Harnstoff: Ein Wegbereiter der Organischen Chemie.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

heute wenden wir uns, im Titel ist es schon angesprochen, einer sehr bedeutenden Substanz der Organischen Chemie zu, dem Harnstoff.

Was macht ihn so bedeutend?  1828 tritt der Harnstoff also Wegbereiter der Organischen Chemie in die Geschichte der Chemie ein. Bis dahin war man der Auffassung, dass chemische Substanzen, die in der belebten Welt, also im Pflanzen- und Tierreich vorkommen, nicht vom Menschen synthetisch hergestellt werden können. Man glaubte, eine besondere „Lebenskraft“ sein dazu erforderlich. Aber 1828 gelang es dem deutschen Chemiker Friedrich Wöhler, aus den rein anorganischen Ausgangsstoffen Kaliumcyanat und Ammoniumsulfat,  Harnstoff zu erzeugen. Damit war es erstmals gelungen, eine Substanz der belebten Natur im Labor aus anorganischen Stoffen herzustellen. Das war eine Sensation, zumindest aus heutiger Sicht, denn damals war sich Wöhler der ganzen Tragweite seiner Arbeit wohl gar nicht voll bewusst. Aber die Organische Chemie trat ihren Siegeszug um die Welt an. Bis heute sind etwa 40 Millionen organische Substanzen bekannt, mehre Millionen davon wurden künstlich in Laboratorien hergestellt.

Und alles begann mit dem Harnstoff. Darum gleich mal ein Foto von dieser tollen Substanz:

Harnstoff

Harnstoff-Kristalle unter dem Mikroskop im polarisierten Licht.

Chemisch betrachtet ist Harnstoff das Diamid der Kohlensäure. Für den Nichtchemiker: Im Mineralwasser kennen wir die sprudelnde Kohlensäure. Wenn diese unter bestimmten Bedingungen mit Ammoniak (Salmiakgeist) chemisch reagiert, (150 Grad Celsius 100 ATM. Druck), erhalten wir Harnstoff.

Im menschlichen und tierischen Körper entsteht Harnstoff als Abbauprodukt von Proteinen (Eiweiss). Wir scheiden täglich etwa 30 Gramm Harnstoff über den Urin aus, daher auch der Name.

Die chemische Formel von Harnstoff:

Harnstoff

Harnstoff

Und wenn die Formel auch sehr unspektakulär ist, Harnstoff bildet sehr schöne Mikrokristalle unter dem Mikroskop im polarisierten Licht:

Harnstoff

Harnstoff-Kristalle unter dem Mikroskop im polarisierten Licht.

Und nun wird es ganz aktuell und etwas heikel.

Wir wenden uns dem Dieselmotor und damit auch dem VW-Skandal zu. Die Verbrennung des Dieseltreibstoffs in Dieselmotoren erfordert sehr viel höhere Temperaturen und Drücke, als die Verbrennung von Benzin in Otto-Motoren. Die Verbrennungsluft enthält bekanntlich neben Sauerstoff auch Stickstoff. Unter den Temperatur- und Druckbedingungen im Dieselmotor, reagiert Luftsauerstoff mit Luftstickstoff zu Stickoxiden, besser bekannt unter der Bezeichnung NOx. Diese Bezeichnung wurde gewählt, weil es verschiedene Stickstoff/Sauerstoff- Verbindungen gibt: So ist N2O  das bekannte Lachgas, das in der Zahnmedizin also Narkosemittel verwendet wird. NO2 ist eine besonders giftige Verbindung, die sich in der Lunge mit Wasser zu Salpetersäure umsetzt. Diese Säure ist extrem giftig. Besonderes tückisch an den Stickoxiden ist, daß sie nicht einmal sehr ätzend riechen. Man hält beim Einatmen nicht sofort die Luft an.

Aus den Abgasen der Dieselautos werden die Stickoxide entfernt, und das mit Hilfe des Harnstoffs. Harnstoff reagiert chemisch mit ihnen und macht sie unschädlich. Dieser Prozess klingt sehr einfach, ist in der Praxis aber kompliziert. So muss die Harnstoffmenge sehr exakt dosiert werden, was einen erheblichen technischen Aufwand erforderlich macht. Einfacher ist es, den ganzen Mechanismus einfach abzuschalten, in der Hoffnung, daß es keiner merkt.

Hier gleich noch ein Foto des vielseitigen Harnstoffs:

Harnstoff

Harnstoff-Kristalle unter dem Mikroskop im polarisierten Licht.

Harnstoff bekommt man normalerweise ohne Probleme in der Apotheke, besonders wenn man dem Apotheker sagt, was man damit vorhat. Die Substanz ist sehr gut in Wasser und Spiritus löslich und kristallisiert aus beiden Lösungsmitteln sehr gut.

Einfach ein paar Kristalle auf einen sauberen Objektträger geben, einen Tropfen dest. Wasser oder Spiritus oder eine Mischung beider Lösungsmittel 1:1 hinzugeben. Die Kristalle lösen sich sofort. An einem staubfreien Ort ohne Deckglas eintrocknen lassen. Man kann die Proben später mit einem Deckglas abdecken und vorsichtig auf einer Herdplatte aufschmelzen. Harnstoff schmilzt bei 133 Grad Celsius unter Zersetzung. Darum schnell wieder von der Herdplatte nehmen, wenn die Kristalle geschmolzen sind. Unter dem Mikroskop, im polarisierten Licht finden wir farbenprächtige Kristalle.Die folgende Aufnahme ist so entstanden:

Harnstoff

Harnstoff, kristallisiert aus einer Schmelze unter dem Mikroskop im polarisierten Licht.

Es ist doch bemerkenswert: Bei Mensch und Tier verlassen die Abbauprodukte der Proteine den Körper in Form von Harnstoff über den Urin. In Dieselmotoren eliminiert  Harnstoff schädliches NOx und sorgt für saubere Abgase. Auch in Kraftwerken hilft Harnstoff die Rauchgase von NOx zu befreien, und nicht zu vergessen, wir können auch wunderschöne Mikrofotos davon machen.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

Im nächsten Blogbeitag wenden wir uns der Frage zu, ob man am Mikroskop beim fotografieren auch zoomen kann.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

 

 

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