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UNTERHALTIGE ERFAHRUNGEN ZU HAUSE
Sägemehlzucker. Chemische Experimente
Unterhaltsame Erlebnisse zu Hause / Chemieexperimente für Kinder Kohlenhydrate haben ihren Namen versehentlich erhalten. Es geschah in der Mitte des letzten Jahrhunderts. Damals glaubte man, dass das Molekül jeder zuckerhaltigen Substanz der Formel C entsprichtm(H2UM)n. Alle damals bekannten Kohlenhydrate passen zu diesem Maß und der Formel für Glukose C6Н12О6 als C geschrieben6(H2UM)6. Doch später wurden Zucker entdeckt, die eine Ausnahme von der Regel darstellten. Also ein klarer Vertreter der Rhamnose-Kohlenhydrate (gibt es auch). Molische Reaktion) hat die Formel C6Н12О5. Und obwohl die Ungenauigkeit des Namens einer ganzen Klasse von Verbindungen offensichtlich war, ist der Begriff „Kohlenhydrate“ bereits so vertraut geworden, dass sie ihn nicht geändert haben. Heutzutage bevorzugen viele Chemiker jedoch einen anderen Namen – „Zucker“. Wir werden versuchen, einen der Zucker aus Sägemehl durch Hydrolyse, also durch Zersetzung mit Wasser, zu gewinnen. Dies ist ein sehr häufiger chemischer Prozess. Sägemehl und andere Holzabfälle enthalten Kohlenhydratfasern (Zellulose). Daraus wird in Hydrolyseanlagen Glukose hergestellt, die dann auf unterschiedliche Weise genutzt werden kann; Am häufigsten wird es fermentiert und in Alkohol umgewandelt, das Ausgangsprodukt für viele chemische Synthesen. Ein großer und eigenständiger Zweig der chemischen Industrie wird als Hydrolyseindustrie bezeichnet. Bevor wir den Prozess der Holzhydrolyse reproduzieren, versuchen wir zu verstehen, was sein Wesen ist. Dafür ist es bequemer, nicht mit Sägemehl, sondern mit Gurken und Splittern zu beginnen. Eine frische Gurke waschen, reiben und den Saft auspressen. Der Saft kann gefiltert werden, ist aber nicht notwendig. Bereiten Sie Kupferhydroxid Cu(OH) in einem Reagenzglas vor2. Geben Sie dazu 2-3 Tropfen Kupfersulfatlösung zu 0,5-1 ml Natronlauge. Fügen Sie dem entstandenen Niederschlag die gleiche Menge Gurkensaft hinzu und schütteln Sie das Reagenzglas. Der Niederschlag löst sich auf und es entsteht eine blaue Lösung. Eine solche Reaktion ist typisch für mehrwertige Alkohole, also für Alkohole, die mehrere Hydroxylgruppen enthalten. Erhitzen Sie nun ein Reagenzglas mit der entstandenen blauen Lösung zum Kochen (oder stellen Sie es in kochendes Wasser). Es wird zunächst gelb, dann orange und nach dem Abkühlen bildet sich ein roter Niederschlag aus Kupferoxid Cu2O. Diese Reaktion ist charakteristisch für eine andere Klasse organischer Verbindungen – Aldehyde. Das bedeutet, dass sich im Gurkensaft eine Substanz befindet, die gleichzeitig Aldehyd und Alkohol ist. Bei dieser Substanz handelt es sich um Glucose, die in ihrer Struktur ein Aldehydalkohol ist. Dank ihr hat die Gurke einen süßlichen Geschmack. Sie vermuten wahrscheinlich, dass dieses Experiment nicht mit Gurkensaft durchgeführt werden muss. Es funktioniert auch gut mit anderen süßen Säften – Traube, Karotte, Apfel, Birne. Sie können auch Gurken-Eau de Toilette nehmen, das in Parfümerien verkauft wird. Und natürlich nur Glukosetabletten. Nun die zweite Vorerfahrung; Verzuckerung des Splitters. Bereiten Sie eine Schwefelsäurelösung vor: Geben Sie ein Volumen konzentrierte Schwefelsäure zu einem Volumen Wasser (gießen Sie niemals Wasser in Säure!). Geben Sie einen Splitter in ein Reagenzglas mit einer Lösung und erhitzen Sie die Lösung zum Kochen. Gleichzeitig wird der Splitter verkohlt, was das Erlebnis jedoch nicht beeinträchtigt. Entfernen Sie nach dem Erhitzen den Splitter, senken Sie ihn mit 1-2 ml Wasser in ein anderes Reagenzglas und kochen Sie ihn. Beide Röhrchen enthalten jetzt Glukose. Sie können dies überprüfen, indem Sie den Lösungen zwei oder drei Tropfen Kupfersulfat und anschließend Natronlauge hinzufügen – eine bekannte blaue Farbe erscheint. Wenn diese Lösung gekocht wird, fällt erwartungsgemäß ein roter Niederschlag aus Kupferoxid Cu aus2O. Es wird also Glukose gefunden. Dass unser Splitter gezuckert ist, ist das Ergebnis der Hydrolyse von Zellulose (und ihr Anteil im Holz beträgt etwa 50 %). Wie bei der Hydrolyse von Stärke wird Schwefelsäure bei diesem Prozess nicht verbraucht, sondern übernimmt die Rolle eines Katalysators. Schließlich kommen wir zu dem Haupterlebnis, das im Titel versprochen wurde: der Herstellung von Zucker aus Sägemehl. Geben Sie 2-3 Esslöffel Sägemehl in eine Porzellantasse und befeuchten Sie diese mit Wasser. Fügen Sie noch etwas Wasser und eine gleiche Menge der zuvor zubereiteten Schwefelsäurelösung (1:1) hinzu und mischen Sie die flüssige Aufschlämmung gut. Schließen Sie den Deckel und stellen Sie es für etwa eine Stunde, vielleicht auch etwas weniger, in den Gasherd (oder in den russischen Ofen). Nehmen Sie dann die Tasse heraus, geben Sie Wasser hinzu und rühren Sie um. Filtrieren Sie die Lösung und neutralisieren Sie das Filtrat durch Zugabe von zerkleinerter Kreide oder Kalkwasser, bis keine Kohlendioxidblasen mehr freigesetzt werden. Das Ende der Neutralisation kann auch durch Testen der Flüssigkeit mit einem Lackmustest oder einem der selbstgemachten Indikatoren beurteilt werden. Es ist nicht notwendig, den Indikator direkt in die Reaktionsmasse zu tropfen. Sie sollten eine Probe, buchstäblich 2-3 Tropfen, entnehmen und diese auf eine Glasplatte oder in ein kleines Reagenzglas geben. Den Inhalt der Tasse in eine Milchflasche füllen, die Flüssigkeit schütteln und mehrere Stunden stehen lassen. Calciumsulfat, das bei der Neutralisation der Säure entsteht, setzt sich am Boden ab und oben verbleibt eine Glucoselösung. Gießen Sie es vorsichtig in eine saubere Tasse (vorzugsweise über einen Glasstab) und filtern Sie es. Der letzte Arbeitsgang blieb bestehen – die Verdunstung von Wasser im Wasserbad. Danach bleiben am Boden hellgelbe Glukosekristalle zurück. Man kann sie schmecken, aber nur – das Produkt ist nicht rein genug. Damit haben wir vier Arbeitsgänge abgeschlossen: Sägemehlaufschluss mit einer Schwefelsäurelösung, Säureneutralisation, Filtration und Eindampfung. So wird in Hydrolyseanlagen Glukose gewonnen, nur natürlich nicht in Porzellanbechern ... Und einen anderen industriellen Prozess können wir ohne große Schwierigkeiten nachbilden: Wir verwandeln einen Zucker in zwei andere. Bei längerer Lagerung wird selbstgemachte Marmelade oft kandiert. Dies liegt daran, dass der Zucker aus dem Sirup auskristallisiert. Bei Marmelade, die im Laden verkauft wird, passiert ein solches Unglück deutlich seltener. Tatsache ist, dass in Konservenfabriken neben Rüben- oder Rohrzucker auch Saccharose C12H22O11Es werden auch andere zuckerhaltige Stoffe verwendet, zum Beispiel Invertzucker. Was eine Zuckerinversion ist und wozu sie führt, erfahren Sie aus dem folgenden Erlebnis. Gießen Sie 10–20 g einer schwachen Zuckerlösung in ein Reagenzglas oder Glas und geben Sie ein paar Tropfen verdünnte Salzsäure hinzu. Anschließend erhitzen Sie die Lösung zehn bis fünfzehn Minuten lang in einem kochenden Wasserbad und neutralisieren dann die Säure, vorzugsweise mit Magnesiumcarbonat MgCO3. Apotheken verkaufen die sogenannte weiße Magnesia, eine Substanz mit etwas komplexerer Zusammensetzung; sie passt auch. Im Extremfall können Sie NaHCO-Trinklimonade einnehmen3, aber dann bleibt Kochsalz in der Lösung, was irgendwie nicht mit Zucker harmoniert ... Sobald die Kohlendioxidblasen aufgehört haben, lassen Sie die Flüssigkeit absetzen. Überprüfen Sie für alle Fälle mit einem Indikator, ob die Säure vollständig neutralisiert ist. Lassen Sie die abgesetzte Flüssigkeit ab und probieren Sie sie: Sie erscheint weniger süß als die ursprüngliche Zuckerlösung (lassen Sie zum Vergleich etwas von der ursprünglichen Zuckerlösung übrig). In der fertigen Lösung war praktisch keine Saccharose mehr vorhanden, dafür traten zwei neue Stoffe auf – Glucose und Fructose. Dieser Vorgang wird Zuckerinversion genannt und die resultierende Mischung wird Invertzucker genannt. Und das Merkwürdige: Äußerlich ist von einer Reaktion nichts zu erkennen. Und die Farbe, das Volumen und die Reaktion der Umgebung bleiben gleich. Es werden keine Gase oder Niederschläge emittiert. Dennoch geht die Reaktion weiter, es bedarf lediglich optischer Instrumente, um sie nachzuweisen. Zucker sind optisch aktive Substanzen: Ein Strahl polarisierten Lichts, der durch ihre Lösung geht, ändert die Polarisationsrichtung. Man sagt, dass Zucker die Polarisationsebene dreht, und zwar in die eine oder andere Richtung und in einem ganz bestimmten Winkel. Saccharose dreht also die Polarisationsebene nach rechts und Glucose und Fructose, die Produkte ihrer Hydrolyse, nach links. Daher das Wort „Umkehrung“ (lateinisch „Umkehrung“). Da uns jedoch keine optischen Instrumente zur Verfügung stehen, versuchen wir mit chemischen Mitteln sicherzustellen, dass der aufgenommene Zucker tatsächlich Veränderungen erfahren hat. Fügen Sie ein paar Tropfen einer Lösung von Methylenblau (Sie können blaue Tinte für Füllfederhalter verwenden) und eine kleine schwache Lösung eines beliebigen Alkalis zu der anfänglichen und resultierenden Zuckerlösung hinzu. Erhitzen Sie die Testlösungen in einem Wasserbad. In einem Reagenzglas mit normalem Zucker treten keine Veränderungen auf, aber der Inhalt eines Reagenzglases mit Invertzucker wird nahezu farblos. Invertzucker neigt viel weniger zur Kristallisation als normaler Zucker. Wenn man die Lösung im Wasserbad vorsichtig eindampft, erhält man einen dickflüssigen Sirup, der ein wenig wie Honig aussieht. Nach dem Abkühlen kristallisiert es nicht. Übrigens besteht der beliebte Bienenhonig zu drei Vierteln aus den gleichen Kohlenhydraten wie Invertzucker – Glukose und Fruktose. Auch künstlicher Honig wird auf Basis von Invertzucker hergestellt. Natürlich unterscheidet sich unser Sirup deutlich vom Honig, und zwar vor allem durch die Geruchslosigkeit. Wenn Sie jedoch etwas natürlichen Honig hinzufügen, kann dieser Nachteil teilweise behoben werden. Aber warum nicht zu Hause mehr nicht kristallisierenden Sirup herstellen, um daraus Marmelade zu machen? Leider ist die vollständige Reinigung von Fremdstoffen schwierig und es gibt keine Garantie dafür, dass dies gelingt. Auf jeden Fall ist es das Risiko nicht wert. Autor: Olgin O.M.
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