Experiment: Eigenschaften eines anionischen Tensids
Sicherheitshinweis: Natronlauge und Salzsäure sind ätzend! Calciumchlorid ist reizend. Schutzkleidung und Schutzbrille tragen!
Materialien: Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, Pipette, Uhrglasschale, Erlenmeyerkolben
Chemikalien: Tensid (z.B. Waschmittel oder Flüssigseife), Wasser, Universalindikator, Salzsäure, Natronlauge, Öl, Kochsalz, Calciumchlorid
Durchführung: Reaktionsverhalten in Wasser. Etwas Waschmittel in ein wenig Wasser lösen, pH-Wert ermitteln.
Reaktion mit Säuren und Basen. Erneut Tensid in Wasser lösen, zu einer Probe Salzsäure, zu einer anderen Natriumhydroxid zugeben und Veränderungen beobachten. Gegebenfalls pH-Wert ermitteln.
Benetzende Wirkung. Circa 5 ml Wasser auf eine Uhrglasschale geben, darauf eine Büroklammer o.ä. zum "Schwimmen" bringen. Flüssiges Tensid hinzugeben.
Emulgierverhalten. In zwei Erlenmeyerkolben Öl und Wasser geben. In einen der Kolben zusätzlich Tensid hinzugeben. Beide Kolben schütteln.
Wasserhärteempfindlichkeit. Calciumchlorid in Wasser lösen, Tensid dazugeben.
Aussalzen. Mit Natriumchlorid eine gesättigte Lösung herstellen, Tensid dazugeben.
Beobachtung: Reaktionsverhalten in Wasser. Das Tensid reagiert in Wasser basisch.
Reaktion mit Säuren und Basen. Bei Säurezugabe fällt ein weiß-grauer Niederschlag aus, bei Basezugabe geschieht nichts.
Benetzende Wirkung. Bei Zugabe eines Tensids sinkt die Büroklammer zu Boden.
Emulgierverhalten. Im Reagenzglas ohne Tensid setzt sich das Öl nach kurzer Zeit wieder an der Wasseroberfläche ab, im Reagenzglas mit Tensid bildet sich jedoch eine dauerhafte Emulsion.
Wasserhärteempfindlichkeit. Bei Zugabe von Calciumionen fällt ein weißer, nicht löslicher Niederschlag aus.
Aussalzen. In einer gesättigten Lösung fällt ein weißer Niederschlag aus, welcher bei Wasserzugabe jedoch wieder verschwindet.
Auswertung: Da es sich um ein anionisches Tensid handelt, enthält es mindestens eine Carboxylatgruppe (—COO-), die für viele der vorangehenden Beobachtungen verantwortlich ist. Mit Wasser z.B. reagiert ein geringer Teil des Tensids zu Fettsäuren und Hydroxidionen, welche die leicht basische Reaktion ausmachen:
R—COO- + H2O ⇋ R—COOH + OH-
Durch Basezugabe wird dieses Gleichgewicht entsprechend auf die Seite der Ausgangsprodukte verschoben, weshalb keine Reaktion festgestellt werden kann. Wird jedoch Säure hinzugegeben, verlagert sich das Gleichgewicht auf die Seite der Reaktionsprodukte, weil die Hydroxidionen aus dem Gleichgewicht entzogen werden. Hierbei kann aufgrund einer sehr geringen Rückreaktion von einem vollständigen Stoffumsatz ausgegangen werden.
R—COO- + H3O+ → R—COOH + H2O
Die nicht-wasserlöslichen Fettsäuren bilden einen weiß-grauen Niederschlag, welcher auch für das Vergrauen von Wäsche verantwortlich gemacht werden kann.
Die Wasserhärteempfindlichkeit von anionischen Tensiden lässt sich ebenfalls anhand der Carboxylatgruppe erklären:
2 R—COO- + Ca2+ → (R—COO)2Ca
Es bildet sich ein schwerlösliches Calciumsalz. Ähnlich verhält es sich bei Zugabe einer gesättigten Kochsalzlösung, jedoch ist dieser Prozess reversibel. Die etwas schlechtere Löslichkeit des organischen Salzes gegenüber dem Kochsalz führt hier dazu, dass es anstelle des Kochsalzes ausfällt.
Die benetzende Wirkung des Tensids und das Emulgierverhalten haben hingegen mit dem gesamten Aufbau eines Tensidmoleküls zu tun. Hier spielen die hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften eine Rolle. Die Oberflächenspannung des Wassers wird durch das Tensid – wie im Kapitel über Seifenmoleküle beschrieben – heruntergesetzt, sodass die Büroklammer plötzlich durch die Oberfläche des Wassers "hindurchfällt". Ebenso wird das Öl im Wasser durch die Grenzflächenaktivität des Tensids im Wasser emulgiert.