Saccharose ist ein Disaccharid mit der Formel C12H22O11. Bei der Hydrolyse entstehen die beiden Monosaccharide Glucose (Aldohexose) und Fructose (Ketohexose) und bei der Dehydratisierung ein komplexer kohlenstoffhaltiger fester Rückstand.
Die Reaktion zwischen Saccharose und konzentriertem H2SO4
Quelle: Colin Baker
Bei dieser Reaktion gibt es eine Zeitverzögerung von fast einer Minute, bevor die Reaktion abläuft. Die Säure beginnt gelb zu werden, wenn die Dehydration beginnt. Die Dehydratisierungsrate beschleunigt sich dann, wenn sich die Säure erwärmt, da die Reaktion exotherm ist. Wenn die Zuckermoleküle von Wasser befreit werden, verwandelt die erzeugte Wärme das Wasser in Dampf, der dann den verbleibenden Kohlenstoff zu einer porösen, rauchenden, schwarzen Säule ausdehnt. Dies dehnt sich aus dem Reaktionsgefäß aus und erzeugt einen erstickenden beißenden Dampf und den Geruch von verbranntem Zucker. Zu diesem Zeitpunkt erinnere ich meine Schüler normalerweise daran, dass Schwefelsäure stark ätzend ist und die Haut verbrennt, sodass sie den Kontakt damit vermeiden müssen.
Bausatz
- 50- 60g Kristallzucker, (Saccharose), C12H2O11
- 25-30cm3 Konzentrierte Schwefelsäure, H2SO4
- 100cm3 Becher
- Hitzebeständige Matte
Quelle: Colin Baker
Vorgehensweise
Den Zucker in das Becherglas geben und auf eine hitzebeständige Matte stellen. Vorsichtig die Säure auf den Zucker gießen und dann zurücktreten. Da diese Demonstration Schwefeldioxid als Abfallprodukt erzeugt, sollte sie in einem Abzug durchgeführt werden.
Sicherheit
Schwefelsäure Der Kontakt mit den Augen oder der Haut kann bleibende Schäden verursachen. Konzentrierte Säurelösungen sind extrem korrosiv und wenn Schwefelsäure in Wasser gelöst wird, wird genügend Wärme freigesetzt, um Wasser zum Kochen zu bringen. Schwefeldioxid ist in hoher Konzentration giftig und in geringerer Konzentration ein schwerer Reizstoff für die Atemwege. Der typische Expositionsgrenzwert liegt bei 2 Parts per Million (ppm), ein Wert, der in einem Labor mit schlechter Belüftung leicht überschritten werden kann. Manche Menschen, insbesondere solche, die zu Asthma neigen, können besonders empfindlich auf Schwefeldioxid reagieren. In Gegenwart von Feuchtigkeit bildet Schwefeldioxid eine saure, ätzende Lösung, die bei Kontakt mit der Haut oder den Augen zu Verbrennungen führen kann.
Quelle: Colin Baker
Spezielle Tipps
Genaue Mengen an Chemikalien sind nicht erforderlich, verwenden Sie jedoch keine andere Form von Saccharose als normalen (Haushalts-) Kristallzucker.
Lehrziele
Reine Schwefelsäure ist eine ölige Flüssigkeit. Geruchs- und farblos gefriert die reine Säure bei 10,5 ° C zu einem weißen kristallinen Feststoff, der aus einem dreidimensionalen wasserstoffgebundenen Netzwerk besteht, das im flüssigen und wässrigen Zustand bestehen bleibt und solche Lösungen viskos macht. Die reine Säure zersetzt sich beim Stehen und Erwärmen leicht unter Bildung von Schwefeltrioxid und Wasser. Damit erreicht die Säure ihren maximalen Siedepunkt von 330°C und ihre maximale Konzentration von 98,33 Prozent.
Konzentrierte Schwefelsäure hat eine Molarität von 18 M und eine starke Affinität zu Wasser, was sie sehr nützlich zum Trocknen von Gasen macht, mit denen sie nicht reagiert, z. B. SO2, Cl2, N2 und O2. Konzentriertes H2SO4 ist nicht nur ein gutes Reagens zur Dehydrierung von Kohlenhydraten, sondern dehydriert auch kristalline Hydrate, organische Alkohole und Säuren. Bei der Reaktion mit Saccharose dehydriert die Säure das Kohlenhydrat zu Kohlenstoff und oxidiert dann den Kohlenstoff:
C12H22O11DEHYDRAT→ 12C(s) + 11H2O(l) Oxidieren→ CO2, SO2
Die Säure ist ein starkes Oxidationsmittel, wie seine Reaktionen mit festen Halogeniden zeigen:
NaI + H2SO4→ HI + NaHSO4
H2SO4 + 8HI → 4I2 + H2S + 4H2O
Diese Reaktionen können mit guter Wirkung beim Unterrichten von Oxidationszahl- und Ausgleichsgleichungen verwendet werden. Es ist erwähnenswert, dass ein festes Kaliumbromid- und konzentriertes Schwefelsäuregemisch verwendet wird, um organische Alkohole in Halogenalkane umzuwandeln.
CH3CH2OH + HBr → CH3CH2Br + H2O
Das KBr-H2SO4-Gemisch erzeugt in situ Bromwasserstoff.