Indikatoren & saurer Regen

4.3
Indikatoren; saurer Regen

Gewisse Chemikalien besitzen die spezielle
Eigenschaft bei pH-Wert-Änderungen ihre Farbe zu wechseln.
Man nennt sie deshalb Indikatoren.
Geringe Mengen eines solchen Indikators reicht aus, um einen Farbwechsel
hervorzurufen und so den pH-Wert der Lösung anzuzeigen.

Die meisten Säure-Base-Indikatoren sind schwache Säuren
und zeigen in einer protonierten (sauren) Form eine Farbe und in
einer deprotonierten (basischen) Form, eine andere Farbe. Wie alle
schwachen Säuren dissoziieren sie gemäß ihrem pKs-Wert.
Die allgemeine Dissoziationsgleichung eines Indikators HIn sieht
so aus:

ind

Wendet man die Henderson-Hasselbalch-Gleichung an
ergibt sich:

pH = pKs + log([In]/[HIn])

Dies zeigt, daß der pKs-Wert
des Indikators und der pH-Wert der Lösung das Verhältnis
In zu HIn bestimmen. Da die beiden Pufferkomponenten
unterschiedliche Farben haben, bestimmt ihr Verhältnis die
Farbe der Lösung.

Ein oft benutzter Indikator ist Phenolphthalein,
ein weißer, pulverförmiger organischer Stoff, unlöslich
in Wasser, leicht löslich in Alkohol oder Alkalien.

phenph

Phenolphthalein ist eine farblose,
schwache Säure, die in wässriger Lösung unter Bildung
rosa gefärbter Anionen dissoziiert. Unter sauren Bedingungen
(niedrige pH-Werte) liegt das Gleichgewicht auf der linken Seite.
Die Gleichgewichtskonzentration der gefärbten Anionen ist gering,
die Lösung erscheint farblos (Farbe der Indikatorsäure).
Unter basischen Bedingungen, ab pH 8,2 -10 verschiebt sich das Gleichgewicht
nach rechts, die Konzentration der gefärbten Indikatorbase
steigt und die Lösung färbt sich rosa. Man nennt den pH-Bereich,
bei dem die Farbe wechselt den Umschlagsbereich.

Der bekannteste Indikator ist
Lackmus
, ein blauer Farbstoff,
den man aus verschiedenen Flechten, gewinnen kann. Der Umschlagsbereich
liegt bei pH 4,5 rot, bei 8,3 blau. Man verwendet Lackmus hauptsächlich
als wässrige Lösung (Lackmus-Tinktur) una als Lackmus-Papier,
bei dem Papierstreifen mit schwach saurer oder alkalischer Lackmus-Tinktur
imprägniert sind. Der Hauptbestandteil des Lackmus ist ein
Polymer (=Riesenmolekül ).

Hier die wichtigsten Indikatoren
und ihre Umschlagsbereiche. Erfahren Sie mehr über die
Indikatoren durch Klicken auf den Namen in
Abb. 4.30:

indi1

Universalindikatoren
erhält man durch Mischung von Indikatoren mit unterschiedlichen
Umschlagsbereichen. Sie wechseln deshalb bei definierten pH-Werten
die Farben.

pHcolors

Saurer
Regen

In Organismen und der Umwelt spielen bestimmte pH-Werte
eine besondere Rolle:

  • Im Blut der Tiere wird der pH-Wert
    durch mehrere Puffersysteme konstant gehalten. Dies ist lebenswichtig!
  • Der gesamte Stoffwechsel in den Zellen
    kann nur bei bestimmten pH-Werten ablaufen.
  • Natürliches Regenwasser hat
    einen pH-Wert von 5,6. Wird er verändert z. B. durch sauren
    Regen hat dies dramatische Auswirkungen.

Der unter dem Neutralpunkt liegende pH-Wert kommt vom atmosphärischen
CO2, das sich in Wasser löst und die schwache Säure
Kohlensäure H2 CO3 bildet.

h2co31

Dieses Gleichgewicht, das stark
auf der Seite der Edukte liegt wird durch die in Verbrennungsgasen
enthaltenen Stick- und Schwefeloxide SO2 (g) und SO3
(g) verändert. Diese entstehen bei der Verbrennung fossiler
Brennstoffe, Erdöl und Kohle. Mit dem Wasser der Luft wird
z. B. Schweflige Säure H2SO3 und Schwefelsäure
H2SO4 gebildet.

h2so4

Fällt dies als Regen auf
die Erde spricht man von
saurem
Regen
.
In vielen Gegenden der industrialisierten
Welt haben Wissenschaftler einen pH-Wert des Regens von 3 gemessen!
Den Effekt auf Wälder sieht man in Abb. 4.30.
spaceEine Abnahme des pH-Wertes um
3 Einheiten bedeutet, daß der Regen ca. 1000 mal saurer ist
als normal. Bäume und andere Pflanzen sterben, Böden versauern,
Fischgewässer bleiben ohne Fische.

Auch das Kalkgleichgewicht kommt durcheinander.
Gebäude aus Kalkstein oder Sandstein werden zerstört (siehe

Abb.4.31).

Einige weitere Wirkungen von saurem Regen:

  • Kalkstein reagiert mit Schwefelsäure zu Gips. Damit verbunden
    ist eine Kristallvergrößerung. Das Bauwerk bröckelt.
  • Die Blattfarbstoffe bei
    Pflanzen werden abgebaut. Die Blätter zeigen dabei Verfärbungen
    wie im Herbst.
  • Die Böden versauern. Böden sind normalerweise gute
    Puffersubstanzen. Wie alle Puffer haben sie aber nur eine bestimmte
    Kapazität. Ist diese erschöpft, werden die Böden
    zersetzt. Sie verlieren damit auch ihre Ionenaustauscherwirkung.
    Die Säuren stören somit den Stoffwechsel der Wurzeln,
    die Bäume verhungern.
  • Die Bäume und Pflanzen
    werden aber auch vergiftet. Denn der Saure Regen löst Aluminium-Ionen
    aus den Tonmineralien der Böden heraus. Al-Ionen sind in
    hohen Konzentrationen pflanzentoxisch.

Abb. 4.27

Base und Lackmuslösung

lackm1

 


Abb.4.28

Phenolphthalein

Abb. 4.29

Lackmuspapier

lackm2

 


Abb. 4.29

Lackmuspulver

lmpul

 


Abb. 4.30

Indikatoren

 


Abb. 4.31

Titration mit Indikatoren
 

titink

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Abb. 4.32

Universalindikatorpapier
 

univi


Abb. 4.33

pH-Skala für Universalindikator
 

univi2

 


Abb.4.34

Waldschäden durch sauren Regen
 

saurr


Abb.4.35

Saurer Regen – Sandstein

sfig1Sandsteinfigur im Ruhrgebiet 1908

sfig2

Sandsteinfigur im Ruhrgebiet 1968

 

 

 

Weiterführende
Quellen:
Zunge und Geschmackswahrnehmung:
http://www.umds.ac.uk/physiology/jim/tasteolf.htm
und http://www.zoology.ubc.ca/~auld/bio350/lectures/sensory_taste.html

chemische Experimente: http://www.dartmouth.edu/~chemlab/info/logistics/info.html

Phenolphthalein: http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/FilmStudio/phenolphthalein/HTML/page02.htm
und http://ac16.uni-paderborn.de/lehrveranstaltungen/_aac/prakt/

Indikatoren: http://www.restena.lu/ddnuc/putzm/indikator.htm

Saurer Regen: http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d55/55a.htm
und http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/abgas/sauerreg.htm

Atomarchiv: http://www.atomicarchive.com/main.shtml

3D-Molekülarchiv: http://www.nyu.edu/pages/mathmol/library/library.html

Maße: http://home.att.net/~numericana/answer/units.htm

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