Versuch 26: Zucker reagiert mit Schwefelsäure - Einleitung

Konzentrierte Schwefelsäure (früher auch Vitriolöl) gehört zu den unangenehmen Vertretern im Chemielabor. Die auch Dihydrogensulfat genannte Säure ist in konzentrierter Form eine ölige Flüssigkeit und eine sehr starke Säure, die besonders gut mit organischem Material reagiert und dazu stark hygroskopisch (Wasser ziehend) wirkt.

Kleidung oder die Haut selber sind so potentielle Quellen für ungewollte chemische Experimente mit der Schwefelsäure. Eine Geschichte aus dem Chemielabor: “Ein Tag nach dem Ansetzen von Säuren im Labor, auf dem Weg durch die Innenstadt, fiel mir ein kleines Loch in meiner Hose auf. Die Verwunderung wie dieses Loch entstanden war wurde mit dem Wachstum des Loches immer kleiner. Zu Hause angekommen hatte das Loch inzwischen einen Durchmesser von 2 cm und ich eine Hose weniger.“

Ein einziger Tropfen Schwefelsäure aus einer Pipette war der Auslöser und die Luftfeuchtigkeit beim Gang durch die Stadt unterstützte den Vorgang der Verteilung im Stoff und dessen Strukturzersetzung. Nicht nur deshalb waschen Chemiker und Laboranten gebrauchte Laborkittel nicht in der Waschmaschine. Oft verschwinden die verunreinigten Kittel beim Waschen teilweise in der Abwasserleitung.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Im Abzug arbeiten! Ätzend Neutralisieren! In den Abfall geben.

Chemikalien

  • 70g Zucker
  • konz. Schwefelsäure (96%)

Materialien

  • Becherglas 300 ml
  • Becherglas 50ml
  • Pipette 50 ml

Durchführung

Man befüllt das Becherglas mit 70g handelsüblichem Kristallzucker und gibt anschließend 10mL Wasser hinzu. Jetzt gibt man 50mL konzentrierte Schwefelsäure in das Becherglas.

Entsorgung

Nach Ende der Reaktion wird das Produkt mit einer Lauge neutralisiert und gefiltert. Feste Rückstände können dann in den Abfall gegeben werden. Flüssige Rückstände werden in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

Nach der Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure beginnt diese langsam mit dem wässrigen Zucker unter Gasbildung zu reagieren. Zunächst verfärbt sich der Zucker an einigen Stellen von braun zu schwarz, bis letztendlich der ganze Zucker eine schwarze Farbe annimmt. Am Ende des Versuches ist eine deutliche Volumenzunahme sichtbar.

Wasser beschleunigt den Verlauf der Reaktion katalytisch. Die konzentrierte Schwefelsäure ist neben ihrer starken Säurewirkung auch stark hygroskopisch. Sie zieht sehr stark Wasser an, wodurch sie in einigen Fällen sogar Wasser aus Molekülen „herausziehen“ kann.

Gerade der Zucker, ein Kohlenwasserstoff mit einem Wasserstoff/Sauerstoff Verhältnis von 2:1 im Molekül, wird von der Schwefelsäure stark entwässert. Es bleibt dabei schwarzer Kohlenstoff übrig.

C12H22O11(s) + H2SO4(l) → 11H2O(g) + 12C(s) + H2SO4(l)

Die Reaktion ist zum einen also auf den hygroskopischen Charakter, zum anderen aber auch auf Redoxvorgänge zurück zu führen. Bei der Reaktion von Kohlenstoffatomen aus dem Zuckermolekül mit der Schwefelsäure entstehen schweflige Säure und CO2.

Oxidation: C + 6H2O → CO2 + 4H3O+ + 4e-

Reduktion: H2SO4 + 2H3O+ + 2e- → H2SO3 + 3H2O

Gesamt: C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2SO3

Die schweflige Säure zerfällt ihrerseits in Schwefeldioxid und Wasser.

H2SO3 → SO2 + H2O

Die entstehenden Gase, wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Schwefeldioxid, treiben die Masse in die Höhe.

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Hinweise

Bei dem Versuch entsteht reizendes Schwefeldioxid. Der Versuch muss in einem Abzug durchgeführt werden.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Zucker reagiert mit Schwefelsäure

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NEU

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