Säuren – Funktion und Konzentration

Säuren, Wirkung von Schwefelsäure, Aufgabe
Topfschwamm zerstört in konzentrierter Schwefelsäure, © Bernhard Sieve
aufgabe
Bernhard Sieve
Klassen- bzw. Kursstufe: Sek. II
Themenbereich: Säure-Base-Reak-tionen; Funktionalisierung durch Auswahl und Konzentration von sauren Lösungen und Säuren
Kompetenzbereiche: Säure-Base-Konzept, Erkenntnisgewinnung, Bewerten
Material/Methode: Aufgaben und Demonstrationsexperiment.
Im Beitrag werden materialgebundene Aufgaben vorgestellt, in denen der unterschiedliche Einfluss verschiedener Säuren in Abhängigkeit von der Säurestärke sowie der Konzentration der sauren Lösung bei technischen Prozessen deutlich wird. Die Aufgaben dienen der Differenzierung und Festigung des Säure-Base-Konzepts nach Brönsted sowie von Gleichgewichtsbetrachtungen unter gleichzeitiger Anbindung an industrielle und alltagsweltliche Zugänge.
Schülermaterial
Säuren und saure Lösungen haben in nahezu allen Bereichen von Alltag und Technik eine Bedeutung sei es als saure Reiniger gegen Kalkablagerungen im Haushalt, zum Würzen oder Konservieren von Lebensmitteln, im Blei-Akku von Fahrzeugen oder bei der Metallgewinnung und -verarbeitung. Die gewählte Säure bzw. die saure Lösung, mehr aber noch deren Konzentration bedingen die jeweilige Anwendung, weshalb man in der Industrie so bedacht auf die Auswahl der geeigneten Säure sowie die genaue Prozessführung bei der Zugabe von sauren und auch alkalischen Lösungen ist. So können geringe Mengen an Säure eine Polyreaktion starten und einen Kunststoff entstehen lassen; zu starke oder auch zu stark konzentrierte Säuren zerstören jedoch den Kunststoff.
Die Funktionalisierung von Säuren und sauren Lösungen durch Auswahl einer geeigneten Säure und Einstellung einer geeigneten Konzentration wird an den hier vorgestellten Beispielen aus Alltag und Technik deutlich.
Kasten 1: Der Kalkfleck muss weg, aber wie?
Kasten 1: Der Kalkfleck muss weg, aber wie?
Familie Reinlich ist stolz auf ihr neues Bad echte Marmorfliesen. Das war zwar teuer, doch sieht es schick aus. Unschön ist nur, dass das harte Wasser so lästige Kalkflecken hinterlässt. Kalkflecken und Zementschleier entfernt man auf dem Bau mit Säure, meinte Herr Reinlich. Er dachte „Viel hilft viel und verwendete Essig-Essenz. Anstatt, dass das Bad jedoch in neuem Glanz erstrahlte, wurde der Marmor noch matter. Besonders dort, wo er die Essig-Essenz länger hatte einwirken lassen, zeigten sich matte Flecken und sogar leichte Vertiefungen im Marmor. Was also tun?
Aufgaben
1.1Erklären Sie, was Herr Reinlich falsch gemacht hat. Stellen Sie dazu auch die Reaktionsgleichung für die ablaufende Reaktion auf (M1, M2).
1.2 Beurteilen Sie die in M3 dargestellten Reiniger auf ihre Eignung zur Entfernung von Kalkflecken auf Marmorfliesen und geben Sie diesbezüglich Herrn Reinlich einen begründeten Rat. Diskutieren Sie in dem Zusammenhang, ob auch schon das reine Verdünnen der Essig-Essenz Sinn gemacht hätte.
1.3 Erklären Sie, inwiefern hier eine Funktionalisierung von Säuren durch die Auswahl der Säure und die Konzentration der Säure vorliegt.
Kasten 2: Säuren für Kunststoffe mal aufbauend, mal zerstörend
Kasten 2: Säuren für Kunststoffe mal aufbauend, mal zerstörend
Säuren spielen bei der Bildung von Kunststoffen eine Rolle. Ein Beispiel ist die kationische Polymerisation von Styrol zu Polystyrol (PS) (M4). Doch Säuren können auch Kunststoffe zerstören, beispielsweise einen Topfschwamm aus Polyurethanschaum (PUR) (M5).
Aufgaben
2.1 vvBeschreiben Sie den Mechanismus der kationischen Polymerisation von Styrol zu Polystyrol unter sachgerechter Anwendung der Fachsprache (M4) und erläutern Sie daran die Funktion der zugesetzten Säure. Stellen Sie auch die Reaktionsgleichung für eine mögliche Abbruchreaktion auf.
2.2 Erklären Sie, weshalb Fluoroschwefelsäure eine stärkere Brönsted-Säure ist als Schwefelsäure.
2.3 Erläutern Sie, warum konzentrierte Schwefelsäure in der Lage ist, einen Topfschwamm aus PUR zu zersetzen, eine Petrischale aus Polystyrol nicht (M5 bis M7).
2.4 Erklären...
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aus: Unterricht Chemie Nr. 164 / 2018

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