Aufbau von Fetten

Fette sind chemische Verbindungen mit einer besonderen Struktur. Hier erfährst du, woraus sie bestehen und wie sie aufgebaut sind:

• Fette sind triester eines dreiwertigen alkohols $Glycerin$ und drei langkettigen Carbonsäuren $Fettsäuren$
• Alle drei OH-Gruppen des Glycerins sind mit Fettsäuren verestert
• Man nennt sie auch Triacylglycerine
• Die Bildung erfolgt durch Kondensationsreaktion $Wasserabspaltung$

Es gibt unterschiedliche Arten von Fettsäuren:

• Gesättigte Fettsäuren: keine Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen $z.B. Buttersäure$
• Ungesättigte Fettsäuren: eine oder mehrere Doppelbindungen in der Kette $z.B. Ölsäure$
• Doppelbindungen liegen meist in Z-Konfiguration vor $abgeknickte Struktur$

Die große Vielfalt an Fetten entsteht durch verschiedene Kombinationen von Fettsäureresten:

• In einem Fettmolekül können gleichartige oder unterschiedliche Fettsäurereste vorkommen
• Bei gleichen Fettsäureresten entsteht ein Reinstoff
• Bei unterschiedlichen Fettsäureresten entstehen komplexere Fettmoleküle

Wichtiger Begriff: Fettsäuren in Seife sind langkettige Carbonsäuren, die entweder gesättigt oder ungesättigt sein können. Der Sättigungsgrad beeinflusst die physikalischen Eigenschaften des Fettes und später der Seife.

CH₂-O-C-R
|
CH-O-C-R + 3H₂O
|
CH₂-O-C-R

Eigenschaften von Fetten und Hydrolyse

Eigenschaften von Fetten

Fette haben besondere Eigenschaften aufgrund ihrer molekularen Struktur:

• Sind Seifen Fette? Nein, Fette und Seifen sind unterschiedliche Verbindungen
• Fette sind hydrophob $wasserabweisend$ und lipophil $fettliebend$
• Die polaren Esterbindungen werden durch unpolare Alkylreste abgeschirmt
• Fette lösen sich gut in unpolaren Lösungsmitteln $"Ähnliches löst sich in Ähnlichem"$

Der Schmelzbereich von Fetten hängt von mehreren Faktoren ab:

• Je kürzer die C-Kette der Fettsäuren, desto niedriger die Schmelztemperatur
• Je mehr Doppelbindungen, desto niedriger der Schmelzbereich
• Gesättigte Fettsäuren ordnen sich leichter in regelmäßigen Strukturen an und schmelzen bei höheren Temperaturen
• Fette, die bei Raumtemperatur flüssig sind, nennt man Öle

Hydrolyse von Fetten

Die Spaltung von Fetten kann durch zwei Hauptwege erfolgen:

1. Saure Hydrolyse Fette: Spaltung der Esterbindungen durch Säuren
2. Alkalische Hydrolyse $Verseifung$: Reaktion mit Basen

Bei der Verseifung entstehen unterschiedliche Produkte:

• Wie stellt man Seife her in der Chemie? Durch Erhitzen von Fetten mit Natronlauge oder Kalilauge
• Mit Kalilauge $KOH$ entsteht Schmierseife
• Mit Natronlauge $NaOH$ entsteht Kernseife

Die Hydrolyse von Fetten Reaktionsgleichung zeigt zwei Schritte:

1. Spaltung des Fettmoleküls in Glycerin und Fettsäuren
2. Reaktion der Fettsäuren mit Natronlauge zu Seifen $Natriumsalze der Fettsäuren$

Chemischer Prozess: Die Verseifung von Fetten ist ein Beispiel für die alkalische Hydrolyse, bei der Esterbindungen gespalten werden. Der Mechanismus der Esterspaltung Hydrolyse ist eine nucleophile Substitution, die durch OH⁻-Ionen katalysiert wird.

Fetthärtung und Aufbau von Seifen

Fetthärtung

Die Fetthärtung ist ein wichtiger industrieller Prozess:

• Ungesättigte Fette werden durch Addition von Wasserstoff an C=C-Doppelbindungen zu gesättigten Fetten
• Diese Umwandlung nennt man Hydrierung
• Ein Nickelkatalysator beschleunigt die Reaktion
• Aus flüssigen Ölen entstehen dabei feste Fette

Der Strukturunterschied erklärt die Eigenschaftsänderung:

• Ungesättigte Fettmoleküle haben durch die Z-Konfiguration einen sperrigen Bau
• Nach der Hydrierung können sich die Moleküle im Kristallgitter besser anordnen
• Die intermolekularen Anziehungskräfte reichen dann aus, um das Fett in fester Form zu halten

Aufbau von Seifen

Wie ist Seife aufgebaut? Seifen haben eine charakteristische Struktur:

• Seifen-Anionen bestehen aus einem langen unpolaren Alkylrest und einer polaren Carboxylat-Gruppe
• Der Alkylrest ist hydrophob $wasserabweisend$ und lipophil $fettliebend$
• Die Carboxylat-Gruppe ist hydrophil $wasserliebend$ und lipophob $fettabweisend$
• Diese Kombination nennt man amphiphil oder amphipathisch

Eigenschaften der Seifen

Seifen haben besondere Eigenschaften:

• Sie verringern die Oberflächenspannung des Wassers
• Seifen-Anionen besetzen die Wasseroberfläche mit den hydrophilen Gruppen im Wasser
• Die hydrophoben Alkylreste ragen aus der Wasseroberfläche heraus
• Dies führt zu geringeren Wechselwirkungen zwischen den Teilchen an der Oberfläche
• Solche Stoffe nennt man grenzflächenaktive Stoffe oder Tenside

Schlüsselkonzept: Tenside wie Seifen sind amphiphile Substanzen mit einem hydrophoben $wasserabweisenden$ und einem hydrophilen $wasserliebenden$ Teil. Diese Doppelnatur erklärt ihre Fähigkeit, zwischen Wasser und Fett zu vermitteln.

Micellbildung und Waschwirkung von Tensiden

Micellbildung

Wenn die Wasseroberfläche mit Seifenteilchen gesättigt ist, bilden sich Micellen:

• Seifenteilchen im Inneren der Lösung lagern sich zu Micellen zusammen
• Die hydrophilen Carboxylat-Gruppen zeigen nach außen und bilden Wasserstoffbrücken mit Wassermolekülen
• Die hydrophoben Alkylreste zeigen nach innen
• Micellen können verschiedene Formen haben $Stab- oder Kugelmicellen$
• Die negative Ladung der Carboxylat-Gruppen bewirkt, dass sich Micellen gegenseitig abstoßen

Waschwirkung der Tenside

Der Reinigungsprozess mit anionischen Tensiden in Reinigungsmitteln erfolgt in vier Schritten:

1. Umnetzen: Tensidmoleküle lagern sich an der Grenzfläche an Der hydrophobe Teil richtet sich zum Schmutz Die Faser wird mit Tensidteilchen benetzt
2. Ablösen: Tenside treten mit dem unpolaren Schmutz in Wechselwirkung Die Faser wird negativ aufgeladen Elektrostatische Abstoßung zwischen Schmutz und Faser entsteht
3. Dispergieren: Tenside fördern die Bildung von Dispersionen Schmutzteilchen werden in kleinere Partikel zerlegt Der Schmutz wird in Micellen eingeschlossen
4. Entfernen: Der in Micellen eingelagerte Schmutz wird mit der Waschlauge weggespült

Emulgieren

Tenside können nicht nur Feststoffe dispergieren, sondern auch nicht mischbare Flüssigkeiten emulgieren:

• Beim Schütteln von Öl mit Seifenlösung entsteht eine milchig trübe Emulsion
• Die Micellen lagern das Öl ein und verteilen es in kleinsten Tröpfchen im Wasser
• Es entsteht eine Öl-in-Wasser-Emulsion

Anwendungswissen: Der Tensid Aufbau mit hydrophilem Kopf und hydrophobem Schwanz ermöglicht verschiedene Anwendungen. Synthetische Tenside Beispiele wie Natriumlaurylsulfat oder Betaine haben ähnliche Eigenschaften wie Seifen, bieten aber Vorteile bei der Wasserhärte. Der Tenside Seife Unterschied liegt hauptsächlich in ihrer chemischen Struktur und Herstellungsweise - während Seifen aus Fetten durch Verseifung entstehen, werden synthetische Tenside gezielt für spezielle Eigenschaften entwickelt.