Benutzer:Brockmann/Alkohole/Was ist Trinkalkohol aus chemischer Sicht?
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Qualitative Elementaranalyse von Trinkalkohol
Verbrennt man eine Verbindung, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, so entstehen als Produkte Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Als Nachweisreagenz für Kohlenstoffdioxid dient Kalkwasser, das sich beim Einleiten des Gases trübt. Diese Nachweisreaktion wird daher auch Kalkwasserprobe genannt.
Als Nachweisreagenz für Wasser kann man Watesmo-Papier verwenden, das ist ein weißes bis hellblaues Papier, das sich bei Vorhandensein von Wasser dunkelblau färbt.
Will man feststellen, ob eine Verbindung Sauerstoff enthält, so benötigt man einen Stoff, der ihr den enthaltenen Sauerstoff entzieht. Hierfür eignen sich gut unedle Metalle, z. B. Magnesium.
Teil 1: Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff Materialien: Porzellantiegel, Becherglas (100 ml), Spritze mit Silikonschlauch, Reagenzglas, Reagenzglasständer, Pinzette, Trinkalkohol, Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung), Watesmo®-Papier
Durchführung: Verbrennt Trinkalkohol im Porzellantiegel. Haltet nach dem Entzünden der Probe ein Becherglas darüber. Zieht die gasförmigen Reaktionsprodukte mit der Spritze ab und leitet sie langsam durch das Kalkwasser. Führt mithilfe der Pinzette das Watesmo®-Papier in das Becherglas und wischt damit an der Becherglaswand entlang.
Beobachtungen: Das Kalkwasser wird beim Einleiten des aufgefangenen Gases trüb. Das Kondensat an der Becherglaswand färbt das Watesmo-Papier blau.
Teil 2: Nachweis von Sauerstoff Materialien: Reagenzglas, Stativ mit Stativklemme, Gasbrenner, durchbohrter Stopfen, Glasrohr, Pinzette, Magnesiumband, Trinkalkohol, Sand
Durchführung: Unten ins Reagenzglas kommt ein Gemisch aus Sand und Trinkalkohol, ca. 1 Daumenbreit. Das Magnesiumband wird zu einer Spirale gerollt und mithilfe der Pinzette in die Mitte des Reagenzglases geschoben. Anschließend spannt man das Reagenzglas schräg ins Stativ ein und verschließt es mit dem Stopfen, in dem das Glasrohr steckt. Mit der Brennerflamme wird zunächst kurz etwas Alkohol verdampft, damit kein Luftsauerstoff mehr im Reagenzglas ist. Dann wird die Magnesiumspirale erhitzt, bis sie anfängt zu glühen. Anschließend wird der Sand erhitzt, so dass der Alkohol verdampft.
Beobachtungen: Der Alkoholdampf verstärkt das Glühen des Magnesiumbandes. Es entsteht unter anderem ein weißer Feststoff.
Die positive Kalkwasserprobe zeigt, dass Kohlenstoffdioxid entstanden ist. Trinkalkoholmoleküle müssen also Kohlenstoffatome enthalten. Die Blaufärbung des Watesmo-Papiers zeigt, dass Wasser entstanden ist. Trinkalkohlmoleküle müssen also Wasserstoffatome enthalten. Bei dem weißen Feststoff, der bei der Reaktion von Magnesium mit Trinkalkohol entstanden ist, handelt es sich um Magnesiumoxid. Da kein Sauerstoff aus der Luft mehr im Reagenzglas war und Sand nicht reagiert hat, müssen die Sauerstoffatome im Magnesiumoxid aus dem Trinkalkohol stammen.
Trinkalkohol ist also eine Verbindung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.Wir wissen nun, aus welchen Elementen Trinkalkohol besteht. Aber wie können wir herausfinden, wie viele Atome dieser Elemente jeweils in einem Molekül Trinkalkohol enthalten sind? Dafür brauchen wir eine quantitative Elementaranalyse.
Die quantitative Elementaranalyse nach Liebig
Wie man herausfinden kann, in welchem Verhältnis die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in Trinkalkohol vorliegen, und wie man damit auf die Summenformel von Trinkalkohol kommt, wird im Folgenden genauer erklärt.
Ursprünglich erfunden wurde diese Methode, die generell für die Bestimmung von Elementverhältnissen in organischen Verbindungen geeignet ist, von Antoine de Lavoisier, erheblich verbessert wurde sie später von Justus von Liebig, nach dem sie häufig benannt wird.
Grundsätzlich beruht die Methode darauf, dass man eine genau abgewogene Menge eines organischen Reinstoffs zu Kohlenstoffdioxid und Wasser reagieren lässt. Die Reaktionsprodukte werden aufgefangen, damit man ihre Masse bestimmen kann. Anhand der gemessenen Werte kann man das Verhältnis der Elemente berechnen, aus denen die untersuchte Verbindung besteht.
Für die quantitative Elementaranalyse von Trinkalkohol muss man also zunächst reinen, absoluten Alkohol herstellen (s. Benutzer:Brockmann/Alkohole/Wie stellt man alkoholische Getränke her?#Wiederholung: Die Destillation). Davon wiegt man eine ganz bestimmte Menge ein und gibt sie in einem Behälter ins Verbrennungsrohr. Ebenfalls im Verbrennungsrohr befindet sich Kupfer(II)-oxid, das als Oxidationsmittel dient.
Nun erhitzt man das Kupfer(II)-oxid und den Alkohol, was zu einer Redoxreaktion führt, bei der Alkohol zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert wird und Kupfer(II)-oxid zu Kupfer reduziert wird.
Die entstandenen Gase (Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf) werden durch die Apparatur geleitet. Das entstandene Wasser wird im Trockenrohr von Calciumoxid absorbiert. Das Kohlenstoffdioxid löst sich in der Kalilauge, die sich im Kaliapparat befindet. Sowohl vor als auch nach der Analyse bestimmt man die Masse des Trockenrohrs und des Kaliapparats, so dass man an der Gewichtszunahme sehen kann, wie viel Wasser und wie viel Kohlenstoffdioxid bei der Reaktion entstanden sind.
Jetzt beginnt die Rechnerei, die wir an folgendem Beispiel durchgehen wollen.
<Man wiegt 0,521 g Alkohol ein. Die Massenzunahme des Trockenrohrs beträgt 0,620 g, die des Kaliapparats 0,987 g. Das bedeutet, dass bei der Verbrennung 0,620 g Wasser (H2O) und 0,987 g Kohlenstoffdioxid (CO2) entstanden sind. Mit diesen Werten kann man den Wasserstoffanteil und den Kohlenstoffanteil folgendermaßen berechnen: Kohlenstoffanteil: 1 mol CO2 wiegt 44 g, davon sind 12 Kohlenstoff, also 27,3%. Bei unserem Experiment sind 0,987 g Kohlenstoffdioxid enthalten Wasserstoffanteil:
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