Versuch 91: Wirkung von starken Säuren und Laugen - Einleitung

Laugen und Säuren gelten vor allem in hoher Konzentration als stark ätzend. Chemielehrer, Schüler, Studenten oder Laborangestellte, die schon einmal einen Tropfen konzentrierte Schwefelsäure auf die Hose bekommen haben werden sicher unzählige Geschichten erzählen können, die dies bestätigen. Wenn nicht durch praktische Erfahrungen, dann durch die deutlichen Warnungen von Professoren, Vorgesetzten, Lehrern, Ausbildern oder Kollegen.

Das Experiment „Wirkung von Säuren und Laugen“ zeigt plastisch, was doch irgendwie jeden schon einmal interessiert hat. Wie ist die Wirkung von diesen Stoffen auf Körpergewebe? Hat Hollywood Recht, wenn Säuren Löcher in den Boden ätzen? Kann man ganze Gegenstände mit Säuren auflösen? Zeit also, wissenschaftlich zu erforschen welche Folgen sich bei der Einwirkung von konzentrierten Säuren und Laugen auf Fleisch oder Metall einstellen.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Im Abzug arbeiten! Schutzhandschuhe tragen! Ätzend Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln. Neutralisieren! In den Abfall geben.

Chemikalien

  • konz. Salzsäure
  • Natriumhydroxid
  • 2 Schweinepfoten
  • wasserfeste Armbanduhr

Materialien

  • 2 große Standzylinder
  • Stativmaterial
  • Uhr
  • 1 kleiner Standzylinder

Durchführung

Zur Vorbereitung des Versuchs bestellt man 2 Schweinepfoten beim Metzger und kauft eine günstige, wasserfeste Edelstahlarmbanduhr. In manchen Tabakläden bekommt man solche Uhren für ca. 10 Euro.

Man stellt im Labor konzentrierte Natronlauge (32%) her und stellt konzentrierte Salzsäure bereit. Die später benötigten Mengen variieren mit der Größe der verwendeten Standzylinder und der Größe der Schweinepfoten.

In die großen Standzylinder gibt man nun die Schweinpfoten und in den kleinen Standzylinder die Edelstahluhr. Die Zylinder werden im Abzug platziert. Wir haben zur besseren Veranschaulichung der Dauer eine Uhr mit Stativmaterial im Abzug befestigt.

Nun gibt man konzentrierte Salzsäure in den kleinen Standzylinder mit der Uhr und füllt einen der großen Standzylinder zur Hälfte mit Salzsäure. Den anderen großen Stanzylinder füllt man zur Hälfte mit der konzentrierten Natronlauge. Der Versuchsaufbau wird 1-2 Tage stehen gelassen und dabei beobachtet, wie die Reaktionen voranschreiten.

Entsorgung

Die Reste der Pfoten werden vorsichtig aus den Standzylinder gezogen. (Handschuhe benutzen!) Die Säuren und Laugenreste der großen Standzylinder werden neutralisiert und in den Ausguss gegeben. Im kleinen Standzylinder wird die Flüssigkeit dekantiert, die Uhrreste abgespült und in den Abfall gegeben. Die Lösung wird neutralisiert und in den Sammelbehälter für Schwermetalllösungen gegeben.

Ergebnisse

Im kleinen Zylinder färbt sich die Lösung zunehmend blau/grün und Blasen steigen auf. Am Ende des Versuchs ist die Uhr zerfallen und die Metallstücke dünn und brüchig. Die Natronlauge greift die Schweinepfote im großen Zylinder leicht an. Die Lösung trübt sich. Die Schweinepfote in konzentrierter Salzsäure löst sich komplett auf. Zurück bleiben eine dunkle Lösung und eine unförmige helle Maße.

Säuren reagieren mit Metallen, wie dem Eisen der Edelstahluhr unter Bildung von Metallsalzen und Wasserstoff.

Reduktion: 2H3O+ + 2e- → H2 + 2H2O

Oxidation: Fe → Fe2+ + 2e-

Gesamt: 2H3O+ + Fe → H2(g) + Fe2+(aq) + 2H2O

Neben Eisen sind in der Edelstahluhr weitere Metalle, wie z.B. Chrom, vorhanden, deren Ionen für die Färbung der Lösung verantwortlich sind.

Die Reaktionen der Säure und Lauge mit der Schweinepfote sind vielseitig. Einige mögliche Reaktionen haben wir im Folgenden aufgelistet:

Die Zellen im Körper sind überwiegend aus Proteinen aufgebaut, die durch die Säure denaturiert werden. Das heißt, sie ändern ihre Struktur, die räumliche Anordnung, unwiederbringlich. Dabei werden die größeren Zellstrukturen, die aus Proteinen aufgebaut sind zerstört. Enzymatische Vorgänge laufen, wenn überhaupt, nun unkoordiniert und nicht mehr voneinander getrennt ab, so dass der Zersetzungsprozess auch vom Körper selber gefördert wird.

Die starke Konzentration an Säure führt weiterhin dazu, dass Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren der Proteine aufbrechen (Hydrolyse) und so die Proteine weiter abgebaut werden. Knochen weitgehend bestehen aus Carbonaten und Proteinen. Proteine werden, wie oben beschrieben zersetzt und Carbonate wandeln sich in Anwesenheit einer stärkeren Säure zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Am Ende des Zersetzungsprozesses bleibt lediglich Fett über, das auf der Lösung schwimmt.

Die Lauge reagiert unscheinbarer mit der Schweinepfote, dennoch ist zu erkennen, dass die Pfote angegriffen aussieht. Die starke Natronlauge neutralisiert zuerst den natürlichen Säureschutzmantel und verseift dann zunächst Fette auf und nahe unter der Haut. Die entstehende Seifenschicht schirmt die Pfote teilweise vor weiterer Lauge ab. Einige Proteine werden ebenfalls von der Lauge hydrolysiert (zersetzt). Dieser Prozess läuft aber in der Regel, obwohl er irreversibel ist, deutlich langsamer ab, als in Säuren.

So harmlos die Lauge nun im Gegensatz zur Säure erscheint, sie ist es nicht. Schon wenige Tropfen stark verdünnter Natronlauge auf der Hornhaut des Auges können zur Erblindung führen! In vielen Fällen ist das Resultat einer Verätzung mit Laugen schwerwiegender, als das einer Verätzung mit einer Säure. Bei einem (Labor-)Unfall ist sie nur schwer durch Wasser abzuwaschen, da das verätzte Gewebe eine seifige Konsistenz annimmt.

Da Säuren und Laugen uns auch in konzentrierter Form im Haushalt (Essigessenz, Rohrreiniger, usw.) begegnen sollten wir auch dort im Umgang mit ihnen genau auf die Vorgaben der Verpackung achten!

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Hinweise

Konzentrierte Salzsäure bildet ätzendes Chlorwasserstoffgas. Der Versuch sollte deshalb in einem Abzug durchgeführt werden.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Wirkung von starken Säuren und Laugen

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NEU

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