Welche Zitrusfrucht ist am sauersten? 

Sauer ist mehr als ein Geschmack - sauer ist eine chemische Eigenschaft! Säuren können sauer schmecken. Sie können flüssig oder fest sein (z. B. ist Citronensäure ein Feststoff). Sie sind ätzend. Sie können mit anderen Stoffen (z. B. Kalk) reagieren und diese zersetzen. Sie reagieren mit unedlen Metallen. In wässriger Lösung leiten sie den elektrischen Strom.

Hier findest du eine Erklärung zur Messung von pH-Werten! Übe deine englische Fachsprache!

Blaues Papier für Säuren - diese färben das Papier rot. Rotes Papier für Basen - diese färben das Papier blau.

Für die Bestimmung des pH-Wertes nutzt man Farbstoffe, die bei unterschiedlichen pH-Werten unterschiedliche Farben haben. Solche Farbstoffe nennt man Indikator (Anzeiger!)

Experiment 3: Bestimmung der Konzentration des Saftes einer Zitrusfrucht

So läuft die Titration ab: Schritt 1 - Ein abgemessenes Volumen der Säure wird eingefüllt. Schritt 2 - Zugabe des Indikators Schritt 3 - Zugabe der Lauge mit bekannter Konzentration in die Bürette Schritt 4 - Tropfenweise Zugabe der Lauge aus der Bürette in die Säure. Stopp beim Farbumschlag. Ablesen des Verbrauchs an Lauge.

Notiere deine Ergebnisse und beantworte die Forschungsfrage!

Welche anderen Flüssigkeiten möchtest du untersuchen? Frage, ob du diese bekommen kannst!

Was du über Säuren in deinem Lebensumfeld wissen solltest!

Säuren enthalten nach der Brönstedt-Definition Wasserstoffatome, die abgespalten werden können.

Merke: Wasserstoffatome, die 1. an ein Sauerstoffatom gebunden sind und 2. bei dem dieses Sauerstoffatom an ein Kohlenstoff- (C), Schwefel- (S) oder Phosphor (P)-Atom gebunden sind und 3. an dieses Atom außerdem ein Sauerstoffatom doppelt gebunden ist, können als Proton abgespalten werden. Im Beispiel unten betrifft das ein Wasserstoffatom (mit Pfeil markiert).

Von den Sinnen zum Messen und Genießen: Welche Zitrusfrucht ist am sauersten?

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Experiment 4: Herstellung einer Zitronencreme

Material für einer 3er Gruppe: 36 g Pulver für kaltgerührte Creme (halber Tüteninhalt), einige ml Zitronensaft, 75 g Joghurt, 125 ml kalte Milch, Schüssel, Schale, Schneebesen, Waage, Löffel

Pulver in die kalte Milch langsam einrühren, dann 3 min kräftig verquirlen. Zitronensaft und Joghurt zufügen. Vorsichtig umrühren. Mit Zitronenstückchen verzieren. Fertig! Guten Appetit!

Das Pulver enthält Carrageen (oder auch Xanthan). Da ist ein Zusatzstoff (E 407), der aus Rotalgen gewonnen wird. Einsatz findet der Mehrfachzucker als Gelier- und Verdickungsmittel, zum Beispiel in Milchprodukten und Desserts.

Forschungsfragen: Welche Zitrusfrucht ist am sauersten? Sind auch andere Getränke sauer? Welche Säuren kennst du? Was du über Säuren in deinem Lebensumfeld wissen solltest! Welche Eigenschaften haben Säuren? Wie sind Säuren aufgebaut? Wie misst man den sauren Charakter? Der pH-Wert Wie sieht die pH-Wert-Skala aus? Experiment zur Forschungsfrage Schädigen Säuren unsere Zähne?

Experiment 1: Saure Früchtchen - Welche Säfte sind besonders sauer?

Welcher Saft einer Zitrusfrucht schmeckt besonders sauer?

Material Trinkbecher, Stift zum Markieren der Becher, 4-5 Säfte von Zitrusfrüchten, Arbeitsbogen

Notiere die Beobachtungen. Nutze dazu den Arbeitsbogen!

Schaden saure Flüssigkeiten den Zähnen?

Das Bild zeigt die Ergebnisse von Zahntests, die mit Säuren verschiedener Flüssigkeiten durchgeführt wurden. Die einzelnen Bilder zeigen dünnen Schnitte durch Zähne, wobei oben die Oberkante des Zahns zu sehen ist (Pfeil). Die senkrechten Spalten zeigen die Abtragung von Calcium, Phosphor und Sauerstoff aus der Zahnoberfläche und damit die Eindringtiefe der Säuren. Die waagerechten Spalten stellen die Proben dar: C1 Kontrollprobe, physiologische Kochsalzlösung, B2 Coca Cola, C4 Apfelsaft, B5 Weißwein. Der Verlust der jeweiligen Elemente in Tiefen bis zu 40 µm (1 mm = 1.000 μm) ist anhand der Farbmarkierung erkennbar. Beantworte die Frage! Sind saure Flüssigkeiten schädlich?

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Wie werden Säuren in der Chemie definiert?

Für die Erklärung dieser chemischen Verbindungen gibt es mehrere Säure- Basen-Konzepte. Es existiert somit keine eindeutige Definition der Säure. Nach der Definition von Brönsted gibt eine Säure ein Proton ab und wird dabei zu einer Base. Säuren sind also Protonendonatoren (Protonen-Abgeber.) Basen sind Protonenakzeptoren (Protonen-Aufnehmer). Eine Säure bildet in einer Reaktion mit Wasser Oxonium-Ionen (ältere Bezeichnung: Hydronium-Ionen). Beispiel: Reaktion von Chlorwasserstoff (HCl) mit Wasser, wobei HCl die Säure ist. Ein Proton geht von der Säure H-Cl auf das Wasser über. Es bilden sich ein Oxonium-Ion und ein Säurerest-Ion (Chlorid-Ion).

Memory: Kannst Du die Strukturformeln den Namen der Säuren zuordnen?

Die Titration ist ein quantitatives Messverfahren. Die Bestimmung einer unbekannten Konzentration der Säure einer Zitrusfrucht erfolgt durch tropfenweise Zugabe einer Lauge bekannter Konzentration bis zum Äquivalenzpunkt, bei dem die Konzentrationen von Säure und Lauge genau gleich groß sind. Bei Zugabe einer Lauge zu einer Säure reagieren die Hydroxidionen der Lauge mit den Oxoniumionen der Säure zu&nbsp;Wasser (= Neutralisation). Der Äquivalenzpunkt wird durch den Farbumschlag eines Indikators angezeigt.

Deckblatt http://introzitrusverwertung.jpg aus der ARD-Fotogalerie Inhaltsverzeichnis <a href="https://images.pexels.com/photos/33155/lemon-lemons-fruit-citrus-fruit.jpg?auto=compress&amp;cs=tinysrgb&amp;h=750&amp;w=1260">https://images.pexels.com/photos/33155/lemon-lemons-fruit-citrus-fruit.jpg?auto=compress&amp;cs=tinysrgb&amp;h=750&amp;w=1260</a> Gesicht saurer Geschmack <a href="https://cosmosmagazine.com/biology/sour-tastes-make-people-push-the-boundaries/">https://cosmosmagazine.com/biology/sour-tastes-make-people-push-the-boundaries/</a> Zitronensäure_Kristalle <a href="https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3707660">https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3707660</a> Von Jan Homann - Eigenes Werk, Gemeinfrei Cola_K_classic <a href="https://static.openfoodfacts.org/images/products/433/718/514/8941/front_de.4.full.jpg">https://static.openfoodfacts.org/images/products/433/718/514/8941/front_de.4.full.jpg</a> Phosphorsäure Strukturformel <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphoric_acid_structure_and_formula.png">https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphoric_acid_structure_and_formula.png</a> Essigsäure Strukturformel <a href="https://snappygoat.com/s/?q=bestof%3AAcetic+acid+structures3.png">https://snappygoat.com/s/?q=bestof%3AAcetic+acid+structures3.png</a> Zitronensäure Strukturformel <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Citric_acid_structure.png">https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Citric_acid_structure.png</a> Schwefelsäure Strukturformel <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfuric_acid_lewis.png">https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfuric_acid_lewis.png</a> Kohlensäure Strukturformel <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlens%C3%A4ure#/media/Datei:Carbonic-acid-2D.svg">https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlens%C3%A4ure#/media/Datei:Carbonic-acid-2D.svg</a> Protonierung <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Protonierung#/media/Datei:Acetic-acid-dissociation-2D-curly-arrows.png">https://de.wikipedia.org/wiki/Protonierung#/media/Datei:Acetic-acid-dissociation-2D-curly-arrows.png</a> H+ <a href="https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:H%2B.svg">https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:H%2B.svg</a> Ameisensäure Strukturformel <a href="https://de.wikibooks.org/wiki/Anorganische_Chemie_f%C3%BCr_Sch%C3%BCler/_S%C3%A4ure_-_Basen_-_Reaktionen#/media/Datei:Formic-acid-2D.png">https://de.wikibooks.org/wiki/Anorganische_Chemie_f%C3%BCr_Sch%C3%BCler/_S%C3%A4ure_-_Basen_-_Reaktionen#/media/Datei:Formic-acid-2D.png</a> Zitronenlimonade <a href="https://de.openfoodfacts.org/produkt/4009418288990/zitronen-limonade-tip">https://de.openfoodfacts.org/produkt/4009418288990/zitronen-limonade-tip</a> Mineralwasser <a href="https://static.openfoodfacts.org/images/products/431/159/644/7299/front_de.3.full.jpg">https://static.openfoodfacts.org/images/products/431/159/644/7299/front_de.3.full.jpg</a> Orangenlimonade <a href="https://static.openfoodfacts.org/images/products/764/011/525/1923/front_fr.3.full.jpg">https://static.openfoodfacts.org/images/products/764/011/525/1923/front_fr.3.full.jpg</a> Ameise_Ant <a href="https://creazilla-store.fra1.digitaloceanspaces.com/cliparts/41583/ant-clipart-md.png">https://creazilla-store.fra1.digitaloceanspaces.com/cliparts/41583/ant-clipart-md.png</a> Pfeil rot <a href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2b/Pfeil_links_unten_rot.svg/463px-Pfeil_links_unten_rot.svg.png">https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2b/Pfeil_links_unten_rot.svg/463px-Pfeil_links_unten_rot.svg.png</a> Video What ist the pH-Scale <a href="https://www.youtube.com/watch?v=ckbsHM2igT0">https://www.youtube.com/watch?v=ckbsHM2igT0</a> Schwefelsäure <a href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/ff/Sulfuric_Acid.jpg">https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/ff/Sulfuric_Acid.jpg</a> Salzsäure <a href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/Kappenflasche_Salzs%C3%A4ure.jpg">https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/Kappenflasche_Salzs%C3%A4ure.jpg</a> Alle Bilder der LearningApps: Wikipedia Alle weiteren Bilder: Joachim Kranz

Joachim Kranz Humboldt-Universität zu Berlin Fachdidaktik und Lehr- Lernforschung Chemie Brook-Taylor Str. 2 12489 Berlin-Adlershof 10.2020

Citronensäurekristalle im polarisierten Licht

Saure Früchtchen - Welche Säfte sind besonders sauer?

Materialien: Bürette, Erlenmeyerkolben, Pipette, ggf. Magnetrührer mit Rührfisch, Indikator, Meßzylinder, Saft der Zitrusfrucht V = 2 ml, Trichter, Natronlauge c = 0,1 mol/l. Füllstand der Bürette vor Beginn der Titration ablesen!

Beobachte die Veränderungen des Indikators. Wenn die Farbe umschlägt, Experiment beenden. Verbrauch an Natronlauge an der Bürette ablesen.

Berechne die Konzentration des Saftes nach der nebenstehenden Vorschrift. Beachte die Reaktionsgleichung (siehe Tipp!)

Tipp: Die 8 Bilder stehen für Lebensmittel, die Säuren enthalten! Versuche, die passenden Säuren zu benennen.

Aufgabe: Welche Anzahl von Protonen kann von den 5 Säuren jeweils abgespalten werden?

Tipp: Wenn das Elementsymbol beim Zusammentreffen der Bindungen weggelassen wurde, so befindet sich dort ein Kohlenstoffatom (Symbol C). In der Chemie vereinfacht man so die Schreibweise.

Zitronen-, Limetten- und Pinkgrapefruit-Saft

Experiment 2: Messung des pH-Wertes der Zitrusfrüchte 

Welche Frucht (oder welcher Fruchtsaft) ist in der Messung am sauersten? Stimmt das Ergebnis mit dem Geschmackstest überein? Beantworte die Forschungsfrage experimentell!

Stelle zur Forschungsfrage eine Vermutung auf! Überlege dir, wie du experimentell vorgehen möchtest! Plane das Experiment!

Material Wasser, Zitrone, Grapefruit, Limette, Wasser, Unisol (flüssiger pH-Indikator) oder Indikatorpapier Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Pipette, pH-Skala

Notiere die Beobachtungen und das Ergebnis der Messungen! Trage die Messergebnisse in eine pH-Skala ein!

Der pH-Wert zeigt an, ob eine wässrige Lösung sauer, basisch oder neutral ist. Den pH-Wert einer Lösung kann man mit einem flüssigen Universalindikator oder mit Teststäbchen messen.

pH steht für pondus Hydrogenii, was so viel bedeutet wie „Kraft des Wasserstoffs", also die Konzentration der Oxonium-Ionen in einer Lösung.

Diesen Mechanismus, dass Säuren ein Proton abgeben, nennt man Protonierung! Ein Proton wird von der Säure an die Base abgegeben. Wie beim Taschengeld: einer gibt, einer nimmt!

Tipp: Ein Elektronenpaar kann als kurzer Strich oder durch zwei Punkte dargestellt werden.

Aufgabe: Versuche, den Vorgang deiner Nachbarin / deinem Nachbarn zu erklären! Nutze die Fachbegriffe Säure, Proton, Oxonium-Ion und Base. Die Pfeile spielen dabei erstmal keine Rolle! Für Experten: Versuche, die Bedeutung der Pfeile zu erklären!

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