Er­war­tungs­ho­ri­zont

Lern­auf­ga­be: Wie ge­fähr­lich ist Rohr­rei­ni­ger?

Auf­ga­be 1

1. In einem Be­cher­glas wird das genau ab­ge­mes­se­ne Vo­lu­men an 2 mL Pro­be­lö­sung (Rohr­rei­ni­ger) vor­ge­legt und mit dest. Was­ser auf ca. 20 mL Lö­sung ver­dünnt.
2. Um die gründ­li­che Durch­mi­schung von Pro­be­lö­sung und Maß­lö­sung (Salz­säu­re) zu ge­währ­leis­ten, wird ein Ma­gnetrüh­rer ein­ge­setzt.
3. Der Leit­fä­hig­keits­sen­sor wird so plat­ziert, dass er aus­rei­chend in die Pro­be­lö­sung taucht und sich der Rühr­fisch frei dre­hen kann.
4. Die Mes­sung wird ge­star­tet und ein gleich­mä­ßi­ges Zu­trop­fen der Salz­säu­re ein­ge­stellt. Dabei darf die Tropf­fre­quenz nicht ver­än­dert wer­den (al­ter­na­tiv kann man einen Trop­fen­zäh­ler ver­wen­den oder die Mess­wer­te punk­tu­ell nach dem Zu­trop­fen von je­weils 0,5 mL auf­neh­men.)
5. Die Mess­wer­te wer­den gra­phisch dar­ge­stellt. (x-Achse: Vo­lu­men an zu­ge­ge­be­ner Salz­säu­re, y-Achse: Leit­fä­hig­keit).

Auf­ga­be 2

Er­klä­rung des Ver­laufs der Ti­tra­ti­ons­kur­ve

Die hohe Leit­fä­hig­keit zu Be­ginn der Ti­tra­ti­on wird durch die Na­tri­um-Ionen und die Hy­droxid-Ionen in der Pro­be­lö­sung her­vor­ge­ru­fen.

Durch die Zu­ga­be der Salz­säu­re wer­den Oxo­ni­um-Ionen und Chlo­rid-Ionen zu­ge­ge­ben. Dabei än­dert sich die Ge­samt­zahl der Ionen in dem Be­cher­glas nicht: die Oxo­ni­um-Ionen aus der zu­ge­ge­be­nen Maß­lö­sung re­agie­ren mit Hy­droxid-Ionen aus der Pro­be­lö­sung zu Was­ser-Mo­le­kü­len. Die zu­ge­ge­be­nen Chlo­rid-Ionen haben aber eine ge­rin­ge­re Leit­fä­hig­keit als die ver­brauch­ten Hy­droxid-Ionen, so dass die Leit­fä­hig­keit der Lö­sung kon­ti­nu­ier­lich ab­nimmt.

$${\mathrm{Na}}_{(\mathrm{aq})}^{+}+{\mathrm{OH}}_{(\mathrm{aq})}^{-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{(\mathrm{aq})}^{+}+{\mathrm{Cl}}_{\mathrm{aq}}^{-}\to 2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{(\mathrm{l})}+{\mathrm{Na}}_{(\mathrm{aq})}^{+}+{\mathrm{Cl}}_{(\mathrm{aq})}^{-}$$

Am Äqui­va­lenz­punkt haben alle Hy­droxid-Ionen mit den zu­ge­ge­be­nen Oxo­ni­um-Ionen re­agiert. Die Leit­fä­hig­keit er­gibt sich hier nur noch aus den in der Lö­sung ent­hal­te­nen Na­tri­um-Ionen und Chlo­rid-Ionen. Die An­zahl der Ionen und somit die Leit­fä­hig­keit er­reicht am Äqui­va­lenz­punkt ein Mi­ni­mum. Gibt man über den Äqui­va­lenz­punkt hin­aus Salz­säu­re in das Be­cher­glas, wer­den die zu­ge­ge­be­nen Oxo­ni­um-Ionen nicht mehr neu­tra­li­siert. Sie sor­gen zu­sam­men mit den Chlo­rid-Ionen für einen kon­ti­nu­ier­li­chen An­stieg der Leit­fä­hig­keit.

Be­rech­nung der Stoff­men­gen­kon­zen­tra­ti­on an Na­tri­um­hy­droxid im Rohr­rei­ni­ger

Bis zum Er­rei­chen des Äqui­va­lenz­punkts wur­den 13 mL Salz­säu­re der Kon­zen­tra­ti­on 1 mol·L^-1 zu­ge­ge­ben.

$$\begin{array}{c}\mathrm{n}(\mathrm{NaOH})=\mathrm{n}(\mathrm{HCl})\text{(am Äquivalenzpunkt)}\\ \mathrm{c}(\mathrm{NaOH})\cdot \mathrm{V}(\mathrm{NaOH})=\mathrm{c}(\mathrm{HCl})\cdot \mathrm{V}(\mathrm{HCl})\\ \mathrm{c}(\mathrm{NaOH})=\frac{\mathrm{c}(\mathrm{HCl})\cdot \mathrm{V}(\mathrm{HCl})}{\mathrm{V}(\mathrm{NaOH})}=\frac{1\mathrm{mol}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot 13\mathrm{mL}}{2\mathrm{ml}}=6\mathrm{,5}\mathrm{mol}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\end{array}$$

Be­rech­nung des Mas­sen­an­teils an Na­tri­um­hy­droxid im Rohr­rei­ni­ger

$$\begin{array}{c}\mathrm{n}(\mathrm{NaOH})=\mathrm{c}(\mathrm{NaOH})\cdot \mathrm{V}(\mathrm{NaOH})=6\mathrm{,5}\mathrm{mol}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot 2\mathrm{mL}=\mathrm{0,013}\mathrm{mol}\\ \mathrm{M}(\mathrm{NaOH})=40\mathrm{g}\cdot {\mathrm{mol}}^{-1}\\ \mathrm{m}(\mathrm{NaOH})=\mathrm{n}(\mathrm{NaOH})\cdot \mathrm{M}(\mathrm{NaOH})=\mathrm{0,013}\mathrm{mol}\cdot 40\mathrm{g}\cdot {\mathrm{mol}}^{-1}=\mathrm{0,52}\mathrm{g}\\ \mathrm{w}(\mathrm{NaOH})=\frac{\mathrm{m}(\mathrm{NaOH})}{\mathrm{m}(\mathrm{Rohrreiniger})}=\frac{0\mathrm{,52}\mathrm{g}}{2\mathrm{g}}=0\mathrm{,26}=26\text{\%}\end{array}$$

Hy­po­the­se für die Ab­wei­chung

Der ex­pe­ri­men­tell er­mit­tel­te Wert von 26 % ist ge­gen­über dem auf dem Eti­kett an­ge­ge­be­nen Wert von 20 % um 30 % grö­ßer.

Eine Ur­sa­che für diese Ab­wei­chung ist die Dich­te der Lö­sung. In der obi­gen Be­rech­nung wird an­ge­nom­men, dass die ab­ge­mes­se­nen 2 mL Rohr­rei­ni­ger 2 g wie­gen, d.h. es wird von einer Dich­te von 1 g·cm-3 aus­ge­gan­gen. Al­ler­dings be­trägt die Dich­te von 20 %iger Na­tri­um­hy­droxid-Lö­sung 1,219 g·cm-3 (bei 20°C). Be­rech­net man mit die­ser Dich­te den Mas­sen­an­teil an Na­tri­um­hy­droxid, so liegt der ex­pe­ri­men­tell er­mit­tel­te Wert bei

$$\mathrm{w}(\mathrm{NaOH})=\frac{\mathrm{m}(\mathrm{NaOH})}{\mathrm{m}(\mathrm{Rohrreiniger})}=\frac{0\mathrm{,52}\mathrm{g}}{\mathrm{1,219}\mathrm{g}\cdot {\mathrm{cm}}^{-3}\cdot 2\mathrm{mL}}\approx 0\mathrm{,21}=21\text{\%}$$

Auf­ga­be 3

Fette sind Ester des Al­ko­hols Gly­ce­rin mit Fett­säu­ren. Ester las­sen sich mit Hilfe al­ka­li­scher Lö­sun­gen spal­ten. Dabei wird die Es­ter­grup­pe im Fett-Mo­le­kül durch Hy­droxid-Ionen nu­cleo­phil an­ge­grif­fen. Bei der al­ka­li­schen Hy­dro­ly­se eines Fett-Mo­le­küls ent­ste­hen ein Gly­ce­rin-Mo­le­kül und die Fett­säu­re­rest-Ionen. (siehe auch Lern­Box Die Stoff­klas­se der Fette

Ana­log zur al­ka­li­schen Es­ter­hy­dro­ly­se las­sen sich auch Pep­ti­de mit Hilfe al­ka­li­scher Lö­sun­gen spal­ten. Dabei wird die Pep­tid­grup­pe im Pep­tid-Mo­le­kül durch Hy­droxid-Ionen nu­cleo­phil an­ge­grif­fen. Bei der al­ka­li­schen Hy­dro­ly­se eines Pep­tid-Mo­le­küls ent­ste­hen de­pro­to­nier­te Ami­no­säu­re-Mo­le­kü­le (Ami­no­säu­re­rest-Ionen).

Die Pro­duk­te die­ser Hy­dro­ly­se sind gut was­ser­lös­lich.

Auf­ga­be 4

Ab­schät­zun­gen:

Ver­schluss­kap­pe mit 20 mL Rohr­rei­ni­ger der Stoff­men­gen­kon­zen­tra­ti­on 6,5 mol·L^-1.
Glas mit 200 mL Li­mo­na­de.
Der Rohr­rei­ni­ger wird also etwa im Vo­lu­men­ver­hält­nis 1:10 ver­dünnt, somit be­trägt die Stoff­men­gen­kon­zen­tra­ti­on an Na­tri­um­hy­droxid im Ge­tränk ca. 0,65 mol·L^-1.

Für Na­tron­lau­ge der Stoff­men­gen­kon­zen­tra­ti­on c = 0,5 mol·L^-1 gel­ten noch immer fol­gen­de Ge­fah­ren­hin­wei­se:

• H 290: Kann ge­gen­über Me­tal­len kor­ro­siv sein.
• H 315: Ver­ur­sacht Haut­rei­zun­gen.
• H 319: Ver­ur­sacht schwe­re Au­gen­rei­zun­gen.

Quel­le: Ge­fah­ren­hin­wei­se von Na­tron­lau­ge 0,5 mol·L^-1: merck­mil­li­po­re.com