Cola-Projekt:2003. Landeswettbewerb Chemie prägt unser Leben. Chemie-AG des Gymnasiums bei St. Michael. Schwäbisch Hall

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1 Cola-Projekt:2003 Landeswettbewerb Chemie prägt unser Leben Chemie-AG des Gymnasiums bei St. Michael Schwäbisch Hall

2 Impressum Herausgeber Gymnasium bei St. Michael Chemie-AG Tüngentaler Str Schwäbisch Hall Autoren Alessa Binder, Klasse 10 c Jessica Bornemann, Klasse 10 a Patrick Dijkstra, Klasse 10 c Elisabeth Haas, Klasse 10 d Ruth Laser, Klasse 10 c Harald Lörcher, Klasse 10 c Domenic Rist, Klasse 10 c Florian Weippert, Klasse 10 c Verena Ziegler, Klasse 10 c Sarah Zügel, Klasse 10 c Redaktion Studiendirektor Gerhard Braun (mail@braun-sha.de) Druck Sarah Zügel Cola, der Allrounder aus dem Supermarkt Juli 2003

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 3 Einleitung... 5 Versuche und ihre Ergebnisse... 7 Sensorischer Vergleich... 7 Ergebnisse unter AG-Teilnehmern... 8 Ergebnisse unter Besuchern unserer Ausstellung beim Schulfest Qualitative und quantitative Analysen Dichtebestimmung Bestimmung von Trockensubstanzgehalt und Wassergehalt Bestimmung des Glührückstandes durch direkte Veraschung Neutralisationstitrationen Fotometrische Phosphatbestimmung Refraktometrische Zuckerbestimmung Welche Zucker sind in Cola enthalten? Nachweis mittels Dünnschichtchromatografie Relativer Farbstoffgehalt der Cola-Sorten CO 2 -Bestimmung Unsere Analysenergebnisse im Überblick Chemische Experimente Entfärbung von Cola Reagiert Cola mit Metallen? Spannungsmessung zwischen verschiedenen Metallen Die Cola-Batterie Reagiert Cola mit Rost? Eignet sich Cola als Rostentferner? Was macht Cola mit Milch? Wie wirkt Cola auf Kalk? Was geschieht, wenn man eiskalte Cola auf Magensäure gießt? Hilfsmittel in Heim und Garten Beeinträchtigt Cola die Keimung von Gartenkresse? Fördert oder hemmt Cola das Wachstum von Kressepflanzen? Beeinflusst Cola die Blütenfarbe von Hortensien? Cola als Kalk- und Rostlöser Hilft Cola gegen Durchfall? Kochen und Backen mit Cola Was ist sonst noch drin in Cola? Süßstoffe in Cola light Wirkungen, Risiken und Nebenwirkungen

4 Chemie in der Flasche Die Geschichte der Cola Cola, die Geschichte einer Marke Statements zum Cola-Projekt Teilnehmer/innen Schlusswort Literaturverzeichnis Zu unserer Präsentation beim Schulfest

5 Einleitung Es war Ende Januar 2003, als sich eine Reihe von hochmotivierten Schüler/innen um ihren Lehrer versammelten. Nachdem sie durch kleinere Projekte einen etwas tieferen Einblick in die Vielfalt eines Chemielabors bekommen hatten, fanden sie sich nun zusammen, um ein Thema für den Höhepunkt des Jahres - dem Landeswettbewerb Chemie prägt unser Leben - zu finden. Nach langen Debatten und geheimen Wahlen kam es zur Entscheidung. Unter fast 25 Projekten, wie zum Beispiel Was geschieht in einem Fotolabor? oder Enthält Fastfood Glutamat?, fiel die Wahl auf Cola, der Allrounder aus dem Supermarkt. Von da an pilgerten alle 10 Schüler/innen Freitag für Freitag in Richtung Chemielabor und hatten dort keine ruhige Minute mehr. Die Gruppe hatte es sich nämlich zum Ziel gemacht, nicht auf banalen Internetrecherchen zu vertrauen, sondern sie wollte selber (fast) alles experimentell herausfinden. So kam es zu interessanten Versuchen rund um dieses Erfrischungsgetränk, wie zum Beispiel die Bestimmung von Trockensubstanz & Wasser, dessen Entfärbung oder die refraktometrische Zuckerbestimmung. Nach und nach wurden die Erkenntnisse über dieses Getränk immer größer und die Zeit, die sie bis zu den Sommerferien hatten, immer kürzer und so hoffen sie, dass das Projekt, das sie so lange auf Trab gehalten hat, nun in diesem Skriptum seinen krönenden Abschluss findet. Die Chemie AG des Gymnasiums bei St. Michael wünscht Ihnen eine interessante Reise durch das Projekt Cola, der Allrounder aus dem Supermarkt und hofft, dass der Inhalt dieses Skriptums niemanden vom Genuss der Chemie in der Flasche abhält. Mit freundlichen Grüßen die Chemie-AG des Gymnasiums bei St. Michael in Schwäbisch Hall 5

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7 Versuche und ihre Ergebnisse Sensorischer Vergleich Sarah Zügel Schmeckt Cola auch wirklich wie Cola? Um das herauszufinden, haben wir einen sensorischen Test gemacht. Dieser lief so ab, dass unser Chemielehrer jedem von uns AG-Teilnehmern fünf Probierbecher gab, die jeweils eine andere Cola-Sorte enthielt. Mithilfe von Riechen, Schmecken und Vergleichen mussten wir dann den dazugehörigen Fragebogen ausfüllen (siehe unten). Es wurde dabei unter anderem nach dem Aussehen, dem Geruch, dem Geschmack, dem Nachgeschmack und dem Gesamturteil gefragt. Nach ein paar Monaten wurde der Test wiederholt. Besonders erstaunt hat uns beim Auswerten dann aber, was für unterschiedliche und teilweise sogar gegensätzliche Aussagen gemacht wurden. Cola-Getränke: Sensorische Prüfung Methode: Die Probanden erhalten verschiedene, im Kühlschrank gekühlte Cola-Getränke in neutralen, nummerierten Gläsern. Vor jedem Wechsel des Cola-Getränkes wird der Mund mit Mineralwasser ausgespült. Die sensorische Prüfung wird an einem anderen Termin mit geänderter Reihenfolge der zu testenden Cola- Getränke wiederholt. Name, Vorname des Probanden:... Markennamen (wird nach dem Test eingetragen) Cola-Getränk Nr Aussehen (z.b. Farbe, klar, trüb, stark schäumend, etc.) Geruch Geschmack Nachgeschmack Sensorisches Gesamturteil 7

8 Ergebnisse unter AG-Teilnehmern: Bei der folgenden Auswertung werden nur die häufiger genannten Feststellungen berücksichtigt. süßer, pelziger, klebriger Nachgeschmack klar Cola - Geschmack sehr süß braun leichter Cola - Geruch zuckrig undefinierbarer Beigeschmack mehr oder weniger stark schäumend normal langweilig erinnert an aufgelöste Cola - Brause sehr süß fizelig süßer Geruch süßer Nachgeschmack Blubberwasser braun Geruch ist Gummibärchenähnlich viel Kohlensäure schäumend nur leichter Geschmack Süßstoff - Nachgeschmack klar pelziger Nachgeschmack verzuckert leicht bitterer Nachgeschmack 8

9 klar Cola - Geruch wässrig abgestandenes Blubberwasser fad braun kein Schaum stechend kaum Geschmack komisch sauer süßlicher Geruch leicht süß sprudelnd pelziger Nachgeschmack schäumend süßer Geruch klar viel Kohlensäure spülmittelähnlicher Nebengeruch braun süß leicht wässrig bäbbiger, künstlicher Nachgeschmack nicht geruchsintensiv sauer Geschmack ist nicht so durchdringend 9

10 seltsamer, leicht künstlicher Geruch zuckrig ekelig geruchsarm kein Schaum keine Bläschen süß am meisten Kohlensäure starker Nachgeschmack schokoladig sehr süßer Geruch braun klar komisch Zuckerwasser herb komischer, ekeliger, pelziger, bäbbiger Nachgeschmack klebrig Außerdem fanden wir es interessant zu vergleichen, welche die beliebteste Cola-Sorte ist, wenn man nicht auf die Marke achten kann. Überraschender Weise gibt es hier deutliche Abweichungen zwischen dem ersten und dem zweiten Test, was man unten sehen kann: Coca-Cola Pepsi-Cola Coca-Cola light Test 1 10

11 Coca-Cola Topstar-Cola Test 2 Da die Ergebnisse alle sehr unterschiedlich waren, wollten wir dann noch wissen, ob es jemand geschafft hat, alle Cola-Sorten bei den jeweiligen Gesamturteilen gleich zu bewerten. Wie man sehen kann, ist das niemandem gelungen: Personen Übereinstimmungen P ersonen Allerdings haben relativ wenige Personen (nur die 10 Schüler/innen der Chemie AG) den sensorischen Test durchgeführt. Um noch eindeutigere und aussagekräftigere Ergebnisse zu erhalten, wurde der Test auch bei der Präsentation beim Schulfest angeboten. Zu diesem Zweck haben wir den Fragebogen vereinfacht (siehe unten). Ein zusätzlicher positiver Nebeneffekt davon ist noch, dass die Auswertung damit leichter fällt. 11

12 Fragebogen zum sensorischen Test von fünf Cola-Sorten Kreuze die jeweilig zutreffende(n) Aussage(n) an! 1) Geruch Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 angenehm o o o o o unangenehm o o o o o typisch Cola o o o o o 2) Geschmack Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 süß o o o o o sauer o o o o o künstlich o o o o o typisch Cola o o o o o 3) Nachgeschmack Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 sehr süß o o o o o leicht bitter o o o o o undefinierbar o o o o o 4) Gesamturteil Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Note Ergebnisse unter Besuchern unserer Ausstellung beim Schulfest: Am sensorischen Vergleichstest haben 229 Personen teilgenommen. Geruch 100% 80% 60% 40% 20% 0% typisch Cola unangenehm angenehm Pepsi Cola Coca-Cola Freeway Cola Coca-Cola light Topstar Cola 12

13 Geschmack 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% typisch Cola künstlich sauer süß Pepsi Cola Coca-Cola Freeway Coca-Cola light Topstar Nachgeschmack 100% 80% 60% 40% 20% 0% undefinierbar leicht bitter sehr süß Pepsi Cola Coca-Cola Freeway Cola Coca-Cola light Topstar Cola Gesamturteil: Notenskala 1-5 Pepsi Cola Coca-Cola Freeway Cola Coca-Cola light Topstar Cola 2,6 2,6 3,2 3,3 3,6 13

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15 Qualitative und quantitative Analysen Dichtebestimmung: [1] Elisabeth Haas, Patrick Dijkstra Durchführung: Pyknometer beschriften (1a, 1b, 1c, 5a, 5b, 5c) Einzelne Pyknometer wiegen Cola-Sorten 1-5 mit Wasserstrahlpumpe entgasen Entgaste Cola-Sorten in mit 1, 5 beschriftete Joghurtbecher geben Entgaste Cola-Sorten in die zugehörigen Pyknometer füllen Pyknometer wiegen Dichte berechnen Messergebnisse: 1a 1b 1c 2a 2b 2c m (Pyk.) in g 11,754 12,011 11,63 12,011 12,058 12,07 m (Pyk.+Cola) in g 13,975 14,176 13,793 14,177 14,051 14,069 m (Cola/2cm 3 ) in g 2,221 2,165 2,163 2,166 1,993 1,999 Dichte (Cola) in g/cm 3 1,1105 1,0825 1,0815 1,083 0,9965 0,9995 Mittelwert in g/cm 3 1,0915 1,0263 3a 3b 3c 4a 4b 4c m (Pyk.) in g 11,691 11,694 11,839 12,21 11,502 11,791 m (Pyk.+Cola) in g 13,893 13,904 14,099 14,433 13,63 14,069 m (Cola/2cm 3 ) in g 2,202 2,21 2,26 2,223 2,128 2,278 Dichte (Cola) in g/cm 3 1,101 1,105 1,13 1,1115 1,064 1,139 Mittelwert in g/cm 3 1,112 1,1048 5a 5b 5c m (Pyk.) in g 11,737 11,918 11,592 m (Pyk.+Cola) in g 13,822 14,118 13,736 m (Cola/2cm 3 ) in g 2,085 2,2 2,144 Dichte (Cola) in g/cm 3 1,0425 1,1 1,072 Mittelwert in g/cm 3 1,0715 Aus den Mittelwerten ergibt sich folgende Reihenfolge für die Dichten der Cola-Sorten: 3>4>1>5>2 15

16 / Bestimmung von Trockensubstanz- und Wassergehalt von unentfärbter Cola [2] Florian Weippert, Harald Lörcher, Domenic Rist Durchführung: Joghurtbecher wiegen Joghurtbecher wiegen, nachdem sie mit Cola gefüllt worden sind Joghurtbecher in den Trockenschrank stellen (5 Tage, ca. 65 C) Anschließend bis zur Auswertung im Exsikkator über Trockenmittel aufbewahren. Coca Cola Coca Cola Freeway- Topstar-Cola Pepsi Cola light Cola m(becher 1) in g 5,241 5,156 5,025 5,054 4,997 m(becher 2) in g 4,796 5,180 5,118 5,206 5,224 m(becher 3) in g 4,829 5,101 5,196 5,284 5,073 m(cola in 1) in g 50,144 50,938 50,066 50,45 49,686 m(cola in 2) in g 49,435 49,885 49,909 49,71 50,407 m(cola in 3) in g 50,729 51,706 50,555 50,046 50,389 m(becher 1 + Inhalt) in g m(becher 2 + Inhalt) in g m(becher 3 + Inhalt) in g m(trockensubstanz in 1) in g m(trockensubstanz in 2) in g m(trockensubstanz in 3) in g Trockensubstanzgehalt T1 in % Trockensubstanzgehalt T2 in % Trockensubstanzgehalt T3 in % T in % (Mittelwert) Wassergehalt W in % (Mittelwert) 55,385 56,094 55,091 55,504 55,683 54,231 55,065 55,027 54,916 55,631 55,558 56,807 55,751 55,330 55,462 5,555 0,125 5,308 5,546 5,517 5,428 0,110 5,363 5,490 5,553 5,585 0,118 5,407 5,540 5,601 11,078 0,245 10,602 10,993 11,103 10,980 0,220 10,745 11,044 11,016 11,009 0,228 10,695 11,069 11,115 11,022 0,231 10,680 11,035 11,078 88,978 99,769 89,320 88,965 88,922 16

17 / Bestimmung von Trockensubstanz - und Wassergehalt von entfärbter Cola : Patrick Dijkstra, Elisabeth Haas, Sarah Zügel Durchführung: Siehe Bestimmung von Trockensubstanz- und Wassergehalt von unentfärbter Cola a) Mit Aktivkohle entfärbte Freeway Cola: 5 A 5 B 5 C m(becher) in g 5,143 5,099 5,274 m(becher + Cola) in g 16,118 16,552 15,396 m(becher + Trockensubstanz) in g 6,073 6,062 6,153 Trockensubstanzgehalt T in % 8,474 8,408 8,501 Wassergehalt W in % 91,526 91,592 91,499 T in % (Mittelwert) 8,461 W in % (Mittelwert) 91,539 b) Mit Polyamid entfärbte Freeway-Cola: 5 A 5 B 5 C m(becher) in g 5,295 4,886 5,093 m(becher + Cola) in g 21,049 25,061 23,781 m(becher + Trockensubstanz) in g 7,017 7,047 7,102 Trockensubstanzgehalt T in % 10,931 10,711 10,750 Wassergehalt W in % 89,069 89,289 89,250 T in % (Mittelwert) 10,797 W in % (Mittelwert) 89,203 c) Vergleich: Trockensubstanzgehalt T in % Streuung Wassergehalt W in % Streuung Differenz in %: T(unentfärbte Cola) T (entfärbte Cola) Streuung unentfärbte Cola bei Aktivkohle bei Polyamid 10,99 8,46 10,80 10,80-11,12 89,01 91,54 89,20 88,88-89,20-2,53 2,34-2,66 0,19 0,00-0,32 Ergebnis: Polyamid ist zum Entfärben von Cola wesentlich geeigneter als Aktivkohle. 100 g Cola enthaltenweniger als 0,2 g Farbstoff. Aktivkohle adsorbiert neben dem Farbstoff in erheblichem Maße auch noch andere Stoffe. 17

18 Bestimmung des Glührückstandes durch direkte Veraschung 1 [2] Patrick Dijkstra, Elisabeth Haas, Sarah Zügel Durchführung: / ml jeder Colasorte entgasen (ca. 15 min schütteln oder in Saugflasche mittels Wasserstrahlpumpe Gas abpumpen) Porzellanschälchen nummerieren in 1a, 1b,..., 5a, 5b Masse der einzelnen Schälchen bestimmen Masse des Schälchens + ca. 10 g Cola 3 Tage lang im Trockenschrank bei ca C vortrocknen (1) Im Schnellverascher 1-2 Stunden lang bei ca. 150 C trocknen (2) Im Schnellverascher 3-4 Stunden lang bei 550 C glühen (3) Beobachtung: (1) Im Schälchen entsteht eine dunkelbraune, zähe Flüssigkeit. (2) Die zähe Flüssigkeit wird zu einer schwarzen Kruste. (3) Es bleibt nur noch ein ganz weißer Rückstand übrig. Messergebnisse: Coca Cola Coca Cola light Topstar- Cola Pepsi Cola Freeway- Cola m(schale) in g 15,125 14,190 14,886 15,066 13,817 16,563 13,674 15,359 15,572 14,012 m(schale + Cola) in g 24,728 24,373 24,707 25,753 23,620 26,133 23,541 26,185 26,808 23,769 m(cola) in g 9,603 10,183 9,821 10,687 9,803 9,570 9,867 10,826 11,236 9,757 m(schale + Glührückstand) in g m(glührückstand) in mg m(glührückstand) in % Mittelwert: m(glührückstand) in % Mineralstoffe in 100 g Cola- Getränk 15,128 14,194 14,887 15,072 13,820 16,567 13,678 15,362 15,575 14, ,0312 0,0392 0,0101 0,0561 0,0306 0,0522 0,0405 0,0277 0,0266 0,0205 0,0352 0,0331 0,0414 0,0341 0, ,2 mg 33,1 mg 41,4 mg 34,1 mg 23,6 mg 18

19 Bestimmung des Glührückstandes durch direkte Veraschung 2 Alessa Binder, Jessica Bornemann, Ruth Laser, Verena Ziegler Durchführung: Siehe oben, nur diesmal mit ca. 20 ml Cola Beobachtung: Siehe oben! Auswertung: / m(schale) in g m(schale + Cola) in g m(glührückstand) in mg m(glührückstand) in % Mittelwert: m(glührückstand) in % Mineralstoffe in 100 g Cola-Getränk Coca Cola Coca Cola light Topstar- Cola Pepsi Cola Freeway- Cola 44,172 42,900 45,263 43,164 48,553 43,171 42,814 41,767 45,448 49,200 64,867 62,736 64,122 60,767 69,645 63,398 61,601 60,789 65,926 69, , ,5 6 3,5 8 0,0193 0,040 0,0557 0,0454 0,0332 0,0445 0,0452 0,0315 0,0171 0,040 0,0297 0,0506 0,0389 0,0384 0, ,7 mg 50,6 mg 38,9 mg 38,4 mg 28,6 mg Mittelwert der Mineralstoffe in 100 g Cola 32,45 41,8 40,15 36,25 26,1 19

20 Neutralisationstitration von Coca-Cola Sarah Zügel, Elisabeth Haas Durchführung: Nach Entfernen der Kohlensäure werden 100 ml Cola mit verdünnter Natronlauge titriert. Der Titrationsverlauf wird mithilfe eines ph-meters erfasst. Natronlauge, c(naoh) = 0,1 mol / L 100 ml Cola Rührer ph Messwerte: ph-wert 2,41 2,41 2,46 2,52 2,60 2,69 3,38 3,98 4,65 4,92 V(NaOH) in ml 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,8 4,2 4,8 5,0 ph-wert 5,11 5,31 5,46 5,57 5,66 5,87 6,05 6,21 6,33 6,46 V(NaOH) in ml 5,2 5,5 5,7 5,9 6,1 6,7 7,2 7,7 8,2 8,7 ph-wert 6,63 6,83 7,08 7,32 7,64 7,86 8,18 8,90 9,04 9,23 V(NaOH) in ml 9,3 10,3 11,3 12,3 13,3 13,8 14,3 15,2 15,5 15,9 ph-wert 9,39 9,52 9,64 9,74 9,82 9,90 9,98 10,09 10,19 10,35 V(NaOH) in ml 16,4 16,9 17,4 17,9 18,4 18,9 19,1 20,2 21,2 23,1 ph-wert 10,48 10,59 10,68 10,75 V(NaOH) in ml 25,1 27,2 29,2 31,2 Auswertung:: Siehe unten, Neutralisationskurve von Coca-Cola / NaOH In welcher Form Phosphat in Coca-Cola vorkommt, hängt vom ph-wert des Getränkes ab. Bei der Neutralisation von Phosphorsäure mit Natronlauge gibt es 3 verschiedene Neutralisationsstufen: H 3 PO 4 + OH - - H 2 PO 4 + H 2 O (1. Äquivalenzpunkt) - H 2 PO 4 + OH - 2- HPO 4 + H 2 O (2. Äquivalenzpunkt) 2- HPO 4 + OH - 3- PO 4 + H 2 O (3. Äquivalenzpunkt) Beim ph-wert des 1. Äquivalenzpunktes und höher (ph 4) existiert keine Phosphorsäure (H 3 PO 4 ) mehr, sondern nur noch Dihydrogenphosphat (H 2 PO - 4 ). Am Halbäquivalenzpunkt ph = pk S2 gilt: n(h 2 PO - 4 ) = n(hpo 2-4 ). 20

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22 Neutralisationstitration von Coca-Cola light Verena Ziegler und Patrick Dijkstra Durchführung: Siehe Seite 19! Messwerte: ph-wert 2,55 2,60 2,65 2,70 2,81 2,94 3,05 3,50 3,52 3,62 V(NaOH) in ml 0 0,6 1 1,5 2 2,6 3 3,5 4 4,2 ph-wert 3,90 4,73 5,09 5,37 5,60 5,75 5,89 6,00 6,13 6,21 V(NaOH) in ml 4,5 5 5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,5 6,7 ph-wert 6,3 6,5 6,65 6,81 6,93 7,07 7,2 7,36 7,52 7,72 V(NaOH) in ml 7 7,5 8 8,6 9 9, , ,5 ph-wert 8,06 8,18 8,34 8,57 8,75 8,91 9,06 9,2 9,33 9,42 V(NaOH) in ml 12,1 12,3 12,5 12, ,2 12,4 13,6 13,8 14 ph-wert 9,54 9,71 9,84 10,02 10,2 10,5 10,57 10,71 10,81 10,92 V(NaOH) in ml 14,2 14,5 14,7 15,1 15,5 16,1 16,4 16,8 17,2 17,6 ph-wert 11 V(NaOH) in ml 18 Siehe unten, Neutralisationskurve von Coca-Cola light / NaoH Neutralisationstitration von Topstar Cola Jessica Bornemann und Alessa Binder Durchführung: Siehe Seite 19! Messwerte: ph-wert 2,25 2,3 2,32 2,37 2,43 2,47 2,53 2,6 2,70 2,76 V(NaOH) in ml 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 ph-wert 2,87 3,01 3,2 3,48 4,04 5,03 5,55 5,83 6,03 6,17 V(NaOH) in ml 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 ph-wert 6,3 6,41 6,5 6,6 6,69 6,78 6,86 6,94 7,03 7,13 V(NaOH) in ml 10 10, , , , ,5 ph-wert 7,22 7,32 7,43 7,55 7,72 7,92 8,18 8,46 8,71 8,91 V(NaOH) in ml 15 15, , , , ,5 ph-wert 9,05 9,17 9,26 9,35 9,42 9,49 9,55 9,60 9,65 9,69 V(NaOH) in ml 20 20, , , , ,5 ph-wert 9,73 9,77 9,80 9,83 9,86 9,89 9,92 9,95 9,97 9,99 V(NaOH) in ml 25 25, , , , ,5 ph-wert 10,01 V(NaOH) in ml 30 Siehe unten, Neutralisationskurve von Topstar Cola / NaOH 22

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24 Neutralisationstitration von Pepsi Cola Jessica Bornemann und Alessa Binder Durchführung: Siehe Seite 19! Messwerte: ph-wert 3,45 3,48 3,53 3,58 3,63 3,71 3,77 3,89 3,99 4,185 V(NaOH) in ml 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,6 4 4,5 ph-wert 4,48 5,055 5,27 5,47 5,48 5,61 5,71 5,79 5,86 5,93 V(NaOH) in ml 5 5,5 5,7 5,95 6 6,2 6,4 6,6 6,8 7 ph-wert 5,98 6,03 6,085 6,14 6,18 6,27 6,35 6,44 6,52 6,59 V(NaOH) in ml 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,5 9 9, ,5 ph-wert 6,66 6,73 6,82 6,91 6,96 7,03 7,1 7,2 7,28 7,41 V(NaOH) in ml 11 11, , , , ,5 ph-wert 7,55 7,74 7,96 8,21 8,44 8,6 8,72 8,81 8,89 8,96 V(NaOH) in ml 16 16, , , , ,5 ph-wert 9,03 9,07 9,12 9,205 9,28 9,34 9,39 9,445 9,485 9,535 V(NaOH) in ml 21,1 21, ph-wert 9,585 9,63 9,69 9,75 9,80 9,85 9,90 9,96 10,0 10,06 V(NaOH) in ml 30, ph-wert 10,12 10,14 10,19 10,22 10,26 10,26 10,29 V(NaOH) in ml Anmerkung: Der hier angegebene Anfangs-pH-Wert stimmt nicht mit dem mehrfach überprüften ph-wert von Pepsi Cola (ph = 2,4) überein! Siehe unten, Neutralisationskurve von Pepsi-Cola / NaOH Neutralisationstitration von Freeway Cola Harald Lörcher und Florian Weippert Durchführung: Siehe Seite 19! Messwerte: ph-wert 2,34 2,38 2,385 2,49 2,52 2,57 2,625 2,675 2,74 2,78 V(NaOH) in ml 0 0,6 0,7 1,7 1,9 2,4 2,5 2,9 3,3 3,35 ph-wert 2,83 2,87 2,93 3,05 3,20 3,36 3,63 3,88 4,33 4,65 V(NaOH) in ml 3,7 3,9 4,1 4,5 4,8 5,1 5,5 5,8 6,3 6,6 ph-wert 5,08 5,64 5,79 5,94 6,13 6,34 6,47 6,60 6,71 6,82 V(NaOH) in ml 6,9 7,4 7,6 7,9 8,3 8,8 9,2 9,7 10,1 10,5 ph-wert 6,93 7,05 7,23 7,41 7,66 7,96 8,43 8,59 8,77 8,90 V(NaOH) in ml 11,0 11,4 12,1 12,6 13,3 13,8 14,4 14,6 14,8 14,9 ph-wert 9,02 9,18 9,25 9,33 9,42 9,54 9,61 9,73 9,83 9,94 V(NaOH) in ml 15,1 15,5 15,7 15,9 16,2 16,7 17,1 17,8 18,4 19,3 ph-wert 10 10,51 V(NaOH) in ml Siehe unten, Neutralisationskurve von Freeway Cola / NaOH 24

25 25

26 Auswertung der Neutralisationskurven: Ursprünglich beabsichtigten wir mithilfe der Titrationskurven den Gehalt von Phosphorsäure und den von Dihydrogenphosphat der fünf Cola-Sorten zu bestimmen. Doch die charakteristischen Halbäquivalenzpunkte (ph = pk S ) der Titrationskurven stimmen nicht ganz überein. Welche Informationen liefern die Titrationskurven? 1. Der Vergleich der pk S -Werte (siehe Tabelle) zeigt eine große Ähnlichkeit mit der Titrationskurve von reiner Phosphorsäure. Es gibt nur eine Ausnahme: Der pk S2 -Wert von Pepsi Cola (pk S2 < 3,5) lässt vermuten, dass diese Cola-Sorte mehr Zitronensäure enthält. 2. Aus den ph-werten vor Beginn der Titration und dem pk S -Wert von Phosphorsäure lassen sich die Konzentrationsverhältnisse von Dihydrogenphosphat und Phosphorsäure berechnen. Hierzu wird der Term c( Dihydrogenphosphat) ph = pk S + log [3] c( Phosphorsäure) angewandt. Beispiel: Für Coca-Cola gilt: c( Dihydrogenphosphat) (ph pks) = 10 c( Phosphorsäure) = 10 (2,41-1,96) = 10 0,45 2,8 Ergebnis: Der Phosphat-Gehalt von Coca-Cola setzt sich aus 2,8 Teilen Dihydrogenphosphat und aus einem Teil Phosphorsäure zusammen. Siehe Unsere Analysenergebnisse im Überblick (Seite 35)! 3. Aus dem Verbrauch von Natronlauge bis ph = 7,0 kann der Gesamtsäuregehalt (= titrierbare Säuren) berechnet werden. [5] Coca-Cola Coca-Cola Topstar Freeway Phosphorsäursäure Zitronen- Pepsi Cola light Cola Cola pk S1 < 2,4 2,5 2,4 < 3,5 2,5 1,96 3,13 pk S2 6,7 6,75 6,85 6,7 6,75 7,21 4,76 NaOH-Verbrauch bis ph = 7,0 in ml Gesamtsäure- Gehalt c(h 3 O + ) in mol/l Coca-Cola Coca-Cola light Topstar Cola Pepsi Cola Freeway Cola 10,9 9,3 13,8 13,6 11,4 1, , , , , Ergebnis: Topstar Cola hat den höchsten, Coca-Cola light den niedrigsten Gesamtsäuregehalt. Siehe Unsere Analysenergebnisse im Überblick (Seite 35)! 26

27 Fotometrische Phosphatbestimmung von nicht entfärbter und entfärbter Cola [4] Alessa Binder, Jessica Bornemann, Verena Ziegler, Ruth Laser Durchführung: 1) Verdünnen der Cola mit Wasser im Verhältnis 1 : 50 2) 5 ml dieser Verdünnung 5 min mit 1 ml Vanadat-Molybdat-Reagenz reagieren lassen 3) Extinktion bei 405 nm (Messwert) ablesen 4) Extinktion der verdünnten Cola (ohne V-M-Reagenz) davon abziehen 5) Aus der Kalibrierkurve zur Phosphatbestimmung Phosphatwerte in mg/l ablesen (mit Verdünnung!) - Lösungen für die Kalibrierkurve zur fotometrischen Phosphatbestimmung (Verdünnungsreihe), siehe unten - Werte der Kalibrierkurve zur Phosphatbestimmung 6) Verdünnung rückgängig machen durch Multiplikation mit dem Verdünnungsfaktor f = 50 Phosphat in mg/l Messergebnisse: nicht entfärbte Coca-Cola Messwert der verdünnten Cola (Extinktion E 405nm ) ß(PO4³ - ) in mg / L der verdünnten Cola ß(PO4³ - ) in mg / L Coca-Cola light Topstar Cola Pepsi Cola Freeway Cola 0,221 0,212 0,276 0,222 0,260 9,35 8,95 11,65 9,35 10, Siehe unten, Grafik Phosphatbestimmung von nicht entfärbter Cola Messwert der verdünnten Cola (Extinktion E 405nm ) ß(PO4³ - ) in mg / L der verdünnten Cola ß(PO4³ - ) in mg / L entfärbte Coca-Cola Coca-Cola light Topstar Cola Pepsi Cola Freeway Cola 0,216 0,218 0,268 0,222 0,247 9,1 9,2 11,3 9,375 10, Siehe unten, Grafik Phosphatbestimmung von entfärbter Cola 27

28 Lösungen für Kalibierkurve zur fotometrischen Phosphatbestimmung (Verdünnungsreihe) Ruth Laser, Sarah Zügel, Elisabeth Haas D: Ausrechnen, wie viel ml Stammlösung (ß(PO4 3- ) = 1000 mg/l) mit wie viel ml Wasser gemischt werden müssen: ß(PO4 3- ) = 1 mg/l 0,1 ml Stammlösung + 99,9 ml H 2 O 0,1/100 Konzentrat = 1/1000 = 1 mg/l ß(PO 4 3- ) = 2,5 mg/l 0,25 ml Stammlösung + 99,75 ml H 2 O 0,25/100 Konzentrat = 2,5/1000 = 2,5 mg/l ß(PO 4 3- ) = 5 mg/l 0,5 ml Stammlösung + 99,5 ml H 2 O 0,5/100 Konzentrat = 5/1000 = 5 mg/l ß(PO 4 3- ) = 7,5 mg/l 0,75 ml Stammlösung + 99,25 ml H 2 O 0,75/100 Konzentrat = 7,5/1000 = 7,5 mg/l ß(PO 4 3- ) = 10 mg/l 1 ml Stammlösung + 99 ml H 2 O 1/100 Konzentrat = 10/1000 = 10 mg/l ß(PO 4 3- ) = 25 mg/l 2,5 ml Stammlösung + 97,5 ml H 2 O 2,5/100 Konzentrat = 25/1000 = 25 mg/l ß(PO 4 3- ) = 50 mg/l 5 ml Stammlösung + 95 ml H 2 O 5/100 Konzentrat = 50/1000 = 50 mg/l ß(PO 4 3- ) = 75 mg/l 7,5 ml Stammlösung + 92,5 ml H 2 O 7,5/100 Konzentrat = 75/1000 = 75 mg/l ß(PO 4 3- ) = 100 mg/l 10 ml Stammlösung + 90 ml H 2 O 10/100 Konzentrat = 100/1000 = 100 mg/l Neun 100-mL-Messkolben beschriften Berechnetes Volumen Stammlösung in jeweilige Gefäße pipettieren: Bis 1 ml mit Eppendorf-Pipetten zur genaueren Messung In alle Gefäße H 2 O bis zur 100-mL-Markierung dazugeben 28

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30 Refraktometrische Zuckerbestimmung [5] Ruth Laser Voraussetzungen: Die zu untersuchende Flüssigkeit sollte möglichst klar sein. Notfalls ist es erforderlich sie zu zentrifugieren oder zu filtrieren. Handhabung des Handrefraktometers: Ableseskala scharf stellen (gute Lichtquelle nötig) Nullpunkt mit Hilfe von Wasser (Aqua dest.) überprüfen, danach Prismenfläche mit einem Wattebausch sorgfältig reinigen Deckel aufklappen, 2-3 Tropfen der Probelösung auf die Messprismenfläche geben, Deckel wieder zuklappen Lichtquelle anpeilen, Ablesung an der hell/dunkel Grenzlinie vornehmen nach jeder Messung Prismenfläche sorgfältig reinigen Messergebnisse von 5 Cola-Sorten: Cola-Sorte Zuckergehalt Coca-Cola: 10,2% Coca-Cola light: 0,0% Topstar Cola: 10% Pepsi Cola: 10,6% Freeway Cola: 10,4% Funktionsweise des Handrefraktometers: Der Handrefraktometer misst den Brechungsindex und bringt diesen in Zusammenhang mit dem Zuckergehalt (Ableseskala). Der Brechungsindex (= Brechzahl des Lichts) ist der Quotient aus dem Sinus des Einfallswinkels und dem Sinus des Brechungswinkels beim Übergang zwischen Luft und der optisch dichteren Flüssigkeit wie z.b. einer zuckerhaltigen Lösung. Die Brechzahl einer gelösten Substanz ist von der Konzentration der gelösten Stoffe abhängig. In diesem Fall ist die Zuckerkonzentration von Bedeutung. 30

31 Welche Zucker sind in Cola enthalten? Nachweis mittels Dünnschichtchromatografie (DC) [6] / Jessica Bornemann Grundlagen: Für die DC verwendet man Kunststofffolien, die mit einer dünnen Schicht eines sehr feinkörnigen Stoffes (z.b. Kieselgel) beschichtet sind. Diese Schicht bezeichnet man als stationäre Phase. Das zu trennende Gemisch und die Vergleichslösungen werden mithilfe einer Kapillare auf der Startlinie punktförmig aufgetragen. Anschließend wird die DC-Folie in eine Trennkammer gestellt, die eine Flüssigkeit (Fließmittel) enthält. Das Fließmittel steigt nun durch die Kapillarkräfte in der Schicht hoch. Sobald die Flüssigkeit die auf der Startlinie aufgetragenen Stoffe erreicht hat, sind die Teilchen der verschiedenen Stoffe den Anziehungskräften der stationären Phase einerseits und des Fließmittels andererseits ausgesetzt. Je nach Kräfteverhältnis wandern die Stoffe mit dem Fließmittel unterschiedlich weit nach oben. Nach Beendigung der DC ist auf dem Chromatogramm nichts erkennbar, da die Zucker farblos sind. Deshalb wird das Chromatogramm mit einem Nachweisreagenz besprüht und ca. 5 Minuten lang in einem Trockenschrank auf 120 C erhitzt. Die Zucker zeigen sich nun als farbige Flecken. Probe- und Vergleichslösungen: 1: 1 µl Glucoselösung w = 0,5 % 2: 1 µl Fructoselösung w = 0,5 % 3: Cola-Lösung 1:10 bzw. bei Freeway Cola 1:20 verdünnt 1 ) 4: 1 µl Maltoselösung w = 0,5 % 5: 1 µl Saccharoselösung w = 0,5 % Trennschicht (stationäre Phase): Kieselgel Startlinie Fließmittel (mobile Phase): Aceton : Butanon : Borsäurelösung (w = 3 %) = : 25 Nachweisreagenz: 0,02 g Naphthoresorcin + 10 ml Ethanol + 1 ml konzentrierte Schwefelsäure 1 ) Vorversuche mit entfärbter und nicht entfärbter Cola haben zu gleichen Trennergebnissen geführt. Deshalb haben wir die DC-Trennungen nur noch mit den Original- Colagetränken durchgeführt. Unverdünnte Colagetränke führen zu schlechteren Trennergebnissen. 31

32 Cola, der Allrounder aus dem Supermarkt Ergebnisse: Coca-Cola Coca-Cola Light Pepsi Cola Topstar Cola Freeway Cola Durch die dünnschichtchromatografische Auftrennung kann man erkennen, dass in CocaCola, Topstar Cola, Pepsi Cola und Freeway Cola folgende Zucker enthalten sind: Glucose, Fructose und Saccharose. Man kann auch sehen, dass in Coca-Cola light keinerlei Zucker enthalten ist. 32

33 Relativer Farbstoffgehalt der Cola-Sorten Patrick Dijkstra, Verena Ziegler Methode: Mithilfe des Spektralfotometers wird festgestellt, wie viel Licht einer bestimmten Wellenlänge von den verschiedenen Cola-Sorten absorbiert wird. Lichtquelle Intensität I 0 Intensität I verdünnte Cola in Quarzküvette Je mehr Licht absorbiert wird, desto höher ist die Extinktion E und damit der Farbstoffgehalt des Colagetränks: E ~ c(farbstoff). Da die Eigenfarbe von Cola zu stark ist, muss Cola für die Messung im Volumenverhältnis 1 : 4 (1 Teil Cola + 3 Teile Wasser) verdünnt werden. Da im UV-Bereich gemessen wird, ist eine Küvette aus Quarzglas nötig. Wellenlänge: λ = 360 nm Messergebnisse: Cola-Getränk Extinktion E 360 nm Relativer Farbstoffgehalt in % Coca-Cola 0,984 96,0 Coca-Cola light 1, Topstar Cola 1,010 98,5 Pepsi Cola 0,932 90,0 Freeway Cola 0,909 88,7 33

34 CO 2 -Bestimmung Elisabeth Haas Durchführung: m(colaflasche original verschlossen) Flasche öffnen Flüssigkeitsstand markieren (manche Flaschen sind durch den CO 2 -Druck gedehnt) Colaflasche mindestens 1 Tag lang offen stehen lassen, erst dann vorsichtig einen Rührfisch hineingleiten lassen Magnetrührer einschalten und mehrere Tage lang rühren Rührfisch entnehmen ursprünglichen Flüssigkeitsstand wieder herstellen (falls Wasser verdunstet ist) m(cola, CO 2 -frei) m(co 2 ) V(Cola) bestimmen Messergebnisse: m(colaflasche original verschlossen) in g m(cola ohne CO 2 ) in g V(Cola) In L m(co 2 ) in g n(co 2 ) in mol V n (CO 2 ) 0 C, 1013 hpa in L V(CO 2 ) 20 C, 1000 hpa (3) in L CO 2 -Gehalt bei 20 C und 1000 hpa in L / 1L Cola CO 2 -Gehalt bei 0 C und 1000 hpa (4) in L / 1L Cola Coca-Cola (1) Coca-Cola light (2) Topstar Cola Pepsi Cola Freeway Cola 1672, , , , , , , , , ,63 1,5 1,5 1,5 1,5 2 5,64 15,95 10,63 19,66 15,03 0,128 0,3625 0,242 0,447 0,342 2,867 8,120 5,421 10,013 7,661 3,116 8,826 5,892 10,884 8,327 2,1 5,9 3,9 7,3 4,2 1,9 5,5 3,7 6,8 3,9 Anmerkungen: (1) und (2): Beim Dazugeben eines Rührfisches schäumen die Flaschen über. Erklärung: Siehe [3]. (3) V = V n /f = 22,4 L / 0,92 (4) V = V n /f = 22,4 L / 0,987 Vergleich: Löslichkeit von CO 2 in 1 L Wasser bei p = 1013 hpa [7] bei 0 C 3,35 g 0,0761 mol 1,705 L bei 20 C 1,69 g 0,0384 mol 0,860 L 34

35 Juli 2003 Unsere Analysenergebnisse im Überblick Coca- Cola Coca- Cola light Topstar Cola Pepsi Cola Freeway Cola Dichte in g / cm 3 1,09 1,03 1,09 1,11 1,08 Trockensubstanzgehalt (= Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate, Mineralstoffe, 10,94 0,25 10,60 11,06 10,99 Vitamine) in g / 100 g Wassergehalt in g / 100 g Glührückstand (= Mineralstoffgehalt) in mg / 100 g 89,06 99,75 89,40 88,94 89,01 32,5 52,4 40,2 36,3 26,1 ph 2,4 2,6 2,3 2,4 2,4 Gesamtsäuregehalt, c(h 3 O + ) in mol / L Konzentrationsverhältnis c( Dihydrogenphosphat) c( Phosphorsäure) Phosphatgehalt in mg / 100 ml a) Original-Cola b) Cola entfärbt c) Mittelwert Zuckergehalt in mg / 100 g Farbstoffgehalt in g / 100g Relativer Farbstoffgehalt (höchster Farbstoffgehalt = 100 %) CO 2 -Gehalt bei 0 C und 1000 hpa in L / 1L Cola eisgekühlt 1,09 0,93 1,38 1,36 1, ,8 1 46,8 45,5 46 3,9 1 44,8 46,0 45 1, ,3 56,5 57 2,8 1 46,8 46,9 47 2,4 1 54,8 52, ,2 0,0 10,0 10,6 10,4 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 96 % 100 % 98,5 % 91 % 89 % 1,9 5,5 3,7 6,8 3,9 Bestimmungsmethode pyknometrisch gravimetrisch gravimetrisch direkte Veraschung potenziometrisch Neutralisationstitration Neutralisationstitration fotometrisch λ = 405 nm refraktometrisch gravimetrisch fotometrisch, λ = 360 nm gravimetrisch 35

36 36

37 Chemische Experimente Entfärbung von Cola Verena Ziegler, Alessa Binder, Jessica Bornemann, Ruth Laser Vorversuch: Entfärbung von Cola mit Polyamid und Aktivkohle (Es wird ausschließlich Freeway Cola für die Untersuchungen genutzt) Durchführung: Sechsmal 100 ml Cola (Freeway) abmessen und in Bechergläser abfüllen. Jeweils 5 g, 10 g, 20 g Aktivkohle bzw. 2,5 g, 5 g, 10 g Polyamid (Korngröße: 0,05 0,16 mm) dazugeben. Alle 6 Bechergläser mit einem Rührfisch auf je einen Magnetrührer stellen. Beobachtung: 1. Aktivkohle: Nach 30 Minuten hat sich in keinem Versuchsansatz Cola wesentlich entfärbt, trotz Zentrifugierens bei Upm. 2. Polyamid: Bereits nach 15 Minuten erhält man nach dem Zentrifugieren mit Upm folgende Ergebnisse: 100 ml Cola + 2,5 g Polyamid Polyamid hat sich fast ganz abgesetzt, Überstand aber noch leicht gelb-bräunlich 100 ml Cola + 5 g Polyamid Polyamid hat sich fast ganz abgesetzt, Überstand absolut farblos Welche Methode eignet sich am besten zum Entfärben von Cola? Patrick Dijkstra, Elisabeth Haas, Sarah Zügel 100 ml Cola + 10 g Polyamid Polyamid hat sich fast ganz abgesetzt, Überstand absolut farblos Vorbereitung: Wir betrachten die Bechergläser mit dem Cola & und dem Polyamid bzw. der Aktivkohle. Alle sind entfärbt und sehen klar aus. Durchführung: Abnutschen des Inhalts der Bechergläser (entfärbte Cola + Polyamid bzw. Aktivkohle) Den Vorgang des Abnutschens und die Filtrate untereinander vergleichen Ergebnis: 1. Cola + Polyamid : Kann problemlos abgenutscht werden, die Filtrate haben immer einen leichten Gelbstich (von dem Polyamid). a) 2,5 % Polyamid-Zusatz: Das Filtrat ist gelb gefärbt. b) 5 % Polyamid-Zusatz: Das Filtrat ist farblos. c) 10 % Polyamid-Zusatz: Das Filtrat ist farblos. 37

38 2. Cola + Aktivkohle : Kann problemlos abgenutscht werden, gibt insgesamt aber eine große Sauerei. Das Abnutschen dauert etwas länger. Das Filtrat muss nach dem Abnutschen noch zentrifugiert werden, damit sich der feine Aktivkohlestaub unten absetzt. a) 5 % Aktivkohle-Zusatz: Das Filtrat ist schwarz, kann also nicht für weitere Versuche verwendet werden b) 10 % Aktivkohle-Zusatz: Das Filtrat ist relativ klar, enthält aber noch Aktivkohlestaub. c) 20 % Aktivkohle-Zusatz: Das Filtrat ist relativ klar, etwas klarer als bei b). Prinzipiell können beide Entfärbungsmittel eingesetzt werden. Vorteile von Aktivkohle: Wird das Filtrat anschließend zentrifugiert, erhält man eine klarere Lösung als bei Verwendung von Polyamid. Es ist deutlich billiger als Polyamid. Vorteile von Polyamid: Polyamid verunreinigt die entfärbte Cola nicht so stark wie Aktivkohle. Die Ergebnisse sind deshalb genauer und unverfälschter. 38

39 Reagiert Cola mit Metallen? / / Florian Weippert, Harald Lörcher Durchführung: 1. Metallstücke abschmirgeln 2. Metallstücke wiegen 3. Erlenmeyerkolben mit 200 ml Cola (Freeway Cola) befüllen 4. Metallstücke in Cola tun und Gefäße mit Alufolie abdecken (Parallelversuch mit destilliertem Wasser) 5. Metallstücke nach Cola- bzw. Wasserbad mit Wasser spülen, trocknen und zurückwiegen Versuchsdauer: (21 Tage) Metall m(me) vor Colabad in mg m(me) nach Colabad in mg Massenänderung nach Colabad in mg m(me) vor Wasserbad in mg m(me) nach Wasserbad in mg Massenänderung nach Wasserbad in mg Eisen (Fe) Blei (Pb) Magnesium(Mg) Kupfer (Cu) Aluminium (Al) Zinn (Sn) Zink (Zn) Anmerkungen zum Aussehen der Metalle am Ende des Versuches: Metall Nach dem Colabad Nach dem Wasserbad Eisen (Fe) rostig rostig (stark) Blei (Pb) weißer Überzug eine Stelle mit braunem Belag Magnesium (Mg) brauner Belag silberner Schimmer Kupfer (Cu) grauschwarz - Aluminium (Al) brauner Belag - Zinn (Sn) - - Zink (Zn) leicht brauner Belag dünner, weißer Belag Anmerkung: Versuch am nochmals angesetzt, um Ergebnisse zu überprüfen. Auswertung: Eisen + Cola: 2 Fe + 2 H 3 PO 4 2 FePO H 2 4 Fe + 3 O 2 + x H 2 O 2 Fe 2 O 3 x H 2 O Fe 2 O 3 x H 2 O + 2 H 3 PO 4 2 FePO 4 + (3 + x) H 2 O Eisen + Wasser: 2 Fe + 6 H 3 O + 2 Fe H H 2 O (ph 6) 4 Fe + 3 O 2 + x H 2 O 2 Fe 2 O 3 x H 2 O Fe 2 O 3 x H 2 O + 6 H 3 O + 2 Fe 3+ + (9 + x) H 2 O 39

40 Magnesium + Cola: 3 Mg + 2H 3 PO 4 Mg 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 + Ablagerung von Farbstoff Magnesium + Wasser: Mg + 2 H 2 O Mg(OH) 2 + H 2 (ph 6) Mg(OH) H 3 O + Mg H 2 O Mg + 2 H 3 O + Mg 2+ + H H 2 O Zinn + Cola: Sn + 2 H 2 O H O 3 SnO 2 aq + 2 H 2 + Ablagerung von Farbstoff + Wasserhaltiges Zinn(IV)-oxid Zinn + Wasser: Sn + 2H 2 O SnO 2 x aq + 2H 2 [8] Wasserhaltiges Zinn(IV)-oxid Anmerkung: Die übrigen sehr geringen Massenänderungen werden nicht erklärt, weil es sich um Messfehler handeln könnte. 40

41 Spannungsmessungen zwischen verschiedenen Metallen in Cola Harald, Domenic, Florian Durchführung: Wir messen mit einem Voltmeter die Spannung, die zwischen zwei verschiedenen Metallen entsteht, die sich beide im gleichen U-Rohr befinden, welches mit Topstar Cola gefüllt ist. Messergebnisse: Pb Fe Cu Ni Mg Al Ag Zn + 0,586 V + 0,443 V + 1,03 V + 0,87 V - 0,08 V - 0,5 V + 0,8 V Pb - 0,11 V + 0,46 V - 0,01 V - 1,27 V - 0,01 V + 0,55 V Fe + 0,575 V + 0,49 V - 1,25 V - 0,06 V + 0,38 V Cu - 0,12 V - 1,55 V - 0,51 V + 0,21 V Ni - 1,43 V - 0,37 V + 0,3 V Mg + 1,11 V + 1,76 V Al + 0,35 V Wenn die Zahl positiv ist, dann bedeutet dies, dass das obere Metall den positiven Pol bildet, ist sie negativ, dann bildet der obere Stoff den Minuspol. Ergebnis: Cola ist ein Elektrolyt, es leitet Strom mithilfe frei beweglicher Ionen. Es könnte Bestandteil von Spannungsquellen (Akkumulatoren, Batterien) sein. Am Beispiel von Zink und Kupfer erklären wir diesen Stromfluss. Minus-Pol (Zink): Zn Zn e - Plus-Pol (Kupfer): 2 H 3 O e - 2 H 2 O + H 2 41

42 Die Cola-Batterie Domenic, Harald Durchführung: Eine Kupfer- und eine Zinkelektrode werden in ein Glasgefäß gestellt, in das später Cola gefüllt wird. An die beiden Elektroden wird nun ein Musikchip aus einer Grußkarte angeschlossen [9]. Das Signal, das von dem Chip ausgeht, wird in einem Lautsprecher in hörbare Töne umgewandelt. Diese Töne werden nun durch ein Mikrophon aufgenommen und in den Laptop geleitet. Mit dem Programm Gold Wave können diese in sichtbaren Wellen dargestellt werden. Der Laptop verstärkt dieses Signal und gibt es verstärkt wieder. Beobachtung: Zwischen den beiden Elektroden liegt eine Spannung von U = 1,06 V an. Diese Spannung fällt um 0,02 V, sobald man den Chip anschließt. Durch diesen Versuch können wir den Strom, der durch die Reaktionen in Cola zustande kommt, sicht- und hörbar machen. Mikrofon Musikchip 42

43 Reagiert Cola mit Rost? Patrick Dijkstra, Domenic Rist Durchführung: 3,00 g Rostpulver in einen Becher mit 30 ml entgaster Freeway Cola geben; Parallelversuch mit destilliertem Wasser Die Ansätze eine Woche lang stehen lassen Das Pulver wieder herausfiltrieren und samt Filterpapier in den Trockenofen stellen Die Masse des Pulvers bestimmen Beobachtung: Das Pulver, das aus Cola herausfiltriert wurde, war nicht rostbraun wie zu Beginn, sondern eher schwarz. Die Cola wurde heller. Die Masse des Pulvers, das in der Cola war, sank auf 2,83 g. Die Masse des Pulvers, das in Wasser war, sank lediglich auf 2,96 g. Erklärung: Rost reagiert mit den Säuren, die in Cola enthalten sind: Eisenoxid-hydrat + Säure Eisensalz + Wasser (Rost) Beispiel: Fe 2 O 3 x H 2 O + 2 H 3 PO 4 2 FePO 4 + (3 + x) H 2 O (1) Eisen(III)- phosphat gelb, unlöslich in Wasser, löslich in Mineralsäuren Das Rostpulver wird schwarz, da sich der Farbstoff E 150 d darin einlagert ( Cola wird heller). Mindestens 5,7 % des Rostpulvers hat z.b. mit der Phosphorsäure des Colas reagiert ( Masse nimmt trotz der Einlagerung des Farbstoffes ab). Im destillierten Wasser mit einem ph-wert von 6 nimmt die Masse des Rostpulvers nur um 1,3 % ab, da die Säurekonzentration sehr gering ist. Fe 2 O 3 x H 2 O + 6 H 3 O + 2 Fe 3+ + (9 + x) H 2 O gelblich 43

44 Eignet sich Cola als Rostentferner? Patrick Dijkstra, Domenic Rist Rostige Eisennägel + Flüssigkeit X Flüssigkeit X Beobachtung Aqua. dest. Es bildet sich mehr Rost! Topstar Cola Nagel ist dünner. Rost nahezu weg Topstar Cola entgast Nagel ist dünner. Rost nahezu weg. Weniger effektiv. Sprudel (sauer) Teilweise Rost weg. Allerdings Neubildung. Zuckerwasser, w = 10 % Zucker kristallisiert. Rost immer noch vorhanden. Phosphorsäure, w = 10% Entfernt Rost und Eisen. Zitronensäure, w = 20% Nagel dünner. Rost weg. Die Pfeile im Bild markieren den jeweiligen Flüssigkeitsstand. 44

45 Was macht Cola mit Milch? / Florian Weippert, Harald Lörcher Versuch 1: Beobachtung: Gemisch aus Milch und Cola (Topstar Cola) zentrifugieren (Vergleichsversuch: reine Milch) Bei Milch + Cola und bei reiner Milch war oben in RG eine Rahmverdichtung. Versuch 2: Beobachtung: Ergebnis: Zugabe von konzentrierter Salpetersäure in das Gemisch aus Milch und Cola (Vergleichsversuch: reine Milch) Bei reiner Milch: heterogene weiß-gelbe Flüssigkeit mit vielen Flocken. Bei Milch + Cola: Braune Flüssigkeit mit braunen Flocken. Die Braunfärbung zeigt, dass Milch Eiweiß enthält (Eiweiß-Nachweis durch Xanthoprotein-Reaktion). Die Flocken sind Eiweißfäden und werden durch die Milch verursacht. Versuch 3: Beobachtung: Ergebnis: Einen Tropfen Cola und einen Tropfen Milch auf einen Objektträger geben und an einer Stelle eine Schnittstelle schaffen. Unter Mikroskop: An der Grenzschicht (Schnittstelle) bilden sich auf der Seite der Milch kleine Klumpen. Hier stockt die Milch, wie wenn die Milch sauer wird. Die Milch stockt, weil Cola eine Säure ist. 45

46 Wie wirkt Cola auf Kalk? Alessa Binder (Jessica Bornemann) Versuchsergebnisse: Kalk in destilliertem Wasser (ph 6) Kalk in Coca Cola (ph = 2,4) Ursprüngliche Masse in g 33,786 22,074 Masse nach 4 Wochen 33,775 21,948 Massenverlust in % 0,033 0,571 Auswertung: Kalk (= Calciumcarbonat) ist das Salz der schwachen Kohlensäure. Ein Teil des Kalkes geht infolge einer chemischen Reaktion in Lösung. In Wasser ist es nur ein sehr kleiner, in Cola aber ein deutlich größerer Teil, das 17-fache. In Gegenwart einer stärkeren Säure, hier Phosphorsäure oder Dihydrogenphosphat, wird die schwächere Kohlensäure aus ihrem Salz (Kalk) ausgetrieben. Die Kohlensäure (H 2 CO 3 ) zerfällt dabei in Kohlenstoffdioxid und Wasser. CaCO H 3 PO 4 H 2 O + CO 2 + Ca H 2 PO CaCO H 2 PO 4 Kalk H 2 O + CO 2 + Ca HPO

47 Was passiert, wenn man eiskalte Cola auf Magensäure gießt? Elisabeth Haas, Sarah Zügel 1) Vorversuch: Frage: Was passiert, wenn man raumtemperierte Cola auf Magensäure (37 C) gießt? D: 50 ml Cola werden zu 50 ml Magensäure gegeben Cola Wasserbad 37 C " Magensäure" (Salzsäure mit ph = 1,5) B: Der Kolbenprober zeigt, dass sich 65 ml Gas gebildet haben. 2) Weitere Vorgehensweise: > Untersuchung des entstandenen Gases (z.b. durch Knallgasprobe, Kalkwasser ) > Vorversuch mit eisgekühlter (frisch geöffneter!) Cola und im Wasserbad auf 37 C erhitzter Magensäure durchführen 47

48 03. Juni 03 Versuchsaufbau: Wie am ; Unterschiede: Die Cola ist eisgekühlt und die Salzsäure 37 C warm. Beob.1: In den Kolbenprober strömen 65 ml Gas. Beob.2: In den Kolbenprober strömen 62 ml Gas. Vergleichsversuche: Statt Cola gibt man destilliertes Wasser auf die Magensäure Beob.3: In den Kolbenprober strömen 53 ml Gas. Beob.4: In den Kolbenprober strömen 52,5 ml Gas. Auswertung: Wenn 50 ml Flüssigkeit aus dem Tropftrichter in den Erlenmeyerkolben mit Magensäure fließen, werden 50 ml Luft in den Kolbenprober verdrängt. Die höheren Volumenwerte der Vergleichsversuche (53 bzw. 52,5 ml) sind auf die Wärmeausdehnung des zugefügten Wassers zurückzuführen. Die Volumina des durch die Reaktion von Cola mit Magensäure entstandenen Gases erhält man erst, wenn man den Mittelwert des bei den Vergleichsversuchen entwichenen Gases vom Mittelwert des bei V1+2 entwichenen Gases abzieht : Mittelwert V1+2: Mittelwert Vergleichsversuche: 63,5 ml 52,75 ml 63,5 ml 52,75 ml = 10,75 ml Ergebnis: Es entstehen 10,75 ml Gas, wenn man 50 ml Cola auf Magensäure leert. V5: Bestimmung des Gases Das Gas wird in Kalkwasser geleitet. Beob.5: Das Kalkwasser wird trüb. Ergebnis: Es ist CO2 entstanden. Um welches Volumen müsste sich der Magen vergrößern, wenn man 0,5 Liter Cola trinkt? V(Cola) ohne Berücksichtung der Wärmeausdehnung: V(CO 2 ), das durch Reaktion mit Magensäure freigesetzt wird und sich durch die Wärme ausdehnt: 10,75 ml 10 =107,5 ml Volumenzunahme: 500,0 ml 107,5 ml 607,5 ml Ergebnis: Nach dem Trinken von Cola entweicht in den Magen zusätzlich CO 2. Die CO 2 - Menge entspricht etwa einem Fünftel (genauer: 21,5 %) der getrunkenen Colamenge. 48

49 Hilfsmittel in Heim und Garten Beeinträchtigt Cola die Keimung von Gartenkresse? Ruth Laser Versuch: Start am , Uhr: Material: 4 Petrischalen, Topstar Cola, Gartenkresse, Watte, Wasser, 2 Pipetten. 49

50 Ich tränke 3 Wattebäusche mit normalem Leitungswasser, einen vierten mit Topstar Cola. Danach säe ich die Kresse auf die Watte aus. Der Keimort ist auf einer Fensterbank auf der Westseite des Hauses. Ca Uhr: Um die Kressesamen aus dem Wasseransatz hat sich eine klebrig-feuchte Wasserhülle gebildet. Die Samen sind aufgequollen. Die Samen aus dem Cola-Ansatz sind trocken und mehr oder weniger unverändert , ca Uhr: Alle Ansätze werden mit 2 Pipettenfüllungen gegossen. Die Samen des Wasseransatzes sind aufgeplatzt (mit bloßem Auge kaum erkennbar). Die Samen aus dem Cola-Ansatz sind weiterhin nicht aufgequollen , Uhr: Alle Ansätze werden mit 2 Pipettenfüllungen gegossen. Die Samen aus dem Wasseransatz keimen weiter. Die Samen des Cola-Ansatzes sind weiterhin unverändert , Uhr: Alle Ansätze werden mit 2 Pipettenfüllungen gegossen. Keimlinge des Wasseransatzes entwickeln sich weiterhin ohne Probleme. Die Samen des Cola-Ansatzes sind weiterhin unverändert , Uhr: Keimlinge des Wasseransatzes entwickeln sich weiterhin ohne Probleme. Die Samen des Cola-Ansatzes sind weiterhin unverändert. Versuch I beendet, siehe Foto. Ergebnis: Cola enthält einen Stoff, der die Keimung verhindert! 50

51 Fördert oder hemmt Cola das Wachstum von Kressepflanzen? Ruth Laser Versuch II: Start am , ca Uhr: Material: 2-mal ausgewachsene Gartenkresse auf Watte in einer Petrischale, Cola, 2 Pipetten. Den einen Ansatz mit Wasser begießen, den anderen mit Cola. (je 2 Pipettenfüllungen) Ca Uhr: Ca Uhr: Die Pflanzen des Cola-Ansatzes lassen schon die Köpfe hängen. Die Pflanzen des Wasseransatzes sind putzmunter. Die Pflanzen des Cola-Ansatzes scheinen weiterhin das Cola nicht zu vertragen , ca Uhr: Den einen Ansatz mit Wasser begießen, den anderen mit Cola. (je 2 Pipettenfüllungen) Die Pflanzen des Cola-Ansatzes scheinen weiterhin das Cola nicht zu vertragen , ca Uhr: (Wir waren den ganzen Tag weg, komme erst jetzt zum gießen, es war sehr heiß). Den einen Ansatz mit Wasser begießen, den anderen mit Cola. (je 2 Pipettenfüllungen). Pflanzen des Wasseransatzes haben Hitze nicht so gut vertragen, sie sind ziemlich ausgedörrt. Pflanzen aus dem Cola-Ansatz sind unverändert (die Blättchen sind nicht ausgetrocknet). Allerdings färben sich die Wurzeln langsam bräunlich. 51

52 , ca Uhr: Den einen Ansatz mit Wasser begießen, den anderen mit Cola. (je 2 Pipettenfüllungen) Die Pflanzen des Wasseransatzes haben sich erstaunlich gut erholt. Die Pflanzen des Cola-Ansatzes bekommen langsam gelbe Blättchen. (Verfault die Kresse langsam?) , ca Uhr: Den einen Ansatz mit Wasser begießen, den anderen mit Cola. (je 2 Pipettenfüllungen). Versuch II beendet. Der Cola-Ansatz zeigt Schimmelansätze. Ergebnis: Cola beeinträchtigt das Wachstum und bringt Kresse sogar zum verschimmeln. Erklärung zu den Versuchen Cola + Gartenkresse I + II Ruth Laser In den beiden vorangegangenen Versuchen haben wir gesehen, dass Cola zum einen die Keimung von Gartenkresse verhindert und zum anderen der ausgewachsenen Kresse gar nicht gut tut. Es stehen nun zwei mögliche Täter zur Verfügung. Die Angeklagten sind die Phosphorsäure und Zucker. Der Grund bei der Phosphorsäure wäre klar es würde sich um eine einfache Übersäuerung handeln. Allerdings entdeckte ich, dass andere Schüler, die ebenso mit Kresse experimentiert hatten, Probleme mit dem Zucker bekamen. 52

53 Hierzu ist also ein Vergleichsversuch nötig: Ich führte den gleichen Versuch noch einmal durch, allerdings mit zwei zusätzlichen Vergleichsansätzen. Da ich beweisen will, dass der Zucker der Übeltäter ist, gieße ich einen Ansatz mit Zuckerwasser, den anderen mit Coca-Cola light (zuckerfrei!). Beobachtung: Der Ansatz mit dem Zuckerwasser verhält sich genauso wie derjenige, der mit (Topstar) Cola gegossen wird. Außer einer kleinen Verzögerung bei der Keimung ist beim Light- Ansatz nichts festzustellen, was auf eine Unbekömmlichkeit des hohen Säuregehaltes hinweist. Erklärung: Zucker ist, wie Salz, eine Art Konservierungsmittel. Er entzieht der Kresse die Feuchtigkeit, bzw. unterbindet jegliche weitere Wasserversorgung der Pflanze. Das führt dazu, dass die Flüssigkeit, die in den Pflanzen gefangen ist, mit dem Zucker zusammen die Kresse verschimmeln lässt. Was wir nach diesem Versuch vorliegen haben, ist also kandierte Kresse. Allerdings konnte ich es nicht über mich bringen, davon zu kosten. Leider fehlt mir die Zeit, den Light-Versuch weiter zu verfolgen. Es wäre doch sicher interessant herauszufinden, ob sich Coca-Cola-light-Kresse züchten ließe. Beeinflusst Cola die Blütenfarbe von Hortensien? Verena Ziegler Versuch: Gießen von Hortensien mit Cola Einer Internetrecherche habe ich entnommen, dass Hortensien in saurem Boden blau blühen, in alkalischem Boden dagegen rot. Demzufolge habe ich eine rote Hortensie jeden Tag mit ca. 300 ml Cola gegossen. Da in der Cola Säuerungsmittel enthalten sind, dachte ich, dass die Hortensie mit der Zeit blau blühen würde. Nachdem ich sie ca. 5 Tage lang gegossen habe, zeigten sich an einigen Blättern Rotfärbungen, die dann braun wurden und die Blätter verdorrten letztendlich. An der Blütenfarbe änderte sich jedoch nichts. Hinzuzufügen wäre noch, dass die Hortensie mit immer mehr Ameisen übersät war. Kein Wunder, denn Cola enthält viel Zucker. Zum Vergleich habe ich zwei weitere Hortensien mit roter Blütenfarbe mit ungefähr der gleichen Menge Wasser gegossen.diese waren am gleichen Standort wie die, die mit Cola gegossen wurden. Sie blühten rot und ihre Blätter waren einwandfrei. Leider kann ich aus diesem Versuch fast keine Erkenntnisse gewinnen, die unser Projekt Cola - Hilfsmittel in Heim und Garten bereichern würden, denn das genaue Gegenteil des vorher Erhofften ist eingetreten. 53