Zur Orientierung
In unseren Gäransätzen kommt der Prozess der alkoholischen Gärung durch die Hefe nach einiger Zeit zum Erliegen. Ich habe gelesen, dass die Hefezellen bei einem zu hohen Alkoholgehalt in der Umgebung sterben. Wie also gelingt es, alkoholische Getränke mit einem deutlich höheren Alkoholgehalt herzustellen?
Dafür gibt es ein lang bekanntes Trennverfahren: Die Destillation.
Wo stehen wir?
Unser AO1
Aufgaben
- Führen Sie die Destillation gemäß V1 durch.
- Erklären Sie basierend auf M2 Abb. 4, warum man beim Aufheizen erwarten sollte, dass die Temperatur des Gemisches zunächst nicht über 78°C ansteigen und man bei der Destillation Ethanol mit einer Reinheit von 100% erhalten sollte.
- Betrachten Sie dann ihre Werte und das Diagramm aus einem Hobbyratgeber in M2 Abb. 5. Benennen Sie den Unterschied zwischen dem realen Siedetemperaturverlauf und dem erwarteten.
- Erarbeiten Sie sich schrittweise das Siedediagramm in M2 Galerie 1 und beschreiben Sie, was bei der Destillation des Stoffgemisch tatsächlich geschieht.
- Erklären Sie das Ansteigen der Siedetemperatur mit zunehmender Brenndauer und begründen Sie, warum der Hobbyratgeber empfiehlt, den so genannten Nachlauf zu verwerfen.
- Belegen Sie die Aussage in der Sprechblase in M2 mit Hilfe des Siedediagramms Galerie 1.
Versuch
Materialien
- Schutzbrille
-
Stativmaterial
- Basis, Stange, Klemme und Muffe
- Liebigkühler mit Destillationsbrücke
- 2 Schläuche
-
1 Rundkolben
- Passend zum Heizpilz
- 5 Siedesteinchen
- Schliffklemmen
-
Becherglas 50 mL
- Zum Filtrieren und zum Auffangen des Destillats
- Trichter mit Filterpapier
- Heizpilz
- Thermometer
Chemikalien
- Gäransatz
- Leitungswasser zur Kühlung
- Schlifffett
Weiteres
Schematischer Aufbau einer Destillationsapparatur.
Durchführung
- Den Gäransatz dekantieren, filtrieren und ca. 50 mL in den Rundkolben füllen.
- Apparatur an einem Stativ befestigen.
- Alle Schliffe dünn einfetten und mit Schliffklemmen sichern.
- Auf einen korrekten Wasseranschluss achten.
- Den Wasserhahn öffnen, sodass ein kontinuierlicher, jedoch schwacher Wasserstrom durch den Liebigkühler bzw. die Destillationsbrücke fließt.
- Die Destillationsapparatur von der Lehrperson überprüfen lassen.
- Für Lüftung sorgen. Heizpilz einschalten. Alle zwei Minuten tabellarisch die Temperatur ablesen und weitere Beobachtungen notieren (siehe Vorlage in der Beobachtung).
- Heizpilz ausschalten, sobald erstmalig Destillat in das Auffanggefäß tröpfelt.
- Die Destillation ist beendet, sobald kein Destillat mehr übertritt.
Vorlage zur Beobachtung
Anregung zur Dokumentation der Beobachtungen.
Aufräumen
- Das Destillat wird am Lehrerpult gesammelt.
- Alle Glasgefäße abkühlen lassen, spülen, Schliffe entfetten und die Geräte an ihren Ursprungsort zurückstellen.
Weitergehende Gedanken und Messergebnisse
Wie sollte ein Siedediagramm aussehen?
Schauen wir uns zunächst an, bei welchen Temperaturen die Reinstoffe Ethanol und Wasser sieden.
2 Bilder1
Auszug aus einem Hobbyratgeber
In einem Auszug aus einem Hobbyratgeber findet sich ein realer Siedetemperaturverlauf.
Informationen aus einem Hobbyratgeber2
Der sogenannte Nachlauf bei der Destillation von Weinbränden bezeichnet im Übrigen den Teil des Destillats, der bei höheren Temperaturen entsteht und nicht mehr zur Herstellung dieser Brände verwendet wird sondern „verworfen“ wird.
Siedediagramm eines Ethanol-Wasser-Gemisches
Ein kommentiertes Siedediagramm.3
Was ist hier wichtig?
- Die untere Linie zeigt, bei welcher Temperatur und Zusammensetzung das Gemisch aus Ethanol und Wasser zu sieden beginnt. Die obere Linie markiert das Einsetzen der Kondensation.
- Zwischen den beiden Kurven liegt der Temperaturbereich, in dem Flüssigkeit und Dampf gleichzeitig vorhanden sind. Über der oberen Kurve liegt nur noch Dampf vor, unter der unteren Kurve nur noch Flüssigkeit.
- Die Zusammensetzung von Dampf und Flüssigkeit unterscheidet sich. Im Dampf befindet sich meist ein höherer Anteil des leichter flüchtigen Stoffes (Ethanol) als in der Flüssigkeit – das ist das Grundprinzip der Destillation.
- Das Azeotrop ist der Punkt, an dem sich die Zusammensetzungen von Dampf und Flüssigkeit angleichen und eine weitere Trennung durch Destillation nicht mehr möglich ist.
Obwohl die Siedetemperaturen von reinem Wasser und reinem Ethanol mehr als 20° auseinander liegen, lässt sich mit einer Destillation aus dem Filtrat kein vollständig wasserfreier Alkohol erhalten.
Weitergedacht
- „Weinbrand, Brandy, Branntwein“: Stellen Sie die Gemeinsamkeit in den Worten heraus. Recherchieren Sie ggf. schnell deren exakte Bedeutung.
- Leiten Sie aus Galerie 1 in M2 ab, wie hoch der Ethanolgehalt ihres Destillats sein sollte.