Essigsäuremolekül (Basiswissen)

Hallo liebe Chemiefreunde. Hier begrüßt euch André mit einem Beitrag zur Essigsäure. Wir wollen uns heute damit beschäftigen, wie wir das Essigsäuremolekül basteln können. Wir basteln es natürlich nur auf dem Papier und in einer Formel. Der Kurs ist vorgesehen für Nawi-Niveau, allerdings dort ist er auch schon recht schwer. Alle anderen Interessierten, Laien oder sonstige Freunde der Chemie, die vielleicht sich das anschauen wollen, sind dazu trotzdem gerne eingeladen. Welche Voraussetzungen solltet ihr mitbringen? Nun zum einen solltet ihr sehr, sehr interessiert sein und keine Vorurteile gegenüber der Chemie mitbringen. Bruchrechnung solltet ihr schon beherrschen, wie es zum Ende im Sommer der sechsten Klasse eigentlich üblich ist. Und ich hoffe, dass ihr das Wort Essig kennt. Es wäre auch schön, wenn ihr eine einfache Gleichung, lineare Gleichung lösen könntet. So, das wäre es nun. Nun können wir loslegen. Bevor wir zur eigentlichen Molekülbastelei kommen noch die Frage, wo gibt es Essigsäure? Nun ja, einmal im Weinessig oder auch im Speiseessig, den man für verschiedene Zwecke im Haushalt benötigt. Dort findet man die reine Essigsäure in einer Konzentration von 5 bis 10 Prozent. In der Essigessenz trifft man ihn mit 25 Prozent an. Reine Essigsäure, das ist 100-prozentige Essigsäure, ist bei kühlen Tagen bereits fest. Man nennt diesen Essig auch Eisessig. Wenn ihr so ein Glas mit einer Essigsäure in den Kühlschrank stellt, es muss gar nicht mal das Kältefach sein, wird er fest. Woraus besteht Essigsäure? Die Chemiker haben festgestellt, dass die Essigsäuremoleküle aus Kohlenstoffatomen, Wasserstoffatomen und Sauerstoffatomen zusammengesetzt sind. Um die Formel für das Essigsäuremolekül aufzuschreiben müssen wir wissen wie viel die einzelnen Atome wiegen. Ihr wisst bereits, dass Atome sehr kleine Teilchen sind. Würden wir ihre Masse in Gramm angeben, hätten wir sehr, sehr kleine unbequeme Zahlen und das ist nicht schön. Daher wird festgelegt, dass die Masse des Wasserstoffatoms eins beträgt, einfach eins. Das Kohlenstoffatom ist 12 mal so schwer wie das Wasserstoffatom, es hat daher die Masse 12. Das Sauerstoffatom ist noch etwas schwerer als das Kohlenstoffatom, es hat die Masse 16. Es ist 16 mal schwerer als das Wasserstoffatom. Jetzt müssen wir herausfinden, aus wie viel Atomen von jeder Sorte das Essigsäuremolekül besteht. Zunächst haben die Chemiker herausgefunden, dass das Essigsäuremolekül eine Masse von 60 hat. Es ist 60 mal so schwer wie ein Wasserstoffatom. Das Kohlenstoffatom, wissen wir bereits, hat die Masse 12. Durch chemische Analyse wurde festgestellt, dass 2/5 des Essigsäuremoleküls aus Kohlenstoffatomen besteht. Wir gehen nun folgendermaßen vor. Der Bruch 2/5 wird im Zähler und Nenner jeweils mit 12 multipliziert. Das tun wir damit wir im Nenner die Zahl 60 erhalten, die Masse des Essigsäuremoleküls. Somit steht im Zähler 2 mal 2. Das heißt, wir haben zwei Kohlenstoffatome mit der Masse 12 im Essigsäuremolekül. Jetzt berechnen wir wie viel Wasserstoffatome im Essigsäuremolekül enthalten sind. Wasserstoff hat, wir erinnern uns, die Masse eins. Durch chemische Analyse wurde festgestellt, dass ein 1/15 des Essigsäuremoleküls aus Wasserstoffatomen besteht. Und wir erweitern wieder. 1/15 wird im Zähler und Nenner diesmal mit 4 multipliziert, um im Nenner 60, die Masse der Essigsäure, zu erhalten. Demzufolge sehen wir, im Zähler haben wir einen Anteil von 1 mal 4. 1 ist die Masse des Wasserstoffatoms und 4 ist ihre Zahl. Demzufolge sind vier Wasserstoffatome im Essigsäuremolekül enthalten. Das Sauerstoffatom, so erinnern wir uns, hat eine Masse von 16. Jetzt benötigen wir keine Analyse mehr, wir können eine Gleichung aufstellen. Wir überlegen. Die Masse des Essigsäuremoleküls ist 60. Sie setzt sich zusammen: 60=212, aus zwei Kohlenstoffatomen mit jeweils der Masse 12, hinzukommend 4 mal 1, 4 Wasserstoffatome mit jeweils der Masse 1. Wie groß die Zahl der Sauerstoffatome ist wissen wir nicht. Sie ist x mal 16. Das ist die Masse jedes einzelnen Sauerstoffatoms. Wenn ihr diese Art der Gleichung noch nicht lösen könnt, so wendet euch an ältere Geschwister oder eure Eltern und lasst euch helfen. So, wir erhalten nun 60=24+4+x16. 24 plus 4 fassen wir zusammen und erhalten in der vorletzten Zeile 60=28+x16. Wir subtrahieren von beiden Seiten der Gleichung 28, das ergibt 32=x16. Diese Gleichung wird nur erfüllt für x=2. Demzufolge sind im Essigsäuremolekül zwei Sauerstoffatome enthalten. So, damit haben wir alle Bausteine gesammelt, aus denen ein Essigsäuremolekül besteht. Es sind 2 Kohlenstoffatome, blau dargestellt, vier Wasserstoffatome, gelb dargestellt und zwei Sauerstoffatome, orangefarben symbolisiert. Wir bauen nun das Essigsäuremolekül. Um ein richtiges Molekül basteln zu können fehlt uns noch eine ganz wichtige Information. Atome bilden in Molekülen immer nur bestimmte Bindungen aus. Man kann sich das vorstellen wie mit Bindungsärmchen. Ein Wasserstoffatom hat zum Beispiel nur ein Bindungsärmchen. Ein Sauerstoffatom verfügt dagegen über zwei Bindungsärmchen. Und letztendlich hat ein Kohlenstoffatom im Molekül vier Bindungsärmchen. Lasst es uns also angehen. Wir nehmen schnurstracks ein Kohlenstoffatom, blau und bauen daraus ein Molekül aus zwei Sauerstoffatomen, orangefarben. Das Kohlenstoffatom hat vier Bindungsärmchen. Das Sauerstoffatom hat zwei und das rechts auch zwei. Damit gleicht sich alles aus, das Molekül ist fertig. Aber leider ist es kein Essigsäuremolekül, denn ein Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatome sind noch übriggeblieben. Aus diesen Atomen können wir wieder ein Molekül basteln. In die Mitte packen wir das Kohlenstoffatom mit seinen vier Bindungsärmchen und links, rechts, oben und unten setzen wir jeweils ein Wasserstoffatom mit jeweils einem Bindungsärmchen hin. Damit ist ein neues Molekül entstanden. Aber leider wieder kein Essigsäuremolekül, denn links haben wir ja schon zwei Sauerstoffatome und ein Kohlenstoffatom für ein anderes Molekül benutzt. Wir haben statt eines Essigsäuremoleküls zwei und die sind auch noch verschieden. Also das kann es nun auch nicht sein. Also räumen wir zunächst einmal ab. Ich schaffe noch etwas Platz und skizziere die Bindungsärmchen an den einzelnen Atomen, Wasserstoffatom eins, Sauerstoffatom zwei und Kohlenstoffatom vier. Wir könnten noch eine ganze Weile üben und noch andere Möglichkeiten vorschlagen. Ich möchte euch das Essigsäuremolekül nun einmal vorgeben. Ihr seht, dass zwei Kohlenstoffatome, blau, miteinander verbunden sind, ein Bindungsärmchen. Am linken Kohlenstoffatom, blau, sind drei Wasserstoffatome, weiß. Damit sind die vier Bindungsärmchen des Kohlenstoffatoms links verbraucht. Jedes Wasserstoffatom ist mit einem Bindungsärmchen beteiligt. Das rechte Kohlenstoffatom hat drei weitere Bindungsärmchen, eins nach rechts zum Sauerstoffatom, rot, und zwei Bindungsärmchen zum anderen Sauerstoffatom nach oben, rot dargestellt. Das Sauerstoffatom oben, rot, ist mit seinen beiden Bindungsärmchen beteiligt. Das Sauerstoffatom rechts hat ein Bindungsärmchen an das Kohlenstoffatom gegeben, das andere Bindungsärmchen reicht zum vierten Wasserstoffatom, das ein Bindungsärmchen in die Formel einbringt. So und nun wollen wir noch etwas üben. Das Wasserstoffatom, gelb, hat wie viel Bindungsärmchen? Richtig, eines. Das Sauerstoffatom, orangefarben, hat wie viel Bindungsärmchen? Richtig, zwei. Und das Kohlenstoffatom, blau, hat wie viel Bindungsärmchen? Richtige Antwort, vier. Wir ordnen nun wieder die beiden Kohlenstoffatome blau nebeneinander an. Für das linke Kohlenstoffatom wurden zwei Bindungsärmchen verbraucht, nach links zum Wasserstoffatom und nach rechts zum Kohlenstoffatom. Wie viel Bindungsärmchen sind noch frei? Richtig, zwei Bindungsärmchen. Sie werden abgesättigt oben und unten durch Wasserstoffatome. Die haben jeweils ein Bindungsärmchen. An das rechte Kohlenstoffatom, blau, kommt oben noch ein Sauerstoffatom heran mit zwei Bindungsärmchen. Wie viel Bindungsärmchen sind dann bei dem rechten Kohlenstoffatom blau noch frei? Richtig, ein Bindungsärmchen. Wir können jetzt dort aber kein Wasserstoffatom anbauen, weil dann würde ja noch ein Sauerstoffatom übrigbleiben. Daher kommt an diese Stelle, rechts neben dem rechten Kohlenstoffatom, wieder ein Sauerstoffatom, orangefarben dargestellt. Mit dem einen Bindungsärmchen ist es mit dem Kohlenstoffatom verbunden. Das andere Bindungsärmchen bindet ein weiteres Wasserstoffatom, gelb, ganz rechts. Das hat auch nur ein Bindungsärmchen. Und damit sind alle glücklich und zufrieden und wir haben unsere Aufgabe erfüllt. Schließlich schieben wir noch die einzelnen Atome zusammen, sodass man die Bindungen nicht sieht, schade eigentlich. So, das wäre es wieder für heute, auch wenn es schwer war oder gerade, weil es schwer war. Ich bedanke mich bei euch, dass ihr so schön mitgearbeitet habt. Na dann bis zum nächsten Mal. Tschüss.