Einmal-Alkohol-Prüftest-Röhrchen?
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Im Internet kann man sogenannte Einweg-Alkoholtester für europäische Länder mit 0,5-Promille-Grenze kaufen. Das sind kleine Teströhrchen, in die man reinpustet. Kannst Du mir dieses empfehlen?
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Du bist doch unter 21? Dann gilt für dich so und so: 0,0 Promille. Alkohol und Autofahren schließen sich aus!
Ich kann dir auf jeden Fall erklären, wie sie funktionieren. Dann kannst Du selbst entscheiden, ob du sie verwenden möchtest.
Aufgaben
- Bereiten Sie einen Kurzvortrag vor, in welchem Sie die Funktionsweise eines Alkoholtestprüfröhrchens vorstellen. Gehen Sie unter anderem auf die folgenden Punkte ein:
- Wie (sicher) wird das Alkoholtestprüfröhrchen angewandt?
- In welcher Form zeigt das Prüfröhrchen den Alkoholgehalt an?
- Welche chemische Reaktion findet im Prüfteströhrchen statt? Welcher Reaktionsteilnehmer wird hierbei oxidiert, welcher reduziert?
- Beurteilen Sie für sich, ob Sie ein derartiges Prüfröhrchen ihren Freunden oder Freundinnen zur Verwendung empfehlen möchten.
Anregungen zu 1c
Befolge Schritt für Schritt die nachfolgenden Punkte und vergleiche dann mit der Musterlösung. Sollte es Dir nicht eigenmächtig gelingen, die Aufgabe zu bearbeiten, vollziehe die Musterlösung nach und bereite dich darauf vor, diese zu erläutern.
- Nimm dir die Reaktionsgleichung in Abb. 2 vor und bestimme die Oxidationszahlen aller Atome, sowohl in den Edukten als auch in den Produkten.
- Vergleiche die Oxidationszahlen der Edukte mit den Oxidationszahlen der Produkte. Es muss an zwei Stellen eine Änderung der Oxidationszahl erkennbar sein. Einmal eine Erhöhung der Oxidationszahl (= Oxidation) und einmal eine Erniedrigung der Oxidationszahl (= Reduktion)
- Ergänze die Reaktionsgleichung mit beschrifteten Pfeilen, die eine Oxidation und Reduktion kennzeichnen und gebe die Anzahl der übertragenen Elektronen an.
Hintergrundinformationen zu den Prüfröhrchen
Verschiedene Ausführungen ...
Mit einem Alkohol-Prüfröhrchen lässt sich angeblich schnell und einfach der Atemalkoholgehalt ermitteln. Die Prüfröhrchen sind nur für den privaten Gebrauch gedacht, um zu entscheiden, ob man noch fahrtüchtig ist. Die in den Röhrchen ablaufende chemische Reaktion lässt allerdings nur eine Schätzung des Atemluft-Alkoholgehalts zu. Die ermittelten Messergebnisse sind nicht rechtsverbindlich.
Der eigentliche Tester besteht immer aus einem Glasrohr, in dem eine gelbe Substanz (Kaliumdichromat) enthalten ist.
Manche Teströhrchen werden mit Beutel verkauft. Bei diesen soll man den Beutel maximal mit der Ausatemluft befüllen und den Inhalt dann durch das Röhrchen drücken. So soll sicher gestellt werden, dass eine genormte Menge Ausatemluft durch das Glasröhrchen strömt.
Typische Alkoholprüfröhrchen in zwei Ausführungen.1
... ein wichtiger aber gefährlicher Inhaltsstoff
In den Teströhrchen befindet sich neben geringen Mengen an Schwefelsäure vor allem kristallines Kaliumdichromat (K2Cr2O7). Kaliumdichromat enthält Chrom-Ionen in der Oxidationsstufe +VI (Cr6+) und gehört zu den besonders gefährlichen Chemikalien. Chrom(VI)-Verbindungen sind giftig, krebserregend und umweltgefährlich und dürfen deshalb nicht im Schülerexperiment verwendet werden. Im Einmal-Alkoholtester liegt Kaliumdichromat zwar nur in sehr kleinen Mengen, fest gebunden in einem Trägermaterial und vollständig gekapselt vor. Ein direkter Kontakt mit Haut oder Schleimhäuten muss aber durch sachgemäße Verwendung und Entsorgung sichergestellt werden.
Funktionsprinzip
Die Menge an gelbem Kaliumdichromat (K2Cr2O7), die zu einem grünem Salz mit Chrom(III) -Ionen (Cr3+) reduziert wird, soll quantitativ den Alkoholgehalt in der ausgeatmeten Luft anzuzeigen.
Der Rückschluss auf den wirklichen Blutalkoholgehalt ist bedingt sicher. Zum Beispiel wird der maximale Alkoholgehalt in der Regel erst eine Stunde nach der letzten Einnahme erreicht.
Mögliche Prüfergebnisse. Oben: Prüfergebnis zeigt Alkoholgehalt in der Ausatemluft (und damit vermutlich im Blut) unter der gesetzlichen Grenze. Unten: Alkoholgehalt vermutlich über der gesetzlichen Grenze.2
Bleibt die Verfärbung unterhalb der schwarzen Markierungslinie, dann hat die Testperson wahrscheinlich weniger als 0,5 Promille Alkohol im Blut. Liegt der Alkoholgehalt im Bereich der Markierungslinie (z.B. knapp unterhalb), so ist eine eindeutige Aussage bezüglich der Promillegrenze schwierig. Liegt die Front der Grünfärbung über der schwarzen Markierungslinie wird dazu geraten, das Fahrzeug unbedingt stehenzulassen.
zugrundeliegende Reaktionsgleichung
Gelbes Kaliumdichromat reagiert zu grünem Chromsulfat.2
Weitergedacht
- Prüfen Sie die Stichhaltigkeit der Behauptung, Alkoholtestprüfröhrchen zeigen fälschlicherweise eine Alkoholisierung an, wenn man zuvor Menthol-haltige Zigaretten oder Pfefferminzbonbons konsumiert hat.
- Lesen Sie dazu auch die Anregungen.
Anregungen mit einer realitischen Einschätzung
Menthol ist chemisch ein sekundärer Alkohol und kann daher grundsätzlich oxidiert werden, beispielsweise zu dem entsprechenden Keton Menthon. Theoretisch ist es damit möglich, dass Menthol als Reduktionsmittel wirkt und ein starkes Oxidationsmittel wie Dichromat reduziert.
Entscheidend für das Reaktionsverhalten im Dichromat-Alkoholtester ist nicht allein die Stoffklasse, sondern vor allem Aggregatzustand, Flüchtigkeit, Konzentration und Reaktionsbedingungen. Menthol unterscheidet sich in all diesen Punkten deutlich von Ethanol.
Menthol ist bei Raumtemperatur fest (Schmelzpunkt ca. 36 °C) und besitzt einen sehr geringen Dampfdruck. Selbst nach der Verwendung mentholhaltiger Kaugummis oder Mundsprays liegt Menthol in der Ausatemluft nur in sehr geringen Spuren vor. Im Gegensatz zu Ethanol gelangt daher praktisch kein Menthol in gasförmigem Zustand durch das Prüfröhrchen.
Auch die Konzentration im Atemstrom spielt eine entscheidende Rolle: ob ein Stoff in der Ausatemluft in messbarer Konzentration erscheint, hängt entscheidend davon ab, ob er sich im wässrigen Milieu des Körpers lösen und anschließend in die Gasphase übergehen kann. Die Atemwege und insbesondere die Lungenbläschen sind von einer dünnen wässrigen Flüssigkeitsschicht überzogen, über die ein Stoff aus dem Blut in die Atemluft diffundieren muss. Ethanol besitzt aufgrund seiner polaren Hydroxygruppe eine hohe Wasserlöslichkeit und ist gleichzeitig ausreichend flüchtig. Dadurch kann sich Ethanol gut im Blut und in der Alveolarflüssigkeit lösen, dort ein Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Gasphase ausbilden und kontinuierlich in die Ausatemluft übergehen. Aus diesem Grund liegt Ethanol nach Alkoholkonsum in messbarer Konzentration in der Atemluft vor und kann zuverlässig nachgewiesen werden. Menthol hingegen ist überwiegend lipophil und nur sehr gering wasserlöslich. Es löst sich daher kaum in der wässrigen Alveolarflüssigkeit, verbleibt bevorzugt an den Schleimhäuten der Mund- und Rachenhöhle und gelangt nicht in relevanter Menge ins Blut. Infolgedessen kann Menthol nicht in nennenswertem Umfang in die Ausatemluft übertreten und steht für eine chemische Reaktion im Alkoholtester praktisch nicht zur Verfügung.Hinzu kommt die Reaktionskinetik im Prüfröhrchen. Der Dichromat-Test ist auf die schnelle Oxidation kleiner, leichter Alkohole wie Ethanol ausgelegt. Menthol ist aufgrund seiner sperrigen Molekülstruktur, seiner geringen Mobilität und der kurzen Kontaktzeit im Röhrchen reaktionsträge. Selbst vereinzelte Mentholmoleküle würden daher keine sichtbare Farbänderung hervorrufen.
Menthol gehört zwar formal zur Stoffklasse der sekundären Alkohole. Unter den realen Bedingungen eines Dichromat-Alkoholtesters führt Menthol nicht zu einem falsch-positiven Testergebnis.
Zwar können mentholhaltige Produkte kurzfristig Geruch und ein Kältegefühl verursachen, sie führen jedoch nicht zu einer relevanten Redoxreaktion im Dichromat-Röhrchen. Dies verdeutlicht nebenbei anschaulich, dass Geruch nicht mit chemischer Nachweisbarkeit gleichzusetzen ist.
Falsch positiver Test durch Menthol?
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Unter den Autofahrer:innen geht das Gerücht um, dass man behaupten kann oder Sorge haben muss, der Test würde ebenfalls positiv ausfallen, weil/wenn man zuvor mentholhaltige Zigaretten oder Pfefferminz-Bonbons konsumiert wurden.
Mentholmolekül in der Skelettformel2
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Was denkst Du? Können sekundäre Alkohole prinzipiell oxidiert werden?
Die Antwort ist hier gar nicht so offensichtlich. Ich habe mal ein paar Gedanken zu einer realistischen Einschätzung dazu in die Anregungen geschrieben.