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Alt 31.12.2009, 13:11   #1   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 30
Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Hab an paar Fragen zu Thema Kohlensäure in Erfrischungsgetränken.

Bei dem als Zusatzstoff handelt es sich doch in Wirklichkeit garnicht um H2CO3 sondern um in Wasser gelöstes CO2-Gas aus welchen nur eine ganz kleiner Teil zu Kohlensäurereagiert.
CO2 + H2O -> H2CO3 => Bei dieser Reaktion liegt Gleichgewicht bei CO2 + H2O, oder? Aber Warum? Das bei der Reaktion entstandene Produkt ist sehr instabiel und zerfällt in sehr kurzer Zeit wieder in ein H+ Proton und Hydrogencarbonat HCO3-.
Ich habe immer gedacht das H2CO3 beim öffnen in CO2 und H2O zerfällt.

Wenn man jetzt allerdings die Kohlensäure aus dem Getränk durch rühren bzw. erwärmen austreibt, so wird doch nur das gelöst CO2 entfernt (Aber warum?) und nicht die beiden zerfallsprodukte H+ (=> + H2O -> H3O-)und HCO3-. Somit habe ich doch zum Bsp. bei entgaster Cola nur noch Phosphorsäure und HCO3- und das Proton. Kann das der Grund dafür sein entgaste Cola einen niedrigeren pH als Cola mit CO2-Gas hat? Ich habe da eine pH-Diff. von 0,05 gemessen. Sind meine Überlegungen richtig?
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 31.12.2009, 13:32   #2   Druckbare Version zeigen
rsommer Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.168
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Das Gleichgewicht CO2 + H2O -> H2CO3 liegt praktisch vollständig auf der linken Seite. H2CO3 gibt es in wässriger Lösung eigentlich nicht.
In Cola-Erfrischungsgetränken ist viel (nichtflüchtige) Phosphorsäure enthalten, die per se den pH-Wert niedrig hält, so dass praktisch auch keine HCO3-Ionen vorhanden sind. Hydrogencarbonat-Ionen sind nur bei höheren pH-Werten existent.

Kohlendioxid wird eim Erwärmen ausgetrieben, zurück bleibt nur die Phosphorsäure. Dass der pH danach leicht erniedrigt ist, mag an einem minimalen Puffereffekt liegen, den das CO2 ausübt, ob der gemessene pH-Unterschied aber wirklich signifikant ist, bleibt dahingestellt. Womit haben Sie denn den pH-Wert gemessen?
__________________
Gruß,
rsommer
rsommer ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 31.12.2009, 13:50   #3   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 30
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Danke für deine Antwort. Ich habe die pH-Messungen mit einem pH-Meter durchgeführt. Was bedeutet den nichtflüchtige Phosphorsäure?

Zitat:
so dass praktisch auch keine HCO3-Ionen vorhanden sind
Damit hast du sicher gemeint das zwar für einen sehr kurzen zeitpunkt (Nanosek.) welche vorhanden sind, oder? Diese regieren doch dann auch wieder mit H3O+zu Kohlensäure und Wasser. Also könnte das doch immer und immer wiederholen.

Habe hier http://idw-online.de/pages/de/news343612 einen Artikel über das Thema gefunden. Aber der erklärt auch nicht was dann mit dem HCO3-Ionen passiert.
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 31.12.2009, 13:54   #4   Druckbare Version zeigen
kaliumcyanid Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.824
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Ist die Frage ob die Differenz von 0,05 wirklich messbar waren. Ich spiele da auf die (fehlende) Genauigkeit des Messgerätes an... Nichtflüchtige Phosphorsäure ist vielleicht ein bisschen irreführend formuliert - die Phosphorsäure bleibt einfach da, wo sie ist. In Lösung.
Zitat:
Aber der erklärt auch nicht was dann mit dem HCO3-Ionen passiert.
Das Gleichgewicht

H2O + CO2 -> H2CO3 wird durch Erhitzen, Entgasen etc auf die linke Seite, also zu den Produkten hin, verschoben. CO2 gast aus, Wasser bleibt in Lösung.

Es gibt dementsprechend auch keine Kohlensäurelöscher und keine Kohlensäure-Flaschen im Getränkehandel, es ist immer CO2. Die Kohlensäure entsteht erst im wässrigen Medium (Getränke...).
kaliumcyanid ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 31.12.2009, 14:07   #5   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 30
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Ist es nicht so das sich ein Teil CO2 in Wasser löst und der andere mit Wasser reagiert
CO2 + H20 -> H2CO3 (Gleichgewicht auf linker seite) oder ist das gelöste CO2 mit den Edukten auf der linke Seite identisch?

Nur nochmal zu dem Punkt das die Kohlensäure erst im Getränk entsteht, sie entsteht zwar aber ist ja nicht stabil und zerfällt wieder in die Edukte.

In dem Bericht ist aber die Rede davon das in der Kurzen Zeit in der Kohlensäure H2CO3 existiert, wie eine Säure reagiert, sprich ein H+ abgibt. Kann es sein das aufgrund der Phosphorsäure und dem niedrigen pH, H2CO3 kein H+ abgibt?

EDIT: Das pH-Meter war sehr empfindlich und diese "Phänomen" habe ich mehrmal "entdeckt"!

Geändert von JordanMiller (31.12.2009 um 14:13 Uhr)
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 31.12.2009, 15:27   #6   Druckbare Version zeigen
rsommer Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.168
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Nochmals zum besseren Verständnis: In wässrigen Lösungen liegt praktisch keine Kohlensäure (H2CO3) vor. Es handelt sich um freies gelöstes Kohlendioxid, das natürlich hydratisiert ist und deshalb sauer reagiert. Der Anteil an Kohlensäure in einer Lösung von CO2 in Wasser liegt bei nur 0,003%, in sauren Lösungen (wie Cola) ist die Konzentration noch viel geringer.
Hydrogencarbonat bildet sich erst, wenn der pH der Lösung durch Zugabe von Base erhöht wird.

Dennoch existiert die Kohlensäure als Molekül in Substanz und in der Gasphase. Der Existenzbeweis ist aber noch relativ jung. Sobald das Molekül mit Wasser in Kontakt kommt, zerfällt es in Kohlendioxid und Wasser.

Mit "nichtflüchtiger Phosphorsäure" will ich nur zum Ausdruck bringen, dass diese unter den Bedingungen (Erwärmen und Schütteln) nicht aus der Lösung entweicht.

Hier noch ein Link auf einen Artikel aus der Primärliteratur: http://www3.interscience.wiley.com/journal/40002873/home/press/200005press.html
__________________
Gruß,
rsommer
rsommer ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.01.2010, 17:28   #7   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 30
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Hallo,

muss doch nochmal auf das Thema zurück kommen und zwar sieht der hydratisiert zustand dann so wie im anhang aus?
Angehängte Grafiken
Dateityp: jpg hyd.JPG (3,0 KB, 5x aufgerufen)
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.01.2010, 17:53   #8   Druckbare Version zeigen
kaliumcyanid Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.824
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

protoniert: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Carbonic-acid-2D.svg&filetimestamp=20081012191138

Deprotoniert ohne eines bzw. beide H, entsprechende (negative) Ladung am Sauerstoff...
kaliumcyanid ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.01.2010, 18:04   #9   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 30
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

@kaliumcyanid: deine Strukturformel ist ja die der Kohlensäure doch rsommer hat ja gemeint:

Zitat:
In wässrigen Lösungen liegt praktisch keine Kohlensäure (H2CO3) vor. Es handelt sich um freies gelöstes Kohlendioxid, das natürlich hydratisiert ist und deshalb sauer reagiert. Der Anteil an Kohlensäure in einer Lösung von CO2 in Wasser liegt bei nur 0,003%, in sauren Lösungen (wie Cola) ist die Konzentration noch viel geringer.
Das heist doch das es sich um gelöstes Kohlenstoffdioxid handelt welches hydratisiert ist (also H2O addition und nicht wie bei dir hydriert (H2 addition an O). Da das C ja positiv ist und das O von Wasser negativ habe ich gedacht es sieht so aus wie bei mir im anhang. Bitte korregier mich falls ich falsch gedacht habe.
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.01.2010, 18:35   #10   Druckbare Version zeigen
kaliumcyanid Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.824
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Deine Formel stimmt so nicht. C=O hat man nur einmal, die beiden anderen Sauerstoffatome sind über C-OH verknüpft. Kohlenstoff ist vierbindig. Die Kohlensäure sieht so aus wie im Anhang (Bildmitte).

Zum einen hat man eine chemische Reaktion, die Protonierung bzw. Bildung der Kohlensäure; zum anderen physikalische Effekte. Man kann sich das so vorstellen, dass sich die jeweils entgegengesetzten Ladungen anziehen (siehe Anhang, die roten Pfeile zeigen die Wechselwirkungen. Zur Bildung der Kohlensäure wird entsprechend Wasser addiert, das ist aber keine feste Verbindung, sondern allenfalls recht lose (zerfällt gerne und schnell).

H2O + CO2 -> H2CO3
die linke Seite der Gleichung (Edukte) zeigt die "physikalische Seite", die rechte Seite (Produkte) die "chemische Seite" der Reaktion.

Das Gleichgewicht liegt allerdings bei Standardbedingungen auf der linken Seite, kann aber durch Druck, abkühlen etc. zumindest teilweise auf die rechte Seite verschoben werden. Das ganze ist natürlich höchst dynamisch. Es liegt nie immer nur das eine oder immer nur das andere vor (so ist es eigentlich immer in der Chemie).
Angehängte Grafiken
Dateityp: png h2co3_ww.png (11,8 KB, 2x aufgerufen)
kaliumcyanid ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.01.2010, 19:36   #11   Druckbare Version zeigen
rsommer Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.168
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

3
Zitat:
Zitat von kaliumcyanid Beitrag anzeigen
Deine Formel stimmt so nicht. C=O hat man nur einmal, die beiden anderen Sauerstoffatome sind über C-OH verknüpft. Kohlenstoff ist vierbindig. Die Kohlensäure sieht so aus wie im Anhang (Bildmitte).

Zum einen hat man eine chemische Reaktion, die Protonierung bzw. Bildung der Kohlensäure; zum anderen physikalische Effekte. Man kann sich das so vorstellen, dass sich die jeweils entgegengesetzten Ladungen anziehen (siehe Anhang, die roten Pfeile zeigen die Wechselwirkungen. Zur Bildung der Kohlensäure wird entsprechend Wasser addiert, das ist aber keine feste Verbindung, sondern allenfalls recht lose (zerfällt gerne und schnell).

H2O + CO2 -> H2CO3
die linke Seite der Gleichung (Edukte) zeigt die "physikalische Seite", die rechte Seite (Produkte) die "chemische Seite" der Reaktion.
Das ist leider nicht ganz richtig. Wie gesagt: In wässrigen CO2-Lösungen (Sprudelwasser) findet die oben erwähnte chemische Reaktion so gut wie überhaupt nicht statt. Die Erläuterung von kaliumcyanid bezieht sich auf eine theoretische Reaktion, die in Wasser aber praktisch nicht auftritt. Selbst unter Druck wird zwar mehr Kohlendioxid im Wasser gelöst, es ist aber nur ein verschwindend geringer Teil H2CO3 in der Lösung vorhanden (s.o.). Das CO2 ist natürlich durch Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mit einer Hydrathülle umgeben, im Prinzip so, wie es der Fragesteller gezeichnet hat, nur mit dem Unterschied, dass es keine stöchiometrischen Verhältnisse gibt und dass das CO2-Molekül nicht gewinkelt ist. Wasserfreie Kohlensäure existiert aber tatsächlich und ist sogar (aber nur in strenger Abwesenheit von H2O) recht stabil.
__________________
Gruß,
rsommer

Geändert von rsommer (02.01.2010 um 19:42 Uhr)
rsommer ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.01.2010, 20:04   #12   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 30
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Hallo,

nochmal zurück zu den pH-Werten mit und ohne Kohlensäure(oder besser gelöstem CO2).

bei Cola ist der Unterschied wie gesagt - 0,05 (=>ca -2%)
bei Cola light sogar - 0,14 (=> ca -5%)

das sich irgendetwas in der Ionenkonzentration ändert. habe ich auch bei der Leitfähigkeit gesehen und zwar wird die Leitfähigkeit ohne "Kohlensäure" größer

bei Cola + 1,5*10^-4 (=>+25%)
bei Cola light + 1,6*10^-4 (=>+24%)

Die größere Leitfähigkeit ist doch ein nachweis dafür das sich nun mehr Ionen in der Lösung befinden.

Diese änderung kann ich mir allerdings noch nicht erklären! Habt ihr ne Idee?
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.01.2010, 10:49   #13   Druckbare Version zeigen
rsommer Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.168
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Zitat:
Zitat von JordanMiller Beitrag anzeigen
das sich irgendetwas in der Ionenkonzentration ändert. habe ich auch bei der Leitfähigkeit gesehen und zwar wird die Leitfähigkeit ohne "Kohlensäure" größer

bei Cola + 1,5*10^-4 (=>+25%)
bei Cola light + 1,6*10^-4 (=>+24%)

Die größere Leitfähigkeit ist doch ein nachweis dafür das sich nun mehr Ionen in der Lösung befinden.

Diese änderung kann ich mir allerdings noch nicht erklären! Habt ihr ne Idee?
Machen Sie doch mal ein Experiment: Stellen Sie eine möglichst konzentrierte Zuckerlösung in verdünnter Essigsäure (Haushaltsessig oder verdünnte Essigessenz) her und vergleichen Sie die Leitfähigkeit dieser Lösung mit der einer reinen Essigsäurelösung gleicher Konzentration ohne Zucker...
__________________
Gruß,
rsommer
rsommer ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.01.2010, 13:33   #14   Druckbare Version zeigen
JordanMiller  
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Themenersteller
Beiträge: 30
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Hallo,

leider habe ich nicht die Möglichkeit den vorgeschlagenen Versuch durchzuführen.

Habe mir aber dennoch mal überlegt was passieren könnte (siehe Anhang).

Ich kann mir aber mit dieser Theorie immer noch nicht erkären warum das erst dann passiert wenn die Kohlensäure (CO2) entfernt ist.
Angehängte Grafiken
Dateityp: gif saurer Zucker.gif (4,2 KB, 7x aufgerufen)
JordanMiller ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.01.2010, 13:49   #15   Druckbare Version zeigen
rsommer Männlich
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Beiträge: 2.168
AW: Kohlensäure in Erfrischungsgetränken

Zitat:
Zitat von JordanMiller Beitrag anzeigen
Hallo,

leider habe ich nicht die Möglichkeit den vorgeschlagenen Versuch durchzuführen.

Habe mir aber dennoch mal überlegt was passieren könnte (siehe Anhang).

Ich kann mir aber mit dieser Theorie immer noch nicht erkären warum das erst dann passiert wenn die Kohlensäure (CO2) entfernt ist.
Haben Sie keinen Essig und keinen Zucker im Haus? Das pH-Meter hatten Sie doch auch, um pH-Wert und Leitfähigkeit von Cola zu messen?! War das nicht Ihr Weihnachtsgeschenk?

Das was Sie sich da überlegt haben, trifft sicher nicht zu. Essigsäure ist mit einem pkS von ca. 4.75 eine relativ schwache Säure.

Der Versuch wäre wahrscheinlich aufschlussreich.
__________________
Gruß,
rsommer
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