Struktur und Herstellung von Essigsäure einfach erklärt

Hast du schon einmal an einer Flasche Essig gerochen? Dieser stechende, saure Geruch ist unverkennbar! Ob im Salatdressing, in Essiggurken oder im Ketchup – Essig begegnet uns fast jeden Tag beim Essen.

Aber was genau steckt eigentlich in dieser sauren Flüssigkeit? In diesem Artikel werden wir das Geheimnis der Struktur und Herstellung von Essigsäure lüften. Du wirst lernen, aus welchen chemischen Bausteinen sie besteht und wie winzige Lebewesen dabei helfen, Essig in großen Fabriken herzustellen.

Vorwissen

• Stoffgemisch vs. Reinstoff: Ein Reinstoff besteht nur aus einer einzigen Teilchenart. Ein Stoffgemisch besteht aus mehreren verschiedenen Reinstoffen, die miteinander vermischt sind.

  Beispiel: Reines Wasser ist ein Reinstoff. Salzwasser ist ein Stoffgemisch aus Wasser und Salz.

• Ethanol: Das ist der chemische Name für den Alkohol, der in Getränken wie Wein oder Bier vorkommt.

  Beispiel: Hefe wandelt Zucker in Ethanol um, wodurch alkoholische Getränke entstehen.

Aufgabentyp 1: Essig und die Struktur von Essigsäure

Oft verwenden wir im Alltag die Wörter „Essig“ und „Essigsäure“ für dasselbe, aber in der Chemie gibt es einen großen Unterschied. Essig ist kein Reinstoff, sondern ein Stoffgemisch. Er ist eine verdünnte, wässrige Lösung. Das bedeutet: Essig besteht zum allergrößten Teil aus Wasser, in dem ein wenig Essigsäure gelöst ist.

In normalem Speiseessig für den Salat beträgt der Massenanteil der Essigsäure nur etwa 5 % bis 6 %. Es gibt im Supermarkt auch sogenannte Essigessenz zu kaufen. Diese enthält etwa 25 % Essigsäure und ist so stark, dass man sie vor dem Gebrauch unbedingt mit Wasser verdünnen muss!

Aber was genau ist Essigsäure? Essigsäure ist der eigentliche chemische Reinstoff. Wenn wir uns das Molekül der Essigsäure genau ansehen, entdecken wir einen besonderen Baustein: die Carboxygruppe (manchmal auch Carboxylgruppe genannt).

Diese Carboxygruppe besteht aus einem Kohlenstoffatom, das über eine Doppelbindung mit einem Sauerstoffatom und über eine Einfachbindung mit einer OH-Gruppe verbunden ist. Alle organischen Moleküle, die diese spezielle Gruppe besitzen, nennt man in der Chemie Carbonsäuren.

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Die industrielle Herstellung von Essig

Vielleicht hast du schon einmal gehört, dass Wein sauer wird, wenn man die Flasche zu lange offen stehen lässt. Daran sind winzige Lebewesen schuld: die Essigsäurebakterien.

Diese Bakterien ernähren sich von dem Ethanol (Alkohol), der im Wein enthalten ist. Wenn sie gleichzeitig Sauerstoff aus der Luft bekommen, wandeln sie den Alkohol in Essigsäure und Wasser um. Das nennt man enzymatische Oxidation. Die Wortgleichung dafür sieht so aus:

$\textcolor{#08BFFF}{\text{Ethanol}} + \textcolor{#53E5D6}{\text{Sauerstoff}} \to \textcolor{#9570FF}{\text{Essigsäure}} + \textcolor{#1E90FF}{\text{Wasser}}$

In der Industrie nutzt man diesen natürlichen Vorgang, um Essig in großen Mengen herzustellen. Ein bekanntes traditionelles Verfahren ist das Rundpumpverfahren. Dabei lässt man eine alkoholhaltige Flüssigkeit über Buchenholzspäne rieseln. Auf diesen Holzspänen sitzen Millionen von Essigsäurebakterien. Gleichzeitig wird von unten Luft (für den Sauerstoff) im Gegenstrom nach oben geblasen.

In modernen Fabriken verwendet man heute oft Schaumstoff statt Holzspäne. Der Schaumstoff hat eine viel größere Oberfläche. So haben noch mehr Bakterien Platz, und die Essigsäure wird viel schneller produziert.

Real-World Context: Übrigens wird die meiste Essigsäure, die weltweit für die Industrie (z. B. für Kunststoffe, Lösungsmittel oder Medikamente) gebraucht wird, nicht von Bakterien hergestellt. Sie wird in großen chemischen Fabriken aus Kohlenwasserstoffen gewonnen, die aus Erdöl stammen.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Essig ist eine wässrige Lösung, die zu 5 % bis 6 % aus dem Reinstoff Essigsäure besteht.

• Das Molekül der Essigsäure enthält eine Carboxygruppe. Stoffe mit dieser Gruppe heißen Carbonsäuren.

• Essigsäurebakterien stellen Essig her, indem sie Ethanol mit Sauerstoff zu Essigsäure und Wasser oxidieren.

• In der Industrie nutzt man Verfahren mit großer Oberfläche (Holzspäne oder Schaumstoff), damit die Bakterien schneller arbeiten können.