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Die Chemie von Back- und Brausepulver 06:14 min

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Transkript Die Chemie von Back- und Brausepulver

Hallo! Hast du dich eigentlich schon einmal gefragt, warum der Kuchen beim Backen aufgeht und so schön locker wird? Vielleicht hast du schon einmal selbst einen Kuchen gebacken oder hast dabei zugesehen. Wichtige Zutaten sind Mehl, Eier und Zucker. Damit der Kuchen aber auch aufgeht, benötigst du Backpulver. Welche Reaktion genau dabei verantwortlich ist und was Backpulver eigentlich mit Brausepulver zu tun hat, wollen wir uns jetzt anschauen.

Inhaltsstoffe von Back- und Brausepulver

Sehen wir uns also zunächst einmal an, was in Back- und Brausepulver enthalten ist. Die Verbindung, die bei beiden Verbindungen enthalten ist, ist Natriumhydrogencarbonat. Dieses Salz ist für die chemischen Reaktionen im Backpulver und im Brausepulver verantwortlich. Was genau vor sich geht, wollen wir uns jetzt genauer ansehen.

Substanzen im Backpulver

Fangen wir also mit dem Backpulver an. Im Backpulver finden sich folgende Substanzen: Natriumhydrogencarbonat, ein Säuerungsmittel und ein Trennmittel. Das Säurungsmittel kann Weinstein oder auch das Salz einer Phosphorsäure sein. Als Trennmittel ist meist Stärke oder Weizenmehl enthalten. Das sorgt dafür, dass die beiden anderen Komponenten nicht vorzeitig miteinander reagieren.

Säure-Base-Reaktion

Wird nun das Backpulver im Kuchenteig mit flüssigen Bestandteilen in Kontakt gebracht, beginnen Natriumhydrogencarbonat und Säurungsmittel miteinander zu reagieren. Die ablaufende Reaktion ist eine Säure-Base-Reaktion. Das Säurungsmittel gibt dabei ein Proton an die Base ab. Das Hydrogencarbonat wird also protoniert.

Die so entstandene Kohlensäure ist allerdings nicht stabil und zerfällt sofort in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Da Kohlenstoffdioxid ein Gas ist, kannst du die Reaktion durch kleine aufsteigende Bläschen beobachten. Dieses Gas ist dann auch verantwortlich dafür, dass der Kuchenteig aufgeht.

Reaktionsgleichung

Schauen wir uns nun die Reaktionsgleichung für ein ganz konkretes Säurungsmittel an. Oft verwendet wird Natriumdihydrogendiphosphat. Dieses Salz kann zwei Protonen abgeben und reagiert so mit zwei Molekülen Natriumhydrogencarbonat zu einem Molekül Wasser zwei Molekülen Kohlenstoffdioxid und zwei Molekülen Natriumhydrogenphosphat.

Die Hitze im Backofen begünstigt die Bildung des Kohlenstoffdioxids zusätzlich sehr stark, sodass die größte Volumenzunahme des Kuchens beim Backen im Ofen zu erkennen ist. Schauen wir uns nun an, welche Reaktionen ablaufen, wenn Brausepulver mit Wasser vermischt wird.

Reaktion zwischen Brausepulver und Wasser

Brausepulver enthält ebenfalls Natriumhydrogencarbonat und ein Säuerungsmittel. Dies besteht in den meisten Fällen aus Weinsäure oder Zitronensäure. Wenn nun das Brausepulver in Wasser gelöst wird, findet wieder eine Säure-Base-Reaktion statt. Diese Reaktion findet aber nur im gelösten Zustand statt, wenn beide Stoffe also dissoziiert vorliegen.

Die beiden Feststoffe reagieren nicht miteinander. Die Säure gibt also wieder ein Proton an das Hydrogencarbonat ab und es kommt zur Protonierung des Hydrogencarbonats und somit wieder zur Bildung von Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Chemie, die also hinter dem Aufgehen des Kuchens durch Backpulver und hinter dem Sprudeln von Brausepulver in Wasser steckt, ist die gleiche.

Bildung von Kohlenstoffdioxid

In beiden Fällen wird durch eine Säure aus dem Hydrogencarbonat das Gas Kohlenstoffdioxid frei gesetzt.Du siehst also, dass die Reaktionen sowohl im Backpulver als auch im Brausepulver die gleichen sind, aber zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden. In beiden Fällen bildet sich Kohlenstoffdioxid, welches in einem Fall dafür sorgt, dass der Kuchen schön locker wird und im anderen Fall für einen Sprudeleffekt in Wasser sorgt.

Nun nutzt man diese Reaktion aber auch in der Medizin. Wenn du zum Beispiel Kopfschmerztabletten in Wasser löst, kommt es zum gleichen Effekt wie es bei Brausepulver der Fall ist. Dadurch lösen sich die Wirkstoffe schneller in Wasser und erleichtern Menschen die Einnahme von Medikamenten. Nun wollen wir uns nun noch ein Experiment ansehen, mit welchem wir das entstehende Kohlenstoffdioxid auch nachweisen können.

Experiment zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid

Du kannst für diesen Versuch Backpulver oder Brausepulver verwenden. Wenn du das Pulver anfeuchtest, läuft die Säure-Base-Reaktion, bei der dann Kohlenstoffdioxid entsteht. Dieses wird nun aufgefangen und in ein Reagenzglas mit Kalkwasser, also in Wasser gelöstes Calciumhydroxid, geleitet. Dort reagiert das Kohlenstoffdioxid mit dem Kalkwasser zu schwerlöslichem Calciumcarbonat. Einen positiven Nachweis erkennst du also daran, dass sich ein weißer Niederschlag bildet.

Zusammenfassung zur Wirkung von Back- und Brausepulver

Nun weißt du, was Backpulver und Brausepulver gemeinsam haben. Sie beinhalten beide Natriumhydrogencarbonat, durch welches in einer Säure-Base-Reaktion Kohlenstoffdioxid entsteht. Das entstehende Gas verursacht dann beim Backen, dass der Kuchen aufgeht und das Sprudeln beim Brausepulver. Tschüs und bis bald!

Die Chemie von Back- und Brausepulver Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Die Chemie von Back- und Brausepulver kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib an, welchen Stoff Backpulver und Brausepulver gemeinsam haben.

    Tipps

    Bei beiden Zutaten entsteht mit Oxonium-Ionen unter anderem Kohlensäure.

    Lösung

    Backpulver und Brausepulver enthalten beide Natriumhydrogencarbonat und Säuerungsmittel. Beim Backpulver ist zusätzlich noch ein Trennmittel dabei, um eine vorzeitige Reaktion zu verhindern. Erst, wenn beide Zutaten mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen, reagieren sie zu Wasser, Natrium-Kation und Kohlensäure, die dann zu Wasser und Kohlenstoffdioxid zerfällt. Durch die Bildung dieses Gases sprudeln also beide Verbindungen, wenn sie mit Wasser reagieren.

  • Stelle die Reaktionsgleichung von Backpulver auf.

    Tipps

    Natriumhydrogencarbonat reagiert mit einem Oxonium-Ion. Dabei wird ein Proton auf das Natriumhydrogencarbonat übertragen.

    Lösung

    Beim Kuchenbacken benutzt man Natriumhydrogencarbonat als Treibmittel. Sobald Natriumhydrogencarbonat mit den flüssigen Bestandteilen des Kuchenteiges (Eier, Milch) in Berührung kommt, reagiert es mit dem Säuerungsmittel. Dabei bildet sich Wasser, ein $Na^+$-Kation und Kohlensäure. Diese ist nicht stabil und zersetzt sich schnell in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Dieses Gas ist auch dafür verantwortlich, dass der Kuchen „aufgeht“.

  • Führe den Nachweis von Kohlenstoffdioxid mit Brausepulver durch.

    Tipps

    Bei einem Nachweis wird eine Reaktion durchgeführt, die deutlich macht, dass der gesuchte Stoff enthalten ist.

    Beim Nachweis von Kohlenstoffdioxid verbindet sich das Kohlenstoffdioxid mit den Calciumionen aus dem Kalkwasser.

    Lösung

    Dies ist ein typischer Versuch zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid. Dadurch, dass Kohlenstoffdioxid mit dem Calcium aus dem Kalkwasser zu Calciumcarbonat reagiert und ausfällt, ist zu erkennen, dass tatsächlich Kohlenstoffdioxid entsteht. Denn nur weil Bläschen entstehen, heißt es ja noch nicht, dass es tatsächlich Kohlenstoffdioxid ist. Damit kann also nachgewiesen werden, dass das Sprudeln im Brausepulver durch Kohlenstoffdioxid verursacht wird.

  • Stelle die Reaktionsgleichung von Natriumhydrogencarbonat mit Zitronensäure auf.

    Tipps

    Erinnere dich, was bei der Reaktion von Natriumhydrogencarbonat mit Oxoniumionen entsteht.

    Kohlensäure ist nicht stabil und zerfällt schnell.

    Lösung

    Werden Natriumhydrogencarbonat und Zitronensäure in Wasser gegeben, entsteht Natriumcitrat und Kohlensäure. Da Kohlensäure aber nicht stabil ist, zersetzt sie sich schnell in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Deshalb sprudelt Brausepulver in Wasser auch, allerdings nur solange, bis die Kohlensäure aufgebraucht ist.

    Es entsteht folgende exotherme, also freiwillig ablaufende Reaktion:

    $3~NaHCO_3 + C_6H_8O_7 \rightarrow Na_3C_6H_5O_7 + 3~H_2O + 3~CO_2$

  • Erkläre, was passiert, wenn du eine Brausetablette in ein Glas Cola gibst.

    Tipps

    Cola und Brausepulver haben etwas gemeinsam.

    Lösung

    Bei der Reaktion von Brausepulver und einer Flüssigkeit entsteht neben Wasser und Natrium-Kationen auch Kohlensäure, die sich schnell zu Wasser und Kohlenstoffdioxid zersetzt. Deshalb sprudelt ein Brausepulver. Cola sprudelt ebenfalls, da es Kohlensäure enthält.

    Wenn nun Brausepulver in ein Glas Cola geschüttet wird, sprudelt es extra stark, da nun viel mehr Kohlensäure zersetzt wird und das Gas Kohlenstoffdioxid frei wird.

    Der Effekt wird außerdem durch den sauren pH-Wert der Cola begünstigt. Da sie Phosphorsäure und Zitronensäure enthält, läuft die Säure-Base-Reaktion mit dem Hydrogencarbonat in dem Brausepulver noch schneller ab.

  • Erkläre, weshalb es wichtig ist, beim Kuchenbacken erst alle trockenen Bestandteile und dann erst die flüssigen Bestandteile zuzugeben.

    Tipps

    Überlege, was Backpulver in einem Kuchen bewirkt.

    Lösung

    Wenn Backpulver schon mit den flüssigen Zutaten zusammenkommt, wenn noch nicht alles im Teig ist, verläuft die Reaktion verfrüht ab. Das bewirkt, dass das Kohlenstoffdioxid schon früh frei wird und der Kuchen dadurch nicht mehr so gut im Ofen aufgehen wird.

    Und niemand möchte einen flachen, trockenen und harten Kuchen haben, oder?