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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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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:
1. | 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... |
2. | 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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