Säurebegriff
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Inhaltsverzeichnis |
Der Lernpfad
Ein Lernpfad ist ein digitales Lernprogramm, das dich mithilfe vorgegebener Lernschritte sicher zum Lernerfolg führen soll. Du wirst selbstständig und in deinem eigenen Tempo die Aufgaben bearbeiten und hast immer die Möglichkeit dir Tipps oder Lösungen anzuschauen. Wenn du schneller arbeitest als andere, stehen dir Zusatzaufgaben bzw. Zusatzinformationen zum Thema zur Verfügung, die du auch gerne in der Klasse vorstellen kannst. Du wirst in diesem Unterrichtsabschnitt natürlich nicht nur allein arbeiten. An einigen Stellen sollst du dich mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern austauschen bzw. mit ihnen zusammen experimentieren. Beachte bitte, dass du deine Ergebnisse in einem Lerntagebuch festhälst.
Noch ein Tipp:
Bevor ich den Lehrer frage,
- denke ich selbst nach,
- frage ich die Experten,
- schlage ich nach bzw. recherchiere im Internet!
Wer ist Experte? Immer alle die, die weiter sind als du und die Themen verstanden haben. Es besteht auch die Möglichkeit, die besten oder schnellsten Schüler einer Unterrichtsstunde bekannt zu geben, damit man immer weiß, an wen man sich wenden kann.
Da der Lernpfad im Laufe der Zeit verändert werden kann, wäre ich dir sehr dankbar, wenn du mir mögliche Fehler oder Ergänzungen mitteilen würdest.
Du wirst dich in der nächsten Zeit mit dem Thema Säuren befassen. Wir starten mit dem Kapitel Säuren im Alltag, wo du dein Vorwissen anwenden kannst. Anschließend folgen Experimente und auch die Theorie der Säuren. Abschließend werden wir deine Lernerfolge überprüfen.
Dein Lerntagebuch
Du kannst dir dafür ein Heft oder ein Textdokument anlegen. Das Lerntagebuch soll dir helfen, deine Lernerfolge, aber auch deine Lernprobleme strukturiert und ausführlich zu dokumentieren. Notiere dir dort bitte die Aufgabenstellungen und deine Ergebnisse. Zusätzlich kannst du natürlich Zeichnungen oder Bilder einfügen.
Erstelle dazu:
- Ein Deckblatt für dein Lerntagebuch
- Ein Inhaltsverzeichnis (Überschrift, Datum des Anfangs und des Endes der Bearbeitung)
- Einen Reflexionsbogen am Ende des Themas:
- Besonders leicht gefallen ist mir bei diesem Thema ... , weil ...
- Besonders schwer gefallen ist mir bei diesem Thema ... , weil ...
- Am besten gefallen hat mir ..., weil ...
- In diesem Bereich habe ich (dazu) gelernt ...
- Leider ist mir immer noch ... unklar geblieben ...
- Sonstige Kommentare zu Aufgaben, meinem Arbeitstempo, meiner Konzentration, ... bei der Bearbeitung:
Viel Erfolg und viel Spaß!
Einführung: Säuren im Alltag
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Säuren sind ein selbstverständlicher Bestandteil unseres Alltags.
Gehe dabei auf Säuren und deren Verwendung ein. |
Keine Idee? Vielleicht können dir folgende Tipps helfen.
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Bringe zur nächsten Stunde Stoffe aus dem Alltag mit, die du in Bezug auf das Thema Säuren untersuchen möchtest. |
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Notiere dir Fragen, die dich zum Thema Säuren interessieren. |
Fragen, die sich zwei Schülerinnen stellen:
- Wie entstehen Säuren?
- Welche Säuren in welcher Menge verträgt ein Mensch bzw. Tier?
- Warum ätzen Säuren?
Ziele des Unterrichtsabschnitts
Nachdem du dir nun Fragen zu diesem Thema notiert hast, vergleiche diese mit den Zielen und melde dich, wenn du etwas ergänzen möchtest.
Du wirst im folgenden...
- ...verschiedene Säuren kennenlernen und dich mit deren Gemeinsamkeiten und Unterschieden beschäftigen.
- ...einen Indikator herstellen und andere verwenden.
- ...einige Eigenschaften von Säuren ermitteln.
- ...eine Definition von Säuren kennenlernen.
- ...Säuren auf Teilchenebene beschreiben.
Verwendung von Säuren
In diesem Kapitel geht es um die Eigenschaften Säuren in Bezug auf Stoffe aus dem Alltag.
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Nenne mögliche Gründe für die Verwendung von Säuren in Lebensmitteln und Putzmitteln. |
Keine Idee? Hier findest du ein paar Tipps:
Säuren in Lebensmitteln
- In Getränken werden bestimmte Säuren, die Fruchtsäuren, zugesetzt, da sie ihnen einen erfrischend sauren Geschmack verleihen. Die häufigsten Fruchtsäuren sind Citronensäure, Apfelsäure und Weinsäure.
- Die Ascorbinsäure, besser bekannt als Vitamin C, ist in vielen Früchten enthalten und dient in z.B. Getränken als Vitaminzusatz.
- Viele Salatsoßen enthalten Essig, der zum einen für den Geschmack verantwortlich ist und zum anderen appetitanregend wirkt.
- Um Lebensmittel länger haltbar zu machen, d.h. zu konservieren, werden Säuren wie Milchsäure, Benzoesäure und Sorbinsäure hinzugefügt. Brot aus dem Supermarkt enthält Sorbinsäure und Benzoesäure macht Fleischsalat länger haltbar.
- Eine Säure sollte dir auch bekannt sein. Denke doch mal daran, wie du an einem warmen Sommertag eine kühle Mineralwasser- oder Limonadenflasche öffnest... Diese Getränken enthalten das in Wasser gelöste Gas Kohlenstoffdioxid, die Kohlensäure. Sie macht aus dem Wasser sauren Sprudel und hinterlässt ein Prickeln auf der Zunge.
- Die Milchsäure ist in Milchprodukten (z.B. Joghurt) enthalten und entsteht, wenn die Milchsäurebakterien den in der Milch enthaltenen Milchzucker umwandeln. Sie entsteht allerdings auch bei Herstellung von Sauerkraut.
Säuren in Reinigunsmitteln
Beim Putzen möchte man nicht ewig Schrubben müssen. Man möchte einfach das Putzmittel aufsprühen und wieder abspülen, damit alles wieder wie neu aussieht. Kalkenttferner enthalten Säuren, um diesen Effekt zu erreichen. Erhilft gegen Kalk im Bad und zum Teil auch gegen Rost. Auch Badreiniger, Essigreiniger, Urinsteinentferner, WC-Reiniger und Klarspüler enthalten saure Lösungen. Man muss dabei aber die Gefahrensymbole und die Verwendungshinweise beachten. Verwende Reinigungsmittel immmer nur in Maßen!
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Hausaufgaben
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Zusatzaufgabe
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Die Citronensäure wird für die Lebensmittelindustrie in großen Mengen benötigt. Sie wird allerdings nicht aus Zitronen hergestellt. Recherchiere im Internet nach der Herstellungsweise von Citronensäure und notiere deine Ergebnisse in deinem Lerntagebuch. |
Indikatoren
Nahrungsmittel durch eine Geschmacksprobe auf Säuren zu testen ist ungefährlich, allerdings darf man keine Chemikalien auf diese Art untersuchen. Hierbei macht man sich die Farbveränderung von Indikatoren bei der Zugabe zu sauren Lösungen zu nutze.
Beispielsweise verfärbt eine saure Lösung Universalindikator und Lackmus rot und Bromthymolblau gelb. Bei neutralen Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser, bleibt der Universalindikator grün, Lackmus rötlich/violett und Bromthymolblau blau.
Dabei gilt: Je intensiver die Verfärbung des Indikators ist, desto höher ist die Säuremenge (Säurekonzentration).
Es gibt einen Indikator, den du auch selber herstellen kannst, den Rotkohlindikator.
Führt die folgenden Versuche bitte in Gruppen zu 3-4 Schülern durch.
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Herstellung eines Indikators aus Rotkohl
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Wählt 6 Stoffe aus dem Alltag und untersucht sie mit eurem Rotkohlindikator. Schreibt anschließend ein komplettes Versuchsprotokoll mit Material, Chemiekalien, Durchführung, Beobachtung und Deutung. Eine Tabelle kann euch beim Vergleich der Stoffe helfen. Ergänzt die Tabelle durch die Ergebnisse der anderen Gruppen. |
Hier sind einige Ergebnisse der Schülergruppen:
- Mal wieder schneller als die anderen?
Dann testet eure Stoffe auch mit Universalindikator.
- Zusatzaufgabe
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Auch weitere Dinge, die du kennst wirken wie ein Indikator aus der Chemie. Z.B. die Hortensie, schwarzer Tee oder Stifte, die die Farbe wechseln können.Informiere dich über diese Indikatoren.
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Säure oder saure Lösung
Der Begriff Säure wird leider meist nicht immer richtig eingesetzt.
Säuren sind Stoffe, die in Wasser gelöst saure Lösungen bilden. Saure Lösungen sind bei Raumtemperatur immer flüssig, Säuren dagegen gibt es bei Raumtemperatur in allen Aggregatzuständen. Die Citronensäure ist fest und Essigsäure flüssig.
Manchmal werden saure Lösungen als Säure bezeichnet, obwohl sie wässrige Lösungen sind.
Die Kohlensäure ist eine Lösung aus Kohlenstoffdioxid und Wasser und die Salzsäure eine Lösung aus Chlorwasserstoff und Wasser.
In einer Wortgleichung bedeutet dies:
Essigsäure + Wasser Essigsäurelösung
Chlorwasserstoff + Wasser Salzsäure
Ascorbinsäure + Wasser Ascorbinsäurelösung
Löse folgendes Zuordnungsquiz:
| Essigsäure | Essigsäurelösung |
| Schwefelsäure | Schwefelsäurelösung |
| Salpetersäure | Salpetersäurelösung |
Formuliere einen allgemeinen Merksatz zu Säuren und sauren Lösungen:
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Merke:
... |
Teilchen in Säuren und sauren Lösungen
Säuren können sich in ihren Eigenschaften wie Aggregatzustand, Dichte, Geruch stark unterscheiden. Selbst die Molekülformeln müssen sich nicht sehr ähneln. Aufgrund der charakteristischen Eigenschaften, muss es aber eine Gemeinsamkeit geben. Dazu schauen wir uns Säuren bzw. ihre sauren Lösungen auf Teilchenebene an.
Um herauszufinden, welches Teilchen in sauren Lösungen für die sauren Eigenschaften verantwortlich ist, untersuchen wir beispielhaft die Salzsäure.
Teilchen in Salzsäure
Salzsäure ist eine häufig verwendete Säure und Bestandteil unseres Magensaftes. Öffnet man eine Flasche mit Salzsäure, so entweicht ein farbloses Gas und bildet einen Nebel mit der Feuchtigkeit in der Luft. Hält man ein angefeuchtetes Indikatorpapier in das entweichende Gas, so färbt es sich rot.
Der Name "Salzsäure" ist auf deren Herstellung zurückzuführen: Tropft man Schwefelsäure auf Natriumchlorid (Kochsalz) so entsteht ein farbloses Gas. Im folgenden Video wird dieses Gas in Wasser geleitet, das mit Universalindikator angefärbt ist:
Quelle: youtube
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Nun wollen wir untersuchen, aus welchen Teilchen die Salzsäure besteht.
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Überprüfe mithilfe eines geeigneten Versuchsaufbau, ob verdünnte Salzsäure elektrisch leitfähig ist. Fertige dazu ein Protokoll in deinem Lerntagebuch an. Sicherheitshinweis: Verwende eine Schutzbrille und Handschuhe beim Umgang mit Salzsäure.
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Tipp1
Tipp2
Vor einiger Zeit haben wir ein Stationenlernen zum Thema Salze durchgeführt. Dort haben wir herausgefunden, dass Salzwasser den Strom leitet und dass deshalb Ionen in der Lösung vorliegen müssen.
Lösen von Salz in Wasser Quelle: www.chemie-interaktiv.net
Quelle: www.youtube.de
Folgende Notizen können dir helfen:
- Notiere die Reaktionsgleichung von Kochsalz in Wasser.
- Beschreibe, welche Teilchen in der Lösung vorliegen.
- Welche Eigenschaft hat die Salzlösung im Gegensatz zu destilliertem Wasser?
Die Lösung findest du danach hier:
Aber welche Ionen liegen vor?
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Material: Reagenzglas, Reagenzglasständer, Pipette Chemikalien: verdünnte Salzsäure, Silbernitratlösung Sicherheitshinweis: Verwende eine Schutzbrille und Handschuhe beim Umgang mit Salzsäure. Durchführung: Fülle das Reagenzglas ca. 2cm hoch mit verdünnter Salzsäure. Füge etwas Silbernitratlösung hinzu.
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Tipp für die Auswertung des Versuches:
Danach geht es hier weiter:
In Silbernitratlösung liegen folgende Ionen vor:
AgNO3-Lösung: Ag+(aq) + NO3-(aq)
Der Versuch mit Silbernitratlösung hat ergeben, dass in Salzsäure Cl--Ionen vorhanden sind.
Reaktionsgleichung:
Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s)
Das andere Ion in der Säure kann man sich durch folgende Überlegungen herleiten:
Bei der Reaktion von Schwefelsäure mit Natriumchlorid entsteht ein Gas.
Dieses Gas kann kein Metallchlorid sein, da Metallchloride Salze sind.
Lässt man Wasserstoff und Chlor miteinander reagieren, entsteht ebenfalls diese Gas.
Wasserstoff + Chlor Chlorwasserstoff.
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Formuliere die Reaktionsgleichung. |
Teilchen, die für die sauren Eigenschaften einer sauren Lösung verantwortlich sind
Beim Lösen von Salz in Wasser erhält man folgende Reaktionsgleichung:
NaCl(s) + nH2O Na+(aq) + Cl-(aq)
Löst man Chlorwasserstoff in Wasser, geschieht folgendes:
HCl(g) + nH2O H+(aq) + Cl-(aq)
Es liegen also hydratisierte Wasserstoff-Ionen und hydratisierte Chlorid-Ionen in der Lösung vor.
Vergleichen wir nun wieder die Kochsalz-Lösung und die saure Lösung:
- Beide sind leitfähig.
- Beide enthalten Cl--Ionen.
- Salzsäure färbt Universalindikator rot.
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Überprüfe mithilfe eines geeigneten Indikators, ob Kochsalz-Lösung ebenfalls sauer ist. |
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Überlege dir nun, welches Teilchen für die sauren Eigenschaften in sauren Lösungen verantwortlich ist. |
Da Kochsalz-Lösung keine saure Lösung ist, können die Cl--Ionen nicht für die sauren Eigenschaften verantwortlich sein. Somit muss es das H+-Ion sein.
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Merke:
Säuren sind Stoffe, deren wässrige Lösungen hydratisierte positiv geladene Wasserstoff-Ionen und hydratisierte negativ geladene Säurerest-Ionen enthalten. Dabei bestimmen die Wasserstoff-Ionen die Eigenschaften einer sauren Lösung. |
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Zusatzaufgabe:
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Baue mit Knete und Steichhölzern die Reaktion von Chlorwasserstoff und Wasser zu Salzsäure nach. Stelle es anschließend deinen Mitschülern vor. |
Dissoziation von Säuren
Nun lernst du die Molekülformeln einiger Säuren und die Reaktion mit Wasser kennen. Wir beginnen mit einem Beispiel:
Salpetersäure + Wasser Wasserstoff-Ion + Säurerest-Ion
HNO3 + nH2O H+(aq) + NO3-(aq)
Wen du in dieser Stunde soweit gekommen bist, dann melde dich bitte bei deiner Lehrerin. Du darfst nun bei der Planung dieses Lernpfades mitarbeiten.
Du bekommst Material zu diesem Thema und sollst versuchen, es so darzustellen, dass deine Mitschüler es verstehen.
H2SO4 ist Schwefelsäure. Die Dissoziation erfolgt in zwei Schritten, da zwei Wasserstoff-Atome vorliegen, die abgespalten werden können:
Schwefelsäure + Wasser Wasserstoff-Ion + Hydrogensulfat-Ion
H2SO4 + nH2O H+(aq) + HSO4-(aq)
Hydrogensulfat-Ion + Wasser Wasserstoff-Ion + Sulfat-Ion
HSO4-(aq) + nH2O H+(aq) + SO42-(aq)
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Formuliere die Reaktionsgleichungen einiger Säuren mit Wasser. Nutze dazu die unten aufgeführten Namen und Summenformeln.
Hinweis: Einige Organische Säuren (wie z.B. Citronensäure) haben eine lange Molekülformel, die hier aber nur auf das Wesentliche begrenzt ist: H3Cit
Salzsäure: HCl Chlorid-Ion: Cl- Salpetersäure: HNO3 Nitrat-Ion: NO3- Kohlensäure: H2CO3 Hydrogencarbonat-Ion: HCO3- Carbonat-Ion: CO32- Phosphorsäure: H3PO4 |
H2CO3 + nH2O 2H+(aq) + CO32-(aq)
H3PO4 + nH2O 3H+(aq) + PO43-(aq)
Säureunfall in der Cafeteria?
9Uhr in der Otto-Hahn-Schule in Hintertupfingen. Die Schüler Natalie, Peter und Lisa arbeiten in der Cafeteria. Natalie und Peter haben schon angefangen zu arbeiten, als Lisa auch endlich kommt.
"He Lisa, du kommst ja schon wieder zu spät!"
"Reg dich bitte nicht auf, Natalie. Ich hatte ein Gespräch mit meiner Chemielehrerin über meine schlechten Noten."
Peter kommt aus der Küche und sieht Lisa: " Da bist du ja endlich. Ich hab bereits den Boden und die Auslage sauber gemacht und sogar der Abfluss der Spüle ist wieder frei. Natalie schmirt gerade die Wurstbrötchen. Würdest du bitte die anderen Brötchen mit Käse belegen und mit Radieschen garnieren?"
"Kein Problem. Ich fange direkt an."
Kurze Zeit später kommen Michael und Sarah in der Cafeteria vorbei. Sie haben sich vor den dreien immer um den Pausenverkauf gekümmet.
"Na, seid ihr immer noch nicht fertig?", sagt Michael, schwingt sich auf die Auslage und wirft dabei fast den Abflussreiniger um.
Sarah hält den Essigreiniger hoch. "Gehört das nun zu eurem Getränkeangebot?"
Lisa schubst Michael wieder runter. "Halt du uns nciht auch noch auf. Wir sind eh schon spät dran. Und nein, Sarah, Peter hat gerade alles sauber gemacht."
"Für eine Cola helfen wir euch."
Lisa guckt die beiden von der Seite an. Sie hat das Gefühl, dass das nur wieder Ärger gibt. Aber Hilfe könnten sie schon gebrauchen.
"Na gut. Der Nachtisch ist noch nicht fertig und das Obst muss auch noch aus dem Kühlschrank geholt werden."
Lisa will gerade die Ausgabe öffnen, die ruft Natalie: "Warte noch, ich räum schnell die Putzmittel zur Seite."
Kurze Zeit später strömen die ersten Schüler heran.
"Ein Salamibrötchen!"
"Ich nehm einen Schokoriegel und einen Apfel."
"He, ich war dran. Ich will ein Käsebrötchen!"
Die Schüler drängeln sich an die Ausgabe. Natalie holt die das Käsebrötchen heraus, legt es auf eine Serviette und stutzt. "Schaut mal, was mit dem Radieschen passiert ist."
Lisa kommt auch zu ihr rüber. "Da ist auch Wasser auf dem Käse."
Peter sieht sich das Brötchen an und riecht auch daran. "Das Radieschen ist ja gelb und riecht auch komisch. Das wird wohl kein Wasser sein. Vielleicht haben Sarah und Michael etwas auf die Brötchen geschüttet. Die kamen doch gerade aus dem Chemieunterricht. Vielleicht haben sie Salzsäure mitgehen lassen."
"Oh nein. Wir müssen den Pausenverkauf abbrechen und erstmal herausfinden, was hier passiert ist." Natalie beginnt die Schüler wegzuschicken und macht sich schon mal Gedanken darüber, was mit den Radieschen passiert ist.
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Finde heraus, ob Michael und Sarah einen Säuranschlag auf die Cafeteria ausgeübt haben. 1. Notiere zunächst deine Ideen in deinem Lerntagebuch. 2. Plane anschließend ein Experiment, um zu untersuchen, ob Salzsäure für die gelben Radieschen verantwortlich ist. 3. Spreche den Verusch mit deiner Lehrerin ab und führe ihn danach durch |
Keine Idee? Hier findest du Tipps.
- Tipp 1
Wenn Michael und Sarah wirklich Salzsäure auf die Brötchen getropft haben, müssten sich die roten Radieschen gelb färben. Überlege dir, welches Material und welche Chemikalien du für diesen Veruch benötigst.
Denke an die Schutzbrille.
Fertig?
Hier geht es zur zweiten Aufgabe.
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Überlege, welche weiteren Flüssigkeiten, die in der Geschichte vorkommen, für die Farbänderung verantwortlichen sein können. |
- Tipp 2
- Suche aus dem Text alle Flüsigkeiten heraus.
- Teste die Flüssigkeiten wie im ersten Versuch.
Hast du den Fall gelöst?
Dann formuliere einen Merksatz:
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... |
Bist du schneller als die anderen? Hier findest du eine Zusatzaufgabe.
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Teste das Farbspektrum des Radieschen-Indikators mithilfe verschiedener Haushaltschemikalien. Verwende z.B. Kalkreiniger, Essig, Zitronensaft, Zitronenlimonade, Sauerkrautsaft, Shampoo, Orangensaft, Wasser, Waschmittellauge, Seifenlauge und Rohrreiniger. |
Lösung:
Die Farbskala von Radieschen sollte wie folgt aussehen:
orange - rot - rosa - violett - blau - grün - gelb
sauer neutral basisch
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