Textilveredlung PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE VORGÄNGE FÄRBEN - DRUCKEN APPRETIEREN - BESCHICHTEN Gesamttextil e.v.

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1 Textilveredlung PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE VORGÄNGE FÄRBEN - DRUCKEN APPRETIEREN - BESCHICHTEN 2005 Gesamttextil e.v.

2 2 Verantwortlich für das Programm AUSBILDUNGSMITTEL UNTERRICHTSHILFEN Dietmar Fries Leiter des Referates Berufsbildung beim Arbeitgeberkreis Gesamttextil Das Copyright für das Titelfoto wurde uns freundlicherweise vom Gesamtverband der deutschen Textilveredlungsindustrie, Frankfurt am Main, erteilt. 1. Auflage September Exemplare 2. Auflage April Exemplare 3. Auflage Februar Exemplare ISBN Ausbildungsmittel - Unterrichtshilfen 1988 by Arbeitgeberkreis Gesamttextil, Frankfurt Nachdruck, photomechanische Wiedergabe oder die Anwendung ähnlicher Verfahren, auch bei auszugsweiser Verwertung, nur nach unserer ausdrücklichen Erlaubnis.

3 3 Frankfurt am Main, im September 1978 Vorwort Der Arbeitgeberkreis Gesamttextil, Frankfurt (Main), legt in seiner Reihe für Ausbilder, Berufsschullehrer und Auszubildende seine zwölfte Veröffentlichung vor Ausbildungsmittel Unterrichtshilfen Textilveredlung Färben - Drucken - Appretieren - Beschichten physikalische und chemische Vorgänge Im Namen aller Benutzer sagen wir Dank dem Verfasser des maßgebenden ersten Entwurfes Oberstudienrat Friedrich Schnepp Gewerbliche Schulen II der Stadt Wuppertal sowie den weiteren Mitgliedern der Projektgruppe "Ausbildungsmittel Textilveredler - Färberei" - Horst Beines in Firma Wilhelm Beines Söhne, Mönchengladbach - Günter Christ Hoechst AG, Frankfurt-Höchst - Ing. (grad.) Volker Demmer Taunus Textildruck, Zimmer GmbH & Co KG, Oberursel - Dr. Kratz Textilausrüstungsgesellschaft Schroers & Co, Krefeld - Professor Peter Medilek Gesamthochschule Wuppertal

4 4 Frankfurt, im Februar 1988 V o r w o r t zur 3. Auflage Der Arbeitgeberkreis Gesamttextil übergibt Ausbildern, Berufsschullehrern und Auszubildenden die überarbeitete 12. Veröffentlichung seiner Reihe "Ausbildungsmittel - Unterrichtshilfen", die Schrift AUSBILDUNGSMITTEL UNTERRICHTSHILFEN Textilveredlung Physikalische und chemische Vorgänge Färben - Drucken - Appretieren - Beschichten Die Schrift ist hilfreich für die Ausbildung zum/zur Textilveredler(in) Appretur, Beschichtung, Druckerei und Färberei sowie zum/zur Textilmaschinenführer(in)Vliesstoff-Industrie, zum/zur Textilreiniger(in) und zum/zur Textillaboranten (in) (chemisch-technisch). Die 3. Auflage wurde durch die beiden Herren Friedrich Schnepp Gewerbliche Schulen II der Stadt Wuppertal und Günter Loos Hoechst AG, Frankfurt-Höchst aktualisiert unter Berücksichtigung der neuen Nomenklatur. Im Namen der Benutzer dieser Schrift gilt ihnen dafür ein besonderes Dankeschön. Arbeitgeberkreis Gesamttextil

5 5 Der Inhalt dieser Schrift deckt den nachstehenden gemeinsamen Inhalt aller einjährigen Aufbaustufen der Stufenausbildung in der Textilveredlungsindustrie (Bundesgesetzblatt Teil I, Seite 2352 vom 26. August 1976), nämlich jeweils die Position 3 im Ausbildungsrahmenplan Textilveredler - Färberei, Textilveredler - Druckerei, Textilveredler - Appretur, Textilveredler - Beschichtung: 3. Kenntnisse der physikalischen und chemischen Vorgänge in der Textilveredlung a) Bedeutung der für die Textilveredlung wichtigsten chemischen Elemente darstellen, Herstellung der gebräuchlichen Laugen, Säuren und Salze erläutern b) Aggregatzustand, Viskosität, Affinität, Fließverhalten, Dichte, Substantivität, Migration erläutern und ihre Bedeutung für veredlerische Prozesse aufzeigen c) Eigenschaften, Unterschiede und Einsatz gebräuchlicher Gemische und Verbindungen darstellen, hauptsächliche Arten der Stofftrennung beschreiben d) Aufbau, Eigenschaften und Einsatz von Elektrolyten sowie die Bedeutung der Begriffe anionenaktiv, kationenaktiv und nichtionogen erklären Mit dem Inhalt dieser Schrift werden auch entsprechende Aussagen im Rahmenlehrplan über die Berufsausbildung in der Textilveredlungsindustrie (Beschluß der Kultusministerkonferenz vom 28. Mai 1976) abgedeckt, und zwar 5. Chemische und physikalische Begriffe und Vorgänge Einsicht in die Bedeutung der Chemie für die Textilveredlung; überblick über Grundbegriffe der Chemie - Reine Stoffe - Gemenge - Lösungen - Elemente - Verbindungen - Ionen - Säuren - Basen - Salze - ph-werte - Chemische Gleichungen - Neutralisation - Oxidation - Reduktion - Titration - Entschlichtung - Netz- und Waschvorgänge - Atom - Wertigkeit - Periodensystem - Molekül - Makromoleküle, Aggregatzustand, Viskosität, Fließverhalten, anionaktive, kationaktive, nichtionogene Verbindungen. Die Schrift ist darüber hinaus hilfreich bei der Ausbildung in den Ausbildungsberufen: Textilreiniger Textillaborant - chemisch-technisch. Arbeitgeberkreis Gesamttextil Lernziele - Bedeutung der für die Textilveredlung wichtigsten chemischen Elemente darstellen - Herstellung der gebräuchlichsten Basen, Säuren und Salze erläutern - Aggregatzustand, Viskosität, Affinität, Fließverhalten, Dichte, Substantivität, Migration erläutern; ihre Bedeutung für veredlerische Prozesse aufzeigen

6 6 - Eigenschaften, Unterschiede und Einsatz gebräuchlicher Gemische und Verbindungen darstellen; hauptsächliche Arten der Stofftrennung beschreiben - Aufbau, Eigenschaften und Einsatz von Elektrolyten sowie die Bedeutung der Begriffe anionenaktiv, kationenaktiv und nichtionogen erklären Ausbildungsrahmenplan, Aufbaustufe "3. Kenntnisse der physikalischen und chemischen Vorgänge in der Textilveredlung" Position a): "Bedeutung der für die Textilveredlung wichtigsten chemischen Elemente darstellen, Herstellung der gebräuchlichen Basen, Säuren und Salze erläutern"

7 7 1 GRUNDBEGRIFFE DER CHEMIE PHYSIK - CHEMIE REINE STOFFE - GEMENGE ELEMENTE CHEMISCHE ZEICHEN ATOME CHEMISCHE VERBINDUNGEN CHEMISCHE FORMELN MOLEKÜLE CHEMISCHE REAKTIONEN CHEMISCHE GLEICHUNGEN ATOMMASSEN MOLARE MASSEN WERTIGKEITEN PERIODISCHES SYSTEM WICHTIGE CHEMISCHE ELEMENTE UND DEREN VERBINDUNGEN EINTEILUNG DER ELEMENTE SAUERSTOFF WASSERSTOFF STICKSTOFF Ammoniak Salpetersäure Säuren Basen Salze Salze des Ammoniaks SCHWEFEL Schwefelwasserstoff Schwefeldioxid Schwefelsäure CHLOR Salzsäure Salzbildung Salzarten Eingeteilt nach der Formel Eingeteilt nach der Reaktion mit Indikatoren Andere Säuren des Chlors Unterchlorige Säure Chlorige Säure KOHLENSTOFF Kohlendioxid Kohlenmonoxid... 30

8 Carbide Anorganische und organische Chemie Wichtige organische Verbindungen Essigsäure (Ethansäure) Ameisensäure (Methansäure) Oxalsäure (oxalis/lat. = Sauerklee) Formaldehyd Tetrachlorkohlenstoff Ethanol NATRIUM Natriumhydroxid Salze des Natriums Natriumchlorid Natriumsulfat Natriumcarbonat Natriumsulfid und Natriumhydrogensulfid Natriumhydrogensulfit Natriumhydrogensulfat Natriumthiosulfat Natriumnitrit Natriumsilikat Natriumphosphate Natriumacetat Natriumdithionit Natriumperborat KALIUM Kaliumhydroxid Kaliumcarbonat Kaliumchromverbindungen SALZE ANDERER METALLE Magnesiumsulfat Kupfersulfat AGGREGATZUSTAND DICHTE VISKOSITÄT AFFINITÄT SUBSTANTIVITÄT WASSER ALLGEMEINES Niederschlagsverfahren Kalk-Soda-Verfahren Phosphatverfahren... 49

9 Basenaustauschverfahren Zusatz von Enthärtungsmitteln ORGANISCHE STOFFE PARAFFINE OLEFINE ACETYLENE BENZOL ESTER UND ETHER KUNSTSTOFFE POLYKONDENSATE POL YMERISATE POLYADDUKTE WASCHMITTEL SEIFEN STOFFTRENNUNG... 58

10 10 1 Grundbegriffe der Chemie 1.1 Physik - Chemie Die Chemie ist die Lehre von den Stoffen und vor allem die Lehre von den Stoffumwandlungen. In allen Fabriken, in denen Düngemittel, Heilmittel, Farbstoffe, synthetische Fasern und viele andere Stoffe - Chemikalien genannt - hergestellt werden, spielen sich chemische Vorgänge ab. Hier werden aus den angelieferten Rohstoffen, z. B. Erdöl, neue Stoffe mit gänzlich neuen Eigenschaften erzeugt, z. B. Chemiefasern oder Farbstoffe. Die Physik befaßt sich, im Gegensatz zur Chemie, mit den Zustandsund Formveränderungen der Stoffe; sie ist die Lehre von der Energie (den Kräften, die in den Stoffen enthalten sind). Erwärmt man z. B. Eis, so schmilzt es und wird schließlich dampfförmig, der Stoff "Wasser" bleibt aber erhalten. Das Rosten von Eisen dagegen ist ein chemischer Vorgang. Aus dem Stoff "Eisen" und dem Stoff "Sauerstoff" aus der Luft bildet sich ein neuer Stoff, nämlich "Rost". Im Textilveredlungsgewerbe kommen viele chemische Vorgänge vor, so beim Bleichen, Färben, Drucken, Appretieren und Beschichten. 1.2 Reine Stoffe - Gemenge In der Chemie unterscheiden wir reine Stoffe und Gemenge. Reine Stoffe bestehen nur aus einem Material, z. B. Eisen und Schwefel, oder sind regelmäßig aufgebaut. z. B. Gips, Kochsalz oder Schwefelsäure. Gemenge oder Gemische setzen sich aus mehreren reinen Stoffen zusammen; Beispiele: Luft aus Sauerstoff, Stickstoff und anderen Gasen, Erdöl aus Benzin, Petroleum, Dieselkraftstoff, Schmierölen und Bitumen. Wird bei einem Gemenge der eine Stoff in dem anderen vollständig gelöst, z. B. Kochsalz in Wasser, entsteht eine Lösung. Man kann die Bestandteile durch Filtern nicht trennen. Bleiben sie in einem Gemenge nebeneinander bestehen, bildet sich eine Dispersion (dispergere/lat.=zerstreuen). Je nach dem Aggregatzustand (Zustandsform) der Phase (der kleineren Menge) im Mittel (der größeren Menge) sind folgende dispersen Gemische von Interesse: Dispersion Phase Mittel Beispiele Suspension fest flüssig trübes Wasser Rauch fest gasförmig Emulsion flüssig flüssig Milch Nebel flüssig gasförmig Schaum gasförmig flüssig Seifenschaum 1.3 Elemente Die Chemie dringt ins Innere der Stoffe. Sie fragt z. B. woraus besteht Rost, was ist Wasser? So findet der Chemiker, daß Rost aus Eisen und Sauerstoff besteht. Eisen und Sauerstoff aber kann man chemisch nicht in weitere Stoffe zerlegen. Sie bilden die Bausteine der Natur, die man Grundstoffe oder Elemente nennt. Wir kennen 90 natürliche Elemente. Aus ihnen baut sich fast ausschließlich die Erdrinde auf. Man unterteilt die Elemente in zwei Gruppen: Metalle und Nichtmetalle

11 Chemische Zeichen Jedes Element hat in der Chemie ein besonderes Zeichen oder Symbol. Dieses ergibt sich aus der Abkürzung der lateinischen Elementbezeichnung; Beispiele: Eisen = Fe (Ferrum) Wasserstoff = H (Hydrogenium) Sauerstoff = 0 (Oxygenium) Kohlenstoff = C (Carboneum) 1.5 Atome Versucht man ein Element zu teilen, gelangt man schließlich zu den kleinsten Teilchen, die man Atome (atomos/gr = unteilbar) nennt und die noch alle Eigenschaften des Elements tragen. Ein Atom kann chemisch nicht weiter zerlegt werden (wohl aber physikalisch im Atomreaktor). So gibt es beispielsweise Eisen-Atome, Sauerstoff-Atome, Wasserstoff-Atome und Kohlenstoff- Atome. Die meisten chemischen Elemente bestehen aus verschiedenen Sorten von Atomen, die man Isotope nennt. 1.6 Chemische Verbindungen Vereine ich zwei oder mehrere Elemente zu einem neuen Stoff, erhalte ich eine Verbindung. Sie zeigt andere Eigenschaften als die Ausgangselemente; Beispiel: Eisen und Sauerstoff vereinen sich zu Rost (grau,fest) (farblos,gasig) (rotbraun, pulvrig) Manche Verbindungen zerfallen, wenn man sie in Wasser löst. Solche Verbindungen nennt man Elektrolyte, weil sie in Wasser den elektrischen Strom leiten. Die Zerfallsprodukte bezeichnet man als Ionen (ion/gr. = wandernd). Sie sind elektrisch positiv bzw. negativ geladen und wandern zum entgegengesetzten Pol. Zu den Elektrolyten zählen Säuren, Basen und Salze. 1.7 Chemische Formeln Um zu zeigen, daß sich Elemente zu einer Verbindung vereint haben, setzt man die Zeichen nebeneinander; Beispiel: Eisen Sauerstoff Rost und vereinen sich zu oder: Fe O FeO Wir erhalten die chemische Formel einer Verbindung. HCl ist die Formel von Salzsäure, NaOH die Formel von Natronlauge. Beteiligen sich mehrere Atome eines Elements an der Zusammensetzung der Verbindung, so wird dies durch eine kleine Ziffer hinter dem entsprechenden Atomzeichen ausgedrückt; Beispiel: 2 Atome Wasserstoff 1 Atom Sauerstoff Wasser und vereinen sich zu 2 H (1) 0 H 2 0

12 12 Schwefelsäure = H 2 S0 4 besteht aus 2 Atomen Wasserstoff (H) 1 Atom Schwefel (S) 4 Atomen Sauerstoff (0). 1.8 Moleküle Der kleinste Teil einer Verbindung ist das Molekül (molecula/lat. _ kleine Masse). Alle Moleküle derselben Verbindung sind einander gleich und zeigen sämtliche Eigenschaften der Verbindung. Bestehen beispielsweise das Wassermolekül nur aus 3 Atomen und das Schwefelsäuremolekül aus 7 Atomen, so existieren auch Moleküle, die aus 1000 und mehr Atomen aufgebaut sind. Solche Makromoleküle (makros/gr. = groß) findet man bei den textilen Faserstoffen und bei den Kunststoffen. Alle gasigen Elemente außer Edelgase sind zu zweiatomigen Molekülen zusammengeschlossen, was man auch durch die Schreibweise ausdrückt. Beispiele: H 2 für Wasserstoff 0 2 für Sauerstoff N 2 für Stickstoff Cl 2 für Chlor F 2 für Fluor 1.9 Chemische Reaktionen Eisenpulver und Schwefelpulver werden gemischt. Durch diesen physikalischen Vorgang entsteht ein Gemisch, das sich mit physikalischen Hilfsmitteln trennen läßt, z. B. durch einen Magnet (Eisen ist magnetisch, Schwefel nicht) oder durch Ausschütteln mit Wasser (Eisen ist schwerer und sinkt auf den Boden, Schwefel schwimmt auf der Oberfläche). Erhitze ich aber das Gemisch, so bildet sich ein neuer Stoff, und zwar Schwefeleisen (es ist unmagnetisch und verhält sich im Wasser einheitlich). Diesen Vorgang bezeichnet man als chemische Umsetzung oder Reaktion (lat. = Rückwirkung). Eine chemische Reaktion, bei der aus verschiedenen Elementen oder einfachen Verbindungen ein neuer Stoff entsteht, nennt man Synthese = Aufbau. Beispiele: Fe und S bilden FeS 2 H und 0 bilden H20 oder besser 2 H 2 und 0 2 bilden 2 H 2 0 Zerfällt ein Stoff bei einer Reaktion in mehrere Elemente oder einfache Verbindungen, sprechen wir von einer Analyse = Zerlegung, Abbau. Beispiele: 2 Hg0 zerfallen in 2 Hg und 0 2 Quecksilberoxid Quecksilber Sauerstoff CaC03 zerfällt in Ca0 und C0 2 Kalkstein gebrannter Kohlendioxid Kalk "Kohl ensäure")

13 1.10 Chemische Gleichungen Jede chemische Reaktion läßt sich unter Verwendung von Symbolen, Formeln und mathematischen Zeichen durch eine chemische Gleichung ausdrücken. Die Ausgangsstoffe stehen auf der linken Seite, das Ergebnis auf der rechten Seite, dazwischen befindet sich ein Gleichheitszeichen oder besser ein Pfeil; Atommassen Alle gleichartigen Atome oder - genauer gesagt - alle gleichartigen Isotope besitzen die gleiche Masse. Atome bzw. Isotope verschiedener Grundstoffe haben verschiedene Massen. In Gramm gemessen sind diese Massen unvorstellbar klein. In der Chemie arbeitet man daher mit einer anderen Einheit. Die Atommasse (früher: das Atomgewicht) eines Kohlenstoffisotops ist gesetzlich auf 12 festgelegt. 1/12 dieser Masse besitzt als, "atomare Masseneinheit" das Einheitenzeichen "u". Wasserstoff, das leichteste Element, hat danach die Atommasse 1,0079, und üblich ist es, die Atommasse als reine Zahl ohne Nennung der Einheit anzugeben. Abgerundet geben die Atommassezahlen an, wievielmal schwerer das Atom bzw. Isotop eines Elementes als 1 Atom Wasserstoff ist. Weitere Beispiele: Atommassen von Chlor (Cl) = 35,453 (u) Eisen (Fe) = 55,847 (u) Schwefel (S) = 32,06 (u) In vielen Fällen genügen gerundete Werte Molare Massen Die molare Masse (früher: Molekulargewicht) einer chemischen Verbindung ist gleich der Summe der Atommassen aller am Aufbau des Moleküls beteiligten Atome. Beispiele: H20 (Wasser) besteht aus 2 x H, Atommassen: 2 x 1 = 2 1 x 0, Atommasse : 1 x 16 = 16 H 2 0,molare Masse 18

14 H 2 S0 4 (Schwefelsäure) besteht aus 2 x H, Atommassen: 2 x 1 = 2 1 x S, Atommasse : 1 x 32 = 32 4 x 0, Atommassen: 4 x 16 = 64 H 2 S0 4, molare Masse: Die Lehre von den Masseverhältnissen bei chemischen Verbindungen und Reaktionen bezeichnet man als Stöchiometrie (stoicheion/gr. = Element; metrie/gr. = Messung). Mit ihr kann man die zu einer Reaktion notwendigen Anteile sehr genau berechnen, wenn man die Atomund molaren Massen beispielsweise in Gramm angibt. Der Einheitenname dafür ist "Mol", das Einheitenzeichen "mol". Beispiele: 1 mol H 2 S0 4 = 98 g H 2 S0 4 setzen sich nach den Atommassen aus 2 g H 2, 32 g S und 64 g 0 2 zusammen. Wieviel g Fe und S benötigt man bei der Reaktion zu 100 g FeS? Gleichung: Fe + S > FeS Atom- bzw. molare Masse in Gramm 56 g + 32 g = 88 g Ergebnis: 63,6 g + 36,4 g = 100 g 1.13 Wertigkeiten Beim Betrachten der bisher genannten chemischen Formeln fällt auf, daß in manchen Molekülen zwei oder mehrere Atome eines Elements vorhanden sind, so in H 2 0, CaC0 3, CO 2 und H 2 S0 4. Das liegt daran, daß manche Atome die Fähigkeit besitzen, mehrere Atome zu binden, z. B.: ein Sauerstoffatom bindet zwei Wasserstoffatome. Diese Eigenschaft bezeichnet man als die Wertigkeit eines Elements oder Atoms. Die Wertigkeit gibt die Anzahl der Wasserstoffatome an, mit denen sich das Atom eines Elements zu verbinden oder die es in einer Verbindung zu ersetzen vermag. Wasserstoff ist als Maß einwertig. Nach der Formel H 2 0 ist Sauerstoff zweiwertig. In CH 4 (Methan) ist Kohlenstoff vierwertig. Natrium in NaCI (Kochsalz) kann man durch ein Wasserstoffatom ersetzen. Man erhält HCl (Salzsäure), Na ist also einwertig. Manche Elemente weisen mehrere Wertigkeiten auf. In NH3 (Ammoniak) ist Stickstoff dreiwertig, in HN0 3 (Salpetersäure) ist er fünfwertig, Chlor kann ein-, drei-, fünf- und siebenwertig sein, Schwefel zwei-, vier- und sechswertig.

15 Periodisches System sind die Alkalimetalle (Basenbildner): Li, Na, K Erdalkalimetalle: Mg, Ca, Sr, Ba Halogene (Salzbildner): F, Cl, Br, I Edelgase, die schwer Verbindungen eingehen: He, Ne, Ar, Kr

16 16 Die Atome werden fortlaufend mit Ordnungszahlen (OZ) numeriert. Wasserstoff als Element mit den leichtesten Atomen erhält die OZ 1, Uran (U), das schwerste natürliche Element, die OZ 92. Tabelle 2: In der Textilveredlung vorkommende Elemente

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18 18 2 Wichtige chemische Elemente und deren Verbindungen 2.1 Einteilung der Elemente Die Elemente kann man in zwei große Gruppen einteilen, in Metalle und Nichtmetalle. Diese beiden Gruppen unterscheiden sich durch bestimmte Eigenschaften. Die meisten Elemente sind Metalle. Sie zeichnen sich durch viele gmeinsame Eigenschaften aus. Sie besitzen ein gutes Leitvermögen für Wärme und elektrischen Strom, eine hohe Dichte, einen silbriggrauen Glanz (Ausnahmen: Au und Cu sind gelb), sind undurchlässig für Licht und bei normalen Bedingungen fest (Ausnahme: Hg ist flüssig). Zu den Nichtmetallen gehören die weniger einheitlichen Elemente. Viele von ihnen sind gasförmig. Alle sind jedoch schlechte Leiter für Wärme und Elektrizität und haben eine niedrige Dichte. 2.2 Sauerstoff Atommasse: 15,9994 Chemisches Zeichen: 0 (Oxygenium/gr = Säurebildner) Wertigkeit: II Dichte: 1,429 g/dm 3 Vorkommen: Sauerstoff ist das Element, das am meisten verbreitet ist. Die Erdkugel besteht zu 50 %, das Wasser zu 89 % und die Luft zu 23 % (= 21 Vol-%) aus 0 2. Ein längeres Einatmen von Luft mit einem 0 2 -Gehalt unter 19 % führt zur Bewußtlosigkeit. Umgekehrt kann ein Funke auf der Kleidung in einer Atmosphäre (gr. = Gashülle eines Gestirns) mit mehr als 24 % 0 2 eine stichflammenartige Verbrennung bewirken. Darstellung 1. durch die Elektrolyse des Wassers, d. h. die Zersetzung in die Atome durch elektrischen Strom, etwa im Hofmannschen Wasserzersetzungsapparat (Versuch!); 2. durch die Reaktion mit sauerstoffreichen Verbindungen. 3. Durch Verflüssigen der Luft: Kühlt man Gase ab, werden sie flüssig. Die Luft als Gasgemenge wird stufenweise flüssig, zuerst der Sauerstoff bei -183 C (= 90 K). Der Stickstoff, der sich erst bei -193 C (= 80 K) verflüssigt, ist noch gasig und wird abgetrennt. Eigenschaften: Sauerstoff ist ein farb- und geruchloses Gas. Er brennt nicht, bringt aber einen glimmenden Holzspan zum Entzünden (Versuch!). Der Sauerstoff ist an fast allen Verbrennungsvorgängen beteiligt. Oxidation: Jede chemische Vereinigung eines Stoffes mit Sauerstoff bezeichnet man als Verbrennung oder Oxidation. Dabei erhält man einen neuen Stoff, ein Oxid. Die Verbrennung ist mit einer Wärmeentwicklung verbunden.

19 19 Verwendung: Reiner Sauerstoff kommt in Stahlflaschen, z. B. zum Schweißen, in den Handel. Verbindungen, die leicht Sauerstoff abgeben, dienen zum Bleichen und zum Entwickeln von Küpenfärbungen. 2.3 Wasserstoff Atommasse: 1,0079 Chemisches Zeichen: H (Hydrogenium/gr. = Wasserbildner) Wertigkeit: I Dichte: 0,0899 g/dm 3 (leichtester Stoff) Vorkommen: Den meisten Wasserstoff finden wir an Sauerstoff gebunden im Wasser (11 %). In geringen Spuren kommt er auch in der Luft vor. Leuchtgas oder Stadtgas (aus Kohle gewonnen) besteht zur Hälfte aus Wasserstoff. (Erdgas besteht aus Kohlenwasserstoffen, zumeist Methan = CH 4 - siehe ) 2. Einwirken von Säuren auf unedle Metalle: 3. Elektrolyse des Wassers: siehe 2.2! Eigenschaften: Wasserstoff ist der leichteste aller Stoffe. Er ist ein farb- und geruchloses Gas, das mit bläulicher Flamme brennt. Dabei verbindet er sich mit Sauerstoff: Es bildet sich Wasser. Reduktion: Der Wasserstoff verbindet sich unter bestimmten Bedingungen leicht mit Sauerstoff. Er vermag sogar anderen Verbindungen den Sauerstoff zu entziehen. Solche Reaktionen bezeichnet man als Reduktion (reducere/lat. = zurückführen). Reduktion und Oxidation sind also Gegensätze. Verwendung: Wasserstoff benutzt man zum Füllen von Luftballons und zum Schweißen. 2.4 Stickstoff Atommasse: 14,0067 Chemisches Zeichen: N (Nitrogenium/gr. = Salpeterbildner)

20 20 Wertigkeit: I, II, III, IV, V Dichte: 1,25 g/dm 3 Vorkommen: Der meiste Stickstoff kommt in der Luft vor, die zu 76.% (= 78 Vol-%) aus diesem Element besteht. In kleinen Mengen ist Stickstoff im Eiweiß und daher auch in den Eiweißfasern (Wolle, Seide) enthalten. Darstellung: Den Stickstoff gewinnt man fast nur aus der Luft, wie beim Sauerstoff beschrieben (siehe 2.2!). Verwendung: Mit Hilfe von Stickstoff kann man Ammoniak und Salpetersäure synthetisch herstellen Ammoniak Molare Masse: 17,031 H Chemische Formel: NH 3 oder H - N - H Dichte: 0,7714 g/dm 3 Darstellung: Ammoniak fällt bei der Kokserzeugung an. Zumeist wird es synthetisch aus Wasserstoff und Luft-Stickstoff hergestellt Eigenschaften: Ammoniak ist ein farbloses Gas mit stechendem Geruch. Es löst sich leicht in Wasser und reagiert dann zu Salmiakgeist, chemisch Ammoniumhydroxid genannt oder auch fälschlich kurz Ammoniak: Ammoniumhydroxid = NH 4 0H Molare Masse: 35,046 ist leichter als Wasser. (Dichte: 0,907 g/cm 3 bei einem Gehalt von 25 % NH 3 ). Es ist eine schwache Base. Verwendung: Ammoniakgas wird zur Herstellung von Ammoniumsalzen und Salpetersäure verwendet. Ammoniumhydroxid kommt mit einem Gehalt von 25 % NH 3 in den Handel. Es dient als Reinigungsmittel im Haushalt sowie zum Waschen und Bleichen von Wolle. Mit Hilfe von Ammoniak stellt man Cupro her. Unfallverhütung:

21 21 Als Gas wirkt Ammoniak auf Schleimhäute und Augen stark ätzend. Die Base ist ein gefährliches Augengift (Erblindungsgefahr!); Gegenmittel: Sofort mit reinem, kalten Wasser spülen! Vorgesetzten benachrichtigen und sofort zum Augenarzt gehen Salpetersäure Eigenschaften: Reine Salpetersäure ist eine farblose, stechend riechende, an der Luft rauchende Flüssigkeit. Meist ist sie jedoch durch Verunreinigungen gelb gefärbt. Dichte der wasserfreien Säure: 1,513 g/cm 3. Die handelsübliche Konzentration beträgt 70 % (Dichte: 1,413 g/cm 3 ). Die Salpetersäure ist eine starke Säure und löst alle Metalle außer Platin (Pt) und Gold (Au). Sie zerstört die meisten Textilfasern. Verwendung: Salpetersäure gebraucht man bei der Herstellung vieler Farbstoffe und Chemikalien. Unfallverhütung: Vorsicht beim Arbeiten mit HNO 3! Die Säure hinterläßt auf der Haut schmerzhafte Atzwunden. Die entweichenden Gase nicht einatmen! Sie sind giftig! Handschuhe tragen und Schutzbrille benutzen! Säuren Ähnlich wie das Molekül der Salpetersäure sind in der Chemie viele Verbindungen aufgebaut. Man bezeichnet sie als Säuren. Meist sind es Flüssigkeiten mit saurem Geschmack, manche sind fest (z. B. Oxalsäure). Sie färben blaues Lackmuspapier rot und greifen Metalle an bzw. lösen sie. Von den Textilfasern sind die pflanzlicher Herkunft empfindlich gegenüber Säuren. Das Molekül einer Säure enthält stets Wasserstoff, der in wäßriger Lösung als positiv geladenes Ion abgespalten ist. Die übrigen Atome faßt man im Säuretest (negativ geladen) zusammen, folglich:

22 Basen

23 23 Beim Arbeiten mit Basen sind unbedingt die Unfallverhütungsvorschriften zu beachten Salze Lassen wir eine Säure und eine Base aufeinander einwirken, findet eine doppelte Umsetzung statt: Der Wasserstoff der Säure verbindet sich mit der OH-Gruppe der Base zu Wasser, der Basenrest mit dem Säurerest zu einem neuen Stoff, zu einem Salz. Da jetzt weder eine Säure noch eine Base vorliegt, sondern ein neutraler Stoff (=Salz), bezeichnet man diese Reaktion als Neutralisation Salze des Ammoniaks Die Salze mit dem Basenrest des Ammoniumhydroxids NH40H bezeichnet man als Ammonium- oder kurz Ammonsalze. Wichtige Salze dieser Art für die Textilveredlung sind: 1. Ammoncarbonat (NH 4 ) 2 CO 3, es wird in der Wollwäscherei gebraucht; 2. Ammonchlorid oder Salmiak NH 4 Cl, man verwendet es in der Stoffdruckerei; 3. Ammonsulfat (NH 4 ) 2 SO 4 und 4. Ammonacetat CH 3 OOONH 4, beide Salze finden in der Wollfärberei und Druckerei Anwendung. 2.5 Schwefel Atommasse: 32,06 Chemisches Zeichen:S (Sulfur) Wertigkeit: II, IV, VI Dichte: 2,07 g/cm 3 Vorkommen: Als Element findet man Schwefel in der Nähe von Vulkanen, z. B. in Japanoder im Bergwerk, z. B. in Sizilien. An andere Elemente gebunden kommt Schwefel im Eiweiß und in vielen Erzen vor. Darstellung: Schwefel erhält man durch Reinigen des Rohproduktes, das in Schwefellagern gefunden wird. Eigenschaften: Schwefel ist ein fester Stoff mit grünstichig gelber Färbung. In Wasser ist Schwefel nicht löslich. Er ist brennbar und bildet dabei Schwefeldioxid SO 2. Verwendung:

24 24 Schwefel kommt als Blume (Pulver) und in Stangenform in den Handel. Große Mengen Schwefel benötigt man zum Vulkanisieren und zum Bekämpfen von Krankheiten an Wein und Hopfen. Weiterhin dient Schwefel zur Herstellung von Farbstoffen und Viskose sowie schwefelhaltiger Chemikalien, insbesondere Schwefelsäure H2SO Schwefelwasserstoff Molare Masse: 34,076 Chemische Formel: H 2 S oder H - S - H Dichte: 1,5392 g/dm 3 Vorkommen: H 2 S findet man in vielen Heilquellen. Er tritt bei Fäulnis von Eiweisstoffen auf. Darstellung: 1. Aus den Elementen bei hoher Temperatur: 2. Durch Umsatz von Schwefeleisen = Eisensulfid = FeS mit Salzsäure HCI: Eisen (II)-chlorid Eigenschaften: Schwefelwasserstoff ist ein farbloses Gas, das noch in großer Verdünnung nach faulen Eiern riecht. H 2 S greift viele unedle Metalle und Silber an. Es bildet sich ein schwarzer Oberzug. In Wasser ist H 2 S leicht löslich und verhält sich nun wie eine schwache Säure. Die Salze heißen Sulfide. Verwendung: Man benutzt H 2 S in der Chemie, z. B. zum Analysieren von Metallverbindungen. Unfallverhütung: Vorsicht! H 2 S ist ein gefährliches Gift! Es lähmt das Atemzentrum Schwefeldioxid Molare Masse: 64,059 Chemische Formel: SO 2 oder 0 = S = 0 Dichte: 2,9263 g/dm 3 Vorkommen: Schwefeldioxid ist in Vulkangasen und Industrieabgasen enthalten. Darstellung: 1. Beim Verbrennen von Schwefel: 2. Erhitzen von Sulfiden unter Luftzutritt: Eigenschaften: SO 2 ist ein stechend riechendes Gas, das zum Husten reizt. Es ist giftig. In H 2 0 ist es unter Bildung von schwefliger Säure H 2 SO 3 löslich:

25 25 Die Säure ist sehr unbeständig. Sie zerfällt leicht wieder in SO 2 und H 2 0. Solche Reaktionen, die in beiden Richtungen verlaufen können, nennt man Gleichgewichtsreaktionen. Man setzt dann einen Doppelpfeil ein: Die Salze der schwefligen Säure heißen Sulfite. Verwendung: SO 2 benutzt man zum Ausräuchern von Wein- und Bierfässern und zur Vertilgung von Ungeziefer. Der Bleicher kann mit SO 2 tierische Fasern bleichen Schwefelsäure Darstellung: Man oxidiert SO 2, das man aus Eisensulfid gewinnt, zu Schwefeltrioxid SO 3 : Schwefeltrioxid löst man in Wasser. Es bildet sich Schwefelsäure: Eigenschaften: H 2 S0 4 ist eine farblose, meist geruchlose, ölartige Flüssigkeit, die fast doppelt so schwer wie Wasser ist: Dichte = 1,841 g/cm3 bei der 96%igen Säure Sie zerstört viele Stoffe, z. B. pflanzliche Fasern, und löst in verdünnter Form viele Metalle unter Bildung von Salzen, die Sulfate heißen. Verwendung: Die Schwefelsäure ist eine vielgebrauchte Chemikalie. In der Textilveredlung dient sie als Hilfsmittel beim Bleichen und Färben. Unfallverhütung: Man darf nie Wasser auf konz. H 2 S0 4 schütten, sondern stets die Säure langsam und unter Umrühren in viel kaltes Wasser gießen. Schutzbrille tragen! Spritzt die Säure auf die Haut, so ist sie schnell mit einem trockenen Tuch abzutupfen. Anschließend spült man sofort mit viel kaltem Wasser nach. 2.6 Chlor Atommasse: 35,453 Chemisches Zeichen: Cl (von chloros/gr. = grün) Wertigkeit: I, III, V, VII Dichte: 3,22 g/cm 3 Vorkommen: Chlor kommt in der Natur nur als Verbindung vor, und zwar meist als Kochsalz NaCl.

26 26 Darstellung: 1. Chlor entsteht beim Einwirken von Sauerstoff auf Salzsäure HCl: 2. In der Industrie stellt man Chlor aus NaCI durch Elektrolyse dar: Eigenschaften: Chlor ist ein grünes, stechend riechendes Gas, das alle Metalle angreift. Es ist 2,5 mal so schwer wie Luft (Dichte = 1,2929 g/cm 3 ). In Wasser gelöst kann es bleichend wirken, da es Sauerstoff freisetzt nach: Verwendung: In der chemischen Industrie verwendet man Chlor zur Herstellung vieler Verbindungen, z. B. Tetrachlorkohlenstoff. Unfallverhütung: Vorsicht beim Arbeiten mit bestimmten Chlorverbindungen! Es kann Chlor-Gas entstehen, das zum Husten reizt und zum Ersticken führen kann. Schutzmittel: Gasmaske! Für kurze Dauer: Nasses Tuch vor Mund und Nase halten! Für gute Belüftung sorgen! Salzsäure Molare Masse: 36,461 Chemische Formel: HCl oder H Cl Darstellung: Läßt man konzentrierte Schwefelsäure auf Kochsalz einwirken, entweicht Chlorwasserstoff, ein Gas, das in H 2 0 gelöst Salzsäure ergibt: Eigenschaften: Salzsäure kann bis zu 40 % HCl=Gas enthalten. Dichte des Gases: 1,6391 g/dm 3, der 40%igen Säure: 1,198 g/cm 3. Die Säure ist eine farblose Flüssigkeit, die oft durch Eisenverbindungen gelb gefärbt ist. Sie hat einen stechenden Geruch, da stets etwas HCl-Gas entweicht. Salzsäure zerstört Cellulosefasern und löst unedle Metalle unter Bindung von Salzen, die man Chloride nennt. Verwendung: Salzsäure verwendet man zum Absäuern und Diazotieren und oft anstelle von Schwefelsäure. Im Handel befindet sich auch HCl 99%ig als verflüssigtes Gas. Im Betrieb in Wasser eingeleitet entsteht Salzsäure.

27 Salzbildung Im allgemeinen werden Salze nach vier Verfahren gewonnen: 1. Metall und Säure, wobei Wasserstoff frei wird: 4. Nichtmetalloxid und Base, es entsteht auch Wasser: Salzarten Eingeteilt nach der Formel Je nach der Zusammensetzung kennen wir verschiedene Salzarten: 1. neutrale oder normale Salze, bei denen alle H-Atome durch Basenreste und alle OH- Gruppen durch Säurereste ausgetauscht sind, z.b. Kochsalz NaCl, Soda Na 2 CO 3 ; 2. saure Salze, die noch ersetzbare Säure-H-Atome enthalten, z. B. Bisulfit = NaHSO3 und Natriumhydrogensulfat = NaHS04, allgemein nennt man sie Hydrogensalze; 3. basische Salze mit noch vorhandenen OH-Gruppen, z. B. basisches Kupfersulfat (zur Cuproherstellung) Cu 2 (OH) 2 SO 4, Bleiweiß = basisches Bleicarbonat Pb 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 (Anstrichmittel) Eingeteilt nach der Reaktion mit Indikatoren Die Bezeichnungen der Salzarten sagen nichts darüber aus, wie sich die Salze zu Indikatoren verhalten. So können auch neutrale Salze basisch (= alkalisch) reagieren, z. B. Soda Na 2 CO 3. Vielmehr ist festzustellen, ob sich das Salz von starken oder schwachen Säuren und Basen

28 28 ableitet. In wäßriger Lösung tritt bei Salzen Hydrolyse ein, wodurch die unterschiedliche Reaktion hervorgerufen wird. Hydrolyse ist der umgekehrte Vorgang einer Neutralisation (siehe !) Jetzt wirken wieder die Ausgangsprodukte der Salze. Wir können auch hier eine Gleichgewichtsreaktion annehmen (siehe 2.5.2!), z. B. Mit Hilfe von Indikatoren kann man folgende Reaktionen feststellen: 1. neutrale, wenn Basen und Säuren gleich stark sind, z. B. NaCI aus NaOH und HCl (beide sind stark), Ammonacetat CH 3 OOONH 4 aus CH 3 COOH und NH 4 OH (beide sind schwach); 2. saure, wenn die Säure stärker ist als die Base, z. B. NH 4 Cl aus HCl (stärker) und NH 4 OH (schwächer); 3. basische, wenn die Base stärker als die Säure ist, z. B. Kaliumcarbonat K 2 CO 3 aus KOH (stärker) und H 2 CO 3 (schwächer). Die sauren Salze haben mehr saure, die basischen Salze mehr basische Eigenschaften als die entsprechenden neutralen Salze. Beispiele: Andere Säuren des Chlors Unterchlorige Säure Chemische Formel: HClO oder H Cl Es ist eine Sauerstoffsäure des Chlors, in der Chlor einwertig ist. Die Salze heißen Hypochlorite. Die Lösung des Na-Salzes NaCl0 in Wasser nennt man Chlorlauge. Sie wird als Bleichmittel gebraucht Chlorige Säure Chemische Formel: HClO 2 oder H Cl = 0 Es ist eine Sauerstoffsäure, in der Chlor dreiwertig ist. Von den Salzen dieser Säure ist das Na- Salz, Natrium-Chlorit NaClO 2, in der Bleicherei bekannt. 2.7 Kohlenstoff Atommasse: 12,011 Chemisches Zeichen: C (Carboneum von carbo/lat. = Kohle) Wertigkeiten: II (selten), IV Dichte: 2,26 g/cm 3 Vorkommen: Obwohl die Mehrzahl aller Verbindungen Kohlenstoff enthält, besteht die Erdrinde nur zu etwa 0,12 % aus diesem Element. Reinen Kohlenstoff findet man als Diamant, Graphit und Ruß.

29 29 Kohle, Torf und Holz stellen Gemenge von Kohlenstoffverbindungen, teils mit reinem Kohlenstoff, dar. Nach dem Kohlenstoffgehalt dieser Stoffe richtet sich ihr Heizwert: Brennstoff C-Gehalt (%) Heizwert in'j = Joule Anthrazit über Steinkohle Braunkohle Torf Holz (lufttrocken) Fundorte für Diamanten befinden sich in Südafrika und Brasilien, Graphit wird bei Passau und in Südkorea gefördert. Ruß entsteht durch eine leuchtende Flamme, die man an einen kalten Gegenstand (z. B. Kamin) hält. Als Verbindung kommt Kohlenstoff in Form von Calciumcarbonat CaC03 in Kalkstein, Marmor und Kreide vor. überdies enthalten alle Lebewesen Kohlenstoff. Eigenschaften: Kohlenstoff ist ein geschmack- und geruchloses Element, das gegen alle Säuren, Basen und Lösungsmittel beständig ist. Bei sehr hohen Temperaturen reagiert es mit gebranntem Kalk CaO zu Carbid CaC 2 : Diamanten sind klar durchsichtig und sehr hart. Sie zeichnen sich durch hohe Lichtbrechung aus. Graphit ist eine undurchsichtige, grau-schwarze und weiche Masse, die sich fettig anfühlt. Ruß besteht aus feinsten Kohlenstoffteilchen. Verwendung: Der Diamant ist als Schmuckstein bekannt (Lichtbrechung). In der Technik benutzt man ihn als Schleifmittel, Glasschneider und Bohrerspitze (hohe Härte). Graphit dient als Dichtungs- und Schmiermittel für Dampfventile und wird zu Bleistiften verarbeitet. Ruß wird als Farbstoff verwendet, z. B. in Tusche, Druckerschwärze und in der Reifenindustrie Kohlendioxid Molare Masse: 44,010 Chemische Formel: CO 2 oder 0=C=0 Dichte: 1,9768 g/dm 3 Vorkommen: Kohlendioxid ist zu 0,05 % (= 0,03 Vol-%) in der Luft enthalten. Es kommt in vielen Mineralquellen vor. Darstellung: CO 2 stellt man aus Marmor her: CaC03 In der Großtechnik wird CO 2 überwiegend durch Verbrennen von Kohlenstoff erzeugt:

30 30 Eigenschaften: CO 2 ist ein farbloses Gas mit schwach saurem Geschmack und Geruch. In Wasser ist es, besonders unter Druckeinwirkung, gut löslich Kohlenmonoxid Molare Masse: 28,011 Chemische Formel: CO oder C=0 (mit zweiwertigem Kohlenstoff) Dichte: 1,2500 g/dm 3 Darstellung:

31 31 CO bildet sich immer dann, wenn bei einer Verbrennung zu wenig Sauerstoff oder Luft vorhanden ist, z. B. bei schlecht ziehenden Öfen. Technisch stellt man es durch überleiten von Luft über glühende Kohle her: Es kommt zu 7 % im Stadtgas (aus Kohle erzeugt) und bis zu 10 % in den Abgasen eines Kfz- Motors beim Leerlauf vor. Eigenschaften: CO ist ein farb- und geruchloses Gas, das etwas leichter als Luft (Dichte: 1,2929 g/dm 3 ) ist und mit bläulicher Flamme brennt. Seine hohe Giftwirkung beruht darauf, daß es vom roten Blutfarbstoff (Hämoglobin) 200mal stärker als Sauerstoff aufgenommen wird. So kann das Blut keinen Sauerstoff mehr aufnehmen. Ein Ersticken ist die Folge. CO ist eine der wenigen Verbindungen, in denen der Kohlenstoff zweiwertig auftritt. Verwendung: Mit Hilfe von CO stellt man in der chemischen Industrie viele Kohlenstoffverbindungen her, wie Ameisensäure HCOOH und Methanol CH 3 OH. Außerdem dient es als Heizgas Carbide Unter Carbid versteht man eine Verbindung, die aus einem Metall und Kohlenstoff besteht. Das wichtigste Carbid ist Calciumcarbid oder allgemein Carbid (Herstellung siehe 2.7). Dieses diente früher oft zu Bleuchtungszwecken, da es mit Wasser zu einem brennbaren Gas reagiert: Heute dient aus Erdöl hergestelltes Acetylen-Gas (Dichte: 1,1709 g/dm 3 ) zum Schweißen. Seine größte Bedeutung hat C 2 H 2 dadurch, daß man aus ihm die mannigfaltigsten Verbindungen synthetisch herstellen kann, z. B. Essigsäure, Alkohol, Aceton, Tetrachlorkohlenstoff und die große Zahl der synthetischen Kunststoffe und Fasern Anorganische und organische Chemie Der Chemiker teilt die chemischen Verbindungen in zwei Gruppen auf, in anorganische und organische Verbindungen. Zu den anorganischen Stoffen zählt man solche, die keinen Kohlenstoff enthalten, mit Ausnahme des Elements Kohlenstoff sowie der Verbindungen CO, CO 2, H 2 CO 3 und der Carbonate. In der organischen Chemie befaßt man sich mit allen anderen Verbindungen, die stets Kohlenstoff enthalten, daneben meist noch Wasserstoff und Sauerstoff. Trotzdem ist ihre Zahl etwa hundertmal so groß wie die der anorganischen Stoffe. Die riesige Zahl erklärt sich aus der Fähigkeit des Kohlenstoffs, sich nicht nur mit anderen Elementen, sondern auch mit sich selbst zu verbinden. Beispiel: Verbindungen aus den Elementen C und H:

32 32 In der Textilveredlungsindustrie wird eine große Anzahl organischer Verbindungen gebraucht, so z. B. alle tierischen, pflanzlichen und synthetischen Fasern, alle Farbstoffe und die meisten Hilfs- und Appreturmittel Wichtige organische Verbindungen Essigsäure (Ethansäure) Molare Masse: 60,053 Darstellung: Essigsäure oder Ethansäure entsteht beim Vergären (=Oxidieren) von alkoholischen Flüssigkeiten (aus Wein entsteht Essig) und großtechnisch aus Ethin = Acetylen C 2 H 2 Synthese. durch

33 33 Eigenschaften: Essigsäure ist eine farblose, stechend riechende, sauer schmekkende Flüssigkeit. Sie ist eine schwache Säure, greift aber Metalle an und bildet Salze, die man Acetate nennt. Kühlt man die reine Säure unter 16 o C ab, so erstarrt sie zu einer eisähnlichen Kristallmasse, daher der Name Eisessig für die 100%ige Säure (Dichte: 1,0553 g/cm 3 ). Eisessig ist brennbar! Verwendung: Essigsäure wird zur Herstellung von Acetat-Textilfasern verwendet. Als Speiseessig benutzt man sie in verdünnter Form-(5-10%ig, teils aus Essenz = 60-80%ig hergestellt) zum Würzen und Konservieren von Speisen. In der Textilveredlungsindustrie gebraucht man sie zum Färben, Absäuern und bei verschiedenen Appreturen Ameisensäure (Methansäure) Darstellung: Ameisensäure oder Methansäure wird synthetisch aus CO = Kohlenmonoxid hergestellt. In der Natur kommt sie in Ameisen (Name!) und Brennesseln vor. Eigenschaften: Sie ist eine farblose, stechend riechende Flüssigkeit. Sie wird meist 85%ig (Dichte: 1,1954 g/cm 3 ) in den Handel gebracht. 100%ig hat sie eine Dichte von 1,2213 g/cm 3. Ihre Salze heißen Formiate. Verwendung: Ameisensäure ist im Gebrauch billiger und stärker, aber flüchtiger als Essigsäure und wird an deren Stelle viel verwandt. (Etwa 1 Teil Ameisensäure = 1,5 Teile Essigsäure) Unfallverhütung: Vorsicht! Ameisensäure ruft auf der Haut schmerzhafte Blasen hervor! Handschuhe tragen - Schutzbrille aufsetzen! Oxalsäure (oxalis/lat. = Sauerklee) Molare Masse: 90,0036 Darstellung: Oxalsäure wird durch rasches Erhitzen von Natriumformiat HCOONa erhalten. In der Natur findet man sie in Rhabarber und Sauerklee. Eigenschaften: Oxalsäure stellt eine weiße, feste Kristallmasse dar. In Wasser gelöst erhält man eine mittelstarke Säure, deren Salze Oxalate genannt werden.

34 34 Verwendung: Oxalsäure benutzt man in der Stoffdruckerei, beim Färben mit sauren Farbstoffen und zum Entfernen von Rostflecken. Gegen Rost kann man auch Kleesalz = Kaliumhydrogenoxalat (OOO) 2 HK einsetzen. Unfallverhütung: Vorsicht! Oxalsäure und Kleesalz sind giftig! Formaldehyd Darstellung: Formaldehyd - chemisch genauer Methanal genannt - entsteht bei der Oxidation von Methanol = Methylalkohol CH 3 OH. Eigenschaften: Formaldehyd ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das in Wasser leicht löslich ist und als 40%ige Lösung unter Zusatz eines Stabilisierungsmittels als Formalin (Dichte: 1,087 g/cm 3 ) im Handel ist. Verwendung: Formaldehyd verwendet man zum Nachbehandeln von Färbungen, zum Stabilisieren von Naphtollösungen und für Kunstharzappreturen. Vorsicht beim Umgang mit Formaldehyd; es wird als gesundheitsgefährdender Stoff eingestuft Tetrachlorkohlenstoff Darstellung: Tetrachlorkohlenstoff - kurz Tetra genannt - entsteht durch Chlorieren von Methan = CH 4. Eigenschaften: Tetra ist eine nicht brennbare, stark süßlich riechende, farblose Flüssigkeit. Verwendung: Tetra benutzt man als Reinigungsmittel, das Fette und Wachse löst. Unfallverhütung: Vorsicht! Tetradämpfe sind giftig! Deshalb wird Tetra seit einigen Jahren nicht mehr an Haushaltungen abgegeben. Für gute Belüftung sorgen!

35 Ethanol Darstellung: Ethanol oder Ethylalkohol, im Volksmund kurz Alkohol genannt, entsteht bei der Vergärung zuckerhaltiger Flüssigkeiten. Eigenschaften: Alkohol ist eine farblose, aromatisch riechende, brennbare Flüssigkeit. Rein nennt man ihn "Weingeist" oder Sprit, wasserfrei "absoluter Alkohol". Für technische Zwecke wird er ungenießbar gemacht = denaturiert oder vergällt, und zwar durch Zusatz anderer Chemikalien, wodurch die nun Spiritus genannte Substanz ihren charakteristischen Geruch erhält. Verwendung: In der Textilveredlung benötigt man Alkohol zum Anteigen von Farbstoffen. 2.8 Natrium Atommasse: 22,9898 Chemisches Zeichen: Na Dichte: 0,97 g/cm3 Wertigkeit: I Vorkommen: Natrium ist eines der verbreitetsten Elemente. Die Erdrinde besteht zu 2,19 % aus Natrium. In der Natur kommt es aber nur als Verbindung vor, insbesondere als Kochsalz NaCI in großen Salzlagern und im Meere (rund 3 % NaCl). Eigenschaften: Natrium ist ein Leichtmetall, es ist leichter als Wasser und wachsweich. Es reagiert heftig mit Wasser: Natrium verbindet sich leicht mit fast allen Elementen, da es sehr reaktionsfreudig ist. Unter Verbindungen des Na gibt es viele bekannte Stoffe, die zumeist weiß und gut wasserlöslich sind Natriumhydroxid Molare Masse: 39,997 Chemische Formel: NaOH oder Na-O-H Dichte: 2,13 g/cm 3 Darstellung:

36 36 Eine Kochsalzlösung kann man mit elektrischem Strom zersetzen (Elektrolyse). Dabei wird das Molekül gespalten: Das Gas Chlor entweicht, während Natrium zurückbleibt und mit dem Wasser reagiert: Es bildet sich Natriumhydroxid. Eiqenschaften: Natriumhydroxid ist eine weiße hygroskopische Kristallmasse. Sie wird auch Ätznatron genannt und kommt vorzugsweise in Plätzchenform in den Handel. Die wäßrige Lösung ist als Natronlauge bekannt. Diese ist eine starke Base, die tierische Fasern zerstört. Verwendung: Natronlauge verwendet man beim Mercerisieren, Laugieren und Bleichen, in der Küpenfärberei sowie bei der Herstellung von Seife und Viskose. Unfallverhütung: Die menschliche Haut wird von NaOH geätzt. Daher Vorsicht beim Umgang mit dieser starken Base! Brille und Handschuhe tragen! Salze des Natriums Diese Salze sind im Textilveredlungsbetrieb sehr häufig anzutreffen; denn viele Farbstoffe und Textilhilfsmittel zählen auch hierzu. Die einfacheren Natriumsalze haben manche Vorzüge: sie sind weiß, gut wasserlöslich und in Lösung farblos Natriumchlorid Chemische Formel: NaCl oder Na-Cl Natriumchlorid, Koch-, Stein-, Siede-, Speise-, Gewerbe- oder (vergällt) Viehsalz ist das wichtigste und bekannteste Salz.Daher trägt es allgemein diese Bezeichnung. Man fördert es aus Bergwerken; NaCl ist ein neutrales Salz und verhält sich auch in Lösung neutral. Es zieht Feuchtigkeit aus der Luft an, darf deshalb nicht für längere Zeit in Eisen- oder Papierbehältern aufbewahrt werden. Kochsalz dient im Haushalt als Nahrungs-, Würz- und Konservierungsmittel. In der Industrie wird es zur Herstellung von Na- und Cl-Verbindungen eingesetzt, in der Textilveredlung wird es bei der Wasserenthärtung und beim Färben gebraucht Natriumsulfat Natriumsulfat gibt es in zwei Formen: 1. Na 2 SO 4 calciniert = kristallwasserfrei - man nennt diese Form allgemein Sulfat oder DNS (=Duisburger Natriumsulfat), 2. Na 2 SO 4 10 H 2 0, kristallwasserhaltig, auch Glaubersalz genannt - hier sind zehn Moleküle Wasser an ein Molekül Na 2 SO 4 zum Aufbau der Kristalle gebunden.

37 37 Ähnliches trifft man bei vielen Salzen an. Zu beachten ist, daß das Glaubersalz nur 44 % wirksames Natriumsulfat enthält. Der Rest ist Kristallwasser. Sulfat entsteht nach der Gleichung: Es bildet sich ein neutrales Salz, das auch gegen Lackmus neutral reagiert. In der Textilveredlung ist Natriumsulfat ein Hilfsmittel beim Färben mit sauren und substantiv ziehenden Farbstoffen und Appretieren von Baumwollgeweben Natriumcarbonat Natriumcarbonat oder die (!) Soda gewinnt man mit Hilfe von Kochsalz. Sie ist ein neutrales Salz, färbt Lackmus blau an, reagiert also basisch. Der Textilveredler benötigt Soda zum Reinigen, Neutralisieren und Wasserenthärten. Auch Soda ist als kristallwasserfreies Produkt und als Kristallsoda Na 2 CO 2 10 H 2 0 mit 37 % wirksamer Substanz bekannt Natriumsulfid und Natriumhydrogensulfid Chemische Formeln: Na 2 S und NaHS (Na-S-Na und Na-S-H) Natriumsulfid oder Schwefelnatrium reagiert als neutrales Salz stark basisch und wird als Reduktionsmittel zum Lösen und Färben von Schwefelfarbstoffen benutzt. Es ist in der Technik meist verunreinigt und dann rot oder gelb gefärbt. Natriumhydrogensulfid oder Sulfhydrat ist ein saures Salz und reagiert also schwächer alkalisch als Na 2 S. Man empfiehlt es deshalb zum Färben empfindlicherer Fasern, z. B. für Viskose Natriumhydrogensulfit Natriumhydrogensulfit oder (Natrium-)Bisulfit kommt als weißes Pulver oder klare farblose Lösung in den Handel. Es ist ein Bleichmittel für Wolle und zerstört die Reste der Chlorlauge nach der Bleiche pflanzlicher Fasern Natriumhydrogensulfat Natriumhydrogensulfat oder Natriumbisulfat ist eine weiße Kristallmasse. Es ist ein sauer reagierendes Hilfsmittel beim Färben mit sauren Farbstoffen Natriumthiosulfat

38 38 Natriumthiosulfat oder Antichlor ist - wie der Name schon andeutet - ein Antichlormittel, das nach der Chlorbleiche angewandt wird Natriumnitrit Chemische Formel: NaNO 2 oder Na N = 0 Natriumnitrit oder (kurz) Nitrit bildet gelbliche Kristalle, die beim Diazotieren und beim Färben mit Leukoküpenestern (Anthrasolen) Anwendung finden. Achtung! Beim Arbeiten mit Nitrit in saurer Lösung treten giftige Gase auf! Natriumsilikat Natriumsilikat oder genauer Natriumtetrasilikat kommt als weißes Pulver oder in Wasser gelöst als Wasserglas in den Handel. Die ölige und basisch reagierende Flüssigkeit setzt man zur Stabilisierung von Peroxidbleichbädern sowie in der Reaktivfärberei ein Natriumphosphate Phosphate sind die Salze der Phosphorsäure H 3 P0 4. Da die Formel drei ersetzbare Wasserstoffatome aufweist, kennen wir auch drei Arten von Phosphaten: 1. Natriumdihydrogenphosphat Natriumdihydrogenphosphat, kürzer Mononatriumphosphat, auch primäres Natriumphosphat genannt, reagiert sauer und wird in der Textilveredlung seltener verwandt. 2. Dinatriumhydrogenphosphat Dinatriumhydrogenphosphat, kürzer Dinatriumphosphat oder einfach nur Phosphat genannt, ist ein sekundäres Phosphat, da zwei Wasserstoffatome ersetzt sind. Es ist das gebräuchlichste dieser drei Phosphate und dient als mildbasisches Mittel beim Bleichen, Färben, Drucken, Seidenerschweren und als Flammschutzmittel. 3. Trinatriumphosphat

39 39 Trinatriumphosphat, ein tertiäres Produkt, wird bei der Wasserhärtung eingesetzt Natriumacetat Natriumacetat, das schwach basisch reagiert, wird zum Neutralisieren und Abstumpfen von säurehaltigen Flotten benutzt, ohne daß diese selbst basisch werden. Es ist eine Puffersubstanz, d. h. es kann einige Mengen Säure abfangen (abpuffern) Natriumdithionit Natriumdithionit, im Handel und in der Praxis meist Hydrosulfit genannt, ist ein bekanntes Reduktionsmittel in der Bleicherei, in der Küpenfärberei und beim Abziehen von Färbungen Natriumperborat Natriumperborat oder kurz Perborat stammt von der Borsäure = H 3 BO 3 ab; es enthält die Gruppierung Verbindungen, die eine solche Gruppe tragen, bezeichnet man als Peroxoverbindungen. Perborat findet als Bleichmittel und zum Nachoxidieren von Küpenfärbungen Anwendung. 2.9 Kalium Atommasse: 39,102 Chemisches Zeichen: K Wertigkeit: I Dichte: 0,86 g/cm3 Kalium ist in seinen Eigenschaften dem Natrium sehr ähnlich, es ist jedoch unedler. Die Verbindungen des Kaliums verhalten sich ebenso wie die entsprechenden des Natriums. Ihre Wirkung ist in vielen Fällen stärker, ihr Preis dagegen höher. Man findet sie daher nur selten in der Textilveredlung Kaliumhydroxid Chemische Formel: KOH oder K H

40 40 Kaliumhydroxid, als wäßrige Lösung Kalilauge und in fester Form Ätzkali genannt, verwendet man beim Mercerisieren von empfindlichen Waren, z. B. von Mischungen aus Baumwolle/Viskose oder Baumwolle/Polyester Kaliumcarbonat Kaliumcarbonat oder Pottasche ist ein milder als Soda Na 2 CO 3 wirkendes Waschhilfsmittel für Wolle und wird im Textildruck eingesetzt Kaliumchromverbindungen 1. Kaliumchromat Kaliumchromat bildet feine, gelbe Kristalle. 2. Kaliumdichromat Kaliumdi- oder -bichromat oder Chromkaki bildet orangerote Kristalle. Beide Verbindungen sind die bekanntesten Kaliumverbindungen in der Textilveredlung. Einsatzbereiche sind das Nachbehandeln von Chromentwicklungsfärbungen und das Oxidieren von Küpenfärbungen. Die Kaliumchromverbindungen werden zunehmend durch die entsprechenden Verbindungen des Natriums ersetzt, und zwar durch Natriumchromat = Na 2Cr04 bzw. Natriumdichromat Na 2 Cr 2 O 7. Diese Salze ähneln den Kaliumverbindungen. Sie sind leichter wasserlöslich und billiger Salze anderer Metalle Magnesiumsulfat Magnesiumsulfat oder Bittersalz ist mit Wasserglas zusammen ein sehr gutes Stabilisierungsmittel bei der Peroxidbleiche. In der Flotte bildet sich Magnesiumsilikat, die wirksame Substanz.

41 Kupfersulfat Kupfersulfat stellt blaue Kristalle dar, mit denen man Färbungen nachbehandelt und fäulnis- und schimmelfeste Textilien erhält.

42 42 Ist - vor allem in der Praxis - eine Einheit zu groß oder zu klein, so kann sie durch Vorsätze angepaßt werden:

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44 44 3 Aggregatzustand Wenn man Wasser auf 0 o C abkühlt, erhält man "festes Wasser" = Eis. Erhitzt man Wasser, so wird es schließlich gasförmig. Es entsteht Wasserdampf. Dieser ist farblos und daher unsichtbar. Sichtbar ist Wassernebel. Feste Stoffe besitzen eine bestimmte äußere Form. Flüssigkeiten dagegen passen sich ihrer Umgebung an und zeigen nach oben - entsprechend der Erdanziehung - eine waagerechte Abgrenzung, eine Oberfläche. Trotzdem beobachten wir bei einem Wassertropfen, der von einer Pipette auf eine Glasplatte fällt, daß der Tropfen nahezu eine Kugelform annimmt. Zwischen den Molekülen des Wassers herrscht eine Anziehungskraft, Kohäsion (cohaere/lat. = zusammenhängen) genannt. Nach Möglichkeit nehmen deshalb die Flüssigkeiten die Körperform mit der kleinsten Oberfläche, eben einer Kugel, an. Die Spannung an der Oberfläche ist als Oberflächenoder Grenzflächenspannung bekannt. Durch Einsatz eines Waschmittels kann man die Oberflächenspannung herabsetzen. Der kugelförmige Tropfen fließt auseinander, die Oberfläche vergrößert sich, das Wasser kann in die Öffnungen der Textilfasern eindringen, diese netzen, was eine Voraussetzung für die Veredlung von Textilien ist. Gasförmige oder gasige Stoffe füllen alle ihnen zur Verfügung stehenden Räume aus, wobei sie entsprechend ihrer Dichte schweben, ansteigen oder absinken. Die drei Möglichkeiten der Stoffe, fest, flüssig oder gasförmig zu sein, nennt man Zustandsformen oder Aggregatzustände (aggregatio/lat. = Anhäufung). Sie zeigen sich nach dem Verhalten ihrer Moleküle. In festen Stoffen sind die Moleküle nicht gegeneinander verschiebbar, bei Flüssigkeiten bewegen sich die Moleküle, bleiben aber in Berührung miteinander - vergleichbar Sandkörnern. Gase besitzen frei bewegliche Moleküle. Die Umwandlung von festen Körpern in den flüssigen Zustand nennt man Schmelzen, die Rückführung Erstarren. Beim Obergang vom flüssigen Zustand in den gasigen spricht man von Sieden oder Verdampfen, den umgekehrten Vorgang bezeichnet man als Kondensieren. Das Gasigwerden unterhalb des Siedepunktes wird Verdunsten genannt. Manche festen Stoffe, z. B. Dispersionsfarbstoffe, können direkt in den gasförmigen Zustand übergehen. Dann liegt eine Sublimation (sublimare/lat. = emporheben) vor. Der entgegengesetzte Obergang ist eine Resublimation oder auch Kondensation.

45 45 4 Dichte "Was ist schwerer: 1 kg Blei oder 1 kg Federn?" fragt man manches Kind. Worauf will man hinaus? Daß beide Massen gleich schwer sind,leuchtet fast jedem ein. Es leuchtet aber auch ein, daß Blei schwerer als Federn ist. Woran liegt das? Man muß nicht nur die Masse eines Stoffes - eben je 1 kg -, sondern auch sein Volumen = Rauminhalt berücksichtigen. Nimmt man beispielsweise einen Würfel Kork und einen Würfel Gold, beide mit einem Volumen von 1 cm 3, so wiegt Die Dichte von Flüssigkeiten kann man verhältnismäßig schnell mit Hilfe eines Aräometers = Senkwaage oder Spindel bestimmen. In ein schlankes Gefäß taucht man einen am unteren Ende beschwerten Glashohlkörper ein. Je größer die Dichte des zu untersuchenden Stoffs ist, desto weniger taucht das Aräometer ein. Das herausragende Ende trägt eine Stricheinteilung. Man kann die Dichte unmittelbar über der Flüssigkeitsoberfläche ablesen. (Die Begriffe Wichte, spezifisches Gewicht und Artgewicht sollen nicht mehr verwendet werden.)

46 46 5 Viskosität Für manche Färbemethoden, z. B. Klotzverfahren und insbesondere für den Textildruck und die Beschichtung müssen die Veredlungsflotten u. U. bis zu Pasten eingedickt werden. Sie sind dann zähflüssiger = viskoser geworden. Das Maß für die Zähflüssigkeit ist die Viskosität. Die SI- Einheit ist die Pascalsekunde = Pa.s. üie Viskosität oder das Fließverhalten viskoser Massen ist von der Stoffart abhängig und sinkt z. B. mit ansteigender Temperatur.

47 47 6 Affinität Substantivität Die erste Stufe eines jeden Färbevorganges ist die Anlagerung des Farbstoffes an der Faseroberfläche, Adsorption genannt. Auf das Adsorbieren folgt die Wanderung des Farbstoffes (Migration, seltener Diffusion genannt) an die Stellen, wo er mit den gewünschten Echtheiten gebunden wird. Erfolgt diese Bindung des Farbstoffes über chemische Reaktionen, spricht man von der Affinität (lat. = Verwandschaft) dieses Farbstoffes, wird ein Farbstoff aufgrund physikalischer Kräfte gebunden, spricht man von der Substantivität dieses Farbstoffes. Position c): "Eigenschaften, Unterschiede und Einsatz gebräuchlicher Gemische und Verbindungen darstellen, hauptsächliche Arten der Stofftrennung beschreiben"

48 48 7 Wasser 7.1 Allgemeines 70 % der Erdoberfläche werden von Wasser bedeckt. Von den rund 1,4 Mrd. km 3 Wasser sind 2 % fest (meist Gletschereis), gasig (= 14 Bill. m 3 ) und der Rest flüssig, davon 1 % Süß-, das übrige Salzwasser. Wasser steht also von Natur aus in unbegrenzten Mengen zur Verfügung. Schwierigkeiten bereiten nur das Herbeischaffen und Reinigen. Von den Alkalimetallen wird Wasser zersetzt, z. B. Für die Textilveredlung ist Wasser das wichtigste Hilfsmittel. Es wird in allen Aggregatzuständen gebraucht: - als Eis zum Kühlen beim Diazotieren - als Wasser zum Lösen der Veredlungsmittel, zum Ansetzen der Behandlungsbäder, zum Spülen, zum Speisen der Dampfkessel - als Dampf zum Erwärmen der Flotten und zum Trocknen der Waren. Wasser in der Textilveredlung In der Textilveredlungsindustrie stellt man hohe Ansprüche an das Wasser. Von Natur aus ist Wasser immer verunreinigt. Das reinste Wasser ist Regen- und Schneewasser. Als Verunreinigungen treten vor allem auf: Wasser löst viele Stoffe (Farbstoffe, Appreturmittel, Hilfsmittel). In fester Form, als Eis, schwimmt es auf dem Wasser, gasig ist es als Wasserdampf unsichtbar. Wasser ist farb-, geruchund geschmacklos. Es hat bei + 4 o C sein kleinstes Volumen ( =1 gcm -3 ). Unter 0 o C wird Wasser zu Eis, über 100 o C bei Normaldruck von 1 bar zu Dampf; darauf basiert die Einteilung des Celsiusthermometers. 1. im Wasser gelöste Salze von Ca, Mg, Fe und Mn 2. im Wasser schwimmende Trübstoffe Die Trübstoffe findet man besonders im Oberflächenwasser. Zu ihrer Entfernung wird das Wasser über Kiesfilter geleitet. Feund Mn-Salze sind vor allem in der Bleicherei von großem Nachteil. Sie rufen Flecke hervor, vergilben die Ware und können sogar das Textilgut zerstören. Die gelösten Ca- und Mg-Salze bilden die Härte des Wassers. Bei der Gesamthärte unterscheidet man: die Carbonat- oder vorübergehende (temporäre = zeitweilige) Härte; sie wird durch Hydrogencarbonate verursacht und verschwindet schon beim Kochen; die Nichtcarbonat oder bleibende (permanente = dauernde) Härte; sie wird durch Sulfate hervorgerufen und bleibt beim Kochen erhalten. Brunnen- und Quellwasser sind oft hart. Behandelt man Textilien mit Seife in diesem Wasser, so bildet sich ein schmieriger Niederschlag (Kalkseife), der zum einen unnötig Seife verschwendet, zum anderen eine schmutziggraue Fertigware mit schlechtem Griff entstehen läßt. Beim Färben lagert sich unlöslicher Farbstoff ab. Die Färbung wird nicht reibecht. (Seifen haben heute kaum noch Bedeutung in der Textilindustrie.) Die Härte des Wassers wird in deutschen Härtegraden gemessen.

49 49 1 o dh bedeutet: in 1 1 Waser sind 10 mg Ca0 = Calciumoxid gelöst. Man nennt Wasser von 0 bis 4 o dh sehr weich 12 bis 18 o dh ziemlich hart 4 bis 8 o dh weich 18 bis 30 o dh hart 8 bis 12 odh mittelhart über 30 odh sehr hat Nach den SI-Einheiten soll in Zukunft nicht mehr in Grad deutscher Härte gemessen werden, sondern in mol/m 3, und zwar mit dem Mol des Ca0: mol/m 3 = mmol/1 Umrechnungen: 1 mol.m-3 = 5,6 0 dh bzw. 1 o dh = 0,18 mol m -3 Enthärtung des Wassers Für die Entfernung der Härtebildner kennt man mehrere Verfahren: Niederschlagsverfahren Basenaustauschverfahren Zusatz von Enthärtungsmitteln Niederschlagsverfahren Kalk-Soda-Verfahren Dieses älteste Enthärtungsverfahren liefert Wasser mit einer Resthärte von meist 3 bis 5 odh. Durch Zusatz der billigen Rohstoffe Kalk und Soda werden die Ca- und Mg-Salze in einen unlöslichen Niederschlag verwandelt, der abfiltriert wird: Bei wechselnder Wasserhärte müssen ständig Analysen durchgeführt werden und die Enthärtungsmittel in stöchiometrischen Mengen zugesetzt werden, Gründe warum dieses Verfahren nicht so beliebt ist Phosphatverfahren Man setzt dem Wasser Trinatriumphosphat zu und trennt den ausfallenden Niederschlag durch Filtrieren ab: Dieses Verfahren ist teuer, ermöglicht eine Resthärte von 0,1 odh und wird für die Herstellung von Kesselspeisewasser bevorzugt Basenaustauschverfahren Für die restlose Enthärtung des Betriebswassers in der Textilindustrie arbeitet man meist mit einem Basenaustauscher (Kationenaustauscher oder kurz: Ionenaustauscher), der unter dem Namen Permutit, Lewatit, Invertit oder Wofatit im Handel ist. Beim Enthärten wird das Wasser durch einen Austauschfilter geschickt, wobei das Wasser Ca- und Mg-Ionen abgibt und Na- Ionen des Austauschers aufnimmt: Der Filter erschöpft sich nach einiger Zeit, je nach Wassermenge und Härte, und wird durch eine Kochsalzlösung (z. B. 8%ig) wieder geladen = regeneriert.

50 Zusatz von Enthärtungsmitteln Sind keine Enthärtungsanlagen vorhanden oder steht Wasser mit geringem Kalkgehalt zur Verfügung, hilft man sich durch einen Zusatz von Enthärtern ins Veredlungsbad. Diese auch Sequestriermittel (sequestrare/lat. = absondern) genannten Komplexsalze machen die Härtebildner unschädlich, z. B.: Natriumhexametaphosphat Die Formeln der Komplexsalze erkennt man an den eckigen Klammern.

51 51 8 Organische Stoffe 8.1 Paraffine Mit dem Anstieg der Kohlenstoffzahl ändert sich der Aggregatzustand. Ist z. B..Propan gasig und C 8 H 18 = Oktan flüssig, so ist C 18 H 38 = Oktadekan fest mit wachsartigen Eigenschaften. Gemische der höheren Kohlenwasserstoffe sind als Paraffine (Name!) im Handel. Sie finden als Veredlungsmittel, hauptsächlich zur wasserabweisenden Appretur und zum Glätten, Anwendung. 8.2 Olefine Ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit Doppelbindungen nennt man Alkene oder Olefine, z. B. Olefine sind wichtige Verbindungen für den Aufbau der Makromoleküle der Chemiefasern und Kunststoffe. Die Doppelbindungen klappen dabei auf, und es kommt zur Bildung von Kettenmolekülen aus den Monomeren, z. B.

52 8.3 Acetylene 52 Treten Dreifachbindungen im Molekül eines Kohlenwasserstoffs auf, sprechen wir von Alkinen oder Acetylenen. Auch Acetylene sind wichtige Ausgangsprodukte für organische Synthesen. Eine bekannte Metallverbindung des Ethins ist Carbid CaC Benzol Bei den ringförmigen Kohlenwasserstoffen sind die ungesättigten mit abwechselnden Doppelund Einzelbindungen die bekanntesten. Das Grundmolekül dieser aromatisch genannten Verbindungen ist Benzol C 6 H 6 : Mehrere Benzolringe können sich zu Ringsystemen zusammenlagern, z. B. C 10 H 8 = Naphthalin C 14 H 10 = Anthracen Aromatische Verbindungen trifft man in der Textilveredlung sehr häufig an, z. B. in fast allen Farbstoffen und in vielen Textilhilfsmitteln. Naphtole leiten sich vom Naphthalin ab. Der Begriff "Indanthren" ist aus den Wörtern "Indigo aus Anthracen" gebildet worden. 8.5 Ester und Ether Reagieren organische Verbindungen miteinander, so entstehen ähnlich wie in der anorganischen Chemie neue Verbindungen mit neuen Eigenschaften. Zwei Stoffklassen sind hervorzuheben: Ester bilden sich analog den Salzen aus Säuren und OH-Gruppen tragenden Verbindungen, in der organischen Chemie = Alkohole: Ester bilden sich aus organischen Säuren und Alkoholen. (Ein Alkohol hat eine OH-Gruppe) Analog dazu in der anorganischen Chemie: Salze bilden sich aus anorganischen Säuren und Basen. (Eine Base hat eine OH-Gruppe)

53 53 Unter den Schlichtemitteln finden wir makromolekulare Ether.

54 54 9 Kunststoffe Kunststoffe - fachlich Plaste, in der Umgangssprache meist Plastiks genannt - spielen heute in allen Lebensbereichen und daher auch in der Textilveredlung eine große Rolle. Sie bestehen normalerweise aus organischen, kettenförmigen Makromolekülen synthetischen Ursprungs. In der Textilindustrie sind die Chemiefasern bekannte Kunststoffe. Je nach ihrer Bildung kann man die Plaste in drei Gruppen einteilen: Polykondensate, Polymerisate und Polyaddukte. 9.1 Polykondensate Sie entstehen durch Polykondensation, einer Reaktion, wo sich verschiedene Stoffe unter Abspaltung von Kleinmolekülen - meist Wasser - verbinden, z. B. durch Veresterung. Wir erhalten in diesem Falle Polyester. Auch Polyamide zählen zu den Polykondensaten. Bei der Polyaddition vereinen sich verschiedene Monomere ohne Bildung von Nebenprodukten zu Makromolekülen. Reaktionsschema: 9.2 Pol ymerisate Kleine Moleküle, die Monomere, verbinden sich (= polymerisieren) ohne Ausscheiden von Nebenprodukten unter Aufklappen von Doppelbindungen. Bekannt sind hier die Polyvinylchlorid- und Polyacrylnitrilfasern. Sie bilden sich nach folgenden Einfachgleichungen: 9.3 Polyaddukte Bei der Polyaddition vereinen sich verschiedene Monomere ohne Bildung von Nebenprodukten zu Makromolekülen. Reaktionsschema:

55 55 Die Wasserstoffatome verschieben sich vom Sauerstoff zum Stickstoff, ein typisches Merkmal dieser Stoffe, zu denen man Schaumstoffe und elastische Fasern, z. B. Lycra, zählt.

56 56 10 Waschmittel 10.1 Seifen Ausgangsprodukte der Seifen sind Fette und öle, die chemisch Ester sind. Unter Druck (10 bar) werden sie bei hohen Temperaturen (180 C = 453 K) in ihre Bestandteile, langkettige Fettsäuren und Glycerin, einen Alkohol, zerlegt: Da bei der Herstellung von Seifen entgegengesetzt wie bei der eines Esters vorgegange.n wird, nennt man allgemein deren Spaltung eine Verseifung: Die Fettsäure wird mit einem Hydroxid so lange erhitzt, bis sich das Salz der Fettsäure, die fertige Seife, gebildet hat: Natrium-Seifen sind fest, z. B. Kernseife; Schmierseifen dagegen stellen Kaliumsalze dar. Auch Ammonium- und Silberseifen sind bekannt. Marseiller Seife wird aus Olivenöl und Natriumhydroxid gewonnen. Besondere Eigenschaften der Seifen: Hartes Wasser wird vorwiegend durch Ca-Salze hervorgerufen. Löst man in solchem Wasser Seife, setzt sich diese mit den Ca-Salzen zu Kalkseife um, die wasserunlöslich ist. Sie besitzt keine Waschwirkung mehr und lagert sich auf der Faser als Schmutzbelag ab. In saurer Lösung vermag Seife ebenfalls nicht zu reinigen. (Bei der Wollwäsche entfernt Seife die natürlichen Fette nicht vollständig, so daß die Ware einen weichen, fülligen Griff behält.) Synthetische Waschmittel Auch bei den synthetischen Waschmitteln sind Fette und öle die Ausgangsstoffe. Im Wege einer Synthese entstehen aus Fettsäuren und Wasserstoff Fettalkohole. Diese werden mit Schwefelsäure behandelt und mit Lauge neutralisiert:

57 57 Es bilden sich neutral reagierende Salze: synthetische Waschmittel. Das erste dieser Art wurde 1928 entwickelt und 1933 in die Haushalte unter dem Namen FEinWAschmittel = FEWA eingeführt. Mittlerweile sind mehrere, ähnliche Herstellungsverfahren erfunden worden. Besondere Eigenschaften der synthetischen Waschmittel: Sie sind gegen hartes und saures Wasser beständig. Seifen zeigen in beiden Fällen nachteilige Eigenschaften. Das war der wichtigste Grund, nach neuen Waschmitteln zu forschen. (Synthetische Waschmittel entfernen die Fette fast vollständig von den Textilstoffen, so daß man Waren mit trockenem, rauhem Griff erhält.)

58 58 11 Stofftrennung In der Textilveredlung verlagern sich insbesondere beim Färber immer mehr Tätigkeiten von der Produktionshalle in das Betriebslabor. Eine wichtige Untersuchungsmethode ist dort das Trennen und Bestimmen von Stoffen, die in einem Gemenge vorhanden sind, wobei es sich zumeist um Flüssigkeiten handelt. Stofftrennungen können mechanisch, thermisch (durch Wärme) und chemisch durchgeführt werden. Mechanisch lassen sich Trennungen auf einfachste Art erzielen. Gießt man eine Flüssigkeit vorsichtig von einem am Boden eines Gefäßes abgesetzten, festen Bestandteil ab, spricht man von Dekantieren. Beim Zentrifugieren nutzt man die Fliehkraft = Zentrifugalkraft aus. Kleine, unten konisch zugespitzte, zylindrische Gläser werden in schnelle Drehung versetzt, und dabei lagert sich der Stoff mit der größten Dichte in der Spitze des Glases ab. Neben dem Sieben kennen wir im Labor vor allem das Filtern oder Filtrieren. Mittels Filterpapier (Rundfilter, Faltenfilter) und Trichter oder Porzellanfilter lassen sich fast alle aus einer Lösung ausfallenden Stoffe abtrennen. Mehr Aufwand muß beim thermischen Verfahren getrieben werden. Bekannt ist das Destillieren. Eine Flüssigkeit wird in einem Glaskolben erhitzt, die aufsteigenden Dämpfe werden durch einen Kühler geleitet, wo sie sich wieder verdichten und kondensieren und in einem Auffanggefäß gesammelt werden. Der Kühler besteht aus einem größeren mit Kühlwasser gefüllten Rohr, durch das ein engeres zur Kondensation geführt wird. Zur chemischen Trennung gehören besondere Vorkenntnisse, die vom Textilveredler nicht verlangt werden. Daher beschränken wir uns hier nur auf solche Methoden, die der Badkontrolle dienen, z. B. der Kontrolle der Bleichbadkonzentration. Man benötigt hierzu Lösungen von bekanntem Gehalt = Normal- und molare Lösungen (N bzw. M Lösungen), mit denen man die zu untersuchende Flüssigkeit titriert (Titre/fr. = Feingehalt), d. h. man versetzt die unbekannte Lösung so lange mit der bekannten, bis beide Stoffe nicht mehr miteinander reagieren. Diesen Endpunkt kann man z. B. durch den Farbumschlag eines Indikators kenntlich machen. Die verbrauchte Menge Normallösung entspricht einem bestimmten Gehalt der zu untersuchenden Lösung. Position d): "Aufbau, Eigenschaften und Einsatz von Elektrolyten sowie die Bedeutung der Begriffe anionenaktiv, kationenaktiv und nichtionogen erklären" Textilhilfsmittel Selten kommt man bei einem Bleichverfahren nur mit dem Bleichmittel, bei einem Farb- oder Druckverfahren nur mit dem Farbstoff und bei einem Appretur- oder Beschichtungsverfahren nur mit dem Appretur- bzw. Beschichtungsmittel aus. Vielfach sind Textilhilfsmittel einzusetzen, die den Veredlungsprozeß erst ermöglichen oder ihn erleichtern. Zu den Textilhilfsmitteln zählt man die unter dem Begriff Tenside zusammengefaßten Netz-, Dispergier- und Waschmittel. Netz- und Dispergiermittel ähneln den Waschmitteln in ihrem Aufbau, die Eigenschaften leiten sich von ihrem Namen ab. Weitere Textilhilfsmittel sind die in der Färberei und Druckerei gebräuchlichen Egalisier- und Durchfärbemittel sowie die Produkte zur Erhöhung der Echtheiten. Viele Textilhilfsmittel kann man drei Gruppen zuordnen, die sich nach ihrem Molekülaufbau unterscheiden:

59 59 1. anionische 2. kationische 3. nichtionische Produkte Bei der Dissoziation (lat. = Trennung) von Molekülen in die Ionen wandern diese unter dem Einfluß von elektrischem Strom an die entgegengesetzten Pole oder Elektroden. Die negativ geladenen Ionen sammeln sich am Pluspol, an der Anode (gr. = Aufstieg) und werden daher Anionen genannt, die positiv geladenen am Minuspol, an der Kathode (gr. = Abstieg) und heißen deshalb Kationen. Bei den anionischen Hilfsmitteln ist also das eigenschaftsbestimmte Ion negativ geladen, der Rest ist positiv. Zu diesen Hilfsmitteln zählen Seifen und synthetische Waschmittel, Netz-, Dispergier- und Egalisiermittel sowie Weichmacher, z. B. Bei den kationischen Produkten liegen die Verhältnisse entgegengesetzt. Vertreter dieser Art sind Aviviermittel (avivieren/fr. = beleben) und Nachbehandlungsmittel für Färbungen, z. B. Von großer Bedeutung sind auch die nichtionischen Textilhilfsmittel, die nicht dissozieren, also keinerlei elektrische Ladung zeigen. Sie sind elektrisch neutral. Chemisch kann man sie zu den Alkoholen rechnen. Der Textilveredler setzt sie als Egalisier- und Waschmittel sowie als Weichmacher ein. Ein allgemeines Beispiel: Egalisier- und Durchfärbemittel kann man auch nach ihrer Affinität in faser- und farbstoffaffine Produkte einteilen. Faseraffine Egalisiermittel lagern sich an die Faser und verlangsamen die Aufziehgeschwindigkeit des Farbstoffes, indem sie die Adsorptionsplätze in der Faser besetzt halten und nur nach und nach freigeben. Farbstoffaffine Hilfsmittel vereinen sich mit dem Farbstoff zu größeren Molekülen, die dadurch langsamer in die Zwischenräume der Fasern eindringen können. Im sauren Färbebad reagiert die Wolle wie ein Kation. Anionische Hilfsmittel

60 60 wirken hier faseraffin, kationische dagegen farbstoffaffin. Im neutralen Farbbad lagern sich auch nichtionische Produkte an die Faser.

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