Fette – Eigenschaften (Expertenwissen)

Guten Tag und herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um Fette - die Eigenschaften von Fetten. Das Video ist vorgesehen für das Gymnasium, die Kursphase und den dortigen  Leistungskurs.

Für den Film habe ich mir folgende Gliederung ausgedacht: 1. Was können wir von den Eigenschaften der Fette erwarten? 2. Welche physikalischen Eigenschaften haben Fette? 3. Welche chemischen Eigenschaften haben Fette? Und im Teil 4 möchte ich einen kurzen Überblick über das Gesagte geben.

1. Was können wir erwarten? Als wir die Fette in der Einführung besprochen haben, haben wir uns ausführlich der Struktur gewidmet. Fette bestehen aus einem Propangerüst, 3 Estergruppen und 3 Alkylresten. In der Skelettschreibweise kann man Fette auch so darstellen: Die langen Alkylgruppen erinnern an Alkane; wenn ungesättigte Einheiten auftreten, an Alkene. Als nächstes fällt auf, dass es sich bei Fetten um Ester handelt; korrekter: um Triester. Die Ähnlichkeit mit den Estern und den Alkanen wie Alkenen deutet darauf hin, dass es sich um niedrig schmelzende Verbindungen handeln sollte. Die Dichten sollten niedrig sein, zumindest geringer als die Dichte des Wassers. In Wasser sollten sie schlecht oder nicht löslich sein. Und in unpolaren Lösungsmitteln, wie Benzin, sollten Fette gut löslich sein. Diese Eigenschaften kann man daraus ableiten, dass es sich bei Fetten um relativ unpolare Verbindungen handelt. Aus der Ähnlichkeit mit den Alkanen, aber auch mit den Estern kann man ableiten, dass Fette brennbar sein sollten. Bei der Verbrennung sollte eine exotherme Reaktion ablaufen. Fette als Ester sollten hydrolysierbar und natürlich auch verseifbar sein. Wir erinnern uns an Doppelbindungen in Fetten. Diese sollten hydrierbar sein. Der Einfluss des Sauerstoffs der Luft sollte zu unerwünschten Reaktionen führen.

2. Physikalische Eigenschaften Fette sind Stoffgemische. Daher kann man hier nicht von Schmelztemperaturen hier nicht sprechen. Es ist besser, von einem Schmelzbereich zu reden. Dieser übersteigt selten 50 Grad Celsius. Als ziemlich unpolare Verbindungen sind Fette flüssig oder weiche Feststoffe. Fette haben die Farbe weiß bis gelb. Sie besitzen einen spezifischen, mitunter durchaus angenehmen Geruch. Die Löslichkeit von Fetten in Lösungsmitteln nimmt mit der Polarität dieser Lösungsmittel ab. Das bedeutet, dass Fette sehr gut in Benzin, aber auch Ether löslich sind, weniger in Ethanol und in Wasser praktisch überhaupt nicht. Obwohl in Wasser nicht löslich, so ist mitunter eine Emulgierung des Fettes im Wasser möglich. Fettmoleküle sind dreifach, zweifach, aber auch einfach substituiert. Von besonderem Interesse sind die dritten Verbindungen. Es ist offensichtlich, dass man hier einen polaren Teil des Moleküls und einen langen unpolaren Teil hat. Diese Moleküle sind so angeordnet, dass sie im Wasser mit den unpolaren Enden nach innen zeigen, während die polaren Enden nach außen zeigen - in die Richtung des Wassers. Diese Fettmoleküle wirken wie Tenside. Erinnert euch daran: Die Wirkung der Tenside macht es möglich, dass das Fett im Wasser teilweise gelöst wird - emulgiert. Man erhält eine Emulsion.

3. Chemische Eigenschaften Fettmoleküle sind als erstes brennbar. a) Die Oxidation Bei der Oxidation von Fett, der Verbrennung, entsteht Kohlenstoffdioxid und Wasser. Dabei wird eine sehr große Wärmemenge frei. 1 Gramm Fett liefert im Mittelwert fast 40 Kilojoule pro Mol. Ein Päckchen Schmalz kann eine Energiemenge von bis zu 1000 Kilojoule liefern. b) Die Verseifung. Durch die Einwirkung von Natronlauge werden Fette verseift. Aus Fett bildet sich Glycerin und Seife. Das Ansäuern der Seife ergibt 3 Moleküle Fettsäuren. c) Umesterung Als 3-fach-Ester sind Fettsäuremoleküle in der Lage, unter geeigneten Bedingungen umzuestern. Der Rest R1 geht von der Stelle oben in die Stelle zur Mitte. d) Hydrierung Wir haben bereits gelernt, dass es Fettsäuremoleküle mit Doppelbindungen gibt. Diese Doppelbindungen können mit Wasserstoff hydriert werden. Daraus entstehen Einfachbindungen. Die Reaktionen c) und d) dienen der Fetthärtung. Aus flüssigen Ölen wird feste Margarine gewonnen. Als nächstes möchte ich mit euch die "Bratpfannenreaktionen" besprechen. Reaktion e) ist die Zersetzung des Fettes in der Pfanne oder beim Frittieren. Die Fettsäuremoleküle werden zersetzt und es bildet sich Glycerin, wobei Fettsäuren entstehen. Es ist klar, dass diese Reaktionen nur in Anwesenheit von Wasser ablaufen kann. Es ist eine typische Hydrolyse eines Esters. Reaktion f) ist die Abspaltung zweier Wassermoleküle vom Glycerinmolekül. Es bildet sich ein ungesättigter Aldehyd. Er trägt den Namen Acrolein, ist giftig und ruft Krebs hervor. Reaktion g) ist die Bildung des Säureanhydrids aus 2 unterschiedlichen Carbonsäuren. Dieses Reaktionsprodukt ist relativ unbedenklich. Ich möchte nun kurz auf den Verderb von Fett eingehen (h). Fett wird beim Verderben ranzig. Besonders empfindlich gegenüber Sauerstoff sind die Kohlenstoffatome, die sich in Nachbarschaft zu den Doppelbindungen befinden. Im Ergebnis dieser Reaktion bilden sich  Hydroperoxide. Diese reagieren weiter, es bilden sich Aldehyde und Ketone. Diese sind übelriechend und giftig. i) Bei erhöhten Temperaturen in der Bratpfanne oder beim Frittieren kann es zu Dimerisierung oder Polymerisierung von ungesättigten Fettsäuremolekülen kommen. Im Ergebnis kommt es zur Verharzung.

4. Ich möchte nun einen kurzen Überblick über den Inhalt dieses Videos geben.

5. Fette stellen flüssige oder weiche chemische Verbindungen dar. Sie haben einen Schmelzbereich, der meist unterhalb 50 Grad Celsius endet.
6. Ihre Dichten sind klein, kleiner als 1 Gramm pro Kubikzentimeter.
7. In polaren Lösungsmitteln wie Wasser sind sie nicht oder schlecht löslich.
8. Gut und ausgezeichnet sind sie löslich in unpolaren Lösungsmitteln wie Hexan oder Ether.
9. Fette, die nur aus ein- oder zweifach substituierten Glycerinmolekülen bestehen, sind emulgierbar.
10. Fette sind brennbar. Es entstehen Kohlendioxid und Wasser und eine große Energiemenge wird frei.
11. Fette können mit Laugen wie Natriumhydroxid verseift werden. Wenn anschließend angesäuert wird, bilden sich Fettsäuren. Außerdem entsteht Glycerin.
12. Fette können umgeestert oder hydriert werden. Durch die Hydrolyse von Fetten erhält man Fettsäuren und Glycerin. Aus Fettsäuren bilden sich in der Hitze Anhydride. Aus Glycerin entsteht das giftige und krebserregende Acrolein.
13. Durch die Einwirkung des Luftsauerstoffs bilden Fette Hydroperoxide. In Folgereaktion bilden sich giftige und übelriechende Aldehyde und Ketone. Außerdem kann es bei ungesättigten Fetten zur Dimerisierung, Polymerisierung und zur Bildung von Harzen kommen. Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen.