Organische Chemie
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Organische Chemie Fragen und Antworten zur Chemie der Kohlenwasserstoffe. Hier kann alles von funktionellen Gruppen über Reaktionsmechanismen zu Synthesevorschriften, vom Methan zum komplexen Makromolekül diskutiert werden.

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Alt 27.04.2018, 16:09   #1   Druckbare Version zeigen
Valeska weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 6
Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Liebes Chemieforum,

für meine Lehramtsprüfung habe ich (Biolehrerin) ein chemisches Thema erwischt:Wasser als Lösungsmittel
Mit meinen 5ern möchte ich als Einstiegsversuch durchführen: "Lässt sich unendlich viel Zucker in 100 ml Wasser auflösen?"
>Wir finden dann heraus, dass die Lösung irgendwann gesättigt ist.

Anschließend wird diese gesättigte Lösung erhitzt.
> Die Schüler stellen fest, dass die Löslichkeit offensichtlich temperaturabhängig ist.

Zur Erklärung wollte ich in gaaaaanz einfacher Version das Teilchenmodell, dargestellt durch Schüler, hernehmen: Der Plan war, dass 4 Schüler einen Zucker-Aufkleber bekommen und andere einen Wasseraufkleber. Die 4 Zucker stehen als Kristall eng zusammen und werden dann an der Hand von den Wassermolekülen aus dem Gitter herausgezogen.

Soweit so naja....
Ich bin mir nun nicht sicher, ob mein Modell chemisch gesehen zufriedenstellend ist. Ich schätze ein Wassermolekül kann ja nicht nur einen Zucker lösen??


Vielleicht kann mir jemand den Vorgang, was da eigentlich genau passiert (bitte auf einfachstem Niveau) erklären?

Wie könnte ich mein Modell mit den Schülern ändern, so dass es chemisch ok ist?

Mein Prüfer ist anscheinend blöderweise auch Chemielehrer

Danke Euch schon mal im Voraus
Valeska ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 16:14   #2   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.244
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zitat:
Zitat von Valeska Beitrag anzeigen
Liebes Chemieforum,

für meine Lehramtsprüfung habe ich (Biolehrerin) ein chemisches Thema erwischt:Wasser als Lösungsmittel
Mit meinen 5ern möchte ich als Einstiegsversuch durchführen: "Lässt sich unendlich viel Zucker in 100 ml Wasser auflösen?"
>Wir finden dann heraus, dass die Lösung irgendwann gesättigt ist.

Anschließend wird diese gesättigte Lösung erhitzt.
> Die Schüler stellen fest, dass die Löslichkeit offensichtlich temperaturabhängig ist.

Zur Erklärung wollte ich in gaaaaanz einfacher Version das Teilchenmodell, dargestellt durch Schüler, hernehmen: Der Plan war, dass 4 Schüler einen Zucker-Aufkleber bekommen und andere einen Wasseraufkleber. Die 4 Zucker stehen als Kristall eng zusammen und werden dann an der Hand von den Wassermolekülen aus dem Gitter herausgezogen.

Soweit so naja....
Ich bin mir nun nicht sicher, ob mein Modell chemisch gesehen zufriedenstellend ist. Ich schätze ein Wassermolekül kann ja nicht nur einen Zucker lösen??


Vielleicht kann mir jemand den Vorgang, was da eigentlich genau passiert (bitte auf einfachstem Niveau) erklären?

Wie könnte ich mein Modell mit den Schülern ändern, so dass es chemisch ok ist?

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Danke Euch schon mal im Voraus
Zucker ist ein schlechtes Beispiel da sich der Zucker bis zum Sirup löst. Besser mit einem Salz machen. Alaun gibt schöne Kristalle. Aber Kochsalz geht auch.

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Alt 27.04.2018, 16:17   #3   Druckbare Version zeigen
Valeska weiblich 
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Beiträge: 6
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Ich will doch als zweites die quantitative Löslichkeit nachweisen
> je wärmer die Lösung desto mehr gelöster Stoff

Das geht doch mit NaCl nicht
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Alt 27.04.2018, 16:20   #4   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.244
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zitat:
Zitat von Valeska Beitrag anzeigen
Ich will doch als zweites die quantitative Löslichkeit nachweisen
> je wärmer die Lösung desto mehr gelöster Stoff

Das geht doch mit NaCl nicht
Wer sagt denn sowas, in warmes Wasser löst sich mehr Salz. Es gibt auch Salze wie Calciumcitrat, die sich in der Kälte besser lösen.

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Alt 27.04.2018, 17:06   #5   Druckbare Version zeigen
Valeska weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 6
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Sorry Nobby, aber da hast du leider nicht recht. Die Löslichkeit von Kochsalz in Wasser ist temperaturunabhängig.

Ist jetzt aber schräg, dass ich das weiß und du nicht.


http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/11/aac/vorlesung/kap_7/vlu/salzloesungen.vlu/Page/vsc/de/ch/11/aac/vorlesung/kap_7/kap7_5/kap7_52/kap7_52c.vscml.html
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Alt 27.04.2018, 17:18   #6   Druckbare Version zeigen
Adders Männlich
Mitglied
Beiträge: 636
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Ich versuche mal meinen Senf dazu zu geben.

Natrium und Kalium liegen im Kristall als Ionen vor, die einen negativ, die anderen positiv geladen, sie halten zusammen, da sich gegensätzliche Ladungen anziehen. Im Kristall neutralisieren sich die Ladungen, es herrscht hohe Ordnung (niedrige Entropie).
Eigentlich streben Systeme aber ja in Richtung höherer Entropie. Wenn die Ionen sich aus dem Kristallverband lösen könnten würde das die Entropie erhöhen. Dem entgegen steht aber die Tatsache, dass freie Ionen energetisch ein ziemlich ungünstiger Zustand sind. Da kommt nun das Lösungsmittel ins Spiel. Die Lösungsmittelteilchen (z.B. Wassermoleküle) lagern sich an die Ionen (bilden Hydrathüllen) und schirmen die Ladungen so ab, daher gehen die Teilchen dann eher in Lösung.

In Kindern bedeutet das: ein paar Kinder sitzen in der Mitte an einem Tisch und spielen ein Spiel (Kristall). Es ist zwar etwas wenig Platz am Tisch, aber da muss man eben durch, wenn man Spaß haben will (energetisch günstig) und nur dort die Musik spielt.
Wenn jetzt aber außen herum die Freunde der Kinder (passendes Lösungsmittel) aus der Mitte auftauchen und es da auch spaßige Dinge zu tun gibt, dann lösen sich die Kinder leichter aus ihrem Kristallverband und verteilen sich in Grüppchen im ganzen Raum (Entropie nimmt zu). Je spaßiger die Freunde sind (Temperatur), desto leichter lösen sich die Kinder von der Mitte.

Zugegeben: Das ist wohl etwas schwierig umzusetzen, aber ich stell es mir ganz lustig vor.


Thermodynamisch (einfach und ohne Garantie auf Korrektheit) beschrieben: Ein Stoff geht in Lösung, wenn das Gesamtsystem durch den Lösungsvorgang einen Zustand niedrigerer Energie erreichen kann, oder anders formuliert, wenn die Änderung der freie Enthalpie {\Delta G} kleiner als 0 ist (bei konstantem Druck). Die Änderung der freie Enthalpie {\Delta G} setzt sich nach der Gibbs-Helmholtz-Gleichung zusammen aus der Enthalpie {\Delta H} und der Entropie {\Delta S} und der Temperatur T nach folgender Form:
{\Delta G=\Delta H-T\cdot \Delta S}
Wie gesagt, wenn ein kristalliner Feststoff in Lösung übergeht erhöht sich die Entropie dabei. {\Delta S} ist also positiv. Für {\Delta H} besteht die Möglichkeit positiv oder negativ zu sein. Wenn es negativ ist löst sich der Stoff. Wenn es positiv ist kann er sich aber auch lösen, und zwar dann, wenn {T\cdot \Delta S} so groß wird, dass die gesamte Rechte Seite zusammen ein negatives Ergebnis ergibt. Da {\Delta S} ja mit der Temperatur T multipliziert wird, steigt der Beitrag dieses Terms mit steigender Temperatur. D.h. ein negatives {\Delta G} kann leichter erreicht werden und somit löst sich plötzlich etwas bei höheren Temperaturen, das sich vorher nicht gelöst hat.

PS: Das mit NaCl ist mir auch neu. Vielleicht dann ein anderes Salz nehmen.
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Alt 27.04.2018, 17:20   #7   Druckbare Version zeigen
Knuffel56  
nicht mehr Mitglied
Beiträge: n/a
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zitat:
Zitat von Nobby Beitrag anzeigen
Wer sagt denn sowas, in warmes Wasser löst sich mehr Salz.
Aber nur unwesentlich.
39,12 g bei 100 °C gegenüber 35,92 g / 100 g Wasser (bei 20 °C) - siehe Wiki. Viel sieht man da nicht.
Deshalb macht man das ja auch in Salinen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Saline
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Alt 27.04.2018, 17:28   #8   Druckbare Version zeigen
Valeska weiblich 
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Themenerstellerin
Beiträge: 6
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Vielen Dank für die ausführliche Antwort! Der obere Teil war gut verständlich und die Kinderidee auch.

Ich habe jetzt echt an meinem Verstand gezweifelt, weil ihr alle an Kochsalz denkt. Bin ab in die Küche und habe mit Eiswasser eine gesättigte Lösung hergestellt. Die gleiche Lösung dann zum Kochen gebracht hat gezeigt, es löst sich evtl. minimal (mit dem Auge kaum sichtbar) etwas Salz mehr auf. Aber das muss wenn überhaupt im mg-Bereich sein.

Also ich verstehe echt nicht, weshalb ich Kochsalz nehmen soll?
Valeska ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 17:33   #9   Druckbare Version zeigen
Valeska weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 6
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Danke Knuffel! Ich zweifelte grad echt an meinem Verstand! Hab schon gedacht ich bin bescheuert.


Zurück zum Thema:

Kann mir jemand auf Biologen-doof erklären, wie das Lösen von Zucker in Wasser funktioniert?
Das Ionisieren (heißt das so?) beim Salz hab ich verstanden, bringt mir aber nischt.
Valeska ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 17:43   #10   Druckbare Version zeigen
Adders Männlich
Mitglied
Beiträge: 636
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zuckermoleküle werden aus dem Kristall gelöst und auch von Lösungsmittelmolekülen umgeben. Zucker haben viele freie OH-Gruppen. Zwischen diesen und den Wassermolekülen können sich Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Werden Bindungen geknüpft wird die Bindungsenergie frei, also der Energiegehalt des Systems sinkt. Auch im Kristallgitter steckt so eine Bindungsenergie (Gitterenergie), aber wenn die Solvatationsenergie größer ist als die Gitterenergie gehen die Teilchen in Lösung. Da Zucker eben viele OH-Gruppen haben können sich auch viele Wasserstoffbrücken bilden, daher ist Zucker so gut löslich.
Auch hier muss außerdem noch die Entropie und die Temperatur beachtet werden.

Aber mit Biologie hat das mal irgendwie gar nichts zu tun. Eigentlich sollte doch der Chemieunterricht solche Grundlagen legen und dann kann man im Biologieunterricht darüber reden, dass Wasser so wichtig für das Leben ist, weil es eben ein so gutes Lösungsmittel ist.
Adders ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 17:53   #11   Druckbare Version zeigen
Valeska weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 6
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Ahhhhh. Deshalb auch eine endotherme Reaktion.

Ich fasse mal zusammen und ihr sagt ob es stimmt.

Die Zuckermoleküle sind in Kristallen mit Kristallgittern verbunden. Einerseits verbinden sich die Zuckermoleküle durch Wasserstoffbrücken mit den Wassermolekülen. (Sie werden gelöst.) Wenn immer mehr Zucker hinzu kommt, reicht irgendwann die Energie nicht mehr aus, um die Kristallgitter aufzubrechen. Wenn die Lösung erhitzt wird, steht die Energie zur Verfügung um die Kristallgitter aufzubrechen.

Also für meine Hauptschul und Realschulkinder ist das eindeutig zu hart...
Valeska ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 17:59   #12   Druckbare Version zeigen
Knuffel56  
nicht mehr Mitglied
Beiträge: n/a
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Die Löslichkeit ist nicht unendlich:
Irgendwann passt einfach micht mehr rein - es verbleibt ungelöster Bodenkörper".
Modell: Versuch mal, Deine ganze Klasse in einer (!) Toilettenkabine unterzubringen .
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Alt 27.04.2018, 20:46   #13   Druckbare Version zeigen
Adders Männlich
Mitglied
Beiträge: 636
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zitat:
Zitat von Valeska Beitrag anzeigen
Also für meine Hauptschul und Realschulkinder ist das eindeutig zu hart...
Das stimmt wohl. Haben die überhaupt schon Chemie in der fünften Klasse? Da über irgendwelche Wasserstoffbrücken zu reden ist natürlich völlig absurd.

Wie genau sind denn die Vorgaben, die du für die Stunde hast? Ich hab gerade etwas gegoogelt und bin auf folgendes gestoßen. Ich muss sagen ich habs nur überflogen, aber ich fand es sah soweit ganz interessant aus. Es geht um die Löslichkeit von Gasen in Wasser. Das fängt ganz grundlegend an, damit käme man zumindest mal am Teilchenmodell vorbei und hätte am Ende sogar einen Bezug zur Biologie (Sauerstoff im Wasser).
Adders ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 21:06   #14   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.244
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zitat:
Zitat von Knuffel56 Beitrag anzeigen
Aber nur unwesentlich.
39,12 g bei 100 °C gegenüber 35,92 g / 100 g Wasser (bei 20 °C) - siehe Wiki. Viel sieht man da nicht.
Deshalb macht man das ja auch in Salinen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Saline
Wenn man einen Unterschied von 3,2g/100 g Wasser nicht sieht verstehe ich nicht. Bei einem Kilo wären das schon 32 g. Oder reden wir von mg.
__________________
Vena lausa moris pax drux bis totis
Nobby ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.04.2018, 21:14   #15   Druckbare Version zeigen
Adders Männlich
Mitglied
Beiträge: 636
AW: Löslichkeit von Saccharose in H2O - bitte einfache Erklärung

Zitat:
Zitat von Nobby Beitrag anzeigen
Wenn man einen Unterschied von 3,2g/100 g Wasser nicht sieht verstehe ich nicht. Bei einem Kilo wären das schon 32 g. Oder reden wir von mg.
Naja, für einen Schauversuch in der 5. Klasse ist das schon ziemlich dürftig.
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löslichkeit, lösung, saccharose, wasser, zucker

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