Anorganische Arzneistoffe, Hilfsstoffe und Spurenelemente
Welche anorganischen Salze arzneilich genutzt werden, welche Silicate als Hilfsstoffe dienen, warum Speisesalz mit Iodat iodiert wird, wie man Gehaltsangaben in Massen umrechnet und welche Spurenelemente lebensnotwendig sind.
Das Wichtigste in Kürze
- Diese Einheit behandelt anorganische Arzneistoffe, silicatische Hilfsstoffe, iodiertes Speisesalz und essentielle Spurenelemente, also lebensnotwendige Elemente mit sehr kleinem Bedarf.
- Kaliumalaun (\(\ce{KAl(SO4)2 * 12H2O}\)) dient als Stift zur Blutstillung, Lithiumcarbonat bei bestimmten depressiven Erkrankungen, Magnesiumsulfat-Heptahydrat ist ein Abführmittel.
- Talkum und Asbest sind Silicate, Bentonit und Kaolin enthalten Silicate, hochdisperses \(\ce{SiO2}\) nimmt bis etwa 40 % m/m Wasser auf.
- Speisesalz wird mit Kaliumiodat iodiert, weil Iodid an der Luft zu braunem \(\ce{I2}\) oxidiert wird; im Körper wird Iodat zu Iodid reduziert.
- Die Masse eines Zusatzstoffs ergibt sich aus Massenanteil mal Probenmasse, mit dem Prozentwert durch 100 geteilt.
- Selen und Zink sind essentiell, Zirconium und Samarium nicht.
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Worum es geht
Viele anorganische Stoffe begegnen dir in der Apotheke, vom Alaunstift über Talkum bis zum Iodsalz. Diese Einheit ordnet sie nach ihrer Anwendung und erklärt die Chemie dahinter. Dazu kommen das Umrechnen von Prozentangaben in Massen und die Frage, welche Spurenelemente der Mensch wirklich braucht.
Arzneilich genutzte Salze
Einige einfache Salze sind echte Arzneistoffe. Ihre Wirkung folgt oft direkt aus den Eigenschaften ihrer Ionen.
Kaliumalaun ist Kaliumaluminiumsulfat-Dodecahydrat, \(\ce{KAl(SO4)2 * 12H2O}\). Man nutzt ihn als Stift zur Blutstillung, etwa bei kleinen Rasierschnitten. Die \(\ce{Al^3+}\)-Ionen fällen Eiweiße an der Wundoberfläche. Das Gewebe zieht sich zusammen, die kleinen Gefäße verschließen sich. Diese Wirkung heißt adstringierend.
Lithiumcarbonat, \(\ce{Li2CO3}\), wird bei bestimmten depressiven Erkrankungen eingesetzt. Gemeint sind vor allem affektive Störungen mit wechselnden manischen und depressiven Phasen. Lithium dient hier zur Behandlung und zur Vorbeugung neuer Phasen.
Magnesiumsulfat-Heptahydrat (\(\ce{MgSO4 * 7H2O}\), Bittersalz) ist ein osmotisch wirkendes Abführmittel. Es hält Wasser im Darm zurück und wird deshalb gerade nicht gegen Durchfall eingesetzt.
Silicatische Hilfsstoffe
Silicate sind Salze der Kieselsäuren. Ihr Gerüst aus \(\ce{SiO4}\)-Tetraedern kennst du aus Silicate, Asbest und Glas. In der Pharmazie tauchen sie vor allem als Hilfsstoffe auf.
Dabei lohnt eine feine Unterscheidung. Talkum und Asbest sind selbst Silicate, also definierte Minerale. Bentonit und weißer Ton (Kaolin) sind dagegen Tone, also natürliche Gemische. Sie enthalten Silicate als Hauptbestandteil, vor allem Schichtsilicate. Talkum dient als Puder- und Gleitmittel, Bentonit und Kaolin als Quell-, Verdickungs- oder Adsorptionsmittel.
Hochdisperses Siliciumdioxid ist amorphes \(\ce{SiO2}\) mit sehr großer Oberfläche. Es nimmt viel Wasser auf, bis etwa 40 % m/m, ohne sich nass anzufühlen. Der Grund sind die Silanolgruppen \(\ce{Si-OH}\) an der Oberfläche. Sie binden Wassermoleküle über Wasserstoffbrücken, wie die Abbildung zeigt. Deshalb verbessert der Stoff die Fließfähigkeit feuchtigkeitsempfindlicher Pulver.
Iodiertes Speisesalz
Iodiertes Speisesalz ist Natriumchlorid, dem eine kleine Menge eines Iodsalzes zugesetzt wird. So soll ein Iodmangel in der Bevölkerung verhindert werden. Die Schilddrüse braucht Iod für ihre Hormone.
Naheliegend wäre Kaliumiodid, \(\ce{KI}\). Iodid hat aber die Oxidationszahl −1 und ist leicht oxidierbar. Mit Luftsauerstoff und etwas Feuchtigkeit entsteht mit der Zeit elementares Iod:
\[\ce{4 I- + O2 + 4 H+ -> 2 I2 + 2 H2O}\]
Das Iod färbt das Salz braun und kann entweichen. Deshalb verwendet man Kaliumiodat, \(\ce{KIO3}\). Im Iodat hat Iod schon die Oxidationszahl +5. Luftsauerstoff kann es nicht weiter oxidieren, es bleibt lagerstabil. Mehr zu den Oxidationsstufen findest du unter Redoxverhalten der Halogene.
Im Körper wird Iodat zu Iodid reduziert. Erst als Iodid nimmt die Schilddrüse das Iod auf:
\[\ce{IO3- + 6 H+ + 6 e- -> I- + 3 H2O}\]
Gehalt von Zusatzstoffen
Zusatzstoffe wie Iodat stehen oft als Massenanteil in Prozent auf der Packung. Der Massenanteil \(w\) ist die Masse des Zusatzstoffs geteilt durch die Masse der ganzen Probe. Die Grundlagen stehen unter Konzentrations- und Gehaltsgrößen.
\[w = \frac{m_{\text{Zusatz}}}{m_{\text{Probe}}} \cdot 100\ \%\]
Umgestellt erhält man die gesuchte Masse: \(m_{\text{Zusatz}} = \frac{w}{100\ \%} \cdot m_{\text{Probe}}\). Beide Massen müssen dieselbe Einheit haben.
- Werte notieren: Eine Salzmischung enthält 0,004 % eines Zusatzstoffs. Die Probe wiegt 750 g.
- Prozent umrechnen: 0,004 % entspricht dem Faktor 0,00004.
- Multiplizieren: \(0{,}00004 \cdot 750\ \text{g} = 0{,}03\ \text{g}\).
- Einheit anpassen: 0,03 g sind 30 mg Zusatzstoff.
Bei kleinen Anteilen lohnt eine Plausibilitätsprüfung. Ein Prozent von 750 g sind 7,5 g. Das Ergebnis muss also deutlich darunter liegen.
Essentielle Spurenelemente
Iod ist nur eines von mehreren Elementen, die der Körper in kleinsten Mengen braucht. Für diese Gruppe gibt es einen eigenen Begriff.
Ein essentielles Spurenelement ist ein Element, das der Körper nur in sehr kleinen Mengen benötigt, aber nicht entbehren kann. Fehlt es in der Nahrung, treten Mangelerscheinungen auf.
Zu ihnen zählen Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Kupfer, Zink, Selen, Molybdän und Iod. Die meisten stehen in der 4. Periode des Periodensystems. Viele sind Bausteine von Enzymen. Selen steckt als Selenocystein etwa in der Glutathionperoxidase, die Zellen vor Oxidation schützt. Zink ist Cofaktor zahlreicher Enzyme, zum Beispiel der Carboanhydrase.
Nicht jedes Element, das man im Körper findet, hat dort eine Funktion. Zirconium und Samarium sind für den Menschen nicht essentiell. Sie gelangen allenfalls zufällig in den Körper, ein Mangel ist unbekannt.
Quiz
Aussage 1
Bittersalz (\(\ce{MgSO4 * 7H2O}\)) wird als Mittel gegen akuten Durchfall eingesetzt.
Magnesiumsulfat-Heptahydrat wirkt osmotisch abführend und hält Wasser im Darm. Gegen Durchfall wird es nicht eingesetzt.
Aussage 2
Kaliumaluminiumsulfat-Dodecahydrat wird in Stiftform zur Blutstillung bei kleinen Schnittwunden verwendet.
Die \(\ce{Al^3+}\)-Ionen fällen Eiweiße an der Wunde und wirken adstringierend.
Aussage 3
Hochdisperses Siliciumdioxid kann Wasser bis zu etwa 40 % seiner Masse aufnehmen.
Die Silanolgruppen an der großen Oberfläche binden Wasser über Wasserstoffbrücken.
Aussage 4
Zirconium gehört wie Zink zu den essentiellen Spurenelementen des Menschen.
Zink ist essentiell, Zirconium hat im menschlichen Körper keine bekannte Funktion und ist nicht essentiell.
Aussage 5
Eine Probe von 500 g mit einem Massenanteil von 0,02 % enthält 100 mg des Zusatzstoffs.
\(0{,}0002 \cdot 500\ \text{g} = 0{,}1\ \text{g} = 100\ \text{mg}\).
Aussage 6
Speisesalz wird bevorzugt mit Kaliumiodid iodiert, weil Iodid an der Luft stabiler ist als Iodat.
Iodid wird an der Luft zu braunem \(\ce{I2}\) oxidiert. Man verwendet deshalb Kaliumiodat, in dem Iod schon die Oxidationszahl +5 hat.
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