Warum sollte man Natron nicht mit Ätznatron verwechseln?

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Prof. Blumes Tipp des Monats April 2003 (Tipp-Nr. 70)

Chemie mit Kaisernatron� *)

In vielen Haushalten findet man es: Kaisernatron. Damit l�sst sich viel Chemie lehren und lernen, auch in Kinderg�rten, Grundschulen, Teutolabs und so weiter... Denn Kaisernatron ist v�llig ungef�hrlich. Zum Experimentieren ben�tigen die Kinder keine Schutzbrille und keine Handschuhe. Denn die tr�gt man ja auch nicht bei der K�chenarbeit. (Ausnahme ist der Versuch 3; den kann man aber zeigen.)

Woraus Kaisernatron besteht
Um das zu untersuchen, erhitzen wir Kaisernatron wie in den folgenden drei Versuchen beschrieben.

Versuch 1: Flammenf�rbung mit Kaisernatron
Dazu halten wir mittels eines L�ffels eine Probe des Kaisernatrons in eine mehr oder weniger farblose Gasflamme. Wir beobachten, dass die Flamme sattgelb aufleuchtet.

Beobachtung 1: Anhand der gelben Flammenf�rbung erkennen wir das Natrium.
Die gelbe Farbe kennt ihr auch von den Natriumdampflampen. Die stehen an gef�hrlichen Stra�enkreuzungen oder -einm�ndungen zu deren Beleuchtung.

Versuch 2: Erhitzen von Kaisernatron
Wir f�llen ein Reagenzglas zu einem Drittel mit Kaisernatron. Das Glas verschlie�en wir luftdicht mit einem vorgedehnten Luftballon, den wir am oberen Rand des Gl�schens befestigen. Dann erhitzen wir das seitlich eingespannte Reagenzglas.

Beobachtung 2: Beim Erhitzen von Kaisernatron entsteht ein Gas. Au�erdem beobachten wir an den k�hlen Stellen des Reagenzglases Kondenswasser.

Versuch 3: Untersuchung des Gases
(Ausnahmsweise: Schutzbrille aufsetzen!)
Wir leiten das Gas in frisch zubereitetes Kalkwasser (C).

Beobachtung 3: Es bildet sich ein wei�er Niederschlag.
Diese Niederschlagsbildung ist typisch f�r Kohlenstoffdioxid CO2, ein (in weiten Grenzen) unbedenkliches Gas.

Wir schlie�en aus unseren Versuchen: Kaisernatron ist ein Natriumcarbonat. Carbonate sind Salze der Kohlens�ure. Davon gibt es zwei Arten. Genau genommen ist Kaisernatron Natriumhydrogencarbonat. Es hei�t auch Natriumbicarbonat oder kurz Natron. F�r Kenner schreiben wir auch seine chemische Formel hin:

NaHCO3

Die Ergebnisse der Versuche 2 und 3 m�ssen wir noch erkl�ren: Beim Erhitzen zersetzt sich Kaisernatron, wobei sich Natriumcarbonat Na2CO3 bildet.
F�r Spezialisten unter Euch schreibe ich die chemische Reaktionsgleichung hin. Das ist aber nur etwas f�r Fortgeschrittene und f�r Anf�nger keine Voraussetzung zum Verstehen dieses Tipps des Monats!

2 NaHCO3 + Energie ———> Na2CO3 + H2O + CO2

Natriumcarbonat ist �brigens die bekannte Soda.

Kaisernatron ist ein v�llig ungef�hrlicher Stoff, der sogar in der K�che bei der Zubereitung von Speisen eine Rolle spielt. Deshalb nennt man es auch Speisenatron oder (wie wir gesehen haben) nicht ganz richtig Speisesoda. Denn Soda ist ja Natriumcarbonat. Alle Bestandteile von Kaisernatron sind in gel�ster Form sogar auch im Blut enthalten!

Verwechseln darf man Natron aber nicht mit Natronlauge oder Natriumhydroxid - das sind schlimm �tzende Alkalien, enthalten zum Beispiel in Produkten wie Rohrfrei.

Der Kaisernatron-Packung liegt ein Ratgeber bei. In dem lesen wir einmal nach, wof�r man Kaisernatron gebrauchen kann:

Zum Backen
Wir haben ja gesehen: Wenn man Kaisernatron erhitzt, setzt es CO2 frei. Das haben wir in Versuch 2 anhand eines Luftballons gezeigt. Beim Backen bl�ht das Gas den Teig auf.

Versuch 4: Erhitzen von Teig mit und ohne Kaisernatron-Zusatz Wir wiegen gleiche Mengen Mehl ab, z. B. 30 g. Zu einer Mehlprobe geben wir 5 g Kaisernatron. Dann versetzen wir die beiden Mehlportionen mit gerade soviel Wasser, dass sich aus der Mischung ein Teig kneten l�sst.

Den geben wir in einen Backofen. Wenn wir den hochheizen, sehen wir schon nach wenigen Minuten, dass sich die beiden Teigarten unterschiedlich verhalten. Der mit dem Kaisernatron bl�ht sich auf.

Bild 2: Teig nach dem Backen, links ohne und rechts mit Kaisernatron
(Foto: Daggi)

Deshalb ist Kaisernatron auch in Backpulvern enthalten.

Mit Kaisernatron kann man auch eine Kerze l�schen

Versuch 5: L�schen einer Kerze mit Hilfe von Kaisernatron
In ein breites Glas setzen wir eine Kerze und streuen darum nicht zu wenig Kaisernatron. Die Kerze entz�nden wir. Dann gie�en wir vorsichtig Essigs�ure oder Zitronensaft auf das Kaisernatron.

Bild 3 (Foto: Daggi)

Nach kurzer Zeit verlischt die Kerze aufgrund des freigesetzten Kohlenstoffdioxids. Das entsteht, wenn man zu Carbonaten eine S�ure gibt.

NaHCO3 + Essigs�ure ———> Natriumacetat + H2O + CO2

Man kann die Kerzenflamme auch l�schen, indem man das bei der Hitze-Zersetzung von Kaisernatron frei werdende CO2 (-> Versuch 2) statt in einen Ballon in das Glas mit der brennenden Kerze leitet. Das entsprechende Feuerl�schermodell beschreiben wir auf einer Extra-Webseite.

Mit Kaisernatron wird Rotkohl zu Blaukraut

Versuch 6: Kaisernatron in Rotkohlsaft
In Wasser geben wir eine Spatelspitze Kaisernatron und l�sen es auf. Dann tropfen wir nicht zu viel Rotkohlsaft zu und vermischen gut. Er f�rbt sich blau.

Wenn wir Kaisernatron in Rotkohlsaft geben, wird der also blau. Das wird dann das bayerische Blaukraut - das m�gen die Norddeutschen nicht. Die nehmen lieber Essig oder saure �pfel wie den frischen Boskop.

Woran liegt es, dass der Rotkohl mit Kaisernatron blau wird?

L�sungen von Kaisernatron reagieren schwach alkalisch

Versuch 7: pH-Wert von Kaisernatron
Mit einem Indikatorpapier bestimmen wir den pH-Wert von einer 10%igen Kaisernatron-L�sung. (Wir k�nnen nat�rlich auch ein pH-Meter nehmen.)

Das Kaisernatron reagiert in L�sung ganz schwach alkalisch; der pH-Wert liegt bei 8. Die Erkl�rung ist schon schwieriger. Aber vereinfacht k�nnen wir sagen: Der Grund liegt in einer (wenn auch bei Zimmertemperatur nur in geringem Umfang ablaufenden) Reaktion des Hydrogencarbonats mit Wasser.

2NaHCO3 + H2O ———> Na2CO3 + H2O + CO2

Das Natriumcarbonat Na2CO3 reagiert mit Wasser st�rker alkalisch. Das kann man auch deutlicher machen: Wenn man zu viel Kaisernatron mit Rotkohl sogar kocht, kann sogar die blaue Farbe zerst�rt werden und ein Blaugr�n taucht auf. Das weist auf steigende Alkalinit�t der L�sung, die durch das Kochen bedingt sein muss.

Beim Kochen werden L�sungen von Kaisernatron alkalischer
In hei�em Wasser verliert Kaisernatron die H�lfte seines CO2; es bildet sich Soda mit der Formel Na2CO3.

2 NaHCO3 + Energie ———> Na2CO3 + H2O + CO2

Man kann auch sagen, dass das eigentlich neutral reagierende Kaisernatron Kohlens�ure abdampft. Dadurch wird es basisch.

Die entstehende Soda reagiert mit Wasser unter Bildung von Natronlauge. Dadurch wird die L�sung alkalischer.

Na2CO3 + H2O ———> NaHCO3 + NaOH

Versuch 8: Zunahme der Alkalinit�t beim Kochen
Man gibt nicht zuviel Rotkohlsaft vor dem Kochen zu einer L�sung von Kaisernatron. Die L�sung wird blau. Dann kocht man die L�sung kurz auf. Der Saft f�rbt sich blaugr�n.

Die alkalische Reaktion erkl�rt die Rolle von Kaisernatron beim Kochen von H�lsenfr�chten und h�rteren Gem�searten.

Kaisernatron hilft beim Kochen von H�lsenfr�chten und Gem�se
Die st�rkere Alkalinit�t hilft, Cellulose zum Quellen zu bringen. (Genauso wirkt auch die alkalische L�sung beim Papierrecycling.) Bei H�lsenfr�chten und bei h�rterem Gem�se werden damit die Schalen sowie die Pflanzenzellen besser aufschlie�bar.

Geruchsminderung mit L�sungen von Kaisernatron
Die Alkalinit�t erkl�rt auch, warum Kaisernatron Ger�che bindet.

Versuch 9: Wei�kohl kochen
Man kocht zwei Kohlproben in Wasser. Zu einer gibt man vor dem Kochen einen Teel�ffel Kaisernatron auf einen Liter Wasser. Der typische Kohlgeruch ist viel geringer als beim Kohlkochen ohne Zusatz von Kaisernatron.

Erkl�rung: Mit Hilfe der Alkalinit�t von kalten oder hei�en Kaisernatron-L�sungen gelingt dem Sauerstoff aus der Luft besonders gut, viele Geruchsstoffe zu zerst�ren. Das betrifft besonders die schwefelhaltigen Substanzen aus dem Kohl. Die genauen chemischen Hintergr�nde hierzu finden Sie einer besonderen Webseite.

In der Anleitung zur Nutzung von Kaisernatron wird darauf hingewiesen, Kaisernatron nicht beim Kochen von Rotkohl zu verwenden. Der w�re dann zwar geruchsfrei, aber - wie wir gesehen haben - leider blaugr�n geworden.

Kaisernatron hilft gegen Fu�schwei�geruch Aber auch festes Kaisernatron hilft beim "Desodorieren". Das wollen wir ohne Versuch belassen... Betroffene k�nnen�s ja versuchen: Sie sollten t�glich vorm Anziehen der Schuhe einen Teel�ffel Kaisernatron in die Schuhe f�llen und gut verteilen.

Der Grund ist zun�chst, dass feste Carbonate hervorragende Adsorbentien sind. Das kennen wir schon von der Chemie mit der Kreide.

Die Erkl�rung: Schwei�geruch beruht auf freien Fetts�uren, die durch Bakterien und Pilze aus Fetten freigesetzt werden. Ber�chtigt ist die Butters�ure... Nur diese so genannten Fetts�uren riechen streng, nicht jedoch ihre Salze, weil die nicht verdunsten und deshalb nicht in unsere Nase gelangen. Die Salze erzeugt man aus den Fetts�uren durch die Wirkung von Kaisernatron.

Fetts�ure + NaHCO3 ———> Fetts�uresalz + Wasser + CO2

Die "Vernichtung" der Schwei�s�uren erinnert uns an eine andere Verwendung von Kaisernatron.

Kaisernatron nimmt man auch gegen S�ure im Magen
Im Magen ist Salzs�ure enthalten. Manche Leute bilden zu viel davon und f�hlen sich deswegen unwohl. Gegen die �bersch�ssige S�ure wird Kaisernatron empfohlen.

Versuch 10: Abpuffern von Salzs�ure und anderen S�uren
Zu verd�nnter Salzs�ure geben wir Rotkohlsaft. Die L�sung ist tiefrot. Dann geben wir portionsweise festes Kaisernatron zu und l�sen es jedesmal in der Salzs�ure, bis sich die Farbe nicht mehr �ndert. Achtung: Zu Beginn sch�umt die Mischung stark auf! Das funktioniert auch mit anderen S�uren.

Bild 4: Salzs�ure mit Rotkohlsaft vor und nach Zugabe von �bersch�ssigem Kaisernatron
(Foto: Daggi)

Die Farbe des Rotkohlsafts geht immer mehr in Richtung von Rot �ber Lila nach Blau. Die S�ure wird abgepuffert. Dabei wird CO2 frei. Wenn die L�sung blau ist, h�rt die Gasfreisetzung auf. Dann ist die S�ure "vernichtet", also neutralisiert worden. Das Abpuffern der S�ure geschieht auch im Magen. Wegen des freiwerdenden Gases r�lpsen wir manchmal...

Auf die gleiche Art wirken manche Heilwasser oder bicarbonathaltige Mineralw�sser. Auch im Blut l�uft das ab. In diesem Fall atmen wir das CO2 aus.

Das Freisetzen von CO2 durch S�uren kann man zur Herstellung von Sprudelgetr�nken nutzen

Versuch 11: Citronensprudel selbstgemacht
In Zitronensaft gibt man Kaisernatron. Es sprudelt; der Zitronensaft schmeckt auch nicht mehr so sauer.

Anders als mit Zucker (-> Versuch) ist hier die S�ure tats�chlich wenigstens zum Teil "vernichtet", also abgepuffert worden.

Wenn du feste S�uren wie die Citronens�ure oder die Ascorbins�ure (bekannt unter der Bezeichnung Vitamin C) mit Kaisernatron mischst, kannst du Brausepulver herstellen.

Versuch 12: Herstellen von Brausepulver
Mische 5 g Kaisernatron und 5 g Citronens�ure-Monohydrat. Statt der Citronens�ure kannst du auch Ascorbins�ure nehmen. L�se eine Probe davon in Wasser. Die Mischung sch�umt beim L�sen stark auf. Probiere das Getr�nk.

Den S�uregeschmack kannst du durch Zugabe von Kaisernatron steuern. Je mehr du davon zugibst, desto weniger sauer schmeckt die "Limo".
In gepresster Form kannst du die Pulver als Tabletten (zum Beispiel "Cebion") oder als Limonadenw�rfel kaufen.

Kaisernatron verringert die Wasserh�rte
In Leitungswasser sind gel�ste Calcium- und Magnesium-Salze enthalten, die beim Erhitzen des Wassers ausfallen und dann im Kochtopf oder am Tauchsieder starke Ablagerungen bilden. Au�erdem st�ren sie den Waschvorgang. Wir sprechen von Wasserh�rte. Ein Zusatz von �bersch�ssigem Kaisernatron soll die H�rte deutlich verringern.

Versuch 13: Leitungswasser enth�rten
Zuvor bestimmen wir die H�rte unseres Leitungswassers, zum Beispiel durch komplexometrische Titration. Anschlie�end werden in weiteren 100 ml Leitungswasser etwa 5 g Kaisernatron gel�st. Wir titrieren erneut.

Ergebnis: Die Wasserh�rte hat sich um die H�lfte verringert. Kaisernatron bindet also tats�chlich die h�rtebildenden gel�sten Calcium- und Magnesium-Salze, indem sie mit diesen einen schwerl�slichen Niederschlag bildet. Das geschieht aber nicht an den Heizst�ben, sondern �berall in der L�sung; deshalb bleiben diese sauber.

Ca2+ + 2 HCO3- ———> CaCO3 + H2O + CO2

Je mehr Kaisernatron man zugibt, desto effektiver ist die Enth�rtung. (F�r Kenner: Das Enth�rten hat etwas mit dem Le Chatelier-Prinzip zur Verschiebung von L�sungsgleichgewichten sowie mit dem L�slichkeitsprodukt zu tun. Auf der Bindung von Calcium-Ionen beruht ja letztlich auch der Nachweis von Kohlenstoffdioxid mit Kalkwasser!)
Den Effekt der Wasserenth�rtung beobachtet man �brigens auch bei Zusatz von Soda. Das ist nicht verwunderlich, da Kaisernatron und Soda miteinander "verwandt" sind. Die Soda setzt man deshalb Waschmitteln zu.

Geheimschrift mit Kaisernatron
Die Sch�lerin Charlotte v. Sch�nfeld wies mich vor kurzem auf eine v�llig andere Verwendung von Kaisernatron hin:

Versuch 14: Geheimschrift mit Kaisernatron
Ich habe NaHCO3 "Kaiser" Natron (gegen und f�r alles und jeden, ein Wundermittel, wenn man der Verpackungsaufschrift Glauben schenken darf:-) ) in Wasser gel�st und damit auf zwei Filterpapiere geschrieben. Nun sollte ich einmal das Papier erhitzen (die Schrift kam zum Vorschein, wohl auch wegen des enthaltenen Kohlenstoffs?).
Beim anderen Versuch sollte ich das beschriebene Papier mit roten Malventee bestreichen. Die zuvor beschriebenen Stellen werden spontan und ohne Erhitzen blau-gr�n.

Die Versuche haben wir nachgemacht. Sie funktionieren tats�chlich, wie die folgenden Bilder dokumentieren. Statt Malventee nehmen wir nat�rlich unseren Rotkohlsaft.

Bild 5: Kaisernatronl�sung auf Filterpapier. Links Zeichnung mit ausgezogenen Tropfen, trocken auf einer Herdplatte erhitzt. Rechts der Buchstabe K mit Rotkohlsaft bespr�ht

(Fotos: Daggi)

Die Erkl�rung der Versuchsergebnisse:

Beim ersten Versuch ist es nicht etwa der Kohlenstoff im Natron NaHCO3, der das Blatt schw�rzt! Denn das C-Atom ist in diesem Stoff viel zu fest gebunden. Eine andere Erkl�rung ist richtig: Natron wandelt sich (wie wir es in Versuch 8 gesehen haben) beim Erhitzen in Soda um, die mit Wasser stark alkalisch wirkt. Aber woher kommt bei trocknem Papier �berhaupt das Wasser? Papier besteht bekanntlich aus Cellulose. Auch knochentrockene Cellulose enth�lt noch erstaunlich viel locker gebundenes Wasser. Und au�erdem entsteht ja beim Erhitzen von Natron neben dem Gas CO2 auch die gleiche Menge an Wasser (-> Versuch 2 oben). Die resultierende alkalische Mischung aus Soda und Wasser greift an den Kontaktstellen die Cellulose an. Die verkohlt deshalb beim Erhitzen leichter...

Das schwach alkalische Natron (pH-Wert 8) f�rbt an den beschriebenen Stellen den aufgetragenen Rotkohlsaft-Indikator gr�nlich bis gelb.

Woher stammt der Name des Kaisernatrons?
Das Wort Natron stammt aus dem Alt�gyptischen neter. Denn in �gypten gab es gro�e Natronseen, das sind eingetrocknete Salzseen. Das Wort Natron hat �brigens den gleichen Ursprung wie Nitrat. Der Grund: Wie wir schon auf unserer Hieroglyphen-Webseite berichten, ist die alt�gyptische Schrift weitgehend eine Konsonantenschrift. Das �gyptische Wort f�r Natron wird ntr geschrieben; und daf�r gibt es verschiedene Aussprachem�glichkeiten.

Bild 6: Ntr in Hieroglyphenschrift

Wie daraus Natron und Nitrat wurden, erkl�rt der bekannte Chemiehistoriker Heiner Sch�nemann auf einer besonderen Webseite. Da aus Natron schlie�lich auch noch Natrium wurde, k�nnte man Natriumnitrat eigentlich auch als neter-neter bezeichnen...
Natron nutzen die �gypter zum Einbalsamieren ihrer Toten. Interessant ist noch, dass die �gypter (wie wir in Versuch 2) aus Natron offenbar Soda herstellten. Denn sie wussten viele Eigenschaften der Soda zu nutzen, so zum Beispiel beim W�schewaschen die Alkalinit�t ihrer L�sungen und die F�higkeit zur Verringerung der Wasserh�rte. Soda ist aber auch wichtiger Bestandteil der Ausgangsmischungen f�r Glasschmelzen. Deshalb �berrascht es nicht, dass die �gypter als Erfinder der Technik zur Glasherstellung gelten.

Nun zur Herkunft der Bezeichnung "Kaiser" im Namen des Kaisernatrons: Die l�sst sich leider nicht kl�ren. Die Vermutung, das h�tte etwas mit der Kaiserquelle in Bad Ems zu tun, hat sich nicht best�tigt. Dort pflegte ja der preu�ische K�nig und sp�tere Kaiser Wilhelm I zu kuren. Ber�hmt/ber�chtigt ist seine Emser Depesche, die den deutsch-franz�sischen Krieg 1870-1871 ausl�ste. Es gibt �brigens auch Kaiserborax. In diesem Zusammenhang ist weiter interessant, dass die Emser Pastillen aus Natron und Haushaltszucker bestehen. Mit denen kann man auch sch�ne Versuche wie z. B. die Pharaoschlange machen.

Mittlerweile habe ich Folgendes erfahren: Es gab einen Berliner Apotheker namens August Wilhelm Bullrich (1802-1859). Der litt unter starkem Sodbrennen, welches er erfolgreich mit Natron bek�mpfte. Er hat dann dieses Natron unter dem Namen Bullrichs Salz � vermarktet, unter dem es auch heute noch bekannt ist. Es ist nun aufgrund seiner (oder seiner Erben) oft beschriebenen, regen gesch�ftlichen T�tigkeit anzunehmen, dass er als stramm preu�ischer Berliner auch f�r den werbetr�chtigen Namen Kaisernatron verantwortlich ist.

Wie wird eigentlich Kaisernatron hergestellt?
Man leitet CO2 in Sodal�sung ein:

Na2CO3 + H2O + CO2 ———> 2 NaHCO3

Durch Abk�hlen l�sst sich das Bicarbonat abtrennen, denn es ist etwas weniger l�slich als Soda.

Anmerkung:

Kaisernatron wird hergestellt und vertrieben von der Firma

Holste, 33514 Bielefeld, Postfach 101493

www.holste.de und E-Mail: . Auf der Internetseite gibt es auch viele Anwendungsbeispiele f�r Kaisernatron und andere "softchemische" Produkte der Firma. Schaut mal rein!

*) Das �-Symbol gilt f�r alle Erw�hnungen des gesch�tzten Namens Kaisernatron.

R�diger Blume

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