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Chemie der Dauerwelle 06:09 min

Textversion des Videos

Transkript Chemie der Dauerwelle

Hallo und ganz herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die Chemie der Dauerwelle. Locken sind schön.Schon vor einigen 100 Jahren, im Barock, galten lockige Haare als schön. Aus Mangel an eigenem Kopfschmuck wurden daher häufig Perücken getragen. Perücken benutzt man heute meist nur im Kino. Auch die britischen Richter zieren während der Verhandlung ihr Haupt damit. Aber was tun, wenn die Haare glatt sind und man sich sehnlichst Locken wünscht? Die Antwort darauf kennen die meisten. Ich versuche gemeinsam mit euch die Chemie dahinter zu ergründen. Aufbau des Haares: Die menschlichen Haare sind aus Aminosäuren aufgebaut. Miteinander chemisch verknüpfte Aminosäuren nennt man „Peptide“. Und gibt es viele davon, so nennt man die entstandenen Strukturen „Proteine“. Aus so einem Protein, dem „Keratin“, bestehen unsere Haare. Keratin ist ein „Stützprotein“. Es handelt sich um ein „Makromolekül“, das vorwiegend aus hydrophoben Aminosäuren besteht und das nicht umsonst, denn wer möchte schon mit schweren, weil vom Regen oder Baden mit Wasser vollgesogenen Haaren, herumlaufen. Die Peptidbindungen benachbarter Stränge bilden eine Vielzahl an Wasserstoffbrückenbindungen aus, die die Haarstruktur stabilisieren. Und noch eine Besonderheit: Keratin enthält einen beachtlichen Anteil der Aminosäure „Cystein“. Diese Aminosäure besitzt eine „Thiolgrupper“, man sagt auch „Mercaptogruppe“. Zwischen zwei Proteinsträngen treten gehäuft „Disulfid-Brücken“,SS auf, die ihren Ursprung in zwei Thiolgruppen haben. Das sollten wir uns merken. Kommen wir nun zur Föhnfrisur, man sagt dazu auch „Wasserwelle“. Manchmal möchte man Locken haben, die nur kurzzeitigen Halt aufweisen. Dann befeuchtet man das Haar, gibt ihm die entsprechende Form und trocknet es wieder. Das kann mit einem Haartrockner oder Brennstab gestehen. Was passiert dabei? Zwischen den einzelnen Proteinsträngen des Keratins gibt es neben den Disulfid-Brücken, SS, auch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Carbonylgruppen der Peptidbindungen und den Wasserstoffatomen an den Stickstoffatomen. Bei der Befeuchtung mogeln sich die Wasserteilchen dazwischen. Dabei brechen sie diese Wasserstoffbrückenbindungen auf und lassen neue entstehen. Das Ergebnis ist eine Aufhebung der Bindungen zwischen den Proteinsträngen. Die Haare werden spürbar länger. Nach erfolgter Formung werden durch die Trocknung die Wasserteilchen ausgetrieben. Es entstehen Wasserstoffbrückenbindungen an neuen Positionen. Das Haar ist gelockt. Allerdings besteht die Pracht nur bis zur nächsten Befeuchtung. Sei es durch Haarwäsche oder durch Regen. Das Haar nimmt nun wieder seine ursprüngliche Form an. Kommen wir nun zur „Dauerwelle“. Bei der Dauerwelle geht man härter zur Sache. Auf die Haare wird ein „Reduktionsmittel“, man sagt auch „Wellmittel“, aufgebracht. Ein mögliches Wellmittel ist „Ammoniumglykolat“. Die Sulfid-Brücken werden zu Thiolgruppen reduziert. Damit werden die stabilen Querverbindungen zwischen den Proteinsträngen aufgebrochen. Nun wird das Haar gelegt, häufig mit Lockenwicklern. Jetzt findet das Fixieren statt. Chemisch ist das eine „Oxidation“. Den Thiolgruppen wird der Wasserstoff entzogen und sie bilden wieder die Sulfid-Brücken, SS aus. Das geschieht mit Wasserstoffperoxid unter sauren Bedingungen. Dafür wird Zitronensäure zugesetzt. Am Ende wird mit viel Wasser gespült. Die Locken bleiben nun so lange erhalten, bis sie ausgewachsen sind. Und nun zum Ergebnis. Fönfrisur und Dauerwelle unterscheiden sich somit nicht nur in der Dauer und Wirkung. Während bei ersterer, der Effekt nur Stunden oder Tage zu bewundern ist, hält bei letzterer die Verschönerung bis zum Auswachsen der Haare vor. Dieser Unterschied hängt ganz einfach mit dem Mechanismus der Veränderung der Haarstruktur zusammen. Während die Föhnfrisur durch Aufbrechen und Neubildung von Wasserstoffbrückenbindungen entsteht, werden bei der Dauerwelle die Sulfidbindungen gespalten und neu angeordnet. Das bewirkt ihre Nachhaltigkeit im Vergleich zur Wasserwelle. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

Chemie der Dauerwelle Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Chemie der Dauerwelle kannst du es wiederholen und üben.

  • Erläutere den grundlegenden Aufbau von Proteinen.

    Tipps

    Aus welchen funktionellen Gruppen wird eine Peptidbindung gebildet?

    Die funktionellen Gruppen einer Aminosäure sind die Amino- und Carboxylgruppe.

    Lösung

    Die Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur sind unterschiedliche Komplexitätsstufen in der Struktur eines Proteins.

    • Die Primärstruktur gibt die Reihenfolge der Aminosäuren an.
    • Die Sekundärstruktur beschreibt die räumliche Anordnung der Peptidstränge zu einer Helix oder einem Faltblatt.
    • Die Tertiärstruktur beschreibt dann die Wechselwirkungen über die Seitenketten der Aminosäuren zu anderen Strängen.
    • Die komplexeste Struktur ist die Quartärstruktur, in der sich die Moleküle zu noch größeren Makromolekülen zusammen lagern.

  • Charakterisiere Dauerwelle und Fönfrisur.

    Tipps

    Bei Wasserstoffbrückenbindungen wechselwirken H-Atome mit elektronegativen Atomen (z.B. O-Atomen).

    Lösung

    Unsere Haare bestehen aus dem Protein Keratin. Proteine bestehen aus vielen Aminosäuren.

    Der Halt einer Fönfrisur basiert auf den Wasserstoffbrückenbindungen, die sich zwischen den Aminosäuren ausbilden. Diese Frisur ist daher besonders anfällig gegenüber Nässe und hält meist nur wenige Stunden bis Tage.

    Die Dauerwelle hält hingegen, bis die Haare herausgewachsen sind, und ihre Stabilität basiert auf den vielen, stabilen Disulfidbrücken (S-S-Gruppen), die sich durch Redoxprozesse an den Aminosäuren bilden .

  • Erkläre die Wechselwirkungen in der dargestellten Proteinstruktur.

    Tipps

    Je nach Art der Seitenketten können sich unterschiedliche Wechselwirkungen ausbilden.

    Lösung

    Die Tertiärstruktur stellt die dritte von vier Strukturtypen dar. Hierbei wechselwirken die Reste der Aminosäuren der Peptidkette miteinander und ein komplexeres Molekül wird ausgebildet.

    • Die schwächste Wechselwirkung, die Van-der-Waals-Kräfte, tritt zwischen Aminosäuren mit unpolaren Resten auf (z.B. zwischen den Phenylresten der Aminosäure Phenylalanin).
    • Besitzen die Reste der Aminosäuren nochmals partiell positiv geladene Wasserstoffatome und partiell negativ geladene Gruppen wie eine Carbonylgruppe, so können weitere H-Brücken ausgebildet werden. Diese Wechselwirkung trifft man z.B. bei den Aminosäuren Glutamin und Asparagin an.
    • Befindet sich ein Aminosäurerest mit einer sauer reagierenden Gruppe (Carboxylgruppe) in der Nähe eines Restes mit einer basischen Gruppe (Aminogruppe), so kann eine Säure-Base-Reaktion auftreten und es bilden sich Ionenladungen aus. Solch starke elektrostatische Kräfte wirken z.B. zwischen den Aminosäuren Glutaminsäure (sauer) und Lysin (basisch).
    • Bei den Disulfidbrücken handelt es sich streng genommen um keine Wechselwirkung mehr, da echte kovalente Bindungen gebildet werden. Diese Fähigkeit besitzt nur die Aminosäure Cystein, welche eine freie SH-Gruppe besitzt.

  • Beschreibe das Vorgehen bei einer Dauerwelle.

    Tipps

    Das Fixieren entspricht der Oxidation.

    Lösung
    1. Bei der Bildung einer Dauerwelle werden zunächst die S-S-Bindungen (Disulfidbrücken) durch ein Reduktionsmittel aufgebrochen und in SH-Gruppen überführt.
    2. Anschließend wird das Haar in die gewünschte Position gelegt.
    3. Die darauffolgende Oxidation fixiert die Haare, indem neue S-S-Bindungen ausgebildet werden und die neu gelegte Struktur fixieren.
    4. Zuletzt muss das Haar mit viel Wasser gespült werden, um das restliche Oxidationsmittel $(H_2O_2)$ zu entfernen.
  • Erkläre den Vorgang beim Glätten der Haare.

    Tipps

    Welchen Einfluss hat Hitze auf Wechselwirkungen zwischen Molekülen?

    Lösung

    Möchte man lockiges Haar endlich einmal glatt bekommen, so kann man dies durch die Verwendung eines Glätteisens temporär oder mit Hilfe der sogenannten Gegenwelle längerfristig erreichen.

    Die Hitze des Glätteisens führt zur schnelleren Bewegung bzw. Schwingung der Moleküle innerhalb der Proteinstruktur. Hierbei werden die Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen und das Haar wird glatt. Dieser Effekt hält jedoch wie bei der Fönfrisur nur kurzfristig.

    Die Gegenwelle hingegen ist das Pendant zur Dauerwelle. Unter Verwendung derselben Chemikalien (Oxidations- und Reduktionsmittel) werden die Disulfidbrücken zuerst durch das Reduktionsmittel aufgebrochen. Nach der Formung (Glättung) des Haares werden sie wieder durch Oxidation ausgebildet. Daher bleiben die Haare nach dieser Anwendung auch längerfristig glatt.

  • Erläutere den Reaktionsmechanismus der Dauerwelle.

    Tipps

    Teile die einzelnen Reaktionen jeweils in die Teilreaktionen einer Redoxreaktion.

    Um die Struktur der Haare zu verändern, müssen Bindungen aufgebrochen und neu geknüpft werden.

    Lösung

    Der Reaktionsmechanismus zur Bildung einer Dauerwelle beruht auf Redoxreaktionen. Hierbei wird ein Reaktionspartner oxidiert, während der andere reduziert wird, und umgekehrt.

    Der Schwefel in den Disulfidbrücken besitzt eine Oxidationszahl von -1. Im ersten Teil der Reduktion durch das Reduktionsmittel Ammoniumthioglykolat werden die Disulfidbrücken aufgebrochen. Hierbei nimmt jedes Schwefelatom ein Elektron vom Reduktionsmittel auf, somit werden pro Disulfidbrücke zwei Elektronen benötigt.

    Die neue Oxidationszahl des Schwefels in der freien Thiogruppe beträgt nun -2. Durch die anschließende Oxidation mit dem Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid, zum Fixieren der Haarpracht, wird die Oxidationszahl erneut auf -1 erhöht und wir erhalten wieder die stabilen Disulfidbrücken.