Luzius Bäni, Kira van Woudenberg, Anne-Sophie Haller, Laura Carrieri | September 2017

Seife selber hergestellt PROJEKT NATURWISSENSCHAFTLICHE WOCHE 2017

BETREUT DURCH ALICE RYSER

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Inhaltsverzeichnis 1. Vorwort ................................................................................................................... 3

2. Zusammenfassung Deutsch .................................................................................... 3

3. Overzicht- vreemde taal in Nederlands ................................................................... 3

4. Zeitplan ................................................................................................................... 4

5. Einleitung ................................................................................................................ 4

6. Leitfrage .................................................................................................................. 6

7. Hypothesen ............................................................................................................. 6

8. Material & Methoden .............................................................................................. 7

9. Schweineschmalz .................................................................................................... 7

10. Rapsöl ................................................................................................................. 7

11. Basics im Chemielabor ....................................................................................... 7

12. Pottaschenherstellung ......................................................................................... 8

12.1 Material zur Herstellung der Pottasche ........................................................... 8

12.2 Vorgehensweise zur Herstellung der Pottasche .............................................. 8

12.3 Beobachtungen zur Herstellung von Pottasche ............................................... 8

13. Nebenexperiment: Herstellung von Seife mit Kalilauge .................................. 10

13.1 Materialien für das Nebenexperiment ........................................................... 10

13.2 Vorgehensweise für das Nebenexperiment ................................................... 10

13.3 Beobachtungen zum Nebenexperiment ........................................................ 10

14. Wie viel Prozent pure Lauge wurde gewonnen? .............................................. 11

14.1 Material zum Experiment ............................................................................. 11

14.2 Vorgehensweise zum Experiment ................................................................. 11

14.3 Berechnung der puren Lauge ........................................................................ 12

14.4 Beobachtungen zur Experiment .................................................................... 12

15. Herstellung von Seife mit der eigenen Lauge ................................................... 13

15.1 Material zur Herstellung der Seife ................................................................ 13

15.2 Vorgehensweise zur Herstellung der Seife ................................................... 14

14.3 Beobachtung zur Herstellung der Seife ............................................................. 15

16. Mikroskopieaufnahmen der Seifen ................................................................... 16

17. Analyse zur Herstellung der Seife .................................................................... 17

18. Fehleranalyse .................................................................................................... 17

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19. Herstellung der Seife für die Umfrage .............................................................. 17

19.1 Material ......................................................................................................... 18

19.2 Vorgehensweise zur Herstellung der Seife ................................................... 18

19.3 Beobachtungen zur Herstellung der Seife ..................................................... 18

20. Umfrage ............................................................................................................ 19

20.1 Resultate der Umfrage .................................................................................. 20

20.2 Mittelwert und Standartabweichung ............................................................. 21

21. Diskussion ......................................................................................................... 21

21.1 Hypothesen ................................................................................................... 21

22. Zusatz ................................................................................................................ 22

22.1 Der pH-Wert ..................................................................................................... 22

23. Danksagung ....................................................................................................... 22

24. Nachwort ........................................................................................................... 22

25. Literaturverzeichnis .......................................................................................... 23

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1. Vorwort Die Suche nach einem spannenden Forschungsprojekt für die Naturwissenschaftswoche 2017 fiel jedem von uns zu Beginn sehr schwer. Eine Gruppe Ahnungsloser fand sich schnell zusammen und so suchten wir gemeinsam nach einem passenden und für uns alle ansprechenden Projekt. Als wir uns zusammen setzten kam Anne-Sophies kleine Schwester durch Zufall auf die Idee, wir sollten doch Seife herstellen. Diese Idee gefiel uns allen auf Anhieb gut und begannen mit der Gestaltung des Projektes. Wir stellen selber zwei Seifen her. Eine, die pflanzlich basiert ist, und eine tierisch basierte. Wir untersuchen damit, welche der Seifen besser wäscht.

2. Zusammenfassung Deutsch

Im Rahmen einer Naturwissenschaftlichen Woche an der Kantonsschule Kreuzlingen wurde untersucht, ob es Unterschiede der Waschkraft einer pflanzlich basierten und einer tierisch basierten Seife gibt und es wurde ebenfalls eine Umfrage zur Beliebtheit gemacht. Zunächst wurde einen Tag lang mit den Grundsubstanzen herumexperimentiert. Dabei wurde aus gewöhnlicher Holzasche Pottasche gewonnen und es entstand eine Kalilauge, die für die Herstellung der eigenen Seife essentiell ist. In einem Nebenexperiment wurde herausgefunden, dass der sonst lange und mühsame Vorgang des Verkochens durch Ethanol deutlich beschleunigt werden kann. Ein weiterer Schritt war die Herstellung der eigenen Seife mit der selbsthergestellten Kalilauge. Im Labor wurde die pflanzlich basierte Seife mit Rapsöl und die tierisch basierte Seife Schweineschmalz benutzt. Beide Fette wurden jeweils mit der eigenen Kalilauge oder mit einer bereits vorhandenen Kalilauge aus dem Labor gemischt. Das Ergebnis waren die selbsthergestellten Seifen. Die Tests zeigten, dass beide Seifen Ölflecken von Stofffetzen reinigen können. Rapsölseife hat bei den Experimenten, sowie auch bei einer Umfrage besser abgeschnitten.

3. Overzicht- vreemde taal in Nederlands Vanwege de natuurweetenschapelijke week aan de kantonsschool Kreuzlingen hebben wij onderzoekt, of er verschillen zijn in de waskracht van een planten en dieren baseerde zeep, er werd ook een vraageboog herstellt over de populariteit van deze zeep. Als eerst heben wij een dag geexperimenteerd met de grondsubstanties. Daarnaast heben wij natuurlijke houtas een potas gewonnen en er is een kaliloog ontstaan, die heel belangrijk is voor het maken van zeep. In een tweede experiment hebben wij ontdekkt, het normaal lange en moeizaame proces om het te verkoken, door ethanol duidelijk wordt versnelt. In een verdere stap was de productie van een eigen zeep me de zelf gemaakte kaliloog. In het laboratorium werdt de planten baseerde zeep met koolzaadolie en de dieren baseerde zeep met varkensreuzel gebruikt. Alle twee de vetten werden met een eigen kaliloog of met een al gemaakte kaliloog uit het laboratorium vermengt. Het resultaat waren de zelf geproduceerde zeepen. De tests laten zien, dat alle twee de zeepen olievlekken van

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stukjes stof kunnen schoonmaken. Koolzaadoliezeep heeft bij de experimentaties en bij de vraageboog het beste resultaat bereikt.

4. Zeitplan

Montag, 25. September 2017

Einkaufen der Zutaten Erstellen der Pottasche

Nebenexperiment von Seife mit Kalilauge aus dem Labor Schreiben des Laborprotokolls Beginn der schriftlichen Arbeit

Dienstag, 26. September 2017

Herstellung von Seife mit selbsthergestellter Lauge Herstellung von drei flüssigen Seifen

Analyse zu den Vorgängen Fortsetzung der schriftlichen Arbeit

Mittwoch, 27. September 2017

Beantworten der Fragen zur Statistik Fortsetzung der schriftlichen Arbeit

Herstellung der Seife für eine Umfrage Erstellung der Umfrage

Donnerstag, 28. September 2017

Fertigstellen der schriftlichen Arbeit Umfrage mit verschiedenen Personen Beginn der Power Point Präsentation

Freitag, 29. September 2017

Fertigstellen der Power Point Präsentation Vorbereiten der Präsentation

Abgabe der schriftlichen Arbeit Präsentation des Projekts

5. Einleitung Ein Leben ohne Seife ist heute kaum vorstellbar und gehört zu unserem alltäglichen Leben dazu. Doch das ist noch nicht lange so; früher galt die Seife lange Zeit als Luxusgut und war nur für Reiche und Adlige zugänglich.

Die Seifenherstellung ist uns Menschen schon seit tausenden von Jahren bekannt. Die Sumerer, eine ehemalige Hochkultur auf dem Gebiet des heutigen Iraks, entwickelten eine Vorform der heutigen Seife, die aus Ölen und Pottasche hergestellt wurde. Auch bei unserer Herstellung der Seife sind diese zwei Materialien grundlegend. Etwas später waren es die Ägypter, welche die Rezeptur dann verfeinerten, in dem sie das Mineral Soda hinzumischten. Sie waren damit die Erste Kultur, welche die Seife nicht nur zur Körperreinigung, sondern auch zur

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Textilreinigung verwendeten. Die Germanen und die Gallier bleichten sich die Haare damit und schufen somit eine Vorform des heutigen Haargels. Mit dem Aufkommen der Badekultur im alten Römischen Reich wurde die Seife immer beliebter. Dabei ist anzumerken, dass die Seife damals nur in flüssiger Form bekannt war. Erst die Araber entwickelten durch das Vermischen von Ölen, Salzen, Pottasche und Kalk eine feste Form der Seife. Jede Seife war handgemacht. Als die feste Form der Seife schlussendlich seinen Weg nach Europa fand, wurde sie sowohl für die Reichen, als auch für die Armen zugänglich. Sie wurde nun in den öffentlichen Badeanstalten benutzt. (

Die Beliebtheit der Seife durchlief eine drastische Abnahme, als die Pest und weitere Infektionskrankheiten ausbrachen. Das Volk war der Meinung die Seife in öffentlichen Badehäusern sei Schuld an der Verbreitung jener Krankheiten. Glücklicherweise kam bald die Erkenntnis auf, dass Seife zur Körperreinigung notwendig war. Die Produktion in Europa wurde somit wieder aufgenommen. In Frankreich kam die Seife bereits im 17. Jahrhundert unter Louis XIV wieder auf. In Städten wie Marseille Toulon und Lyon wurden Seifenfabriken eröffnet, welche auch heute noch bekannt sind. Eine der bekanntesten Fabriken von damals war die „Savon de Marseille. Im 19. Jahrhundert war die Nachfrage dann wieder so hoch, dass ein französischer Arzt und Chemiker, Nicolas Leblanc, das Verfahren vereinfachen wollte. Er legte damit den Grundstein für die industrielle Herstellung grösserer Mengen. Lauge, die sonst sehr mühsam aus Asche zu gewinnen war, sollte nun künstlich hergestellt werden. Die Seife war nun wieder ein teures Gut. Doch das Leblanc-Verfahren wurde schon bald wieder vom Belgier Hernest Solvay abgelöst. Natriumcarbonat und Natriumhydroxid wurden nun billig produziert und waren somit wieder erschwinglich für Jedermann. Seifen zur Körperreinigung wurden aus hochwertigen Ölen hergestellt, während Seifen für die Textilreinigung aus billigen Ölen, wie beispielsweise Leim oder Hanföl, hergestellt wurde.

Dass Seife früher zu den Luxusgütern gehörte, ist heute kaum mehr vorstellbar. Im Gegenteil, die Seife geniesst heute nur mässige Beliebtheit, denn heute ist erwiesen, dass sie der Haut auch schaden kann. Durch die alkanischen Substanzen hat Seife einen hohen basischen pH-Wert, der weit über dem der Haut liegt. Basische Lösungen können sowohl die Haut, als auch die Textilien angreifen. Denn Seife entzieht der Haut fett, welche dann trocken, spröde und brüchig wird. So können Hautreizungen entstehen. Heute wird der tatsächliche Teil „Seife“ durch synthetische waschaktive Substanzen ersetzt. Zusätzlich werden Parfüms, Rückfettungsmittel, Hautschutzstoffe, oder auch Desinfektionsmittel hinzugefügt. Für Menschen mit empfindlicher Haut gibt es Waschstücke, die seifen- und damit alkalifrei sind. Sie haben einen neutralen pH-Wert.

Bei der Seifenherstellung wird der wasserunlösliche Ester durch Hydroxid-Ionen in der Hitze aufgespalten, wodurch zwei wasserlösliche Produkte entstehen. Einmal Glycerin und das Alkalisalz der Fettsäure, die Seife (Abb. A). R1, R2 und R3 stellen verschiedene Fettsäuren dar. Bei Rapsöl sind es Ölsäure {18:1} (Abb. B)

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und Linolsäure {18:2} (Abb. C). Dieses Fett ist also bei Raumtemperatur flüssig, weil alle Säuren ungesättigt sind. Schmalz enthält Palmitinsäure {16:0} (Abb. D), Stearinsäure {18:0} (Abb. E) und Ölsäure. Im Gegenteil zu Rapsöl ist es bei Raumtemperatur fest, weil die gesättigten Säuren in der Überzahl sind.

(Abb. A)

(Abb. B) (Abb. C)

(Abb. D) (Abb. E)

6. Leitfrage Wäscht eine pflanzlich basierte Seife oder eine tierisch basierte Seife besser?

7. Hypothesen H1: Tierisch basierte Seife wäscht besser aufgrund der gesättigten Säuren der Fette.

H2: Pflanzlich basierte Seife wäscht besser.

Tristearinsäure-glycerinester

Kalilauge Glycerin Kaliumstearat

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H0: Das Experiment geht schief, es kann nicht ermittelt werden, welche Seife besser wäscht.

8. Material & Methoden Anhand eines Rezeptes werden zwei Seifen hergestellt, wobei einmal Rapsöl und einmal Schweineschmalz verwendet wird.

9. Schweineschmalz Schmalz ist ein Gemisch von Triglyceriden mit gesättigten und ungesättigten Fettsäuren. Ungesättigte Fettsäuren gibt es darin allerdings mehr (60%). Schweineschmalz ist weiterverarbeitetes Schlachtfett von Tieren. Der Schmelzpunkt liegt bei 26 – 40 Grad Celsius und die Farbe von Schweineschmalz ist perlmuttweiss. In dieser Projektarbeit wurde Schweineschmalz der Firma Laru aus dem Edeka benutzt.

Chemische Zusammensetzung: 30% Palmitinsäure, 25% Stearinsäure und 45% Ölsäure

10. Rapsöl Rapsöl ist ein pflanzliches Öl, welches aus Samen von Raps gewonnen wird. Es ist helllgelb bis bernstein. Der Schmelzpunkt beträgt -2 bis -10 Grad Celsius. Es beinhaltet gesättigte Fettsäuren, aber auch ungesättigte. Die ungesättigten Fettsäuren sind auch hier überwiegend, denn es hat vor allem Ölsäuren. Auch hier hat man ein Rapsöl aus dem Laden Edeka benutzt.

Chemische Zusammensetzung: 70% Ölsäure und 30% Linolsäure

11. Basics im Chemielabor Folgende Anweisungen dienen der Vermeidung von unter Umständen tödlichen Unfällen im Labor. Sie sind strikt zu befolgen!

• Der Kittel ist Pflicht im Chemielabor. • Die Schutzbrille darf bei Experimenten nicht vergessen werden. • Im Labor soll immer für ausreichende Lüftung gesorgt sein. • Chemikalien müssen immer gerecht entsorgt werden. • Ein Laborant muss sich stets über Alarmordnungen im jeweiligen Labor

informieren. • Das Kennen von Erste-Hilfe-Regeln ist von Vorteil. • Die Laborordnungen sind zu achten. Essen, Trinken, Geschmacksproben und

auch das Rauchen ist zu unterlassen. • Arbeiten mit brennbaren Flüssigkeiten dürfen niemals in der Nähe von offenen

Flammen durchgeführt werden.

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12. Pottaschenherstellung Pottasche ist ein essenzieller Bestandteil der Seife. Pottasche ist bei den Chemikern bekannt unter dem Namen Kaliumcarbonat. Es wird aus Holzasche gewonnen. Lässt man es lange Zeit an der Luft stehen, zieht es Wasser aus der Luftfeuchtigkeit an und beginnt zu zerfliessen. Im Wasser löst es sich sehr gut, die Lösung reagiert alkalisch.

12.1 Material zur Herstellung der Pottasche

Holzasche (Buche & Eiche) 300g

Destilliertes Wasser 2 l

Wärmeplatte 2

Topf 2

Magnetrührer 2

Becherglas 1 x 1l

pH-Wert-Stäbchen 1

12.2 Vorgehensweise zur Herstellung der Pottasche 1. 200g Eich- und Buchasche mit einem Liter destilliertem Wasser in einen Topf

(Topf 1) geben. 2. In den zweiten Topf 100g der Eich- und Buchasche zusammen mit 0.5 Liter

destilliertem Wasser geben. 3. Die Emulsionen werden nun mit Hilfe des Magnetrührers erhitzt und stetig

durchmischt. 4. Die Emulsionen kochen und das destillierte Wasser verdampft nach und nach. 5. Wenn der Magnetrührer auf 400 °C erhitzt ist, wird er nach 20 Minuten auf

200°C herunter gestellt. 6. Der 2. Topf wird nach einer Weile mit Hilfe des Magnetrührers in Bewegung

gebracht. Bei Topf 1 funktioniert dies nicht, weil dieser Topf breiter ist. 7. Zu Topf 1 werden nun 150 ml destilliertes Wasser hinzugefügt. Nach weiteren

15 Minuten erneut 50 ml. → Nach 2.5 Stunden haben die Emulsionen den pH-Wert 14 erreicht. 8. Nach 2.5 Stunden werden dem Topf 1 300 ml und dem 2. Topf 200 ml

destilliertes Wasser hinzugefügt. 9. Nach 3 Stunden Kochen werden die Gemische filtriert. Es entsteht eine

Kalilauge. 12.3 Beobachtungen zur Herstellung von Pottasche

Anfangs veränderten sich die Suspensionen nicht. Erst nach der ersten Stunde war durch Messungen ersichtlich, dass die Suspensionen stark basisch sind. Durch weiteres

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Kochen konnte ein pH-Wert von 14 erreicht werden. Das Filtrieren ergab eine gelbliche Flüssigkeit, welche auch stark basisch ist.

(Abb. 1) (Abb. 2)

(Abb. 3) (Abb.4 )

Abb. 1: Versuchsaufbau; die Asche in Topf 1 mit destilliertem Wasser und der Chemiker Luzius Bäni Abb. 2: Der Basiswert 13 bei beiden der Emulsionen nach einer Stunde Abb. 3: Der Basiswert von destilliertem Wasser (5 → nicht neutral) Abb. 4: Das gekochte Gemisch wird filtriert und die Kalilauge tröpfelt

heraus.

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13. Nebenexperiment: Herstellung von Seife mit Kalilauge

Dieses Experiment wurde am Montagmorgen als Nebenexperiment zusätzlich durchgeführt. Es diente zum Zeitvertreib während der Wartezeit der Herstellung der Pottasche. Es wurde bereits vorhandene 30% Kalilauge aus dem Chemielabor benutzt. Interessanterweise, konnte eine Erkenntnis gewonnen werden, die für das weitere Vorgehen sehr bereichernd war.

13.1 Materialien für das Nebenexperiment

Potasium Hydroxid 5g

Schweineschmalz 20g

Wärmeplatte 1 x

Zweihalsrundkolben 1 x

Magnetrührer 1 x

Becherglas 1 x 50 ml

pH-Wert-Stäbchen 1 x

Kalilauge 30% 4g

13.2 Vorgehensweise für das Nebenexperiment

1. Das Schweineschmalz wird erhitzt, damit es flüssig ist. 2. 20g Schweineschmalz und 4g Kalilauge werden in einen Zweihalsrundkolben

gegeben und in einem Wasserbad erhitzt, der Magnetrührer vermischt nun die zwei Emulgatoren.

3. Nach 30 Minuten bildet sich ein erster Feststoff. → Seife 4. 50ml destilliertes Wasser wird hinzugegeben. 5. Die gewonnene Steife hat einen pH-Wert von 14. 6. Nach 1.5 Stunden im Kühlschrank hat ein weisser Teil mit geringerer Dichte

oben abgesetzt und unten hat sich ein Gemisch aus Kalilauge gebildet. 7. Die Frage lautet nun, ob die hergestellte Emulsion Seife ist. ® Mithilfe des Fingerversuches kann herausgefunden werden, ob die weisse Masse reinigt.

13.3 Beobachtungen zum Nebenexperiment

Die Emulsion aus Schweineschmalz, Wasser und Kalilauge hat nicht zu Seife reagiert; der Versuch funktioniert nicht. Das obere weisse im Becherglas (siehe Abb. 7) ist immer noch Schweineschmalz. Wahrscheinlich wurde die Emulsion nicht lange genug gekocht. Es braucht viel mehr Zeit bis die zwei Emulgatoren reagierten. Als Erkenntnis wurde gewonnen, dass Alkohol diesen Prozess beschleunigt. Dies hilft uns bei unserem Hauptexperiment, der tatsächlichen Seifenherstellung.

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(Abb. 5) (Abb. 6) (Abb. 7)

Abb. 5: Zweihalsrundkolben mit den Emulsionen Schweineschmalz und

Kalilauge Abb. 6: Da die das Gemisch immer nicht stark basisch ist, sieht man, dass die

Kalilauge nicht mit dem Schmalz reagiert. Abb. 7: Das obere, weisse ist Schweineschmalz. Unten ist die ein Lösung von

Kalilauge und Wasser.

14. Wie viel Prozent pure Lauge wurde gewonnen? In einem nächsten Schritt wurde ermittelt, wie viel pure Lauge aus der Kalilauge gewonnen wurde.

14.1 Material zum Experiment

Bürette 1 x

Becherglas 1 x 50 ml

Heizplatte 1 x

Magnetrührer 1 x

Salzsäure (0,1 mol/l) wenige Tropfen

Lauge 5 ml

Indikator 1 x

Destilliertes Wasser 10 ml

14.2 Vorgehensweise zum Experiment 1. Die Salzsäure zur 0.1 mol/l wird in die Bürette gegeben.

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2. 5ml Lauge wird mit dem Indikator ins Becherglas gegeben und mit destilliertem Wasser verdünnt.

3. Der Magnetrührer vermischt die zwei Emulgatoren. 4. Nun wird die Salzsäure ins Becherglas langsam hinzugetröpfelt. 5. Die Salzsäure von 15.5 ml ist pink und verblasst mit der Zeit

14.3 Berechnung der puren Lauge

Um herauszufinden wie viel Prozent der Lauge reine Lauge ist, wird wie folgt berechnet:

1000ml (HCl ® 0.1mol 15.5ml ® 1.55 mmol àIn den 15.5ml sind 1.55mmol pure Salzsäure enthalten. Das heisst: 5ml (Lauge) ® 1.55mmol (basisch) 1000ml (Lauge) ® 3.1mol ® 3.1mol sind in einem Liter enthalten. K - O - H 39-16-1 ® 56 56 x 3.1mol = 173g/l ® 17.3% pure Lauge in der selbst gewonnenen Lauge 105ml (Insgesamt gewonnene Lauge) ® 100% 18.17ml (pure Lauge) ® 17.3%

14.4 Beobachtungen zur Experiment Der Indikator färbt die Lauge pink. Es wurde dann so viel Salzsäure hinzugefügt, bis die pinke Farbe verschwand. Anhand den 15.5ml kann die Konzentration der Lauge herausgefunden: Die Lauge hat 17.3% reine Lauge. ® Schlussendlich wurde 105ml Lauge gewonnen.

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(Abb. 8) (Abb.9) Abb. 8: Bürette über der Heizplatte Abb. 9: Gewonnene Lauge (105ml)

15. Herstellung von Seife mit der eigenen Lauge Mit diesem Vorgang begann schlussendlich der Prozess der Herstellung unserer eigenen Seife.

15.1 Material zur Herstellung der Seife

Wärmeplatte 2 x

Magnetrührer 2 x

Becherglas 2 x

Zweihalsrundkolben 2 x + 1 x zusätzlich

Messzylinder 2 x

Eigene Lauge 21.6 ml

Schweineschmalz 18 g

Rapsöl 20 g

Ethanol 20 ml

Siedesteinchen mehrere (ca. 20)

Eppendorfpipette 1 x

Destilliertes Wasser 2 ml

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15.2 Vorgehensweise zur Herstellung der Seife Zunächst musste herausgefunden werden, wie viel von den verschiedenen Emulgatoren benötigt wird. Dabei sei zu beachten, dass in einen Zweihalsrundkolben maximal 70 ml hineinpassen. Es muss gleich viel Ethanol wie Fett und Lauge vorhanden sein. In unserem Fall wäre das 35 ml Ethanol, da die Menge von Fett und Lauge ebenfalls 35 ml beträgt. Nun muss ausgerechnet werden wie viel Fett und Lauge genau 35 ml ausmachen. Dabei wurde folgendes berechnet: Schmalz: 165mg KOH ® 1ml eig. Lauge (Verseifungszahl) 200mg KOH → 1.2ml eig. Lauge → für 1g Schmalz Rapsöl: 165mg KOH → 1ml eig. Lauge (Verseifungszahl) 120mg KOH→ 0.73ml eig. Lauge→ für 1gRapsöl Rechnung für Zweihalskolben: Schmalz: 1.2ml eig. Lauge → 1g Schmalz 21.6ml eig. Lauge → 18g Schmalz Rapsöl: 0.7ml eig. Lauge → 1g Rapsöl 14ml eig. Lauge → 20g Rapsöl

1. Das Schmalz wird erwärmt, damit es flüssig wird. 2. Mit Hilfe der Eppendorfpipette werden jeweils 18 ml und 14 ml der eigenen

Lauge in die Zweihalsrundkolben gegeben. 3. Zu den 18 ml eigener Lauge wird 18g Schweineschmalz, 20g Rapsöl zu den

14ml eigener Lauge hinzugefügt.

4. Bemerkung ® Fehler: Es wurde vergessen, dass Rapsöl eine geringere Dichte als Wasser hat und viel mehr Platz beansprucht, weshalb noch ein dritter Zweihalskolben mit 7ml eigener Lauge und 10g Rapsöl zu 20ml Ethanol zubereitet wurde.

5. Zum Schweineschmalz und der eigenen Lauge werden 20 ml Ethanol hinzugegeben.

6. Nach 20 Minuten wird das Wasser der Wärmebecken nachgefüllt. 7. Nach 30 Minuten bildet sich Schaum im Zweihalsrundkolben mit dem

Schweineschmalz.

8. Bemerkung ® Fehler: Im ersten Zweihalsrundkolben ist keine Lauge, weil diese seltsamerweise verschwunden ist und Rapsöl damit verwechselt wurde. Dies war ein fatales Missgeschick für unser weiteres Vorgehen.

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9. Im Zweihalsrundkolben 3 bildet sich nach 1.5 Stunden Schaum. 10. Es entsteht unsere erste Seife. 11. Nun werden drei verschiedene Reagenzgläser jeweils mit 2 ml Wasser und 1 ml

Öl gefüllt. 12. Zu jedem Reagenzglas wird je eine Seife hinzugefügt. Eine mit

Schweineschmalz, eine Seife Rapsöl und eine wirkliches Waschmittel. 13. Alle Reagenzgläser werden gut geschüttelt. 14. Nun werden drei Öltropfen auf jeweils einen Stofffetzen getropft und auf jeden

Tropfen wird eine der Seifen zugemischt. 15. Die Mischungen werden mit warmem Wasser herausgewaschen.

14.3 Beobachtung zur Herstellung der Seife

Da der das Nebenexperiment mit der Kalilauge nicht funktioniert hat wird in diesem Versuch Ethanol als Reaktionsmittel benutzt. Ethanol beschleunigt die Reaktion. Die Emulgatoren vom zweiten Zweihalsrundkolben bilden schnell Schaum. Im dritten Zweihalskolben bildet sich erst nach 1.5 Stunden Schaum. Zwei Stunden später hat sich im Zweihalsrundkolben 2 und im Zweihalsrundkolben 3 Seife gebildet. Das Ethanol hat Vorgang erfolgreich beschleunigt. Die Seife mit Schweineschmalz ist viel dickflüssiger und hat eine weisse Farbe. Die Seife mit Rapsöl ist gelblich und sehr flüssig. Dies ist gemäss der Grundzutaten zu erwarten.

. (Abb. 10) (Abb. 11) (Abb.12) Abb. 10: Zweihalskolben mit 20ml Ethanol, 7ml eigener Lauge und 10g Rapsöl Abb. 11: Zweihalskolben mit 20ml Ethanol, 18ml eigener Lauge und 21.6g Rapsöl Abb. 12: Zweihalskolben mit 14ml eigener Lauge und 20g Rapsöl und keinem Ethanol (Platzmangel)

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(Abb.13) Abb. 13: Reagenzglas 1 mit Waschmittel (Handy) Reagenzglas 2 Seife mit Schweineschmalz Reagenzglas 3 Seife mit Rapsöl

16. Mikroskopieaufnahmen der Seifen

(Abb. 14) (Abb.15) (Abb. 16) Abb. 14: Die Fetttropfen sind deutlich ersichtlich in der Schweineschmalzseife Abb. 15: Die Fetttropfen sind viel weniger ersichtlich in der Rapsölseife Abb. 16: Hier sind fast keine Öltropfen mehr zu erkennen, gekauftes Waschmittel ist am besten.

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17. Analyse zur Herstellung der Seife Das Waschmittel Handy hat nur 15% Tenside. Die restlichen 85% beinhalten hauptsächlich Wasser. Handy und die Seife mit Rapsöl emulgieren gleich. Die Seife mit Schweineschmalz hingegen reagiert etwas schlechter, denn unter dem Mikroskop sind mehrere Fetttropfen ersichtlich. Handy bildet mehr Schaum als die Seife mit Rapsöl. Beide Gemische sind gelblich. Schweineschmalz bildet eine sehr kleine, kaum sichtbare Schaumschicht. Ganz unten bildet sich eine kleine Phase, bei den anderen war diese von Anfang an ersichtlich. Resultat: Bei den Stofffetzten ist keine Spur von dem vorherigen Öl zu sehen. Alle Seifen konnten das Öl auswaschen. Wir stellten allerdings noch eine weitere Hypothese auf, wieso die Seife mit Rapsöl am besten emulgiert. Der hergestellte Emulgator Seife mit Rapsöl hat längere Schwänze (lipophil) (siehe Abb. 14), weshalb es Wasser und Öl besser bindet.

Abb. 17: Es ist ein Emulgator ersichtlich.

18. Fehleranalyse Die Mengen der zwei Emulsionen waren nicht aufeinander abgestimmt, weshalb das Gemisch nicht reagiert hat. Des Weiteren hätte alles länger gekocht werden sollen. Unten wird der Versuch ein zweites Mal ausgeführt mit den richtigen Verhältnissen.

19. Herstellung der Seife für die Umfrage Für eine Umfrage wurde eine grössere Masse an Seife benötigt. Somit wurde nochmals eine pflanzlich basierte und eine tierisch basierte Seife hergestellt.

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19.1 Material

Wärmeplatte 2 x

Becherglas 2 x

Potasium Hydroxid 80ml

Schweineschmalz 150g

Rapsöl 155g

Ethanol 70ml

Erlenmeier 2 x

Siedesteinchen Mehrere

Lavendelduft Wenige Tropfen

19.2 Vorgehensweise zur Herstellung der Seife

Es werden erneut die Mengen anhand der Verseifungszahlen ausgerechnet:

Schmalz: 300ml KOH → 1000ml Potasium Hydroxid 620mg KOH → 1ml Potasium Hydroxid 200mg KOH → 0.32ml Potasium Hydroxid für 1g Schmalz (Verseifungszahl) → für 150g Schmalz wird 48ml Potasium Hydroxid benötigt Rapsöl: 300ml KOH → 1000ml Potasium Hydroxid 620mg KOH → 1ml Potasium Hydroxid 120mg KOH → 0.2ml Potasium Hydroxid für 1g Rapsöl → für 155g Rapsöl wird 31ml Potasium Hydroxid benötigt

1. Die Öle werden mit Potatsium Hydroxid vermischt und dann im Wasserbad erhitzt.

2. Es wird ungefähr 30ml Ethanol in das Rapsölgemisch und 40ml in das Schmalzgemisch hinzugegebenen.

3. Nach 20 Minuten schäumt das Gemisch mit Schweineschmalz. Das Gemisch mit Rapsöl schäumt auch, jedoch nicht so extrem.

4. Es ist wichtig, dass die Gemische immer gut beobachtet werden.

19.3 Beobachtungen zur Herstellung der Seife Das Schäumen beim Schweineschmalz ist viel extremer. In diesem Versuch ist der Schaum oben übergelaufen. Auch die Rapsölseife ist auch aufgeschäumt, allerdings nicht so rasant wie die Schmalzseife.

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(Abb.18) (Abb.19) Abb. 18: Rapsölseife, welche im Wasserbad über der Wärmeplatte kocht Abb. 19: Schweineschmalz, welche im Wasserbad über der Wärmeplatte kocht

20. Umfrage Es wurde eine Umfrage mit verschiedenen Probanden durchgeführt, wobei jeder Proband sich die Hände mit beiden Seifen waschen musste und dann drei Fragen beantworten musste. Zunächst wurde bewertet, wie gut die jeweilige Seife Öl von den Handflächen waschen konnte. Im zweiten Schritt wurde eine präferierte Seife, welche nach Konsistenz, Geruch und Geschmeidigkeit bewertet wurde.

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20.1 Resultate der Umfrage

0

2

4

6

8

10

12

sauber fast sauber mittelmässig eher ölig ölig

Wie gut waschen die Seifen?

Rapsölseife Schweineschmalzseife

Präferierte Seife

Rapsölseife Schweineschmalzseife

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20.2 Mittelwert und Standartabweichung

Seife 1 = Rapsölseife

Seife 2 = Schweineschmalzseife

21. Diskussion 21.1 Hypothesen

H1: Tierisch basierte Seife wäscht besser aufgrund der gesättigten Säuren der Fette.

H2: Pflanzlich basierte Seife wäscht besser.

H0: Das Experiment geht schief, es kann nicht ermittelt werden, welche Seife besser wäscht.

In der Praxis wird zur Herstellung von Seife hauptsächlich Rindsfett benutzt. Dies liegt nicht nur am sehr niedrigen Preis, sondern auch an deren Funktion. Denn Tierische Fette sind geeigneter für die Herstellung von Seife. Dies ist zu begründen mit der Strukturformel von den verschiedenen Säuren, bei unserem Versuch Schweineschmalz. Schmalz ist ein gesättigtes Fett und sollte besser als Emulgator wirken, wegen den optimalen Distanzen von lipophil und hydrophil. Rapsöl hingegen hat Säuren mit Doppelbindungen, welche ungeeignet sind. Bei dem Versuch Ölflecken von Stofffetzen zu waschen, wurden keine sehr hilfreichen Ergebnisse erzielt. Alle drei Seifen wuschen den Fleck komplett weg. Den einzigen Schluss, der daraus gezogen werden konnte ist, dass alle Seifen als Emulgatoren erfolgreich wirkten. Beim Mikroskopieren hat Rapsöl besser mit Kalilauge reagiert, was klar gegen die erste Hypothese spricht. Bei der Umfrage mit 20 individuellen Personen wurde klar: Die Seife mit Rapsöl wäscht das Öl besser von den Händen. Und wieder ein Gegenargument für die erste Hypothese. Aufgrund unserer Ergebnisse und des angeeigneten theoretischen Wissens zeihen wir den Schluss, dass sich die H0 bestätigt.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1 2

Mittelwert und Standartabweichung

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22. Zusatz

22.1 Der pH-Wert

Die Kurzform pH stammt aus dem lateinischen und steht für „potentia hydrogenii“, dies bedeutet „Konzentration der Wasserstoffionen.“ Mit dem pH-Wert wird der Säuregehalt von Flüssigkeiten angegeben. Die Skala reicht von 0 bis 14, wobei 0 am säurehaltigsten ist. Bei einem Wert von 7 ist eine Flüssigkeit neutral, dies ist der Idealfall bei Wasser. Das heisst, alles ist sauber, und es hat keine Verschutzungen. Von 7 bis 14 sind die Flüssigkeiten bereits alkalisch, wie die Lauge. Dies fühlt sich bereits seifig an. Waschmittel, beispielsweise hat einen pH-Wert von 9 bis 10.

23. Danksagung

Dass unser Projekt so einwandfrei verlief, verdanken wir vor allem unserer Betreuerin, Alice Ryser. Sie stand uns während der ganzen Woche mit Rat und Tat bei Seite und half uns auch in schwierigen Situationen weiter. Besonders schätzten wir den grossen Handlungsspielraum und die Freiheit, unser Projekt selbst zu gestalten. Auch, beantwortete sie jegliche Fragen, welche aufkamen. Ebenfalls bedanken wir uns bei Lars Altherr, welcher uns im Labor tatkräftig bei Seite stand, als wir nicht weiterkamen oder Dinge nicht wussten. Die Zusammenfassung in einer Fremdsprache wäre uns um einiges schwerer gefallen ohne die Hilfe von Tim van der Linden, welcher uns freiwillig den Text korrigierte und überarbeitete. Vielen Dank!

24. Nachwort Das Fazit unserer Naturwissenschaftswoche fällt im Allgemeinen gut aus. Die Gruppe hat sich sehr gut verstanden und konnte meist effizient arbeiten und die vorgegebenen Ziele erreichen. Dies funktionierte allerdings auch nur, da wir uns in Zweiergruppen aufteilten und somit ein Praxisteam und ein Theorieteam hatten. Die Kommunikation unter diesen beiden Gruppen funktionierte einwandfrei. Im Labor brauchte es viel Geduld und Zeit, das war nicht immer einfach. Auch der Theorieteil war teilweise etwas trocken. Jedoch ist alles in allem ohne grössere Probleme über die Bühne gegangen und wir sind zufrieden mit unserem Projekt. Die Woche war lehrreich und wir haben tolle Erfahrungen gesammelt.

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25. Literaturverzeichnis http://www.beck-shop.de/fachbuch/leseprobe/9783527329960_Excerpt_001.pdf

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Palmitinsäure_Skelett.svg

https://de.wikipedia.org/wiki/Linolsäure

https://de.wikipedia.org/wiki/Ölsäure

https://de.wikipedia.org/wiki/Stearinsäure

http://www.supernovae.de/schule/chemie/chemie-protokoll%20-%20ester.html

http://www.livingathome.de/wellness-gesundheit/4093-rtkl-die-geschichte-der-seife

https://de.wikipedia.org/wiki/Seife

http://www.planet-wissen.de/gesellschaft/sauberkeit/seife/index.html

http://de.coolclips.com/m/vektoren/vc043655/Flüssigseife/#