Wo stehen wir?
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Wir sind ganz schön weit gekommen!
Nutze des Gelegenheit, dein Wissen zu intermolekularen Wechselwirkungen bei der Erläuterung von komplexeren Systemen einzusetzen. Das ist eine gute Übung! Suche dir ein Material aus, das dir zusagt.
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Ein Blick in den Advance Organizer.1
Herangehensweise "Louche Effekt"
- Begründen Sie die unterschiedliche Löslichkeit von Anethol in Ethanol und in Wasser mit Hilfe der Molekülstruktur.
- Betrachten Sie die Darstellung auf molekularer Ebene, die zeigt weshalb im klaren Ouzo das Anethol durch den hohen Ethanol-Gehalt in Lösung gehalten wird und stellen Sie heraus was nach Zugabe von immer mehr Wasser zu dem zuvor klaren Ouzo passiert.
- Erstellen Sie basierend darauf eine Argumentationskette (s. Anregungen), mit der Sie erläutern, wie es durch die Wasserzugabe zu einer Trübung kommt.
- Vertiefung: Im Video wird gezeigt, wie die Trübung von Ouzo wieder rückgängig gemacht werden kann. Erklären Sie auch dies.
Der „Louche-Effekt“
Anisschnäpse wie Ouzo zeigen eine Besonderheit
Ethanol wirkt beim Verdünnen von Anisschnaps auf interessante Weise als grenzflächenaktiver Stoff. Betrachten Sie zunächst folgendes Video:
Anis-Schnäpse wie „Pastis“ oder „Ouzo“ bestehen hauptsächlich aus Wasser und 40 Vol% Alkohol. Fügt man zu den klaren Schnäpsen weiteres Wasser hinzu, entstehen milchig-trübe Mischungen. Für die Eintrübung, auch Louche-Effekt genannt, sind ätherischen Öle im Anis-Gewürz verantwortlich. Bilden sich größere Tröpfchen dieser Öle innerhalb der Flüssigkeit, bricht sich an ihnen das Licht:
Verdünnung von Anisschnaps. 3
Betrachtung auf der Teilchenebene
Der Hauptbestandteil des Anisöls (80 – 90 %) ist Anethol, eine farblose, nach Anis riechende, süßlich schmeckende Substanz. In 1 L Ethanol sind 500 mL Anethol löslich. In Wasser ist Anethol dagegen nur sehr schlecht löslich.
Struktur Anethol und ein Wechsel auf die Teilchenebene4
Herangehensweise "Wie geht der Dreck weg"
- Führen Sie die Versuche V1 durch. Halten Sie ihre Beobachtungen fest.
- Erklären Sie die Beobachtungen mit Hilfe der Angaben zu Seifen auf molekularer Ebene.
- Stellen Sie sich vor, Sie wären als wissenschaftliche/r Berater:in bei „Planet Schule“ beschäftigt. Machen Sie Verbesserungsvorschläge für die Darstellung auf Teilchenebene im Video.
Wie geht der Dreck weg?
Grenzflächenaktive Moleküle in der Seife
Kernseife5
Versuche zur Wirkung von Seifen
Materialien
- Schutzbrille
-
Petrischale
- Versuch 1
-
Reagenzglas mit Stopfen
- Versuch 2
Chemikalien
- Wasser
- Kernseife
-
Bärlappsporen
- Versuch 1
Versuch 1
Versuchsaufbau 8
Eine Petrischale wird mit Wasser befüllt (1). Anschließend werden Bärlappsporen auf der Wasseroberfläche verteilt. Bärlappsporen sind hydrophob und haben eine geringere Dichte als Wasser. Daher bleiben sie auf der Wasseroberfläche liegen (2). Anschließend wird die Wasseroberfläche mit einem Stückchen Kernseife berührt (3).
Wie dies aussehen kann, zeigt auch folgendes Video.
Videografie des Versuchs
Video des Versuchs9
Versuch 2
Versuchsaufbau 8
In ein Reagenzglas mit Wasser wird ein Stückchen Seife gegeben. Anschließend wird das Reagenzglas etwa
eine Minute lang vorsichtig geschüttelt.
Herangehensweise "Ein Blick in Milch und like-milk"
- Erklären Sie das Zustandekommen eines „Fett-Tröpfchens in Wasser“ auf Teilchenebene. Führen Sie ggf. V2 durch.
- Beschreiben Sie die Zielsetzung des Vorgangs der „Homogenisierung“.
Stellen Sie kurz dar, was nach bisherigen Kenntnisstand zu Wasser & Heptan (auch) mit (homogenisierter) Milch nach einiger Zeit passieren müsste. - Erläutern Sie dann, warum dies nicht geschieht. Ergänzen Sie dazu auch das einfache Teilchenmodell von Fett und Wasser um einige Modellmoleküle eines Phospholipids.
Hilfen und weitere Anregungen
Milch – real und in einem einfachen Teilchenmodell. 10
In wässrigen Umgebungen neigen Phospholipide wie Lecithin dazu, sich so anzuordnen, dass die hydrophoben Fettsäurereste sich gegenseitig abschirmen und die hydrophilen Köpfe mit dem Wasser interagieren. Dies führt zur Bildung von Strukturen wie Micellen11 oder Vesikeln12.
Im Gegensatz zu Micellen, die eine einfache Schicht bilden, haben Vesikel eine Doppelschicht, die einen wässrigen Innenraum umschließt.
Man kann zur Lösung der Aufgabe eines von beiden darstellen.
Die Tendenz zur Vesikelbildung bei Lecithin und ähnlichen Molekülen ist übrigens wichtig für die Bildung von Biomembranen (M4), da diese Doppelschichten die Grundlage für Zellmembranen bilden. Die zwei Fettsäurereste pro Molekül sind entscheidend, da sie die Bildung einer stabilen Doppelschicht ermöglichen, die für die Funktion von Zellmembranen unerlässlich ist. Bei der Bildung von Micellen wird es aufgrund der zwei Fettsäurereste innen eng. Daher neigen diese Moleküle eher zur Bildung von Vesikeln, die größere, hohlkugelige Strukturen sind13.
Lecithin wird als Nahrungsergänzungsmittel (NEM) vielfältig beworben. Lesen Sie die Veröffentlichung der Verbraucherzentrale dazu und nehmen Sie ggf. Stellung zum Einsatz von Lecithin in der Küche oder als NEM.
Ein Blick in Milch und "like milk"
Fett-Wasser-Gemische
Bei Milch handelt es sich um ein Gemisch aus Fett und Wasser mit unterschiedlichen Fettanteilen. Es gibt viele fein verteilte Fett-Tröpfchen im Wasser und an den zahlreichen Phasengrenzen in dieser Emulsion bricht sich das Licht unzählige Male beim Durchstrahlen. Daher sieht Milch für uns weiß aus. Dies gilt übrigens genauso für „like milk“ aus Soja.
Milch – real und in einem einfachen Teilchenmodell. 10
Homogenisierte Milch
Um Milch haltbarer zu machen, wird sie oft homogenisiert. Dabei zerkleinert man die Fett-Tröpfchen immens.
Das kann man hier auf S. 29 in einem Foto unter dem Mikroskop sehen.
Aber irgendwann müsste sich doch selbst in homogenisierter Milch das Fett auf der wässrigen Phase sammeln, oder?
genauere Betrachtung auf der Teilchenebene
Es gibt noch eine weitere Substanz in Milch und like-milk, die als sogenannter Emulgator wirkt: Lecithin, ein Phospholipid-Molekül.
Beispiel für ein Phospholipid-Molekül im Modell. 14
Moleküle eines Emulgators sind an einem Ende polar und wasserliebend (hydrophil) und an dem anderen Ende unpolar und fettliebend (lipophil).
Mit Hilfe solcher Moleküle können Fett- und Wassermoleküle dauerhaft zusammengehalten werden. So bleiben die Fett-Tröpfchen in einer wässrigen Umgebung fein verteilt.
Betrachtung der Wirkung von Lecithin als Emulgator
Materialien
- Schutzbrille
- 2 Pipette
- Spatel
- 2 Schnappdeckelgläser
- Gefäße für Wasser und Öl
Chemikalien
- Wasser
- Speiseöl
- Lecithinpulver z. B. aus Soja
Aufbau
- Geben Sie mit den Pipetten in beide Schnappdeckelgläser jeweils ca.10 ml Wasser und einen Tropfen Speiseöl.
- Fügen Sie nur in eines der Gläser mit dem Spatel eine kleine Menge Lecithin hinzu.
- Verschließen Sie beide Gläser sorgsam.
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Schütteln Sie beide Gläser kräftig und beobachten Sie die Ergebnisse für einige Zeit.
Herangehensweise "Biomembranen"
- Beschreiben Sie den grundsätzlichen Aufbau der Biomembran. Erläutern Sie, warum sich eine Lipiddoppelschicht bildet und gehen Sie dabei auf mögliche zwischenmolekulare Wechselwirkungen ein. Bedenken Sie, dass das Innere der Zellen bzw. der Zellorganellen jeweils aus wässrigen Lösungen besteht.
- Stellen Sie eine begründete Vermutung auf, warum Moleküle wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid die Biomembran relativ gut durchqueren können, Wasser dagegen nur sehr langsam und Ionen noch langsamer.
- Überprüfen Sie Ihre Vermutungen mit Hilfe der Videos von Teacher Toby. Erklären Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen dem aktiven und passiven Transport durch die Biomembran.
- Erklären Sie die Aussage, >>Phospholipide sind „doppelt“ interessant.<<
Phospholipide in Biomembranen
Phospholipide sind "doppelt" interessant
Biomembranen bestehen aus teilweise polaren und teilweise unpolaren Molekülen, die Seifenmolekülen sehr ähneln und die auch in der Milch oder in Sojaprodukten vorkommen.
Eine Biomembran ist eine Trennschicht sowohl zwischen Zellen sowie zwischen einzelnen „Räumen“ (sogenannten Organellen) innerhalb einer Zelle. Die Biomembran, die eine Zelle umgibt, bezeichnet man auch als Zellmembran; sie grenzt das Zellinnere vom Außenraum ab.
Damit schafft sie quasi einen Ort, in dem die chemischen Reaktionen des Lebens geschützt vor Umwelteinflüssen ablaufen können.
In Lebewesen müssen aber Stoffe (Edukte wie Produkte der Reaktionen) diese Membran passieren können! Der Aufbau der Biomembranen ist daher komplex. Sie bestehen vor allem Lipiden und Proteinen. Die Lipide bilden das Grundgerüst der Membran und die Proteine sind für die Funktionen der Membran, z.B. den Teilchentransport, verantwortlich.
Ein sehr stark vereinfachtes Modell, welches nur das Grundgerüst aus Lipiden erklärt.15