AB Isolierung von Citronensäure - Chik.die-sinis.de

Saure Früchtchen - Vertiefungsphase
V Isolierung der Citronensäure aus Zitronensaft
(ähnlich der erstmaligen Isolierung durch C. W. Scheele im Jahre 1784)
Versuchsanleitung
Geräte Teesieb oder Tuch
Trichter
Filterpapier
Messzylinder (100 mL)
Erlenmeyer-Kolben
Pinzette
Gasbrenner Dreifuß
Drahtnetz
4 Bechergläser ( 250 und 400 mL)
Siedestab
Spatel
Petrischale oder Kristallisierschale
Chemikalien
100 ml Zitronensaft (frisch gepresst oder R: - S: -
gekauft, gefiltert)
Universalindikatorpapier R: - S: -
Kalkmilch (Suspension von 15 g Calciumhydroxid
R: - S: 2
in 40 mL Wasser eingerührt)
Schwefelsäure verd. (w = 20%), ca. 40 ml C R: 35 S: 26-30-36/37/39-45-
dest. Wasser R: - S: -
Durchführung
1. Der Zitronensaft wird mit kleinen Portionen Kalkmilch schrittweise neutralisiert,
dabei wird der pH-Wert mit Indikatorpapier immer wieder überprüft.
2. Überschüssiges Calciumhydroxid wird abfiltriert.
3. Das nunmehr erhaltene klare Filtrat wird zum Sieden erhitzt.
4. Die heiße Lösung wird filtriert (dabei die Hände schützen).
5. Der Filterrückstand (Calciumcitrat) wird in etwa 30 mL kaltem Wasser gelöst.
6. Diese Lösung wird mit der Schwefelsäure unter Rühren portionsweise versetzt.
Der pH-Wert wird dabei geprüft, er darf nicht kleiner als 2 werden.
7. Der entstandene Niederschlag (Calciumsulfat) wird abfiltriert.
8. Das klare Filtrat gibt man in eine Petri- oder Kristallisierschale und lässt es
einige Tage stehen. Wenn der Versuch gelungen ist, kristallisiert dann Citronensäure
aus.
Entsorgung
Reste von Calciumhydroxid und Schwefelsäure in die ausstehenden
Sammelgefäße geben
Hinweise
Beim Eindampfen der Citronensäure-Lösung würde diese durch die Hitze zerstört;
ebenso kann überschüssige Schwefelsäure die Citronensäure (zu Aconitsäure)
umsetzen. Das Produkt aus Schritt 9 sieht zunächst sirupartig aus und
muss richtig trocknen.
Aufgaben
• Führen Sie die Versuche sorgfältig durch.
• Formulieren Sie für alle Schritte die zugehörigen Reaktionsschemata und erläutern sie die
jeweiligen Vorgänge!

Saure Früchtchen - Vertiefungsphase
Informationen für die Lehrkraft / Erwartungshorizont
1. Der Zitronensaft wird mit kleinen Portionen Kalkmilch schrittweise neutralisiert,
dabei wird der pH-Wert mit Indikatorpapier immer wieder überprüft.
Kalkmilch: eine Suspension von Calciumhydroxid in Wasser:
Ca(OH) 2 (s) = Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq)
Der Zitronensaft färbt sich deutlich gelb, es bildet sich der Calcium-citrato-Komplex
[Ca(Cit) 2 ] 4- , der in kaltem Wasser gut löslich ist: (aus technischen Gründen tauchen die Ladungen
in der Formel zweimal auf, innerhalb der Struktur sollten sie eigentlich entfallen...)
O
O
4 -
O -
H 2 C C
C CH 2
O
O
HO
C C O -
Ca 2+ O -
C C OH
O
O
CH 2 C O -
O -
C CH 2
2. Überschüssiges Calciumhydroxid wird abfiltriert.
Der weiße Filterrückstand wird verworfen
3. Das nunmehr erhaltene klare Filtrat wird zum Sieden erhitzt.
Es fällt ein weißer Niederschlag aus, dieser ist Calciumcitrat. Dieses ist im Heißen wesentlich
schlechter löslich als in der Kälte:
2 Ca 2+ (aq) + [Ca(Cit) 2 ] 4- + 4 H 2 O = Ca 3 Cit 2 · 4 H 2 O
O -
4. Die heiße Lösung wird filtriert (dabei die Hände schützen).
Es muss im Heißen filtriert werden, da sich sonst wieder der lösliche Komplex bildet bzw. auch,
weil Calciumcitrat in kaltem Wasser deutlich besser löslich ist.
5. Der Filterrückstand (Calciumcitrat) wird in etwa 30 mL kaltem Wasser gelöst.
Löslichkeit von Calciumcitrat in Wasser bei Raumtemperatur: 9,6 g/L
6. Diese Lösung wird mit der Schwefelsäure unter Rühren portionsweise versetzt. Der
pH-Wert wird dabei geprüft, er darf nicht kleiner als 2 werden.
Mit Schwefelsäure fällt ein weißer Feststoff aus: Gips
Ca 3 Cit 2 (aq) + 3 H 2 SO 4 (aq) + 6 H 2 O(l) = 2 H 3 Cit + 3 CaSO 4 · 2 H 2 O (s)
Bei diesem Schritt muss unbedingt der pH-Wert eingehalten werden, da sonst im nächsten
Schritt die Schwefelsäure beim Eintrocknen konzentriert und wegen ihrer wasserentziehenden
Wirkung die Citronensäure zu Aconitsäure dehydratisiert:
O
O
C
C
OH C OH
H O O
7. Der entstandene Niederschlag (Calciumsulfat) wird abfiltriert. Das klare Filtrat gibt
man in eine Petri- oder Kristallisierschale und lässt es einige Tage stehen. Wenn der
Versuch gelungen ist, kristallisiert dann Citronensäure aus.
unter 6. ist beschrieben, warum der Versuch oft misslingt.