt in der Verwendung als Weichmacher als sog. Avivage-Mittel
aufgrund ihrer antistatischen Wirkung. Die meisten Gewebefasern tragen
negative Ladung, deshalb werden sie mit Kation-Tensiden gut
dadurch verändern sich die Oberflächeneigenschaften von Fasern.
CH3
z.
z.B. Dodecyltrimethylammoniumchlorid
(R = C12H25)
R
N+ CH3
CH3
Cl-
belegt,

Amphotere Tenside
Wird im gleichen Molekül ein hydrophober Kohlenwasserstoffrest sowohl mit
einer positiv geladenen als auch mit einer negativ geladenen Gruppe
verknüpft, so erhält man dipolare Ionen (Zwitterionen). Da sie sowohl mit
Säuren als auch mit Basen reagieren können, sind sie Ampholyte und werden
als amphotere Tenside bezeichnet.
Zu ihren besonderen Eigenschaften zählen z.T. eine keimtötende Wirkung
sowie ein teilweise sehr gutes Waschvermögen. Trotzdem sind sie u.a. ihres
hohen Preises wegen in Waschmitteln noch nicht eingesetzt worden, sondern
kommen hauptsächlich in Shampoos und Badepräparaten vor.
CH3
z.B. Alkylbetain
z.
R
(R = C12-14H25-29)

N+ CH2
COO-
CH3
Nichtionische Tenside
Nichtionische Tenside sind Produkte, in denen aus einem ursprünglich
hydrophoben Rest durch Hinzufügen von zur Hydratisierung befähigten,
ungeladenen Glykolethergruppen ein hydrophiler Rest wird. Die Ethergruppen
besitzen ein geringes Dipolmoment und sind somit schwach polar. Die
notwendige
Wasserlöslichkeit
der
Polyglykolether
kommt
durch
Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen und den EthersauerstoffGruppen zustande.
Sie finden Anwendung sowohl in Wasch- und Reinigungsmitteln , können aber
auch als Kosmetik- und Lebensmittelemulgatoren eingesetzt werden.
z.B. Fettalkoholpolyglykolether
(R = C9–19; n = 3 – 15)
R-O-(CH2-CH2-O-)nH
Versuch 2: Identifizierung der Tensidart mittels
Dünnschichtchromatographie
Material:
-
Waage
-
4 Bechergläser (100 ml)
-
1 Uhrglas
-
Messkolben (250 ml)
-
DC-Cellulosefolien: 5 x 10 cm (auf Polyamid oder Aluminium als Träger)
-
Kristallisierschale
-
Heißluftfön
-
weicher Bleistift, Lineal
-
Glaskapillaren
-
DC-Mikrokammer
Chemikalien:
-
entionisiertes Wasser
-
Methylorange
m = 0,1 g
T; R 25; S 37-45
-
O
-O
S
N
CH3
CH3
N
CH3
Dinatriumhydrogenphosphat x 12 H2O
m = 22,65 g
Citronensäure x H2O
m = 12,99 g
Xi; R 36/38
-
Dichlormethan
V = 10 ml
Xn; R 40; S 23-24/25-36/37
-
Vollwaschmittel (z.B. Spee)
m=2g
-
N
N
Xn; R 22
-
N
O
Methylenblau
m = 0,1 g
-
CH3
Weichspüler (z.B. Kuschelweich)
S+
N
CH3
CH3
m=2g
-
Zuckertensid
m = 0,2 g
Vorbereitungen:
Zum Herstellen der Indikatorlösungen werden jeweils 0,1 g der Indikatoren in 100 ml
entionisiertem Wasser gelöst.
Außerdem wird eine Pufferlösung zum Imprägnieren der DC-Mikrokarte benötigt.
Dazu werden 12,99 g Citronensäure und 22,65 g Dinatriumhydrogenphosphat
abgewogen und im Messkolben (250 ml) zunächst in Wasser gelöst und die Lösung
anschließend bis zur Eichmarke aufgefüllt.
Die Tensidlösungen erhält man, indem man 2 g des Vollwaschmittels bzw.
Weichspülers in je 100 ml und 0,2 g Zuckertensid in 1 ml entionisiertem Wasser löst.
Durchführung:
Zunächst wird die DC-Mikrokarte mit der Pufferlösung imprägniert, indem man sie in
einer Kristallisierschale mit der hergestellten Lösung übergießt und anschließend mit
dem Heißluftfön trocknet.
Danach zieht man mit dem Bleistift ca. 1 – 2 cm vom unteren Rand entfernt, ohne die
Oberfläche zu beschädigen, eine Startlinie. Auf diese Startlinie werden zunächst mit
Hilfe der Glaskapillaren drei Punkte des Indikators Methylorange aufgetragen und mit
dem Heißluftfön getrocknet. Auf diese Punkte gibt man nun einen Tropfen des
Indikators Methylenblau und trocknet erneut. Nun beginnt man mit dem Auftragen der
Tensidlösungen, indem man auf den ersten Indikatorpunkt den Weichspüler, auf den
zweiten das Vollwaschmittel und auf den letzten das Zuckertensid aufträgt. Pro Punkt
wird die Tensidlösung ungefähr 5 mal aufgetragen, wobei zwischendurch immer
wieder mit dem Heißluftfön getrocknet wird. Nach Beendigung der Auftragung wird
die Karte in die mit 10 ml Dichlormethan befüllte DC-Kammer (Dichlormethan schon
früher einfüllen, damit der Gasraum gesättigt ist) gestellt. Nach ca. 15 Minuten kann
die Chromatographie abgebrochen werden, indem man die Karte aus der
Entwicklungskammer herausnimmt und im Abzug trocknen lässt.
Beobachtung:
Auswertung:
• kationisches Tensid
gelber Fleck
• anionisches Tensid
blauer Fleck
• nichtionisches Tensid
grünlicher Fleck
Auswertung:
Für das Ergebnis der Chromatographie spielen die Ladungen der Indikatormoleküle
und der Tenside die entscheidende Rolle.
Das kationische Tensid (Weichspüler) bildet mit Methylorange ein in Dichlormethan
lösliches Salz, daher läuft mit Dichlormethan ein gelber Fleck. Den analogen
Vorgang beobachtet man bei dem anionischen Tensid (Vollwaschmittel) und
Methylenblau, hier ergibt sich ein blauer Fleck. Bei dem nichtionischen Tensid
(Zuckertensid) erhält man einen grünen Fleck.
2.2 Gerüststoffe
Die waschaktiven Substanzen in Waschmitteln, also Tenside, Enzyme und
Bleichmittel können ihre Wirkung nicht entfalten, wenn die Wasserhärte, d.h. der
Anteil an Ca2+- und Mg2+- Ionen zu hoch ist. Zwar bilden die modernen Tenside keine
schwerlöslichen Kalkseifen (siehe Versuch 1), die sich auf den Textilien ablagern
können, dennoch kann es zu Kalk-Ablagerungen (Inkrustierungen) auf den Fasern
und Waschmaschinenbauteilen kommen.
Neben den Calcium- und Magnesium-Ionen stören beim Waschen außerdem die in
Spuren auftretenden Eisen- und Mangan-Ionen, da sie durch Ablagerung auf der
Wäsche auch in kleinsten Mengen deren „Weiß-Eindruck“ erheblich beeinträchtigen
und eine Gelb-Tönung verursachen.
Dem Waschmittel werden daher Substanzen zugesetzt, die in der Lage sind, die
Wasserhärte herabzusetzen, bzw. schädliche Ionen unwirksam zu machen. Man
bezeichnet diese Substanzen als Gerüststoffe oder auch Builder. Ihre Wirkungsweise
soll im folgenden Versuch gezeigt werden.
Versuch 3: Wirkungsweise von Gerüststoffen
Material:
-
4 Reagenzgläser
-
Reagenzglasständer
-
Tropfpipette mit Hütchen
Chemikalien:
-
entionisiertes Wasser
-
Vollwaschmittellösungen
a) mit Pentanatriumtriphosphat
b) mit SASIL
w = 0,01, V = 20 ml
-
Eisen(III)chlorid- Lösung
0,5 g in 100 ml entionisiertem Wasser gelöst
V = 10 ml
Xn; R 22-38-41; S 26-39
-
Ammoniumthiocyanat- Lösung
10 g in 100 ml entionisiertem Wasser gelöst
V = 10 ml
Xn, R 20/21/22-32, S 13
-
Salzsäure
c = 2 mol/l; V = 10 ml
Xi, R 36/37/38, S26
Durchführung:
Zunächst werden die Reaktionslösungen hergestellt: Dazu werden in einem
Reagenzglas 2 ml entionisiertes Wasser vorgelegt, zu dem man 1 ml der
vorbereiteten Eisen(III)chlorid- Lösung fügt. Schließlich werden noch 5 Tropfen
Salzsäure (c = 2 mol/l) hinzugegeben. In einem weiteren Reagenzglas wird die
Ammoniumthiocyanat- Lösung angesetzt. Von dieser Lösung gibt man 2 Tropfen in
die vorbereitete Eisen(III)chlorid Lösung.
In die beiden anderen Reagenzgläser füllt man die Waschmittellösungen.
Nun gibt man zu den Waschmittellösungen einige Tropfen der vorbereiteten
Eisenthiocyanat- Lösung.
Beobachtung:
Bei Zugabe der Ammoniumthiocyanat- Lösung zu der Eisen(III)chlorid Lösung bildet
sich eine tiefrote Lösung. Diese Färbung verschwindet allerdings, wenn man die
Lösung in die Waschmittellösungen eintropft.
Auswertung:
Die Fe3+-Ionen bilden mit den SCN--Ionen einen tiefrot gefärbten Komplex, dessen
Anzahl der SCN--Liganden von der Konzentration dieser Ionen in der Lösung
abhängig ist. Der Komplex ist in jedem Fall oktaedrisch koordiniert.
[Fe(H2O)6]
3+
(aq)
-
+ 4 SCN (aq)

-
[Fe(H2O)2(SCN)4] (aq) + 2 H2O
Bei Zugabe dieses Komplexes zu den Waschmittellösungen tritt eine Entfärbung ein,
die sich auf zwei unterschiedliche Vorgänge begründet.
Im Waschmittel mit Pentanatriumtriphosphat kommt es zu einer Ligandensubstitution
und es bildet sich der sehr stabile Eisentriphosphatkomplex, der wasserlöslich und
farblos ist.
Die Wirkungsweise des Waschmittels mit SASIL beruht darauf, dass in einem
Ionenaustausch die im SASIL enthaltenen Natriumionen durch die Eisen(III)ionen
ersetzt werden.
In beiden Fällen wird somit der tiefrote Komplex zerstört.
2.2.1 Pentanatriumtriphosphat – der älteste Gerüststoff
Der älteste Gerüststoff in Waschmitteln ist das sog. Pentanatriumtriphosphat, das als
Komplexbildner fungiert und störende Metallionen durch Komplexierung beseitigt, so
dass es zu keinen Auflagerungen auf der Wäsche kommt.
O
-
O
P
O
O
O
P
O
O
O
P
5 Na+
O
O
Fe3+
Fe3+ 2 Na+
Versuch 4: Phosphatnachweis
Material:
-
6 Reagenzgläser
-
Reagenzglasständer, Reagenzglashalter
-
Bunsenbrenner
-
3 Tropfpipetten mit Hütchen
Chemikalien:
-
entionisiertes Wasser
-
Ammoniumheptamolybdat- Lösung
w = 0,1, V = 15 ml
-
Pentanatriumtriphosphat- Lösung (PNT)
w = 0,01, V = 3 ml
-
Vollwaschmittel-Lösungen
a) mit Pentanatriumtriphosphat
b) mit SASIL
w = 0,01, V = 3 ml
-
konzentrierte Salpetersäure
V = 10 ml
C,O, R 8-35, S 23-26-36/37/39-45
Durchführung:
Die Waschmittel-Lösungen werden im Reagenzglas mit der gleichen Menge
konzentrierter Salpetersäure aufgekocht. Nach dem Abkühlen werden diese
Lösungen in ausreichender Menge zu der salpetersauren AmmoniummolybdatLösung getropft. Vor dem Nachweis wird zunächst eine Blindprobe mit der reinen
PNT-Lösung durchgeführt.
(Sollte es nicht zum Ausfallen eines Niederschlages kommen, solten die Lösungen
erneut erhitzt werden.)
Beobachtung:
Beim Eintropfen der PNT-Lösung in die Ammoniummolybdat-Lösung kommt es zum
Ausfallen eines gelben Niederschlages, der Phosphatnachweis ist somit positiv. Die
gleiche Beobachtung ist bei der Waschmittel-Lösung mit PNT zu machen. Die
Waschmittellösung, die SASIL enthält, zeigt keinen positiven Phosphatnachweis.
Auswertung:
Der Nachweis von Phosphat erfolgt bei dieser Reaktion als gelbes Ammoniummolybdatophosphat nach folgender Reaktionsgleichung:
12 (NH4)6Mo7O24(aq) + 7 H3PO4(aq) + 51 HNO3(aq)

7 (NH4)3[P(Mo12O40)](s) + 51 NH4NO3 + 36 H2O
Das Waschmittel mit PNT ist aus den 70er Jahren, in denen dieser Komplexbildner
als Gerüststoff in Waschmitteln eingesetzt wurde. Das Waschmittel, das keinen
positiven Phosphatnachweis zeigt, ist ein modernes Waschmittel, das kein PNT mehr
enthält.
Von 1960 bis ca. 1984 war Phosphat, bzw. PNT der wichtigste Gerüststoff in
Waschmitteln, nicht nur, weil es mehrwertige Metallionen, vor allem Ca 2+ und Mg2+
komplexiert, sondern auch, weil es zu einer Wirkungssteigerung der Tenside führt
und die Dispergierung des Schmutzes durch die gleichförmige Oberflächenaufladung
fördert. Schließlich trägt PNT durch weitere Reaktionen, wie alkalische Abpufferung
der Waschlauge und Elektrolyteffekte zum Waschergebnis bei.
Das große Problem dieses Gerüststoffes ist allerdings, dass es in Kläranlagen nicht
abgebaut werden kann und ungehindert in die Gewässer gelangt. Phosphate sind
zwar nicht toxisch für Fische oder Menschen, aber sie führen zu einer enormen
Überdüngung, der sog. Eutrophierung, was schließlich zum Umkippen der Gewässer
führt.
Um diese Auswirkungen zu vermeiden, suchte man seit Anfang der 70er Jahre
intensiv nach Phosphatersatzstoffen, welche die Vorteile des PNT in sich vereinen,
jedoch keine Gewässereutrophierung bewirken. Eine Fülle von Komplexbildnern
wurden entwickelt und getestet, doch keiner wies die Vorteile des PNT auf.
Dass die Forschung letztendlich doch erfolgreich war, zeigt der beschriebene
Phosphatnachweis, der bei dem modernen Waschmittel negativ ausfällt.
2.2.2 Das Phosphat-Substitut: SASIL
Der Firma Henkel/ Degussa gelang schließlich der Durchbruch, indem sie ein
spezielles Natrium-aluminium-silikat entwickelten, das unter dem Namen SASIL ins
Warenverzeichnis aufgenommen wurde.
SASIL ist ein Alumo-Gerüstsilicat mit der wissenschaftlichen Bezeichnung Zeolith 4 A
und der Zusammensetzung x Na2O y Al2O3 2 SiO2. In ihm sind wie bei allen
Zeolithen die vierwertigen Silicium–Ionen im SiO2-Gitter teilweise durch dreiwertige
Aluminium-Ionen
ersetzt.
Dadurch
entsteht
pro
Aluminium
eine
negative
Überschussladung. Die Elektronenneutralität im Gitter wird durch den Einbau einer
entsprechenden Anzahl von Kationen, z.B. Na+ gewährleistet.
O
O
Si
O
O
O
O
AlO
Al-
O
O
O
Si
O
O
Für den Zeolith des A-Typs ergibt ein Strukturmodell aus Kuboktaedern, die über ihre
quadratischen Flächen miteinander verbunden sind, so dass ein Gitter von
Kuboktaedern entsteht, deren Zentren in die Ecken eines Würfels fallen. Im Innern
jedes Würfels entsteht ein Hohlraum, der sog. a-Käfig, der über jeweils sechs
Fenster erreichbar ist. Eindringen können nur solche Ionen, die so klein sind, dass
sie durch die Fenster hindurchpassen (siehe PP-Folien).
Die der Ladungsneutralisation des Alumosilicat-Gerüstes dienenden Kationen weden
in den a-Käfigen umso fester gebunden, je genauer ihre Größe bzw. ihr Platzbedarf
mit dem Raumangebot des Zeoliths übereinstimmt, d.h. ein bereits gebundenes
Kation kann z.B. durch ein passenderes Kation verdrängt werden, der Zeolith zeigt
also ionenaustauschende Wirkung.
Wirkungsweise von SASIL
SASIL ist so konstruiert, dass es Natrium-Ionen und Wasser Moleküle ungehindert
durch die Fenster passieren lässt, dass es aber die härtebildenden Calcium-Ionen
bevorzugt aufnimmt, in den a-Käfigen bindet und dadurch deren Inkrustierungen als
CaCO3 verhindert.
O
O
Si
O
O
O
O
AlO
Al-
O
O
+
O
O
O
Si
O
Si
O
O
O
O
-
O
AlO
Al-
O
O
O
Si
O
O
Versuch 5: Titrimetrische Gehaltsbestimmung von SASIL
Material:
-
Waage, Spatel
-
Messzylinder
-
Magnetrührer mit Rührfisch
-
2 Bechergläser (600 ml)
-
Büchnertrichter mit passendem Rundfilter und Saugflasche
-
Absaugpumpe
-
Vollpipetten (100 ml, 50 ml, 10 ml)
-
Messpipette (5 ml)
-
Messkolben (1 l)
-
Bürette (50 ml)
-
Glastrichter
-
Erlenmeyerkolben (300 ml)
Chemikalien:
-
Waschmittel, zeolithhaltig (z.B. „Weißer Riese“)
-
Aktivkohle
m=3g
-
bidestilliertes Wasser
-
Salzsäure (1:3) (1 VT konz. Salzsäure : 1 VT Wasser)
V = 25 ml
C, R 34-37, S 26-36/37/39-45
-
Idranal III (Dinatriumsalz der EDTA)
m = 37,224 g
Xi, R 36-52/53, S 61
-
Ethanol
V = 100 ml
F, R 11, S 7-16
-
Natriumacetat-Trihydrat p.a.
-
Indikatorstäbchen (Acilit von MERCK)
-
Eisessig
m = 60 g
C, R 10-35, S 23-26-45
-
Zinksulfat-Heptahydrat
m = 28,754 g
Xi; N, R 36/38-50/53, S 22-25-60-61
-
Dithizon
m = 50 mg
Giftklasse 3 (Starke Gifte)
Reagenzlösungen:
-
Pufferlösung (pH 4,6):
136 g Natriumacetat-Trihydrat p.a. in ca. 300 ml bidestilliertem Wasser
lösen, 60 g Eisessig zufügen und auf 1 l auffüllen.
-
EDTA-Lösung (c = 0,1 mol/l):
37,224 g Idranal III zu 1 l lösen.
-
Zinksulfat-Lösung (c = 0,1 mol/l):
28,754 Zinksulfat-Heptahydrat zu 1 l lösen.
-
Indikator-Lösung:
50 mg Dithizon in 50 ml Ethanol lösen (die Lösung ist nur kurze Zeit
haltbar).
Durchführung:
Da es sich bei diesem Versuch um eine quantitative Analyse handelt, sollte jeder
Arbeitsschritt sorgfältig ausgeführt werden, u.a. Gefäße sorgfältig mit bidestilliertem
Wasser nachspülen, genau pipettieren ect.
Man gibt in ein 600 ml- Becherglas 2-3 g eines zeolithhaltigen Waschmittels, 3 g
Aktivkohle, 25 ml bidestilliertes Wasser und 25 ml Salzsäure und kocht diese
Mischung 10 min. auf dem Magnetrührer. Nach dem Abkühlen filtriert man mithilfe
eines Büchnertrichters und einer Absaugpumpe und überführt die klare Lösung aus
der Saugflasche in ein weiteres 600 ml- Becherglas. Dazu gibt man 100 ml EDTALösung (c = 0,1 mol/l) und kocht wiederum 10 min.. Anschließend wird die
abgekühlte Mischung mit 50 ml Ethanol versetzt und mit festem Natriumacetat p.a.
auf einen pH-Wert von 4 –5 eingestellt. Schließlich gibt man noch 10 ml Pufferlösung
hinzu und überführt die Mischung in einen 1 l-Messkolben. Nachdem man bis zur
Marke mit bidestilliertem Wasser aufgefüllt hat, schüttelt man gut durch.
Zur Titration werden 100 ml-Proben entnommen, in einen 300 ml- Erlenmeyerkolben
gegeben und mit 3 ml Indikator- Lösung versetzt. Auf dem Magnetrührer wird diese
Mischung mit Zinksulfat- Lösung (c = 0,1 mol/l) bis zum Umschlag von Braun nach
Rotviolett titriert (weiße Unterlage).
Auswertung:
1. Säureaufschluss
Durch den Säureaufschluss werden die im SASIL gebundenen Al3+-Ionen freigesetzt:
+
Na12[Al12Si12O48] + 48 H3O+  12 Na + 12 Al
2. Komplexierung von Al
3+
+ 12 SiO2 + 72 H2O
3+
Durch Zugabe des Komplexbildners EDTA (= H2X) im Überschuss werden die Al3+Ionen irreversibel gebunden:
3+
Al
+ [H2X]
2-
3. Rücktitration mit Zn

+ 2 H2O
[Al- - -X]
-
+ 2 H3O
+
2+
Der überschüssige Anteil an EDTA wird mit Zinksulfat- Lösung rücktitriert:
Zn
2+
+ [H2X]
2-
+ 2 H2O

2-
[Zn- - -X] + 2 H3O
+
4. Endpunktbestimmung
Die Bestimmung des Endpunktes erfolgt mithilfe des Metallindikators Dithizon
(= H2Dz), der mit Zink einen tetraedrischen, rotviolett gefärbten Komplex bildet:
Zn
2+
+ 2 H2Dz + 2 H2O
braun

[Zn(HDz)2] + 2 H3O
+
rotviolett
5. Abfangen der Protonen
Die bei den Reaktionen entstehenden Protonen werden durch den Acetatpuffer
abgefangen:
H3O
+
+ CH3COO
-

H2O + CH3COOH
6. Berechnung
Einwaage („Weißer Riese“):
2,747 g
Verbrauch ZnSO4-Lsg.(c = 0,1 mol/l):
1. 5,30 ml
2. 5,65 ml
mittlerer Verbrauch:
5,48 ml/ 100 ml Analysenlsg.
Da die Bestimmung der Al3+-Ionen indirekt verläuft, ergibt sich die von den Al3+-Ionen
verbrauchte Komplexonmenge aus der Differenz des eingesetzten KomplexonVolumens und der bei der Titration verbrauchten ZnSO4-Menge.
Volumen (Komplexon):
10 ml/ 100 ml Analysenlsg.
Volumen (Al3+):
10 ml – 5,48 ml = 4,52 ml
1 ml Komplexon (c = 0,1 mol/l)
=
2,698 mg Al3+
4,52 ml Komplexon (c = 0,1 mol/l)
=
12,19 mg Al3+
1 ml Komplexon (c = 0,1 mol/l)
=
14,2 mg SASIL
4,52 ml Komplexon (c = 0,1 mol/l)
=
64,18 mg SASIL
w(Al3+) SASIL = 0,19
In 100 ml Analysenlösung befinden sich 64,18 mg SASIL. Da das Vollwaschmittel zu
1000 ml gelöst wurde, sind in der eingesetzten Menge 614,8 mg SASIL enthalten.
Dies entspricht einem Massenanteil von w = 0,224 (22,4 %) (Packungsangabe: 15 –
30 %).
2.3 Bleichmittel
Eine Reihe von hartnäckigen Verschmutzungen sind auf Verfärbung der Textilfasern
zurückzuführen. Solche farbigen Anschmutzungen , wie z.B. Tinte-, Obst-, Gemüse-,
Kaffee- oder Rotweinflecken sind durch Tensidbehandlung nur unvollständig zu
entfernen. Um sie zu beseitigen, enthalten Waschmittel Wirkstoffe, die die Farbstoffe
oxidativ zerstören, sog. „Bleichmittel auf Sauerstoffbasis“.
Seit Anfang des letzten Jhd. hat sich Natriumperborat bewährt, das in wässriger
Lösung das starke Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid bildet. Die Peroxidbleiche
wirkt oberhalb on 60° C optimal. Bei Waschtemperaturen unterhalb dieser
Temperatur
werden
sog
Bleichaktivatoren
eingesetzt
(z.B.
TAED,
Tetraacetylethylendiamin).
Versuch 6: Nachweis der Bleichwirkung
Material:
-
3 Reagenzgläser
-
Reagenzglasständer
-
Spatel, Reagenzglasklammer, Feuerzeug
-
Bunsenbrenner
Chemikalien:
-
Vollwaschmittel mit Bleichmittelzusatz (z.B. „Weißer Riese“)
m=2g
-
Feinwaschmittel ohne Bleichmittelzusatz (z.B. „Fee“)
m=2g
-
Rote-Beete-Saft (verdünnt)
Durchführung:
Man füllt drei Reagenzgläser bis zur Hälfte mit verdünntem Rote-Beete-Saft. Das
erste Glas dient als Farbvergleich. In das zweite Glas gibt man ca. 2 g
Vollwaschmittel, in das dritte die gleiche Menge Feinwaschmittel. Über der
Bunsenbrennerflamme werden nun beide Lösungen bis zum Kochen erhitzt.
Beobachtung:
Gibt man die Waschmittel zu dem roten Saft, so kommt es zunächst zu einem
Farbumschlag ins violett-bläuliche.
Beim Erhitzen verliert die Lösung, zu der das Vollwaschmittel zugesetzt wurde, seine
Farbe. Die Lösung mit dem Feinwaschmittelzusatz zeigt jedoch keine Entfärbung.
Auswertung:
Der Farbumschlag ins violett-bläuliche ist durch die Verschiebung des pH-Wertes ins
Basische zu erklären. Dadurch werden Doppelbindungen des Rote-BeeteFarbstoffes Betanin protoniert.
Beim Erhitzen zersetzt sich das im Vollwaschmittel enthaltene Perborat, wobei u.a.
Wasserstoffperoxid frei wird:
OH
O
O
OH
B
OH
B
O
O
2Δ

+ 2 H2O
2 H2BO3- + 2 H2O2
OH
Dieses zerfällt nach folgender Reaktionsgleichung zu „aktivem“ Sauerstoff und
Hydroxidionen. Der entstandene Sauerstoff zerstört den Farbstoff oxidativ, man
spricht daher auch von „Sauerstoffbleiche“.
H2O2 + OH
HOO
-
-
-

HOO

O + OH
+ H2O
-
Der Versuch zeigt, dass im Gegensatz zum Feinwaschmittel im Vollwaschmittel
Bleichmittel enthalten sind.
2.4 Optische Aufheller
Um den Ansprüchen der Verbraucher nach noch weißerer Wäsche gerecht zu
werden, setzt man optische Aufheller ein. Diese haben die Eigenschaft, für das
menschliche Auge nicht sichtbares UV-Licht mit Wellenlängen zwischen 290 – 400
nm, welches in geringem Maße im Sonnenlicht enthalten ist zu absorbieren und
anschließend als sichtbares blaues Licht zu reflektieren. Das blaue Fluoreszenzlicht
der Faser ist ein blaustichiges Weiß, welches unser Auge weißer empfindet als ein
gelbstichiges Weiß.
UV-Strahlung
des
Tageslichts
weiß
Faser mit optischem Aufheller
Demonstration 2: Optische Aufheller in Waschmitteln
Material:
-
4 Bechergläser (100 ml)
-
ungebleichtes Filterpapier
-
Pinsel
-
Heißluftfön
-
UV-Lampe
Chemikalien:
-
verschiedene Waschmittellösungen
w = 0,01
z.B.
„Spee“ Vollwaschmittel
„Blütenweiß“ Vollwaschmittel
„Gardinen reinweiß“ Gardinenwaschmittel
„Fee“ Feinwaschmittel
Durchführung:
Man stellt aus warmem Wasser und verschiedenen Waschmitteln 1 %ige
Waschlaugen her. Mit Hilfe eines Pinsels werden die Lösungen in Form von z.B.
Figuren oder Buchstaben auf ungebleichtes Filterpapier aufgetragen. Diesen
Vorgang wiederholt man mehrmals, wobei man das Papier zwischen den
Auftragungen immer wieder mit einem Heißluftfön trocknet.
Anschließend betrachtet man zunächst die Waschlaugen und dann das Filterpapier
im UV-Licht.
Beobachtung:
Die Figuren, die im normalen Tageslicht nicht zu sehen sind, fluoreszieren im UVLicht stark blau.
Auswertung:
Optische Aufheller sind Fluoreszenzfarbstoffe, die das unsichtbare kurzwellige UVLicht in sichtbares Fluoreszenzlicht umwandeln. Der Blauanteil des von der Wäsche
reflektierten Lichtspektrums wird erhöht und die Wäsche erscheint dadurch für unser
Auge noch weißer. Unter der UV-Lampe sieht man den Blauanteil besonders
eindrucksvoll als bläuliche Fluoreszenz.
3. Waschmittel in der Schule
Bevor die Frage nach der Relevanz des Themas „Waschmittel“ in der Schule
eingehender diskutiert wird, soll zunächst ein Ausschnitt aus dem Lehrplan Chemie
des Gymnasialen Bildungsganges der Jahrgangsstufen 8 bis 10 vom Hessischen
Kultusministerium zitiert werden:
„Ein übergeordnetes Erziehungsziel des Unterrichts ist es, die Schülerinnen
und Schüler zur Bewältigung zukünftiger Lebenssituationen und zur Teilnahme an
demokratischen Entscheidungsprozessen zu befähigen und damit zu mündigen
Staatsbürgern zu erziehen. ................................………………………………………….
.....Dem Chemieunterricht fällt dabei die besondere Aufgabe zu, die materiale
Umwelt zu erschließen sowie Verständnis und Kompetenz im Umgang mit
alltäglichen Stoffen zu vermitteln.“
Unterricht soll demnach Schüler zu kritischen Konsumenten erziehen, die in der Lage
sind, unter Abwägung der Vor- und Nachteile, neue Entwicklungen und Strömungen
zu beurteilen und überlegt und nüchtern zu handeln und nicht blind hinter von der
Werbung propagierten „sensationellen“ Neuerungen herlaufen.
Das Thema „Waschmittel“ stellt auf den ersten Blick für die Schüler vielleicht nicht
unbedingt eine motivierende Materie dar, dennoch können sie schnell erkennen, wie
sehr unser alltägliches Leben durch einfache chemische Vorgänge geprägt ist.
Dadurch wird nicht nur ihr Interesse geweckt, sondern auch der so oft kritisierten
Abstraktheit der Chemie entgegengewirkt.
So
können
„Waschmittel“
schon
in
Klassen
der
Sekundarstufe
1
Unterrichtsgegenstand sein, indem mehr auf die Phänomene als auf zu komplizierte
Reaktionsgleichungen eingegangen wird (z.B. Phosphatnachweis).
In der Oberstufe kann die Thematik als Zusammenfassung aller im Chemieunterricht
behandelter Themen bearbeitet werden, z.B. Wirkung von Wasserstoffperoxid,
Nachweisreaktionen, Komplexchemie, Ionenaustauscher, pH-Wert-Berechnungen,
etc..
Literaturverzeichnis:
1. Lehrbücher

Fluck, E., Mahr, C.: Anorganisches Grundpraktikum für Chemiker und
Studierende der Naturwissenschaften. 6., bearb. und erg. Aufl.; Weinheim:
VCH Verl. ges., 1985

Riedel, E.: Anorganische Chemie. 4. Aufl.; Berlin, New York: de Gruyter, 1999

Gerstner, E.: Skriptum zum Anorganisch-Chemischen Praktikum für Lehramtskandidaten (Teil I und II). 3., teilw. neu bearb. und erw. Aufl.; Marburg, 1993

Jander, G., Blasius, E.: Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum.
14., neu bearb. Aufl.; Stuttgart, Hirzel, 1995
2. Zeitschriftenartikel
PdN- Ch.: Praxis der Naturwissenschaften-Chemie

Meloefski, R.: Seifen und Waschmittel – Behandlung im Unterricht der
Sekundarstufe I. In: PdN- Ch. Heft 1, Jhg. 45, 1996

Dietrich, V.: Zur Behandlung des Themas „Seife und Waschmittel“ im
Chemieunterricht der gymnasialen Oberstufe. In: PdN- Ch. Heft 1, Jhg. 45,
1996

Schlösser, K.: Didaktische Aspekte für die Behandlung der Waschmittel im
Chemieunterricht. In: PdN- Ch. Heft 2, Jhg. 37, 1988

Schlösser, K.: Geschichte der Waschmittel. In: PdN- Ch. Heft 2, Jhg. 37, 1988

Lutz, B., Plaß, Ch., Kraheberger, U.: Moderne Waschmittel und Tenside;
Materialien zur Gestaltung von Unterrichtseinheiten in der Sekundarstufe II. In:
PdN- Ch. Heft 2, Jhg. 37, 1988

Kober, F.: Komplexbildner in Waschmitteln. In: PdN- Ch. Heft 2, Jhg. 37, 1988

Lutz, B., Plaß, Ch., Kraheberger, U.: Builder in modernen Waschmitteln;
Zeolithe – Experimente und Hintergründe zu neueren Entwicklungen. In: PdNCh. Heft 2, Jhg. 37, 1988

Rickelt, E., Sang, St., Schween, M.: Tenside in der Schule I: Ausgewählte
Standardexperimente
zur
(Lehrerfortbildungskurs).
Synthese
Fachbereich
und
zur
Chemie
Analytik
der
von
Tensiden
Philipps-Universität
Marburg, 1999

Rickelt, E., Sang, St., Schween, M.: Tenside in der Schule II: Ausgewählte
Standardexperimente
zu
Eigenschaften,
Anwendungen
und
zur
Umweltverträglichkeit von Tensiden (Lehrerfortbildungskurs). Fachbereich
Chemie der Philipps-Universität Marburg, 1999

Henkel: Informationsbroschüre Seife und Waschmittel. Stuttgart, Ernst-KlettVerlag, 1980
Internetseiten

www.uni-giessen.de/~ge1016/homepage.htm
Justus-Liebig-Universität Giessen: Institut für Didaktik der Chemie.
-
Geuther, A.: Wie man eine weiße Weste bekommt! Zusammensetzung,
Wirkungsweise und Tips im Umgang mit Waschmitteln
-
Gebelein, H., Geuther, A., Barth, H.: Experimente zur Alltagschemie.
Giessen, 2002

www.uni-essen.de/chemiedidaktik/S+WM/Index/Index.htm
Universität Essen – Chemiedidaktik
Kummer, T.: Seifen und Waschmittel. Essen, 2002

www.henkel.de

www.hschickor.de/home.htm
Schickor, H.: Waschmittel/ Tenside. Neuerburg, 1998

www.chemieunterricht.de/dc2/index.html
Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie