Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name _____________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse zum Thema Entkalker

 
Es werden drei handelsübliche Entkalker untersucht: Sidol, AS-Entkalker und AS-Kalkreiniger. Dazu werden folgende Versuche unternommen:
1. Wirkung der Entkalker auf Kalkstein
2. Untersuchung der Wirksamkeit der verschiedenen Entkalker
3. Bestimmung des Feststoffgehalts
4. Bestimmung der Dichte
5. Aufnahme von Titrationskurven verschiedener Entkalker mit Natronlauge

Ergebnisse:
1. Wirkung der Entkalker auf Kalkstein
Eine kleine Menge eines flüssigen Entkalkers wird auf einen Kalkstein getropft. Es entwickelt sich ein Gas, vermutet wird Kohlenstoffdioxid-Gas CO2 (g). Die verschiedenen Entkalker zeigen unterschiedliche Heftigkeit, mit der das Gas entsteht. „Heftigkeit" fasst Reaktionsgeschwindigkeit und Menge des entstehenden Gases zusammen. Um diese Unterschiede quantitativ zu erfassen, wird Versuch 2 unternommen:

2. Untersuchung der Wirksamkeit der verschiedenen Entkalker

Calciumcarbonat-Granulat der Korngröße ca. 2 mm im Überschuss reagiert mit einem bestimmten Volumen eines Entkalkers. Es werden Zeit-Volumen-Diagramme erstellt. Das entstehende Gas wird in einem Kolbenprober aufgefangen. Die unterschiedlichen Ausgangsvolumina der Entkalker werden danach auf ein einheitliches Volumen von 10 mL umgerechnet, entsprechend die CO2-Volumina.

Ergebnis: (siehe Tabelle)
Bekommt Sidol die Wirksamkeit 1, dann ist AS-Entkalker mehr als doppelt so wirksam und AS-Kalkreiniger nur ca. ein Drittel von Sidol.

Um die Unterschiede erklären zu können, wird der Feststoffgehalt (Versuch 3) und die Dichte (Versuch 4) bestimmt. Hintergrund ist die Vermutung, dass die unterschiedliche Wirksamkeit entweder durch unterschiedliche Mengen gleicher oder ähnlicher Entkalker-Substanz verursacht werden oder durch unterschiedliche Zusammensetzung, d.h. in den Entkalkern wirken verschiedene Stoffe.

Entkalker

Sidol

AS-Entkalker

AS-Kalkreiniger

MW V(CO2) [mL]*1

166,25

359,5

53,75

Molzahl n(CO2) [mol]*2

6,91*10-3

15,0*10-3

2,24*10-3

Wirksamkeitsvergleich

1

2,16

0,32

Anmerkung:
*1: Die Mittelwerte (MW) des CO2-Volumens beziehen sich auf 10 mL Entkalker-Flüssigkeit
*2: Die Molzahl n(CO2) bezieht sich auf ebenfalls auf 10 mL Entkalker-Flüssigkeit
Ergebnis:
Verglichen mit Sidol hat AS-Entkalker ca. 2/3 mehr Trockenmasse und AS-Kalkreiniger nur 2/5 von Sidol. Diese Zahlen passen gut zum Dichte-Vergleich: auf der Basis der besagten Annahme ist AS-Entkalker doppelt so konzentriert wie Sidol und AS-Kalkreiniger nur 2/5 von Sidol.
Da die oben formulierte Vermutung mit diesen beiden Versuchsergebnissen weder verifiziert noch falsifiziert werden kann, also damit keine befriedigende Antwort auf die Fragestellung gegeben werden kann, wird
Entkalker

Sidol

AS-Entkalker

AS-Kalkreiniger

Trockenmasse [g/L]

135,4

228,4

56,4

Dichte [g/mL]

1,0408

1,0878

1,0168

Vergleich mit Zucker-Lsg.*3

10%

21,52%

4,12/

Verhältnis Trockenmasse

1

1,687

0,41

*3: Der Dichte-Vergleich mit Zuckerlösung basiert auf der Annahme einer ähnlichen Zusammensetzung. Dabei dient Sidol als Ausgangsstoff.
Versuch 5: Aufnahme von Titrationskurven durchgeführt. Das Ergebnis ist in Abb. 1 enthalten.

Ergebnis: AS-Entkalker zeigt den höchsten Verbrauch an Lauge, danach Sidol und zuletzt AS-Kalkreiniger.

Die Kurvenverläufe mit jeweils nur einem Wendepunkt lassen darauf schließen, dass jeder Entkalker nur eine wirksame Substanz enthält, nicht jedoch mehrere. Grobgesagt enthält AS-Entkalker doppelt so viel wirksame Substanz (Säure) wie Sidol und AS-Kalkreiniger nur ca. 1/10 der von AS-Entkalker.

Aus der Abbildung werden mit Hilfe des Tangentenverfahrens die Äquivalenzpunkte ermittelt, bei denen die jeweilige Säure-Konzentration der Laugen-Konzentration in der titrierten Lösung entspricht. Alle Äquivalenzpunkte liegen im alkalischen (basischen) pH-Bereich, also handelt es sich bei den titrieren Säuren um schwache Säuren. Aus den ÄP werden die verbrauchten Mengen Lauge graphisch ermittelt (s. Tabelle).

Titrationskurven von drei Entkalkern
   

Auswertung:

 Am Äquivalenpunkt ist die Stoffmenge Säure gleich der Stoffmenge Lauge:                  n(S) = n(L)

Da die Konzentration c = n/V ist, also der Quotient aus Stoffmenge und Volumen, kann dieser Term umgeformt werden zu n = c*V. D.h. n(S) bzw. n(L) werden substituiert durch c(S)*V(S) bzw. c(L)*V(L):

Entkalker

Sidol

AS-Entkalker

AS-Kalkreiniger

ÄP (pH-Wert)

9,3

9,3

10

V(NaOH) [mL]

20,5

37,5

3,5

c(S) [mol/L]

2,05

3,75

0,35

Verhältnis

1

1,83

0,17

                        c(S)*V(S) = c(L)*V(L).
Da c(S) die gesuchte Größe ist und V(S) = 10 mL oder 0,01L, c(L) = 1 mol/L und V(L) das verbrauchte Volumen Lauge bei der Titration, kann c(S) durch entsprechende Umformung bestimmt werden. Da c*V = n und n = m/M ist, kann durch Gleichsetzung c*V = m/M entwickelt werden. Die entsprechende Umformung zu c*V*M = m ergibt die Masse (Stoffportion) der Substanz, die als Säure wirkt. Für M kann die Molare Masse der gängigen Säuren verwendet werden, die in Entkalkern wirksam sind, also Citronensäure, Amidosulfonsäure und Malonsäure. 

Die entsprechenden Formeln lauten: für Citronensäure: C6H8O7, für Amidosulfonsäure: H3SO3N und für Malonsäure: C3H4O4.Während die Citronensäure eine Tricarbonsäure ist, also eine organische Säure mit drei Säure (Carboxyl)-Gruppen, ist die Amidosulfonsäure eine anorganische Säure mit einer Säuregruppe und Malonsäure besitzt als organische Säure zwei Säuregruppen.Das bedeutet: ein Mol einer Tricarbonsäure verbraucht dreimal so viel Lauge wie eine Säure mit einer Säuregruppe.

Arbeitsaufträge:
1. Stelle die Strukturformeln für Citronensäure, Amidosulfonsäure und Malonsäure zusammen.
2. Berechne die Molare Masse M [g/mol] dieser drei Säuren.
3. Berechne die Stoffportion m aus m=c*V*M und Beachtung der Säurewertigkeit für diese drei Säuren.
4. Vergleiche die berechneten Stoffportionen m mit der Trockenmasse und formuliere eine Hypothese.
5. Entwickle eine Möglichkeit der Verifizierung oder Falsifizierung der Hypothese.
6. Welche weiteren organischen Säuren werden in Entkalkern verwendet?

update: 06.04.2017                                                                                                                                                                               zurück        zur Hauptseite