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F: Es geht um die Konzentrationsbestimmung der H₂SO₄ in Elektrolytbädern der Leiterplattenherstellung, vorwiegend Kupferbädern. Mich interessiert da vor allem die Möglichkeit der Beseitigung durch andere Stoffe und durch Eigenfärbung. Das meine ich Sinne von "schwerem Erkennen" des Umschlagpunktes durch Farbindikatoren; die Farbbäder sind ja nicht farblos und der Umschlagpunkt schwer zu Erkennen durch die Eigenfärbung der Proben.

A: Sie gehen am besten apparativ vor: Titrieren Sie Ihre Säure potentiometrisch, also mit einem pH-Meter und einer Glaselektrode. Dann haben Sie keine Probleme mit dem Indikator. Letzterer kann z. B. auch Komplexe bilden, wodurch sein Farbverhalten nicht mehr mit dem bekannten Umschlagspunkten übereinstimmt. Bei der potentiometrischen Titration ermitteln Sie die Konzentration der Protonen. Das geht in Anwesenheit von Kupfer-Ionen bis pH 7 problemlos. Das ist ja sowieso der Punkt, der der Äquivalenz der Schwefelsäure entspricht. Oberhalb von pH 7 würden Sie auch Kupfer-aquo-Komplexe mit erfassen.

1442
F: Sehr geehrte Her Dr. Blumes,
ich hoffe Sie können meiner Bildungslücke etwas zufügen. Ich bekam kürzlich von meinen Kindern die Frage gestellt: Zahnschmelz härter als Stahl? Warum? Wieso? der kann doch auch brechen? verschwinden die Zähne auch bei großer Hitze? (Urnenbestattung) und warum überdauern sie wieder hunderte von Jahren?
Sie werden lachen, aber mit diesen Fragen war ich überfordert und meine interesse daran wurde auch geweckt. Jedoch, in den Internetseiten konnte ich nichts konkretes finden. Auf manchen Seiten konnte ich über Stahl etwas erfahren (verflüssigt sich bei hoher Hitze). Wie ist das aber mit den Zähnen, Zahnschmelz (Apatitkristallen)? Sind nicht Säurebeständig habe ich gelesen, doch wie verhält es sich mit hoher Hitzeeinwirkung?
Vieleicht haben Sie für uns Zeit, meine Kinder und ich hätten große Freude an einer schnellen Antwort

A: Apatit ist ein sehr hartes Mineral, das auch in der unbelebten Natur vorkommt. Es handelt sich um Calciumphosphat mit eingelagerten Hydroxy- bzw. Fluorid-Ionen.

Ca₂(PO₄, OH, F)

Seine Härte beträgt auf der Mohs-Skala 5. Folglich kann man mit Apatit auch Eisen (nicht Stahl!) ritzen. Die Härte von Eisen beträgt nämlich nur 4. (Der Diamant hat eine Härte von 10.) Man sollte nun nicht versuchen, auf Eisen zu beißen… Denn bei der Härtebestimmung geht es um einen idealen Kristall. Anders ist das bei den Zähnen.

Zahnschmelz dagegen besteht nicht nur aus Apatit, sondern ist ein Verbundwerkstoff, bei dem aufgrund der „Biomineralisation“ völlig verschiedene Materialien zusammen kommen. Unter anderem ist auch Eiweiß darin enthalten. Dieses liegt eingelagert zwischen den feinen Apatit-Kristallen. Dadurch bekommt der Zahnschmelz andere Eigenschaften als die reinen Apatit-Kristalle. Das Eiweiß wirkt sich zwar ein bisschen wie Klebstoff aus, hat aber auch noch andere, positive Effekte: Der Zahnschmelz kann Druck besser auffangen, leichter schwingen, rasche Temperaturschwankungen verarbeiten (usw.).
Beim starken Erhitzen wird die biologische Masse herausgebrannt. Damit entfällt der Zusammenhalt der Zahnschmelzkristalle. Die Zähne zerbröseln – vor allem weil auch das Zahninnere (Zahnzement) nur aus Knochenmasse besteht.

Wenn der Zahn in die Erde kommt, ist es eine Frage der Umgebung, ob er erhalten bleibt. In saurem Milieu wird er zersetzt, genauso, wie auch der Zahnschmelz im Mund durch Citronensäure zersetzt wird. Bakterien sorgen u. a. dafür, dass die Biomasse abgebaut wird. In kalkhaltigem oder phosphathaltigem Milieu werden die Lücken, die die Biomasse hinterlässt, nach und nach mit Mineralien aufgefüllt. Dadurch bleiben die Zähne nicht nur erhalten, sondern werden noch härter. Das gilt auch für die Knochen. Man kann aber keine allgemeine Regel aufstellen, da die Böden doch zu unterschiedlich sind.

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F: Wenn ich Ihren Film zum Quecksilberherz angesehen habe, sehe ich anschließend alles grün. Das macht mich ganz wuschig. Woher kommt das?

A: Den Film finden Sie im Tipp März 2007. Das Phänomen ist bekannt: Ihr Farbensehvermögen beruht darauf, dass es in Ihrem Auge drei Arten von farbempfindlichen Nervenzellen („Zapfen“) gibt: Für jede additive Farbengruppe gibt es eine, nämlich für Blau, Grün und Rot. Alle drei additiven Farben ergeben zusammen den Farbeindruck „Weiß“.

Wir verfügen in den Zapfen über drei verschiedene Stoffe, die jeweils nur durch einen dieser drei Spektralbereiche aktiviert werden und dadurch ein Nervensignal auslösen. Ausgangssubstanz für diese Stoffe ist letztlich Vitamin A.

Farbempfindlichkeit hat chemische Reaktionen zur Voraussetzung. Wie alle chemischen Stoffe werden auch die Signalstoffe bei Beanspruchung verbraucht. Das heißt, wenn Sie viel Purpur (wie in unserem Film) sehen, dann werden die Substanzen für Blau und Rot verbraucht. Denn Rot und Blau ergibt Purpur. Zurück bleibt nur der für Grün zuständige Stoff. Sie merken schon: Das ist die Komplementärfarbe zu Purpur („Pink“).
Wenn Sie anschließend eine weiße Wand betrachten, die gleichermaßen Blau, Grün und Rot abstrahlt, dann erscheint die Ihnen nur grün, weil die anderen beiden Farben, aus denen ja Purpur besteht, nicht mehr wahrgenommen werden.

Glücklicherweise werden die verbrauchten Stoffe in den Zapfen rasch wieder hergestellt. Deshalb ist der Grün-Effekt bald verschwunden.

Ich habe übrigens auch Probleme beim Betrachten dieses Films…

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F: Was ist die Molarität von Wasser in Wasser?

A: Das ist die Stoffportion, die in einem Liter vorhanden ist. Ein Liter Wasser hat die Masse 1000 g. Die Molmasse von Wasser ist 18 g/mol.

Molzahl = 1000 g/L /18 g/mol = 55,56 mol

Der Logarithmus dieser Zahl ist übrigens 1,7447. Das ist eine Zahl, die in Berechnungen zum Massengleichgewicht, an denen Wasser berücksichtigt werden muss, immer wieder auftaucht.

Siehe hierzu auch Frage 3.

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F: Eine Kollegin berichtete mir, dass ein feuchtes Tuch mehr Wasser aufnehmen könne als ein trockenes Tuch. Angeblich sei es egal, was für ein Tuch dafür verwendet wird.
Uns interessiert ob das wirklich so ist und vor allem auch warum?

A: Das stimmt so nicht. Ein trockenes Tuch nimmt natürlich insgesamt mehr Flüssigkeit auf als ein feuchtes. Ihre Kollegin meint wohl, dass man mit einem feuchten Tuch schneller ein verschüttetes Bierchen wegwischen kann als mit einem trocknen.
Beim Benutzen eines trockenen Tuchs müssen Sie nach dem ersten Wisch immer etwas warten, bis das Tuch benetzt wird. Das heißt, es nimmt die erste Wasserportion auf und beginnt zu quellen. Dabei binden sich die Wassermoleküle an das Vlies. Das dauert etwas. Danach kann es viel mehr Wasser zusätzlich aufnehmen, denn nun binden sich hinzukommende Wassermoleküle an die bereits gebundenen und auch untereinander. Das Ganze erinnert ein wenig an die Vorgänge in den wasserspeichernden Gelen.

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