S Alkoholgewinnung - Experimente Biologie

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S Alkoholgewinnung

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Gewinnung von Alkoholen    
Roland Wick und Volker Schneider 
Mit dem Aufkommen von Ackerbau und Viehzucht konnten immer mehr Menschen ernährt werden und sich Städte ausbilden. Gleichzeitig aber wuchs das Problem der Trinkwasserversorgung. Im Mittelalter waren Wein und Bier als Grundgetränk weit verbreitet. Noch bis ins 19 Jahrhundert hinein waren alkoholische Getränke deutlich weniger gesundheitsschädlich als das übliche Trinkwasser in Städten. Die Herstellung von alkoholischen Getränken wird daher als wesentliche Begleiterscheinung für die menschliche Kultur angesehen, wobei die berauschende Wirkung wohl zunächst als angenehme Begleiterscheinung zu gelten hat (vgl. Vallee, B.L.: Kleine Kulturgeschichte des Alkohols IN. Spetrum der Wiss. 1999, 62-67).
Heute ist die berauschende Wirkung von „Alkoholischen Getränken“ ein gesellschaftliches Problem, weil Alkohol giftig ist. Weitaus größere Bedeutung hat Alkohol als Lösungsmittel und Grundstoff im technischen Bereich für Synthesen, neuerdings auch in der Kraftstoffindustrie: Etwa 85% von Biosprit bestehen aus Ethanol. Eine 70% Lösung von Ethanol dient in der Medizin und im Haushalt als gutes Desinfektionsmittel.
LIT:  http://de.wikipedia.org/wiki/Destillation; http://www.seilnacht.com/versuche/destill.html; http://de.wikipedia.org/wiki/Ethanol ; http://de.wikipedia.org/wiki/Methanol ; http://de.wikipedia.org/wiki/Azeotrop
Erster Schritt: Gärung: Pflanzliche Zucker werden mit Hilfe von Hefestämmen in großen Fermentern zu Alkoholen vergoren. Im Schulversuch eignen sich ein fünf Liter Kanister mit Traubensaft oder 5%ige Zuckerlösung (Haushaltszucker) mit dem Zusatz von reichlich Bäckerhefe. Nach einigen Tagen nimmt die CO2 Entwicklung ab, es sind nun etwa 13% Alkohol in der Maische (bei rund 13% Alkohol sterben die Hefezellen ab.)  
Zweiter Schritt: Destillation von Alkoholen: Als Modell für die Destillation kann man wegen der Farbe Rotwein benutzen, aber auch eine selbst hergestellte alkoholhaltige Lösung. Während der Destillation sollte die Temperatur langsam hochgefahren werden, so dass bei 65 Grad der evt. entstandene sehr giftige Metylalkohol sich in der Apparatur niederschlagen kann. Erst bei 78 o  lässt sich dann Ethanol destillieren, der noch relativ viel Wasser enthält. 
Zusatzinformationen: Azeotrope Gemische: Alkohol und Wasser bilden ein azeotropes Gemisch, das bei 78,17 o siedet und aus 95,58% Ethanol und 4,42% Wasser besteht. Durch Destillieren lässt sich das Wasser nicht weiter entfernen.  Mit Hilfe des Zusatzes von getrocknetem Calzium-Chlorid Pulver (zuvor im Backofen bei 200o 20min lang getrocknet) wird das Wasser als Kristallwasser in das CaCl2 aufgenommen. Eine Überprüfung ist mit Wassertestpapier möglich. 
Wassernachweispapier: Grundlage: Blaues Kupfersulfat verliert in der Wärme das Kristallwasser und wird weiß, bei Wasseraufnahme wieder blau.  Man tränkt Papier mit Kupfersulfat und trocknet im Ofen bei 200 Grad: das weiße Testpapier kann man nutzen, um Wasser nachzuweisen. 
Didaktischer Hintergrund: Der Versuch eignet sich für folgende grundlegende Begriffe: Destillieren, Dekantieren, Filtrieren, Sieden, Verdampfen. Kondensieren, azeotrope Gemische, Nachweisverfahren,  Kristallwasser, Einführung in einen großtechnischen Prozess und dessen Kontrolle. 
                               vgl. auch Enzyme-Gärung
 

Alkohol  Arbeitsunterlage  -------------------------------------------------------
Gewinnung von Alkoholen
Der Versuch dient nur zur Verdeutlichung des Ablaufs, nicht der Herstellung!
1 Schritt: Gärung von Traubensaft
Geräte: 5 Liter Kanister Gärröhrchen (evt. aus Trinkhalmen selbst gefertigt).
Start:
Man füllt den Kanister zu 3/4 mit frischem Traubensaft (oder 5%iger Dextroenergen-Lösung) und 2 Päckchen in wenige Wasser aufgelöster Bäckerhefe.
Nach einigen Tagen perlen Gasblasen durch das Gärröhrchen. Wenn die Gasentwicklung nachlässt, ist der Zucker verbraucht und es ist ausreichend Alkohol entstanden.
 
 


2ter Schritt: Destillation                     
Geräte wie abgebildet 
1) Man füllt etwa 300ml gegorene Flüssigkeit ein und erhöht langsam die Temperatur.
2) Bei 65o geht der sehr giftige evt. vorhandene Methylalkohol in die Vorlage.  Sofort entsorgen!
3) Bei 78 o fließt Ethanol in die erneuerte Vorlage mit 4,5% Wassergehalt.




3 Schritt: Trocknung der Alkoholfraktion
1)    Trocknung von körnigem Kalziumchlorid (CaCl2) im Backofen 3 Stunden bei 200 o; 
2)    Einfüllen in ein trockenes und gut verschließbares Gefäß zur Aufbewahrung; 
3)    Zugabe von einigen Teelöffeln getrocknetes CaCl2 in die Alkohollösung, gut umrühren und einige Zeit warten. 
4. Schritt: Nachweis des Wassergehalts in der Lösung mit Wasser-Testapier. 
Nach einiger Zeit Test auf noch vorhandenes Wasser in der flüssigen Phase. Wassertestpapier wird blau, wenn noch Wasser vorhanden ist.

Informieren Sie sich über: Destillationsverfahren im der Industrie, Azeotrope Gemische von Flüssigkeiten.

 
 
 
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