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Säuren und Basen 7. Alles Essig? (Kl. 9/10)
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Alles Essig!? – Eine Lernfirma rund um Eigenschaften, Herstellung und Verwendung
Ein Beitrag von Marie Emmerich-Barten, Nieder-Olm Mit Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart
E
ssig spielt bereits seit mehr als 5000 Jah- ren als Würz-, Konservierungs- und Rei- nigungsmittel eine wichtige Rolle für den Menschen. Die darin enthaltene Essig- säure zählt darüber hinaus zu den wichtigsten organischen Säuren in Labor und Technik.In dieser arbeitsteiligen Gruppenarbeit füh- ren Ihre Schüler selbstständig Versuche und Rechercheaufgaben zu Eigenschaften, Her- stellung und Verwendung von Essig durch und präsentieren ihre Ergebnisse am Poster.
Das Wichtigste auf einen Blick
Klasse: 9/10
Dauer: 8 Stunden (Minimalplan: 6) Kompetenzen: Die Schüler …
• erläutern die wichtigsten Eigenschaften
und Verwendungszwecke von Essig.
• nennen Aufbau und Eigenschaften von
Essigsäure.
• planenVersucheselbstständig,führensie
Versuche:
• EssigausApfelsaft(LV)
• Essig – ein vielfältig einsetzbares Haus- mittel (SV)
• EssigenthältEssigsäure(SV)
• HerstellungvonEssig(SV) Übungsmaterial:
Ob im Salatdressing, in der Konservendose oder im Badreiniger–EssigspieltschonseitlangerZeiteine
große Rolle für den Menschen.
Foto: Thinkstock/Fuse
Mit einem Kar tenlegespiel!
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Was Sie zum Thema wissen müssen
Essig, Essigessenz und Essigsäure
Essig ist ein Würz- und Konservierungsmittel, das durch Gärung alkoholhaltiger Flüssigkeiten durch Essigsäurebakterien gewonnen wird. Es enthält Essigsäure in Konzentrationen von 5 bis 15,5 %. Im Handel erhält man meistens Essig mit einer Essigsäurekonzentration von 5 bis 6 %. Essig kann auch durch Verdünnung von Essigsäure oder Essigessenz hergestellt werden, muss dann aber entsprechend gekennzeichnet sein.
Bei der im Handel erhältlichen Essigessenz handelt es sich um eine 25%ige Essigsäurelösung.
Sie wird gerne zum Reinigen eingesetzt. Wenn man sie zum Würzen verwenden möchte, muss mansiebiszueinemGehaltvon5%Essigsäureverdünnen.Aufgrundihrerqualitativminder
wertigenAusgangsstoffesolltesieaberbessernichtalsSpeisezutatverwendetwerden.
Reine konzentrierte Essigsäure bezeichnet man als Eisessig. Den Namen verdankt sie der Tatsache, dass sie bereits bei 16,6 °C erstarrt, also Kristalle bildet. Die organische Säure ist farblos, flüssig, ätzend und riecht stark sauer. Sie hat die Strukturformel C2H4O2 (Halbstruktur- formel CH3COOH). Ihr systematischer Name lautet Ethansäure. Wie alle Carbonsäuren trägt auchEssigsäuredieCarboxygruppe(–COOH)alsfunktionelleGruppe.DieSalzederEssigsäu- re heißen Acetate.
Herstellung von Essig
LangeZeitbliebunklar,wiesoWeinmitderZeitsauerunddamitzuEssigwird.ErstimJahr
1864 bewies Louis Pasteur, dass die Umwandlung von Ethanol an der Luft durch Bakterien, die Essigsäurebakterien, verursacht wird.
Essigsäurebakterien sind stäbchenförmige und oft bewegliche Mikroorganismen, die mithilfe von Luftsauerstoff Ethanol zu Essigsäure oxidieren. Es gibt sie als „wilde“ Bakterien in der Luft.ÜberträgerkönnenFruchtliegensein.DieseBakterienstellenihreArbeitabermanchmal
schon bei 3–4 %Alkoholgehalt ein und es bildet sich die sogenannte„Essigmutter“, eine schleimige Schicht. Wenn sie an der Oberfläche bleibt, kommt zu wenig Sauerstoff an die Flüs- sigkeit und es bilden sich unerwünschte Nebenprodukte, die einen unangenehmen Geruch verursachen. Sie verschwinden bei längerer Lagerung aber wieder. Die Essigmutter setzt sich meistens am Boden ab.
Geregelter läuft die Vergärung mit Reinzuchtbakterien (Acetobacter und Gluconobacter) ab, die höhere Essigsäurekonzentrationen tolerieren und auch geschwefelten Wein besser vertra- gen können. Solche Reinzuchtbakterien werden vor allem bei der kommerziellen Essigherstel- lung verwendet.
Es gibt verschiedene biotechnologische Verfahren, um Essig aus alkoholhaltigen Getränken (Wein, Obstwein, Malz oder Branntwein) herzustellen. Daneben gibt es etliche synthetische Verfahren, die zur Herstellung von Industrieessigsäure eingesetzt werden. Rohstoffe dafür sind Methanol und Kohlenstoffmonoxid, Acetaldehyd, Leichtbenzin oder Wasserstoff und
Kohlenstoffmonoxid. Industrieessige dürfen nicht als Lebensmittel eingesetzt werden.
Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung
Voraussetzungen der Lerngruppe
Die Schülerinnen und Schüler* sollten bereits selbstständig Versuche planen und durchfüh- ren sowie Sicherheitsvorschriften einhalten können. Die Themen „Säuren und Basen“ und die „Neutralisationsreaktion“ sollten bereits behandelt worden sein. Die Schüler sollten dar- überhinausimAufstellenvonWort- und Reaktionsgleichungen geübt sein.
* Im weiteren Verlauf der Einheit wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet.
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Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung
Aufbau der Unterrichtseinheit
Der Einstieg in die Unterrichtseinheit erfolgt entweder über Farbfolie M 1, die Fotos ver- schiedener essighaltiger Produkte aus dem Haushalt zeigt, oder ergänzend dazu über von IhnenselbsthergestelltenApfelessig,derinderKlasseherumgereichtwirdunddurchdessen
charakteristischen Geruch die Schüler auf das Thema der Unterrichtseinheit und die Verwen- dungszwecke von Essig gelenkt werden.
In der anschließenden Gruppenarbeit M 2–M 11 lernen die Schüler arbeitsteilig Hintergründe zuEssigalsReinigungsmittel(Abteilung 1 ,MaterialienM3–M5),zurEssigsäureimEssig
(Abteilung2 :MaterialienM6–M8)undzurHerstellungvonEssig(Abteilung3 : Materialien M9–M11)kennen.AlsÜbersichtundzurEinteilungderGruppendientdasMaterial M 2, das SieaufFoliekopierenkönnen.IndernunfolgendenArbeitsphaserecherchierendieGruppen
im Internet, planen selbstständig einen Versuch, führen ihn aus und protokollieren ihre Beob- achtungen und Ergebnisse. Unterstützung bei der Planung des Versuchs erhalten die Schüler in Form der Tippkarten M 5, M 8 und M 11.DenAbschlussderGruppenarbeitsphasebildet
die Präsentation der Poster aller dreiAbteilungen, auf denen die durchgeführtenVersuche
erläutert und die Ergebnisse der Recherchearbeit vorgestellt werden.
Arbeitsblatt M 12 dient als LernerfolgskontrollezumAbschlussderUnterrichts
einheit. Die Schüler ordnen hierbei die Satzanfänge den richtigen Satzenden zu und be- sprechen die Ergebnisse mit ihren Nachbarn.
Üben
Angebote zur Differenzierung
Die Unterrichtseinheit ist als Lernfi rma konzipiert, deren drei AbteilungeninihrenAnforde
rungenleichtverschiedeneNiveaushaben.DieAbteilung2 „Essig enthält Essigsäure“ stellt dabeihöhereAnforderungeninBezugaufFachwissenundErkenntnisgewinnungdaralsdie
beidenanderenAbteilungen.
Mit den Tippkarten M 5, M 8 und M 11könnenSiepunktuellIhreSchülerAbteilungenbeim
jeweiligen Unterthema unterstützen.
Ideen für die weitere Arbeit
Der Unterrichtseinheit könnte anschließend noch die Reaktion von Essigsäure mit Ethanol zu Essigsäureethylester als Demonstrationsversuch folgen. Die prinzipielle Esterherstellung ausAlkoholundSäuresowiederenVerwendunginKosmetikundLebensmittelnbietensich
als nachfolgende Unterrichtseinheit an.
Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler
Die Schüler …
• erläuterndiewichtigstenEigenschaftenundVerwendungszweckevonEssig.
• beschreibenverschiedeneHerstellungsverfahrenvonEssig.
• nennenAufbauundEigenschaftenvonEssigsäure.
• planenVersucheselbstständig,führensiedurchundpräsentierenihreErgebnisse.
• arbeitenzielorientiertundkompetentimTeamzusammen.
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Die Einheit im Überblick
· V=Vorbereitung FO=Folie AB=Arbeitsblatt
· D = Durchführung SV = Schülerversuch LV = Lehrerversuch
FV = Folienvorlage TK = Tippkarte LEK = Lernerfolgskontrolle
Stunde 1: Essig in Küche und Haushalt
M 1 (FO) Was haben diese Produkte gemeinsam?
LV
· V: 10 min
· D: 35 min
Essig aus Apfelsaft 1 Schutzbrille 4 Äpfel
1 sauberes Geschirrtuch 1 Schüssel
1 Küchenreibe 1 Erlenmeyerkolben Universalindikatorpapier
M 2 (FV) Die Lernfi rma „Essig“ und ihre Unternehmensstruktur
Stunden 2–7: Arbeiten in der Essigfi rma M 3 (AB/SV)
· V: 10 min
· D: 40 min
Abteilung 1 : Essig – ein vielfältig einsetzbares Hausmittel 1 Schutzbrille pro Schüler
2 Tropfpipetten 1 Reagenzglasständer 4 Reagenzgläser 1 kleines Becherglas 1 Spatel
Filzstifte
1 Plakat Essigreiniger
Magnesiumcarbonat Calciumcarbonat Wasser
verschiedene Fachbücher evtl. 1 PC mit Internetzugang
M 4 (AB) Infoblatt zu Abteilung 1 : Essig – ein vielfältig einsetzbares Hausmittel M 5 (TK) Tippkarten zu Abteilung 1: Essig – ein vielfältig einsetzbares Hausmittel M 6 (AB/SV)
· V: 10 min
· D: 30 min
Abteilung 2 : Essig enthält Essigsäure 1 Schutzbrille pro Schüler
4 Tropfpipetten 3 Erlenmeyerkolben 1 Glasstab
Filzstifte 1 Plakat Apfelessig
1 Tropffl asche mit Phenolphthale- in-Lösung (< 0,1 %)
Universalindikator-Lösung Natronlauge (3 %)
evtl. verschiedene Fachbücher evtl. 1 PC mit Internetzugang
M 7 (AB) Infoblatt zu Abteilung 2 : Essig enthält Essigsäure M 8 (TK) Tippkarten zu Abteilung 2: Essig enthält Essigsäure
Apfelessig
1 Tropffl asche mit Phenolphthale-
Natronlauge (3 %)
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Minimalplan
BeiwenigZeitkönnenSiedenLehrerversuch/Demonstrationsversuch aus Stunde 1 wegfal- len lassen und in die Einheit nur mit Farbfolie M 1 einsteigen.
EineDoppelstundelässtsichaußerdemeinsparen,wennSienureinesderdreiAbteilungs- themen behandeln und die Klasse am selben Thema arbeitet. Die Lernerfolgskontrolle M 12 entfällt dann.
Eine weitere Möglichkeit, Zeit zu sparen, wäre es, die Rechercheaufgaben alsHausaufgabe aufzugeben.AuchdieLernerfolgskontrolleM12kannalsHausaufgabevondenSchülerner- ledigt werden.
M 9 (AB/SV)
· V: 10 min
· D: 30 min
Abteilung 3: Herstellung von Essig 1 Schutzbrille pro Schüler
2 kleine Bechergläser
2 kleine Erlenmeyerkolben mit Stopfen
2–3Tropfpipetten 2 Papiertaschentücher
2 Gummiringe zum Befestigen der Papiertaschentücher
1 Folienschreiber Filzstifte
1 Plakat
Weinrest (ca. 200 ml) Essigmutter
verschiedene Fachbücher evtl. 1 PC mit Internetzugang
M 10 (AB) Infoblatt zu Abteilung 3 : Herstellung von Essig M 11 (TK) Tippkarten zu Abteilung 3 : Herstellung von Essig
Stunde 8: Lernerfolgskontrolle
M 12 (LEK) Teste dich selbst! – Bist du ein Essigexperte?
1 Schere pro Schüler Klebstoff
Die Gefährdungsbeurteilungen finden Sie auf CD 11 .
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M 1 Was haben diese Produkte gemeinsam?
Foto 1: Marie Emmerich-Barten; Foto 2: Colourbox; restliche Fotos: Thinkstock/iStock
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M 2 Die Lernfirma „Essig“ und ihre Unternehmensstruktur
Die Lernfirma „Essig“ ist in drei Abteilungen untergliedert. Tragt hier ein, wer von euch zu welcher Abteilung gehört.
Abteilung 1 Essig – ein vielfältig ein-
setzbares Hausmittel
Abteilung 2 Essig enthält Essigsäure
Abteilung 3 Herstellung von Essig
Gruppe A: Gruppe A: Gruppe A:
Gruppe B: Gruppe B: Gruppe B:
Geschäftsführung Name:
Bild: www.colourbox.com
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M 4 Infoblatt zu Abteilung
1:
Essig – ein vielfältig einsetzbares Hausmittel
Essig wird nicht nur als Würzmittel im Salat oder in weiteren Speisen verwendet; auch als Hausmittel ist er vielseitig einsetzbar. Hier findet ihr eine Sammlung verschiedener Einsatz- gebiete von Essig im Haushalt.
Eine 1:1-Mischung aus Essig und Wasser dient zum Entkalken von Töpfen, Wasserkochern, Duschköpfen, Bügeleisen oder Waschmaschinen.AuchfürdieScheibenwischanlagedesAutos
muss nicht immer teurer Spezialreiniger verwendet werden: Die Scheiben werden auch dann sauber, wenn zum normalen Was- ser einfach ein paar Spritzer Essig gegeben werden.
Einen Essigreiniger kann man leicht selbst aus Essig, Wasser und Spülmittel herstellen. In einer Sprühflasche ist er ein guter Badezimmerreiniger.
Erfahrene Hausfrauen und -männer tauen ihren vereisten Kühl- schrank zunächst ab und wischen dann die Wände mit verdünn- tem Essig ab. So verhindern sie, dass sich erneut Eis bildet. Hö- herprozentiger Essig (d. h. mit einer Essigsäurekonzentration von mehr als 6 %) ist außerdem ein gutes Mittel gegen Schim- melpilze und Fäulnisbakterien. So verhindert man z. B. eine Schimmelbildung in den Dichtgummis des Kühlschranks, wenn man sie regelmäßig mit Essiglösung abwischt.
Fenster bekommt man streifenfrei sauber, indem man sie mit verdünnterEssiglösungputztundhinterhermitZeitungspapier
trocken wischt.
Bei hartnäckigen Kalkflecken helfen Essig oder eine Paste aus Essig und Salz: Nach 12-stündiger Einwirkzeit lassen sich die be- handelten Kalkflecken leicht wegwischen.
Bei einigen Objekten muss Essig aber umsichtig angewendet werden: So sollten etwa Natursteinböden nicht mit Essig be- handelt werden, da dieser Kalk und andere Mineralien unter BildungvonAcetatenundKohlenstoffdioxidlöstundsiesomit
auswaschen kann. Auch Silikonfugen sollten besser durch Zit- ronensäure gereinigt werden, da Essig die Weichmacher in der Dichtmasse angreift und die Fugen mit der Zeit an Elastizität
verlieren. Gummidichtungen in Geräten können ebenfalls durch Essig angegriffen werden.
Verkalkte Filterkaffeemaschinen lassen sich mit einem Gemisch aus dreiTeilenWasser und einemTeilApfelessig entkalken, in- dem man die Lösung anstatt des Kaffees mehrmals durchlaufen lässt. Danach wiederholt man die Prozedur drei Mal mit klarem Wasser.
ZumEntkalkenvonKaffeevollautomatensolltenmanallerdings
besserMilchundZitronensäureverwenden.DasAllreinigungs- mittel Essig wirkt nämlich sehr aggressiv und richtet vermutlich mehr Schaden an, als dass es hilft.Außerdem ist der Essigge- schmack nur noch schwer aus der Maschine zu bekommen. Le-
Foto: ColourboxFoto: ColourboxFoto: Thinkstock/iStockFoto: Thinkstock/iStockoto: Thinkstock/iStock
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M 6 Abteilung
2: Essig enthält Essigsäure
Essigsäure ist zu 5–6 % in Essig enthalten und hat große Auswirkungen auf dessen chemische Eigenschaften. In dieser Abteilung nehmt ihr die Säure im Essig genauer unter die Lupe.
Auftrag: Erforscht die chemischen Reaktionen von Haushaltsessig mit Natronlauge und testet seinen pH-Wert mithilfe von zwei verschiedenen Indikatoren.
Das Lager hat für euch folgende Geräte und Chemikalien zur Verfügung gestellt:
Geräte: Chemikalien:
1 Schutzbrille pro Schüler
4 Tropfpipetten 3 Erlenmeyer kolben
1 Glasstab Filzstifte 1 Plakat
1 Tropffl asche mit Phenolph- thalein-Lösung (0,1 %) 1 Tropffl asche mit Phenolph- Universalindikator-Lösung Apfelessig
Natronlauge (3 %)
Eure Geschäftsleitung
So geht ihr vor
ErledigtdenArbeitsauftraggemeinsam.
Für die Planung und Durchführung eures Versuchs habt ihr diese und die beiden folgenden DoppelstundenZeit.
AlleInformationen,dieihrbraucht,sindaufdemLerntischbzw.mithilfedesInfotextszu
fi nden. Die Materialien reichen aus, um den Versuch durchzuführen.
Schreibt alles, was ihr erledigt, genau auf.
ErstellteinPlakat,aufdemalleArbeitsergebnissezusammengefasstsind.Stelltmitdem
Plakatdar,wasihralsAbteilungerarbeitethabtundwieihrdabeivorgegangenseid.
Leitfragen und zusätzliche Rechercheaufgaben für euer Plakat
1. Wie habt ihr den Versuch durchgeführt und welche Beobachtungen konntet ihr machen?
2. Wie lautet die Wort- und Reaktionsgleichung für die Reaktion von Essigsäure mit Natron- lauge?
3. Was ist der Unterschied zwischen Essig, den wir in der Küche einsetzen, und Essigsäure?
4. Warum darf aus Sicherheitsgründen Essigessenz nicht höher konzentriert sein als 25 %?
5. In welcher Form wird Essigsäure in der Küche eingesetzt? Welche Eigenschaften der Säure werden dabei genutzt?
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M 11 Tippkarten zu Abteilung
3: Herstellung von Essig
Tipp 1
Experiment, Durchführung:
Beschriftet die Bechergläser mit 1 und 2 und die Erlenmeyerkolben mit 3 und 4 . Stellt dann vier unterschiedliche Versuchsansätze her:
Gebt in die Bechergläser 1 und 2 ein wenig Wein. Legt ein Papiertaschen- tuch über die Öffnung von Becherglas 1 . Gebt in Becherglas 2 zusätzlich zum Wein etwas Essigmutter. Legt auch hier ein Papiertaschentuch über die Öffnung.
Füllt die Erlenmeyerkolben 3 und 4 möglichst voll mit Wein. Gebt in Er- lenmeyerkolben 4 zusätzlich etwas Essigmutter. Verschließt die Gefäße 3 und 4 mit jeweils einem Stopfen.
Lasst die vier Versuchsansätze bis zur nächsten Stunde stehen.
Tipp 2
Experiment, Beobachtung:
Nach mehreren Tagen riecht Gefäß 2 (Wein + Essigmutter + Luft) am stärks- ten nach Essig, gefolgt von Gefäß 4 (Wein + Essigmutter).
Gefäß 1 riecht kaum nach Essig und bei Gefäß 3 lässt sich gar kein Essig- geruch feststellen.
Tipp 3
Deutung:
DieEssigmutterenthältEssigsäurebakterien,welchedieGärungdesAlko- hols in Gang setzen. So bildet sich in den Gefäßen 2 und 4 mit Wein und EssigmutterinsehrvielkürzererZeitEssig.DurchdenLuftsauerstofferfolgt
die Oxidation desAlkohols zu Essigsäure undWasser.Am schnellsten er- folgt die Gärung also, wenn zusätzlich noch viel Luft im Gefäß ist (wie bei Versuchsansatz 2 ).
Tipp 4
Aufstellen der Wortgleichung:
Ethanol + Sauerstoff Essigsäure + Wasser
Tipp 5
Aufstellen der Reaktionsgleichungen:
Ethanol: CH3CH2OH Sauerstoff: O2
Essigsäure: CH3COOH Wasser: H2O
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M 12 Teste dich selbst! – Bist du ein Essigexperte?
Was hast du alles über Essig gelernt? Teste dein Wissen!
Aufgabe
Schneide die Wortkarten aus und finde zu den ersten Satzteilen (grau hinterlegt) die zugehörigen zweiten Satzteile. Kontrolliere mit deinem Nachbarn, ob alles richtig geordnet ist. Klebe dann die Kartenpaare nebeneinander in dein Heft.
1) Essig ist eine wässrige Lö-
sung aus … a) … 25 % Essigsäure. b) … zwischen 5 und 15,5 % Essigsäure.
2) Der systematische Name der Essigsäure lautet …
c) … Würzen, Reinigen und Konservieren.
3) Wein wird von …
4) Kohlensäure zerfällt sofort in …
5) Essig wird in der Küche ein- gesetzt zum …
d) … Mg(CH3COO)2.
6) Essig darf im Haushalt nicht eingesetzt wer- den, um …
e) … bleibt die Farbe der Lösung unver- ändert.
7) Kommerziell stellt man Essig mithilfe von … her.
8) Bei der Reaktion von Calcium- carbonat mit Essigsäure entste- hen …
f) … Essigsäurebakte- rien zu Essig umge- wandelt.
9) AlsReinigungsmittel
kann man Essig ein- setzen zum …
g) … Marmor (z. B. als Fliesen) zu put- zen, denn die Essigsäure löst die Car- bonate, aus denen Marmor besteht, auf.
h) … Calciumace- tat und Kohlen- säure.
i) … färbt sich die Lö- sung rot.
j) … Entfernen von Kalk sowie zum Verhindern von Schimmel- und Eisbildung.
k) … Wasser und Koh- lenstoffdioxid.
l) …Alkohol,
Essigsäure- bakterien und Sauerstoff.
m) … Essigsäurebakteri- en in Reinkultur
10)ZurHerstellung
von Essig benö- tigt man …
11) Speiseessig enthält …
12) Gibt man einige Tropfen Phenolphthalein-Lösung zu Essig, …
n) … Essigsäure und, je nach Her- stellungsart, weiteren Inhalts- stoffen.
13) Essigessenz ent- hält …
14) Magnesiumacetat hat die Verhältnis- formel …
o) … Ethansäure. 15) Gibt man einige Tropfen Universa- lindikator zu Essig …