Chemische Egg-Races in Theorie und Praxis - Chemie

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22 Wer erreicht die tiefste Temperatur? Ihr sollt ein Experiment durchführen, mit dem ihr eine möglichst tiefe Temperatur erreicht. Eure Arbeitsgruppe erhält dazu die folgenden Materialien: Eine Plastikschüssel, ein Thermometer, einen Löffel, einen Mörser mit Pistill, einen Glasrührstab, Schutzbrillen und abgemessene Mengen von Eis und von zwei Salzen (Salz I und Salz II).
Methodische Hinweise Bis auf die Salze gehen die zu verwendenden Materialien aus der Aufgabenstellung hervor. Als Salz I kann Natriumchlorid (NaCl) verwandt, als Salz II Calciumchlorid - Hexahydrat (CaCl 2 × 6 H 2 O) eingesetzt werden. Diese Salze werden einzeln oder als Mischung in ein Becherglas mit einer abgemessenen Menge Eis gegeben und dabei die Temperatur unter ständigem Rühren ermittelt. Als Thermometer sollte ein Alkoholthermometer verwandt werden, da zum einen der Temperaturbereich eines Quecksilberthermometers etwa nur bis -30°C reicht, zum anderen, weil letzteres bei etwaigem Bruch (die Schüler(innen) neigen dazu, das Thermometer als Rührer zu benutzen) Gesundheitsschäden verursachen kann. Als Nachteil muss dann allerdings in Kauf genommen werden, dass Alkoholthermometer nicht so exakt in der Messung sind. - Den Schmelzpunkt von Wasser bestimmte so zum Beispiel ein von uns eingesetzter Thermometertyp auch bei Standarddruck mit +2°C. Es ist in der Regel nicht zu erwarten, dass mit den von den Schüler(inne)n angesetzten Kältemischungen Literaturwerte 32 erreicht werden. Zwar deckte sich der empirische Wert bei der Überprüfung hinsichtlich möglicher Sicherheitsrisiken (Kälteverletzungen) im Falle des Eis/Kochsalz-Gemisches (Absenkung der Temperatur auf - 17°C) noch fast mit der in der Literatur angegebenen Temperaturabsenkung (auf -21°C), bei der zweiten Kältemischung Eis/Calciumchlorid-Hexahydrat war dies keineswegs der Fall. Hier ergab sich eine Temperaturabsenkung auf einen im Schülerversuch u.E. gerade noch handhabbaren Wert von -24°C. Der Literaturwert von -55°C wurde nicht erreicht. 33 Stoffmischung (Mengenangaben) Verhältnis der Massenanteile Absenken der Temperatur [°C] von auf laut Literatur 100 g Eis + 33,3 g NaCl (s) 3 : 1 0 - 17 -21 35 g Eis + 50 g CaCl 2 · 6 H 2 O (s) 1,4 : 2 0 - 24 - 55 Didaktische Hinweise Das Egg Race kann sowohl im Chemie-Anfangsunterricht (Themenbereich Stoffe und Stoffgemische) wie auch im 9. Schuljahr (Themenbereich Salze) 34 eingesetzt werden. Im Chemieanfangsunterricht werden vor allem das methodisches Arbeiten und das richtige Ablesen von Skalen, das vielen Schüler(inne)n erhebliche Schwierigkeiten bereitet, erlernt und geübt. Im fortgeschrittenen Chemieunterricht ist der Einsatz des Egg Race als Anwendungsexperiment für Themen wie Hydrationsenergie und Gitterenergie durchaus sinnvoll. Hier wäre es u.U. sogar angebracht, Salze bereitzustellen, bei deren Auflösung einerseits positive andererseits negative Wärmetönungen zu beobachten sind (z.B. NaCl und CaCl 2 ). 32 Latscha, H.P., Schilling, G., und H.A. Klein (Hrsg.): Chemie-Datensammlung, Berlin und Heidelberg 19932 (Springer). 33 Hierzu ist ein Vorkühlen der Komponenten auf 0°C erforderlich (vgl. Jander, G. und E. Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie, Stuttgart 1973 (S. Hirzel), S. 121). 34 Vgl. Kultusministerium Rheinland-Pfalz (Hrsg.), a.a.O., Abschnitte RS 8.1, RS 9.7, G 8.1 und G 9.5. 23
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