Untersuchung von Haushaltsreinigern - Lehrer-Uni
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CH / Bs PRAKTIKUM HAUSHALTSREINIGER (- 1 -) UNTERSUCHUNG VON HAUSHALTSREINIGERN Grundlagen: Viele im Haushalt verwendete Reinigungsmittel sind „pH-neutral“; dies dient vor allem dem Schutz unserer Haut, wenn wir mit diesen Reinigern in Kontakt kommen. Daneben gibt es aber für spezielle Anwendungen („Entkalkungsreiniger“, „Abfluss-Frei“, u.a.) Reinigungsmittel, die eine saure oder alkalische Lösung bilden. Alle Entkalkungsreiniger enthalten neben „Tensiden“ (Dies sind Stoffe, die Schmutzteilchen ablösen und in der Lösung halten können), vor allem SÄUREN, um schwer lösliche Ablagerungen von Kalk (CaCO3) in wasserlösliche Salze umzuwandeln. Die Säure des Entkalkungsreinigers reagiert mit dem Kalk unter Bildung von Kohlensäure (H 2CO3), welche wiederum spontan in Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) zerfällt und dem Calciumsalz der verwendeten Säure. Zum Beispiel: 2 HCl + CaCO3 CaCl2 + CO2 + H2O Für den Einsatz in Entkalkungsreinigern sind daher nur solche Säuren geeignet, die lösliche Calcium-Salze bilden. Weitere Anforderungen, welche man an die Säure stellen muss, sind: - Die Säure darf nicht so stark sein, dass sie Metallteile, wie z.B. das Chrom der Badarmaturen, angreift. - Die Säure und ihre Salze sollen ungiftig und biologisch leicht abbaubar sein. In heute verwendeten Reinigern kommen daher im Wesentlichen folgende Säuren vor: Essigsäure Ameisensäure Citronensäure Milchsäure Versuch 1: Untersuchung des pH-Wertes flüssiger Reinigungsmittel Geräte: Kleine Bechergläser, pH-Meter Chemikalien: Universalindikator-Teststäbchen, dest. Wasser Durchführung: 1.Untersuche zunächst alle flüssigen Reinigungsmittel mit Hilfe von Indikator-Teststäbchen auf deren pH-Wert. Gib hierzu jeweils eine kleine Probe des Reinigers in ein kleines Becherglas, tauchen ein Teststäbchen ein und bestimme den pH-Wert durch Vergleich mit der Farbskala. Notiere den pH-Wert in unten stehender Tabelle 2. Untersuche den pH-Wert aller flüssigen Reinigungsmittel mit Hilfe eines pH-Meters (Messgerät zur elektrischen Messung des pH-Wertes.) Gehe dazu folgendermaßen vor: Verbinde die pH-Elektrode mit dem pH-Meters. Befestige die Elektrode an einem Stativ und stelle dieses so hoch ein, dass du unter die Elektrode jeweils ein kleines Becherglas mit der zu untersuchenden Lösung geben kannst. Gib eine kleine Probe des flüssigen Reinigers in ein kleines Becherglas und halte dieses so unter die pH-Elektrode, dass diese in die Lösung eintaucht. Notiere den pH-Wert in unten stehender Tabelle. Spüle die Elektrode gründlich mit dest. Wasser ab. Entsorgung: Gib die Proben der flüssigen Reiniger aus den Bechergläsern in die Originalflasche zurück. Spüle die pH-Elektrode gründlich mit dest. Wasser ab und gib sie wieder in die Aufbewahrungsflasche zurück. Alle Bechergläser gründlich mit Wasser reinigen und anschließend mit etwas dest. Wasser nachspülen; auf das Trockengestell hängen. Benutzte Indikator-Teststäbchen in den Abfall geben. Tabelle zu Versuch 1: D:\75811007.doc Seite 1 von 8 CH / Bs Name des Reinigungsmittels D:\75811007.doc PRAKTIKUM Verwendungszweck laut Herstellerangabe Seite 2 von 8 HAUSHALTSREINIGER (- 2 -) pH-Wert mit Teststäbchen pH-Wert mit pH-Meter CH / Bs PRAKTIKUM HAUSHALTSREINIGER (- 3 -) Versuch 2: Herstellung von Lösungen der festen und flüssigen Reinigungsmittel Um bei den folgenden Untersuchungen vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, stellen wir zunächst Lösungen vergleichbarer Konzentration her. Geräte: Chemikalien: Durchführung: Spatel, kleine Erlenmeyerkolben (ca. 100 ml) mit passenden Stopfen, Messzylinder 100 ml, Waage. Feste und flüssige Reinigungsmittel, dest. Wasser - Wiege von dem zu untersuchenden Reinigungsmittel jeweils exakt 1 Gramm in einen Erlenmeyerkolben ein. - Gib zu dieser Probe 50 ml dest. Wasser zu. - Verschließe den Kolben mit einem Stopfen und bringe durch Schütteln den Reiniger in Lösung bzw. sorge für eine homogene Lösung. - Beschrifte den Kolben (Art und Name des Reinigers). - Lösungen für weitere Untersuchungen aufbewahren! Versuch 3: Untersuchung des pH-Wertes der Lösungen aus Versuch 2 Geräte: Chemikalien: Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, kleine Bechergläser, Pinzette pH-Teststäbchen, pH-Meter Aufgabe: Bestimme die pH-Werte der verschiedenen Lösungen a) mit Hilfe von Indikator-Teststäbchen und b) mit Hilfe des pH-Meters. Durchführung: SIEHE VERSUCH 1 Trage die gemessenen Werte in die Tabelle zu Versuch 3 ein. Entsorgung: - Alle Lösungen in den Reagenzgläsern in den Abguss gießen. Benutzte Indikatorpapiere in den Mülleimer geben. Reagenzgläser mit Wasser ausspülen, mit etwas dest. Wasser nachspülen und auf das Trockengestell hängen. Untersuchte Reinigungsmittel und Lösungen in den Erlenmeyerkolben beim Lehrer abgeben. Tabelle zu Versuch 3: Name des Reinigungsmittels D:\75811007.doc Verwendungszweck laut Herstellerangabe Seite 3 von 8 pH-Wert mit Teststäbchen pH-Wert mit pH-Meter CH / Bs PRAKTIKUM HAUSHALTSREINIGER (- 4 -) Versuch 4: Bestimmung des „Säure- bzw. Laugen-Gehaltes“ der Reiniger Grundlagen: Säuren reagieren mit Laugen zu Wasser und einem Salz der Säure (NEUTRALISATION). Beispiel: HCl + NaOH NaCl + H2O Allgemein: H+aq + OH-aq H2O Fügt man zu einer genau abgemessenen Säureportion solange eine Lauge bekannter Konzentration, bis ein SäureBase-Indikator den vollständigen Verlauf der Neutralisation anzeigt, so kann man aus dem Verbrauch an Lauge die Konzentration der Säure-Lösung berechnen. Es gelten folgende Zusammenhänge: n(Säure ) n(Lauge ) mol c(Säure ) c(Lauge ) c Konzentrat ion in ; n Stoffmenge in mol V(Säure ) V(Lauge ) Kann die Säure ein Proton pro Molekül abgeben, bzw. die Lauge ein Proton pro Molekül aufnehmen, so gilt: n(Säure) = n(Lauge) und somit c(Säure)V(Säure) = c(Lauge)V(Lauge) c(Lauge ) V(Lauge ) Damit errechnet sich z.B. die Konzentration der Säure als: c(Säure ) V(Säure ) Geräte: Bürette, Stativmaterial, Weithals-Erlenmeyer-Kolben, Pipetten (20ml), Pipettierhilfe Chemikalien: Salzsäure (1 mol-1 und 0,1 mol-1), Natronlauge (1 mol-1 und 0,1 mol-1), PhenolphthaleinLösung, Lösungen der Reiniger aus Versuch 2 Durchführung für „Saure Reinigungsmittel“: - Pipettiere V = 20 ml der verdünnten Lösung des Reinigungsmittels in einen WeithalsErlenmeyer-Kolben. - Gib 2-3 Tropfen Phenolphthalein-Lösung zu. - Falls der pH-Wert der zu untersuchenden Lösung größer 1 ist: Fülle die Bürette mit Natronlauge der Konzentration 0,1 mol-1. - Falls der pH-Wert der zu untersuchenden Lösung kleiner 1 ist: Fülle die Bürette mit Natronlauge der Konzentration c = 1 mol-1. - Stelle die Bürette exakt auf die „Null-Marke“ ein. - Titriere die saure Lösung im Erlenmeyer-Kolben mit der Natronlauge bis zur schwachen Rosafärbung der Lösung. - Notiere dein Ergebnis in unten stehender Tabelle. Durchführung für „Alkalische Reinigungsmittel“: - Pipettiere V = 20 ml der verdünnten Lösung des Reinigungsmittels in einen WeithalsErlenmeyer-Kolben. - Gib 2-3 Tropfen Phenolphthalein-Lösung zu. - Falls der pH-Wert der zu untersuchenden Lösung kleiner 13 ist: Fülle die Bürette mit Salzsäure der Konzentration 0,1 mol-1. - Falls der pH-Wert der zu untersuchenden Lösung größer 13 ist: Fülle die Bürette mit Salzsäure der Konzentration c = 1 mol-1. - Stelle die Bürette exakt auf die „Null-Marke“ ein. - Titriere die alkalische Lösung im Erlenmeyer-Kolben mit der Salzsäure bis sich die Lösung gerade entfärbt. - Notiere dein Ergebnis in unten stehender Tabelle. Entsorgung: - Fülle den restlichen Inhalt der Bürette in die Vorratsflasche zurück. - Gib den Inhalt der Erlenmeyer-Kolben in den Ausguss. - Alle Glasgeräte gründlich mit Wasser reinigen, mit dest. Wasser nachspülen und auf das Trockengestell hängen. D:\75811007.doc Seite 4 von 8 CH / Bs PRAKTIKUM HAUSHALTSREINIGER (- 5 -) Tabelle zu Versuch 4: a) Saure Reinigungsmittel Name des Reinigungsmittels Titriert mit Verbrauch in ml n(H+) in 20 ml Konzentration an „H“ pro kg Reinigungsmittel Titriert mit Verbrauch in ml n(OH-) in 20 ml Konzentration an „H“ pro kg Reinigungsmittel b) Alkalische Reinigungsmittel Name des Reinigungsmittels Auswertung: Beispiel zur Berechnung der Konzentration an „ H “ bzw. „ OH “ im Reinigungsmittel: Da in den Reinigungsmitteln z.T. Gemische von Säuren bzw. Laugen verwendet werden, kann man, um die Reinigungsmittel zu vergleichen, nur den Gesamtgehalt an in die Lösung „abgebbaren Protonen“ (H) bzw. an in die Lösung „abgebbaren Hydroxid-Ionen“ (OH) angeben. BEISPIEL: Für V(Lösung) = 20 ml der Lösung eines sauren Reinigers (Hergestellt durch Lösen von 1g Reiniger in 50 ml Lösung) wurden V(Lauge) = 15 ml Natronlauge der Konzentration c(Lauge) = 0,1 mol-1 verbraucht. 1. Konzentration der titrierten Lösung: (!! Es wurden ja nur 20 ml der Lösung titriert.!!) c(Lauge ) V(Lauge ) 0,1 mol / 15 ml mol 0,075 V(Lösung) 20 ml 2. Stoffmenge an „H“ in 50 ml Reiniger-Lösung: (!! Die Einwaage von 1 g erfolgte in 50 ml Lösung !!) mol n(H) c(H) V0 0,075 0,05 0,00375 mol Dies ist wegen der Einwaage von 1 g in 50 ml Lösung die Stoffmenge von H in 1 g Reiniger! c(H) 3. Stoffmenge an „H“ pro kg Reiniger: nkg = n(H) 1000 = 3,75 mol Aufgabe: Berechne analog die Stoffmengen an „H“ bzw. „OH“ in den von dir titrierten Proben und ergänze die obigen Tabellen. D:\75811007.doc Seite 5 von 8 CH / Bs PRAKTIKUM HAUSHALTSREINIGER (- 6 -) Versuch 5: KALKHALTIGES WASSER – VERKALKEN - ENTKALKEN Grundlagen: In den meisten Böden kommt Kalk (Calciumcarbonat = CaCO3) in mehr oder weniger großen Mengen vor. Dieser Kalk ist in Wasser schwer löslich. Wenn es regnet (H2O), nimmt das Wasser aus der Luft Kohlenstoffdioxid (CO 2) auf und bildet eine stark verdünnte Lösung von Kohlensäure (H2CO3). Diese Kohlensäure-Lösung reagiert mit dem Kalk im Boden gemäß folgender Reaktionsgleichung: CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2 Bei dieser Reaktion bildet sich aus dem in Wasser schwer löslichen Calciumcarbonat (CaCO 3) das in Wasser gut lösliche Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2). „Kalkhaltiges“ Wasser enthält also keinen Kalk sondern gelöstes Calciumhydrogencarbonat. Dies ist in erster Linie für die „Wasserhärte“ verantwortlich. Wird das calciumhydrogencarbonathaltige Wasser erhitzt, so zersetzt sich das Calciumhydrogencarbonat unter Bildung von schwer löslichem Calciumcarbonat und Kohlensäure; diese zerfällt wiederum in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Versuch 5.1 Modellversuch zur Bildung von kalkhaltigem Wasser Geräte: Chemikalien: Durchführung: Gaswaschflasche, Gasschlauch Calciumhydroxidlösung [Ca(OH)2], Gasflasche mit Kohlenstoffdioxid, Bromthymolblau-Lösung - Fülle die Gaswaschflasche 3-4 Zentimeter hoch mit der Calciumhydroxidlösung und füge 3-4 Tropfen Bromthymolblau-Lösung zu. - Schließe einen Gasschlauch an die Gasflasche mit Kohlenstoffdioxid an. - Öffne das Hauptventil der Flasche. - Öffne nun das Auslassventil an der Gasflasche. - Reguliere am Reduzierventil durch HINEINDREHEN den Gasstrom so, dass ein schwacher Gasstrom aus dem Schlauch austritt. - Verbinde den Gasschlauch gemäß nebenstehender Abbildung mit der Gaswaschflasche. - Lasse den Gasstrom von Kohlenstoffdioxid solange durch die Waschflasche strömen, bis in der Waschflasche wieder eine klare Lösung zu sehen ist. - Beobachte die Lösung in Waschflasche während der ganzen Zeit und notiere deine Beobachtungen: _______________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Nachbereitung: Aufgabe: D:\75811007.doc - Trenne den Gasschlauch von der Waschflasche ab. Schließe das Hauptventil der Gasflasche, danach das Reduzierventil (durch Herausdrehen) und schließlich das Auslassventil. - Gieße den Inhalt der Waschflasche in einen Erlenmeyer-Kolben. Verschließe den Kolben mit einem Stopfen und beschrifte ihn. - Erlenmeyerkolben mit Inhalt für weitere Untersuchungen aufbewahren! - Waschflasche gründlich ausspülen, mit dest. Wasser nachspülen und auf das Trockengestell hängen. Erkläre die Beobachtungen in der Waschflasche unter Verwendung von Reaktionsgleichungen. Verwende in diesen Reaktionsgleichungen Ionenschreibweise und, soweit sinnvoll, Strukturformeln mit bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren. Seite 6 von 8 CH / Bs PRAKTIKUM HAUSHALTSREINIGER (- 7 -) Versuch 5.2 Modellversuch: Verkalken von Heißwassergeräten Geräte: Chemikalien: Durchführung: Becherglas 200 ml, Thermometer, Dreifuß, Bunsenbrenner Calciumhydrogencarbonat-Lösung aus Versuch 5.1 - Gib von der Calciumhydrogencarbonat-Lösung aus dem Erlenmeyer-Kolben von Versuch 5.1 etwa die Hälfte in ein Becherglas (200 ml); bewahre die restliche Lösung weiter auf. - Stelle dieses Becherglas auf den Dreifuß und erwärme die Lösung. - Prüfe während des Erwärmens die Temperatur. - Notiere deine Beobachtungen und schreibe jeweils auch dazu, bei welcher Temperatur diese Beobachtung auftritt. - Halte die Lösung etwa 3 Minuten lang am Sieden. ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Aufgabe: Formuliere eine Reaktionsgleichung. Verwende Ionenschreibweise und, wo sinnvoll, Strukturformeln. Versuch 5.3 Modellversuch: Entkalken von Heißwassergeräten Geräte: Chemikalien: Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Spatel, Pasteur-Pipette Verdünnte Essigsäure, verd. Salzsäure Xi, verd. Schwefelsäure Xi, Entkalkungsreiniger, Calciumcarbonat (pulverisiert), Marmor (=Calciumcarbonat) 1. „Entkalken“ der „Lösung“ aus Versuch 5.2 - Gib zu der „Lösung“ im Becherglas aus Versuch 5.2 tropfenweise verdünnte Essigsäure bis keine weiteren Veränderungen mehr zu beobachten sind. - Notiere deine Beobachtungen. Durchführung: ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 2. Reaktion von Säuren und Entkalkungsreinigern mit Calciumcarbonat (Kalk, Marmor) - Gib in 5 Reagenzgläser jeweils eine kleine Spatelspitze Calciumcarbonat, in 5 weitere Reagenzgläser jeweils einen kleinen Brocken Marmor. - Gib dazu jeweils 1-2 ml der in unten stehender Tabelle genannten Lösungen (verwende zwei verschiedene Entkalkungsreiniger; notiere welche) und notiere deine Beobachtungen. D:\75811007.doc Seite 7 von 8 CH / Bs PRAKTIKUM Zugabe von zu HAUSHALTSREINIGER (- 8 -) Calciumcarbonat-Pulver Marmor Salzsäure verdünnt Essigsäure verdünnt Schwefelsäure verdünnt Entkalkungsreiniger 1 Entkalkungsreiniger 2 Entsorgung: - Aufgabe: - Gib den Inhalt aller Reagenzgläser und den Inhalt des Becherglases aus Versuch 5.2 in den Entsorgungsbehälter „Säuren“. Alle Glasgeräte gründlich mit Wasser reinigen, Kalkreste eventuell mit verd. Essigsäure entfernen. Glasgeräte mit dest. Wasser ausspülen und auf das Trockengestell hängen. Formuliere zu den Reaktionen mit Salzsäure, Essigsäure und Schwefelsäure Reaktionsgleichungen. Begründe, warum Schwefelsäure nicht zum Entkalken geeignet ist. Versuch 5.4 Bestimmung der Wasserhärte Grundlagen: Unter der Gesamthärte des Wassers versteht man die Summe der Konzentrationen der gelösten Calcium- und Magnesium-Ionen. Zur Angabe der Wasserhärte sind verschiedene Maßeinheiten üblich. In Deutschland verwendet man die Stoffmengenkonzentration (im mmol/) und den Deutschen Härtegrad (in 0d). 1 Liter Wasser mit 1 0d enthält die gleiche Anzahl Erdalkali-Ionen, wie sie in 10 mg Calciumoxid (CaO) enthalten ist, dies entspricht 7,14 mg = 0,1783 mmol Calciumionen für 1 0d. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Wasser kein Calciumoxid vorliegen kann. 1 0d bedeutet lediglich, dass die Konzentration der Härtebildner-Ionen insgesamt c(Mg2+, Ca2+) = 0,1783 mol/Liter beträgt. Beurteilung der Wasserhärte nach Deutschen Härtegraden: 0 – 4 0d 4 – 8 0d 8 – 12 0d 12 – 18 0d 18 – 30 0d über 30 0d Geräte: Chemikalien: Durchführung: Entsorgung: D:\75811007.doc sehr weich weich mittelhart hart sehr hart außerordentlich hart Testbesteck für Wasserhärtebestimmung Leitungswasser, Calciumhydrogencarbonat-Lösung aus Versuch 5.1 Bestimme die Wasserhärte von Leitungswasser und von der Calciumhydrogencarbonat-Lösung aus Versuch 5.1. Die Durchführung entnimmst du der Anleitung des Testbestecks. Notiere die ermittelten Härtegrade: Leitungswasser : _________________________________________ Calciumhydrogencarbonat-Lösung : _________________________________________ - Lösungen in den Ausguss geben. - Glasgeräte reinigen, mit dest. Wasser nachspülen und zum Trocknen aufhängen. Seite 8 von 8
