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Fruchtsäuren (Basiswissen) 07:49 min

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Transkript Fruchtsäuren (Basiswissen)

Guten Tag und herzlich willkommen! Frage an euch, was haben alles diese Früchte, Pflanzen, Lebensmittel gemeinsam? Ananas, Äpfel und Birnen, Brombeeren, Bier, Himbeeren, Johannisbeeren, Mango, Milch, Nadelhölzer, Pfirsiche, Pilze, Sauerkirschen, Stachelbeeren, Tomaten, Wein und Weintrauben.

Alle diese Dinge enthalten Fruchtsäure. Dieses Video heißt Fruchtsäuren. Der Film ist vorgesehen für das Gymnasium oder die Realschule, Jahrgangsstufe 9 und 10. Ich habe das Video wie folgt gegliedert. Im ersten Teil werden wir darüber sprechen, was Fruchtsäuren eigentlich sind. Im zweiten Abschnitt geht es darum, festzustellen, wo man Fruchtsäuren überhaupt findet. Im Teil 3 werden wir kurz auf die Verwendung von Fruchtsäuren eingehen und im vierten und letzten Abschnitt werde ich euch einige wichtige Fruchtsäuren vorstellen.

Was sind Fruchtsäuren? Fruchtsäuren sind organische Säuren und damit Carbonsäuren. Sie erhalten wie die Ethansäure, Essigsäure genannt, die Carboxylgruppe. Um eine Fruchtsäure zu sein, muss diese Carbonsäure aber entweder mindestens zwei Carboxylgruppen besitzen oder aber sie besitzt neben den Carboxylgruppen noch Hydroxylgruppen. Diese Carbonsäuren sollten natürlich vorkommen.

  1. Wo findet man Fruchtsäuren? Fruchtsäuren findet man in Obst, Gemüse, in Speisen und Getränken.

  2. Verwendung von Fruchtsäure: Fruchtsäuren werden erfolgreich zur Entkalkung eingesetzt, man benutzt sie zur Reinigung. Fruchtsäuren werden als Antirostmittel eingesetzt. Man verwendet sie für die Herstellung von Stahl. Fruchtsäuren haben Verwendung in Brausepulver. Man kann sie verwenden, um den unangenehmen Geruch vom Fisch zu beseitigen. Weiterhin werden Fruchtsäuren in der organischen Synthese eingesetzt. Und auch in Hautpflegemitteln findet man sie.

  3. Wichtige Fruchtsäuren: Fruchtsäuren sind weiße Pulver. Sie haben Schmelztemperaturen im Bereich von etwa 50 Grad bis 200 Grad Celsius. Sie sind sehr gut oder gut wasserlöslich. Fruchtsäuren sind schwerer als Wasser. Fruchtsäuren sind grundsätzlich stärkere Säuren als Essigsäure. Äpfelsäure: Äpfelsäure hat folgende Struktur. Am Ethangerüst setzen die funktionellen Gruppen an. Die Säure besitzt zwei Carboxylgruppen, sie ist damit eine Dicarbonsäure. Äpfelsäure hat eine Hydroxilgruppe, daher ist sie eine Hydroxycarbonsäure. Äpfelsäure findet man in Äpfeln, Weintrauben und Stachelbeeren. Zitronensäure: Zitronensäure hat folgende chemische Struktur. Ihr Grundgerüst ist ein Propangerüst, an dem die funktionellen Gruppen anhaften. Zitronensäure besitzt drei Carboxylgruppen, sie ist daher eine Tricarbonsäure, außerdem hat Zitronensäure eine Hydroxylgruppe, sie ist daher eine Hydroxycarbonsäure. Man findet Zitronensäure in Äpfeln und Birnen. Sie kommt vor in Sauerkirchen, Himbeeren und Brombeeren. Man findet sie in Johannisbeeren und Nadelhölzern. Zitronensäure konnte in Tabakblättern, Wein und Milch nachgewiesen werden. In wissenschaftlicher Schreibweise beginnt der Name Citronensäure mit dem Buchstaben C. Glycolsäure: ein Molekül Glycolsäure hat folgende chemische Struktur: Am Methangerüst sitzen die beiden funktionellen Gruppen. Glykolsäure besitzt eine Carboxylgruppe, sie ist daher eine Monocarbonsäure. Glycolsäure besitzt eine Hydroxylgruppe, sie ist daher eine Hydroxycarbonsäure. Glykolsäure findet man in Zuckerrohr, Zuckerrüben, wildem Wein und in Rosmarin. Milchsäure: Milchsäure hat folgende chemische Struktur: Am Ethangerüst haften die beiden funktionellen Gruppen an. Milchsäure hat eine einzige Carboxylgruppe, sie ist daher eine Monocarbonsäure. Die Anwesenheit einer Hydroxylgruppe macht sie zur Hydroxycarbonsäure. Aber aufgepasst! Milchsäure ist eine Propansäure, drei Kohlenstoffatome bilden die Kette. Milchsäure findet man in Schweiß, Blut, Speichel, Niere und Galle. Aber auch im Tomatensaft und Bier ist Milchsäure vorhanden. Und wo ist Milchsäure noch drinn! - na dreimal dürft ihr raten. Weinsäure: Weinsäure hat folgende chemische Struktur. Am Ethanmolekül sitzen die funktionellen Gruppen. Aber aufgepasst! Weinsäure ist eine Butansäure, denn vier Kohlenstoffatome bilden die Kette. Weinsäure hat zwei Carboxylgruppen, sie ist daher eine Dicarbonsäure. Außerdem hat Weinsäure zwei Hydroxylgruppen, sie ist daher eine Dihydroxycarbonsäure. Oxalsäure: Bei der Oxalsäure sind zwei Carboxylgruppen direkt miteinander verbunden, dazwischen ist kein Platz für ein mehr Alkan vorhanden. Oxalsäure ist eine Ethansäure, Oxalsäure besteht aus einer Kette mit zwei Kohlenstoffatomen. Zwei Carboxylgruppen bedeutet, es ist eine Dicarbonsäure. Man findet Oxalsäure im Klee und in verschiedenen Obstsorten.

Fassen wir zusammen: Fruchtsäuren sind Carbonsäuren, sie enthalten mindestens zwei Carboxylgruppen, ist dies nicht der Fall, so muss neben einer Carboxylgruppe eine Hydroxylgruppe vorliegen. Fruchtsäuren sind fest und wasserlöslich. Man findet Fruchtsäuren in Obst, Pflanzen und allgemein in Organismen. Fruchtsäuren sind stark sauer, Fruchtsäuren werden verwendet für die Entkalkung, die Entrostung, zum Beizen und in verschiedener Form in Lebensmitteln.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.

Fruchtsäuren (Basiswissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Fruchtsäuren (Basiswissen) kannst du es wiederholen und üben.

  • Definiere den Begriff Fruchtsäure.

    Tipps

    Dies ist die Carboxyl-Gruppe, eine funktionelle Gruppe von der sich leicht ein Proton löst.

    Die funktionellen Gruppen von Fruchtsäuren enthalten alle Sauerstoff, aber keinen Stickstoff.

    Lösung

    Fruchtsäuren sind spezielle Vertreter der Carbonsäuren. Sie gehören daher in die organische Chemie.

    Ihre funktionellen Gruppen ($-COOH$ und /oder $-OH$) haben große Auswirkungen auf die Eigenschaften dieser Stoffe. Sie führen zum Beispiel zur guten Wasserlöslichkeit. Auch die höheren Siede- und Schmelztemperaturen, im Vergleich zu den analogen Alkanen, lassen sich durch die von ihnen gebildeten Wasserstoffbrückenbindungen erklären.

    Fruchtsäuren sind auch am Geschmack unserer Lebensmittel maßgeblich beteiligt.

  • Nenne Verwendungsmöglichkeiten für Fruchtsäuren.

    Tipps

    Fruchtsäuren lösen Calcium-Ionen aus festen Belägen.

    Fruchtsäuren sind kristalline Stoffe. Sie bilden keine großen Makromoleküle wie z.B. Vinylchlorid.

    Lösung

    Die breite Anwendung der Fruchtsäuren ist erstaunlich.

    • Zitronensäure zum Beispiel löst Kalk viel besser als Essigsäure. Das liegt daran, dass Zitronensäure die Calcium-Ionen zusätzlich noch komplexiert, was die Essigsäure nicht vermag. Fruchtsäuren werden daher oft in Reinigungsmitteln zugesetzt.
    • Auch zur Rostentfernung sind Fruchtsäuren geeignet.
    • Einige Fruchtsäuren haben auch wohltuende Eigenschaften für die Haut. Daher werden sie in Masken und Hautcremes gemischt und auch in der Veredlung von Stahl kommen diese Säuren zum Einsatz.
  • Bestimme, worin Fruchtsäuren enthalten sind.

    Tipps

    Fruchtsäuren sind auch in Produkten aus Obst enthalten.

    Salzkristalle bestehen aus Kationen und Anionen. Alle Bestandteile sind also anorganisch.

    Lösung

    Fruchtsäuren sind natürlich in Früchten, wie Äpfeln, Ananas und Weintrauben enthalten. Aber auch in anderen Lebensmitteln finden wir sie, z.B. in Gemüse, in Bier und auch im Brot.

    In unseren Muskeln produzieren wir als Stoffwechselprodukt sogar Milchsäure. Diese Säure wird auch verwendet, um Weißkohl haltbar zu machen. Das Produkt nennt man dann Sauerkraut.

  • Erkläre, wie es bei hoher Muskelbeanspruchung zu erhöhten Lactat-Werten kommt.

    Tipps

    Für eine vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen wird ausreichend Sauerstoff benötigt.

    Dabei entstehen ausschließlich $CO_2$ und $H_2O$.

    Glucose steht in der Leber, in den Muskeln und im Blut als Energiespeicher bereit.

    Lösung

    Die Glycolyse ist die wichtigste Form der Energiebereitstellung in unserem Körper. Durch die Schaffung neuer Bindungen in stabilen Molekülen wird Energie frei. Diese wird zum Aufbau von ATP verwendet, der kleinsten Energiespeichereinheit unseres Körpers.

    Bei Sauerstoffmangel wird auf die anaerobe Glycolyse zurück gegriffen. Diese kann sehr schnell Energie bereit stellen, aber wie du in der Reaktion sehen kannst, entstehen aus einem Molekül Glucose nur 2 Moleküle ATP.

    Im Vergleich dazu entstehen bei der aeroben Glycolyse 26 Moleküle ATP aus einem Molekül Glucose. Diese Form läuft allerdings langsamer ab, weswegen sie nicht immer ausreichend schnell Energie bereit stellen kann.

  • Benenne die gezeigten Fruchtsäuren.

    Tipps

    Du siehst hier die Skelettschreibweise. Jeder Knick in der schwarzen Kette entspricht einem Kohlenstoffatom.

    Zitronensäure besitzt insgesamt 6 C-Atome.

    Oxalsäure besteht nur aus 2 Carboxyl-Gruppen.

    Lösung

    Du siehst hier 4 wichtige Vertreter der Stoffklasse der Fruchtsäuren. Präge dir den strukturellen Aufbau ein, aus ihm kannst du vieles über den jeweiligen Stoff ableiten. In etwa wie viele Wasserstoffbrückenbindungen theoretisch ausgebildet werden können. Dadurch kannst du Siede- und Schmelztemperaturen im Vergleich zu anderen Verbindungen einordnen.

    Zitronensäure ist ein gutes Putzmittel für den Haushalt. Es löst Kalk viel besser als Essigsäure und greift dabei Gummi nicht an. Oxalsäure ist in vielen Früchten enthalten, wie z.B. dem Rhabarber. Die Milchsäure ist in vielen Lebensmitteln enthalten und wird von unseren Muskeln produziert.

  • Formuliere die Protolysereaktion von Oxalsäure mit Wasser.

    Tipps

    Auf der Seite der Edukte müssen genauso viele Atome einer Sorte sein wie auf der Seite der Produkte.

    Es gilt auch der Ladungserhalt. Wenn die eine Seite neutral ist, muss es auch die andere sein.

    Lösung

    Carboxyl-Gruppen besitzen ein acides Wasserstoffatom. D.h., dass das Wasserstoffatom sich leicht durch eine Base abspalten lässt. Das liegt an der elektronenziehenden Wirkung des doppelt gebundenen Sauerstoffs.

    Nach Brönsted ist eine Säure ein Protonendonator. Die Oxalsäure gibt also ein Proton ab. Das Proton wird auf das Wassermolekül übertragen. Wasser reagiert in dieser Reaktion als Base. Es bildet sich das positiv geladene Oxoniumion und das negativ geladene Säurerestion. Dieses Hydrogenoxalat-Ion besitzt nun noch eine weitere Carboxyl-Gruppe. Auch von dieser kann sich in Reaktion mit einem weiteren Wassermolekül ein Proton abspalten und ein weiteres Oxoniumion (Hydroniumion) bilden. Das dann entstandene Säurerestion ist das zweifach negativ geladene Oxalat-Ion.