Schülercode Erste zwei Buchstaben Letzte zwei Buchstaben des Vornamens deiner Geburtstag (TT) deines Vornamens Mutter Kontext Experiment Aufgabe

Transkript

1 Schülercode Letzte zwei Buchstaben deines Vornamens Erste zwei Buchstaben des Vornamens deiner Mutter Geburtstag (TT) Kontext Experiment Aufgabe Erklärung Box 1

2 Kontext Kohlensäure im Mineralwasser Heute geht es um Mineralwasser und dessen Eigenschaften. Wie du sicher weißt, gibt es Mineralwasser in verschiedenen Sorten. Die meisten Mineralwasseranbieter verkaufen die Sorten Classic und Naturell. Obwohl es sich in beiden Fällen um das gleiche Mineralwasser handelt, unterscheiden sie sich. Dies wird beim Öffnen der Flaschen deutlich: Während es bei der Sorte Classic zischt, ist dieses Geräusch bei stillem Wasser nicht zu hören. Schaust du dir die beiden Sorten genauer an, erkennst du, dass das Wasser der Sorte Classic zusätzlich Kohlensäure enthält. Diese ist für das Zischen verantwortlich. Außerdem sorgt die Kohlensäure dafür, dass sich die beiden Mineralwässer auch in anderen, nicht direkt sichtbaren Eigenschaften unterscheiden. Um welche Eigenschaft es sich dabei handelt, sollst du nun herausfinden.

3 Experiment 1 In der Box findest du verschiedene Mineralwässer. Finde heraus, hinsichtlich welcher weiteren Eigenschaft sich die Mineralwässer unterscheiden. 1) Befülle die Reagenzgläser jeweils zur Hälfte mit den Mineralwässern. 2) Gib anschließend ein paar Tropfen des Indikators Bromthymolblau! in jedes Reagenzglas. 3) Notiere deine Beobachtungen. Notiere hier deine Beobachtung.! Infos zu ph-indikatoren und Bromthymolblau findest du hinten im Heft.

4 Aufgabe 1 Nach Zugabe des ph-indikators Bromthymolblau zu den verschiedenen Mineralwässern kannst du verschiedene Färbungen der Wässer erkennen. Versuche, deine Beobachtung mit Hilfe der Summenformel von Kohlensäure (H 2CO 3) zu erklären.

5 Erklärung 1 Das Mineralwasser mit der Aufschrift Classic hat einen höheren Säuregehalt als das Mineralwasser mit der Aufschrift Naturell. Da mit zunehmendem Säuregehalt gleichzeitig der ph-wert sinkt, kannst du schlussfolgern, dass das Wasser Classic einen geringeren ph-wert hat als das Wasser Naturell. Der unterschiedliche Säuregehalt hängt davon ab, wie viele Protonen (H + -Ionen) im Wasser vorliegen. Protonen gelangen in das Wasser, indem sie von Säuremolekülen an Wassermoleküle übertragen werden. Ein Kohlensäuremolekül, zum Beispiel, enthält zwei Wasserstoffatome, die in Wasser als Protonen freigesetzt werden. Die frei werdenden Protonen verbinden sich mit Wassermolekülen zu Oxonium-Ionen. Aufgrund ihrer Eigenschaft, im Wasser Protonen abzugeben, werden Säuren auch als Protonendonatoren bezeichnet. H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - Kohlensäure Wasser Oxonium-Ion Hydrogencarbonat-Anion Schaust du dir das Kohlensäuremolekül in der Reaktionsgleichung genauer an, stellst du fest, dass es zwei Wasserstoffatome enthält, die es als Protonen an das Wasser abgeben kann. Deshalb wird Kohlensäure als zweiprotonige Säure bezeichnet. HCO H 2 O H 3 O + + CO 3 2- Hydrogencarbonat-Anion Wasser Oxonium-Ion Carbonat-Anion

6 Erklärung 1 Allgemein wird der Teil eines Säuremoleküls, der nach der Protonenabgabe zurückbleibt, als Säurerest-Ion bezeichnet. Nachdem die Kohlensäure in einer ersten Stufe zunächst ein Proton abgegeben hat, bleibt das so genannte Hydrogencarbonat-Ion (HCO 3- ) zurück. Wird auch das zweite Proton abgegeben, wird das übrige Säurerest-Ion der Kohlensäure als Carbonat-Ion (CO 3 2- ) bezeichnet.

7 Experiment 2 Kohlensäure kann auf natürlichem Wege im Mineralwasser entstehen. Trotzdem fügen Mineralwasserhersteller dem Wasser nachträglich Kohlensäure hinzu. Da es reine Kohlensäure jedoch nicht gibt, müssen die Hersteller einen Trick anwenden. Mit Hilfe der Box kannst du überprüfen, wie dem Wasser nachträglich Kohlensäure hinzugefügt wird. 1) Befülle zunächst ein Reagenzglas zur Hälfte mit Wasser ohne Kohlensäure. 2) Gib als nächstes ein paar Tropfen des Indikators Bromthymolblau hinzu. 3) Nun kannst du mit Hilfe der Spritze das Gas Kohlenstoffdioxid in das Wasser einleiten. Achte darauf, dass sich der Schlauch wirklich im Wasser befindet. Notiere hier deine Beobachtung.

8 Aufgabe 2 Ergänze die Reaktionsgleichung, die dem gerade durchgeführten Versuch zugrunde liegt, und erkläre, warum sich die Farbe der Lösung von blau nach gelb verändert. CO 2 + H 2 O Kohlenstoffdioxid Wasser Begründung für Farbwechsel:

9 Erklärung 2 Die Kohlensäure ist also für die unterschiedlichen Säuregehalte der Mineralwässer verantwortlich. Mineralwasserhersteller können das Wasser nicht einfach mit Kohlensäure versetzen, da sie in ihrer reinen Form nicht existiert. Um dem Wasser dennoch Kohlensäure hinzufügen zu können, wird unter hohem Druck das Nichtmetalloxid Kohlenstoffdioxid (CO 2) in das Wasser eingeleitet. Dabei reagiert das Kohlenstoffdioxid mit dem Wasser und es entsteht Kohlensäure. Die Reaktion ist reversibel, das heißt, dass die entstandene Kohlensäure auch wieder zu ihren Ausgangsstoffen, Kohlenstoffdioxid und Wasser, zurückreagieren kann. Das kannst du in der Reaktionsgleichung dadurch kenntlich machen, dass du zwischen die Ausgangsstoffe und die entstehenden Stoffe einen Doppelpfeil anstelle eines einfachen Reaktionspfeils zeichnest. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Kohlenstoffdioxid + Wasser Kohlensäure Durch die entstehende Kohlensäure erhöht sich der Säuregehalt im Wasser und der ph-wert sinkt. Gleichzeitig führt sie auch dazu, dass es beim Öffnen der Flasche zischt und sprudelt.

10 Infos ph-wert: Maß für den sauren oder basischen Charakter einer Lösung. Indikator: Indikatoren nennt man in der Chemie Stoffe, mit denen sich bestimmte Eigenschaften anderer Stoffe untersuchen lassen. Bromthymolblau ist ein so genannter Säure-Base-Indikator. Mit Hilfe seiner Färbung lässt sich feststellen, ob es sich um eine saure Lösung eine neutrale Lösung oder eine basische Lösung handelt. Farbskala Bromthymolblau: ph-wert sauer neutral basisch