Warum und welche stoffe sorgen dafür, daß eine flüssigkeit sprudelt?
Brauche eine erklärung, was da auf molekularer ebene passiert also bitte mir jetzt nicht nur eine reaktionsgleichung hinschreiben :D
2 Antworten
Moin,
"Sprudeln" bedeutet immer, dass bei einer chemischen Reaktion ein gasförmiger Stoff entsteht, der ein flüssiges Reaktionsumfeld verlässt (aufsteigt) und dabei Schaum oder Sprudelblasen bildet.
In kohlesäurehaltigen Flüssigkeiten (Cola, Fanta, Sprite, Mineralwasser) ist es Kohlenstoffdioxid, das dabei entsteht und ausperlt. Das liegt daran, dass Kohlensäure (H2CO3) ein instabiles Molekül ist. Ein Herr Erlenmeyer (ja, genau der Typ, der auch den gleichnamigen Kolben erfunden hat) fand einst heraus, dass Substanzen, in denen zwei Hydroxygruppen (–OH) an ein und dasselbe Kohlenstoffatom gebunden sind, nicht stabil sind und unter Abspaltung von Wasser zerfallen. Gemäß dieser Erlenmeyer-Regel zerfällt daher auch Kohlensäure unter Abspaltung von Wasser (wobei außerdem gasförmiges Kohlenstoffdioxid entsteht, das als Gasblasen aufsteigt und das Reaktionsgemisch auf diese Weise verlässt):
H2CO3 (aq) ------><-- H2O (l) + CO2 (g)
In Wasser gelöste (aq) Kohlensäure zerfällt in flüssiges (l) Wasser und gasförmiges (g) Kohlenstoffdioxid.
Du kannst diesen Vorgang auch umkehren (deshalb der Rückpfeil "<--"). Das passiert zum Beispiel in Maschinen wie einem "Sodaclub", "Wassermax" oder wie sie alle heißen. Dort schraubt man eine mit Leitungswasser gefüllte Flasche in ein Gewinde ein und drückt dann auf einen Knopf, der dafür sorgt, dass CO2-Gas aus einer Gaspatrone mit hohem Druck ins Wasser geleitet wird. Das eingeleitete Gas reagiert dabei teilweise mit dem Wasser zu Kohlensäure. Diese ist jedoch - wie gesagt - nicht stabil (Erlenmeyer-Regel) und zerfällt wieder in Wasser und Kohlenstoffdioxid, was dann beim Trinken dieses prickelnde Gefühl ergibt.
Eine andere Reaktion, bei der wieder Kohlenstoffdioxidgas freigesetzt wird, ist das Zerfallen von Carbonaten, wenn sie mit Säuren in Verbindung kommen. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn du Brausetabletten in Wasser auflöst (auch dabei bildet sich Schaum, weil es heftig sprudelt). Im Prinzip ist das letztlich ein ähnlicher Vorgang wie bei der Kohlensäure, nur dass hier in einem "Vorschritt" die Kohlensäure erst gebildet werden muss.
Auf diese Weise funktionieren Backpulver, Brausepulver, Mineraltabletten... Solche Stoffgemische beinhalten feste Hydrogencarbonate oder Carbonate und Säuerungsmittel wie feste Zitronen- oder Weinsäure. Bringt man dieses Gemisch nun mit Wasser zusammen, geben die Säuren Protonen an das Hydrogencarbonat oder Carbonat ab, wobei Kohlensäure entsteht, die gemäß der Erlenmeyer-Regel instabil ist und in Wasser und Kohlenstoffdioxid zerfällt.
Beispiel Backpulver
1. Schritt:
2 NaHCO3 (s) + C4H6O6 (s) + H2O (l) ---> 2 Na^+ (aq) + C4H4O6^2– (aq) + H2CO3 (aq)
Festes Natriumhydrogencarbonat und feste Weinsäure und flüssiges Wasser reagieren zu in Wasser gelöstem Natriumtartrat und Kohlensäure.
2. Schritt:
H2CO3 (aq) ---> H2O (l) + CO2 (g)
In Wasser gelöste Kohlensäure zerfällt in flüssiges Wasser und gasförmiges Kohlenstoffdioxid.
Beispiel Calciumtablette
1. Schritt:
3 CaCO3 (s) + 2 C6H8O7 (s) + 3 H2O (l) ---> 3 Ca^2+ (aq) + 2 C6H5O7^3– (aq) + 3 H2CO3 (aq)
Festes Calciumcarbonat und feste Zitronensäure und Wasser reagieren zu in Wasser gelöstem Calciumcitrat und Kohlensäure.
2. Schritt:
H2CO3 (aq) ---> H2O (l) + CO2 (g)
In Wasser gelöste Kohlensäure zerfällt in flüssiges Wasser und gasförmiges Kohlenstoffdioxid.
Soviel zu den Kohlenstoffdioxid bildenden "Sprudelstoffen".
Es gibt aber noch andere Gase, die bei Reaktionen entstehen können. Wenn du zum Beispiel festes Calcium mit Wasser übergießt, setzt auch augenblicklich eine heftige Gasentwicklung ein, die zu einer kurzzeitig sprudelnden Flüssigkeit führt. Das kommt daher, dass elementares Calcium ein sehr unedles Metall ist. Es ist so unedel, dass sogar reines Wasser darauf wie eine "Säure" wirkt. Und immer wenn Säuren mit unedlen Metallen zusammen treffen, bildet sich ein Metallhydroxid und gasförmiger (elementarer) Wasserstoff. Der Wasserstoff perlt aus der Flüssigkeit aus, es bildet sich Schaum, die Flüssigkeit "sprudelt".
Ca (s) + 2 H2O (l) ---> Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)
Festes Calcium und flüssiges Wasser reagieren zu in Wasser gelöstem Calciumhydroxid und gasförmigem Wasserstoff.
Und so gibt es noch ein paar mehr Möglichkeiten, wie es durch die Reaktionen verschiedener Ausgangsstoffe zur Bildung diverser Gase kommt, die dann ausperlen und eine sprudelnde Flüssigkeit ergeben (zum Beispiel Salzsäure und Kaliumpermanganat führt zur "sprudelnden" Ausperlen von hochgiftigem Chlorgas...). Aber ich gehe einmal davon aus, dass eure Lehrkraft auf das oben stehende Beispiel mit kohlensäurehaltigen Getränken hinaus wollte, weshalb ich die Erklärung von weiteren Möglichkeiten uns beiden jetzt mal erspare...
LG von der Waterkant
Das Kohlendioxid entsteht aber nicht aus Kohlensäure, weil Kohlensäure im Gleichgewicht nur zu ca. 1 % vorliegt.
Deswegen wird auch keine Kohlensäure zugesetzt, sondern Kohlendioxid. In diesem Fall wohl eher eingepresst.
Etwas anders sieht es aus, wenn eine Lösung von Hydrogencarbonat angesäuert wird. Dann entsteht Kohlendioxid über das Zwischenprodukt Kohlensäure.
Sprudel bedeutet, dass Gas aus einer Flüssigkeit entweicht.
Woher das Gas kommt, kann sehr unterschiedlich sein.
Beim Sieden von Wasser sprudelt es ja auch - da ist in den Gasblasen gasförmiges Wasser drin (Wasserdampf)
Bei Brausepulver entsteht ein Gas bei der chemischen Reaktion des Pulvers mit Wasser (es entsteht Kohlenstoffdioxid)
Und wenn du genau hinschaust, entstehen winzige Gasbläschen, wenn du Wasser erwärmst - das ist einfach Luft, die vorher im Wasser gelöst war - die entweicht bei hohen Temperaturen.