vielseitige Weiterentwicklung des Zürcher Modells - Hochschule ...

Ausbildungsintegrierter
Umweltschutz
-
vielseitige Weiterentwicklung des
Zürcher Modells
von
Volker Wiskamp
Fachhochschule Darmstadt, Fachbereich Chemie- und Biotechnologie
1997
Impressum:
Prof. Dr. V. Wisskamp
Fachhochschule Darmstadt, Fachbereich Chemie- und Biotechnologie
Hochschulstraße 2, 64289 Darmstadt

2
Abstract
1991 publizierte H. Fischer ein umweltfreundlicheres Praktikum für Chemieanfänger an
der Universität Zürich.
Die wegweisende Bedeutung des Zürcher Modells für einen ökologisch orientierten
Chemieunterricht an Hochschulen, Fachhochschulen, Berufs- und allgemeinbildenden
Schulen, in der betrieblichen und in der Lehrerausbildung wird an zahlreichen
Beispielen aufgezeigt.
Es werden Experimente vorgestellt, die irgendwie sicherer und umweltfreundlicher sind
als frühere, ohne dass tradierte Lehrinhalte verloren gehen, und beinhalten irgendeinen
Aspekt des Umweltschutzes, womit sie zur Umwelt- und Allgemeinbildung der Schüler
und Studenten beitragen.
Ein Versuch ist umweltfreundlicher, wenn giftige Stoffe gegen mindergiftige
ausgetauscht, Ansatzgrößen verkleinert, Einzelversuche zu Netzwerken verknüpft
werden etc. Jeder neue Versuch muss erdacht, erprobt, optimiert und überprüft werden,
womit die besondere Bedeutung der Forschung und Entwicklung für den Umweltschutz
deutlich wird. Umweltbewusstes Handeln wird geübt, wenn die Auszubildenden ihre
Versuchsprodukte an anderer Stelle weiterverwenden oder sich im Sinne des
Verursacherprinzips selbst um die fachgerechte Aufbereitung nicht mehr verwertbarer
Abfälle kümmern. Die Qualitätskontrolle zurückgewonnener Ausgangsstoffe dient der
kritischen Beurteilung von Recyclingverfahren.
Neue Sicherheitsbelehrungen mit Experimenten, u. a. Modellversuchen zur Toxikologie,
betonen den engen Zusammenhang zwischen Sicherheit und Umweltschutz.
Eine Evaluierung des Zürcher und Darmstädter Anfängerpraktikums bestätigt den
positiven Beitrag des neuen Ausbildungskonzeptes zum Umweltschutz und zur
Umweltbildung.

3
Inhalt
Seite
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Umweltschutz und Sicherheit, Umweltbildung und
Sicherheitserziehung in der Chemieausbildung . . . . . 7
2.1 Aufbereitung nicht verwertbarer Versuchsreste . . . . . . 7
2.1.1 Aufbereitung von Resten aus der Qualitativen Analyse . . . . 7
2.1.2 Aufbereitung farbstoffhaltiger Abwässer . . . . . . . . 9
2.2 Anwendung des Ersatzstoffprinzip . . . . . . . . . 10
2.2.1 Ersatz von Diethylether durch tert.-Butylmethylether . . . . .
10
2.2.2 Ersatz von Bleiverbindungen . . . . . . . . . . 11
2.2.3 Ersatzstoffe für Chlor und Brom . . . . . . . . . .
12
2.2.4 Ein ungefährlicher Nitrit- bzw. Nitrat-Nachweis . . . . . . 13
2.3 Verkleinern von Ansatzgrößen . . . . . . . . . . 14
2.3.1 Mikrotitrationen . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.2 Arbeiten unter dem Mikroskop . . . . . . . . . . 16
2.3.3 Metallnachweise durch Abreiben . . . . . . . . . .
17
2.4 Verfahrensoptimierung . . . . . . . . . . . . 18
2.4.1 Verbesserte Herstellung von Thénards Blau . . . . . . . 18
2.4.2 Verbesserte Herstellung von Kupfer(I)-chlorid . . . . . . 18
2.4.3 Verbesserte Synthese von Siliconöl . . . . . . . . . 19
2.4.4 Modifizierte Fehling-Probe . . . . . . . . . . . 20
2.5 Versuchsumstellung . . . . . . . . . . . . .
20
2.5.1 Bromierung der C-C-Doppelbindung . . . . . . . . 20
2.5.2 Umstellung präparativer Arbeiten auf chromatografische . . . . 21
2.5.2.1 Chromatografische Trennung der Elemente der Kupfer-Gruppe . . 21
2.5.2.2 Fotochemische Isomerisierung von Azobenzen auf der
Dünnschichtplatte . . . . . . . . . . . . . 23
2.6 Verknüpfte Einzelversuche . . . . . . . . . . . 25
2.6.1 Anorganische Chemie in Kreisprozessen . . . . . . . .
25
2.6.1.1 Versuche für Praktika an der Hochschule . . . . . . . 25
2.6.1.2 Versuche für den Schulunterricht . . . . . . . . . 39
2.6.2 Chemie rund um die Benzoesäure . . . . . . . . . 41
2.6.3 Aufbereitung anorganischer Reste aus der Organischen Synthese . . 43
2.7 Recycling . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7.1 Rückgewinnung anorganischer Grundchemikalien . . . . . 46
2.7.2 Rückgewinnung von Lösungsmitteln . . . . . . . . .
49
2.7.3 Rückgewinnung von Methylmethacrylat durch Pyrolyse von
Polymethylmethacrylat . . . . . . . . . . . . 50
2.7.4 Qualitätskontrolle recycelter Stoffe . . . . . . . . . 50
2.8 Naturstoffchemie . . . . . . . . . . . . . 55

4
2.8.1 Zuckerchemie . . . . . . . . . . . . . . 55
2.8.2 Extraktion, Trennung und Charakterisierung von Blatt- und
Möhrenfarbstoffen . . . . . . . . . . . . . 61
2.8.3 Mineralien als Ausgangsstoffe für ein anorganisches Praktikum . . 62
2.9 Sicherheitsbelehrung mit Experimenten . . . . . . . . 65
2.10 Sonstige Aspekte des Umweltschutzes und der Sicherheit . . . .
73
2.10.1 Demonstrationsversuche zur Wasser-, Luft- und Bodenreinigung . . 73
2.10.2 Ein Umwelt-Praktikum für fortgeschrittene Studenten . . . . 78
2.10.2.1 Modellversuche zur Umweltchemie . . . . . . . . . 78
2.10.2.2 Umweltanalytik . . . . . . . . . . . . . .
81
2.10.2.3 Bodensanierung . . . . . . . . . . . . . 82
2.10.3 Umweltfreundlichere Experimentalvorlesung für Studienanfänger . .
84
2.10.4 Praktische Ratschläge zum sicheren und umweltgerechten Umgang
mit alten Chemikalien in der Schule . . . . . . . . . 85
2.10.5 Ökologische Aspekte im Quantitativen Praktikum . . . . . 88
2.10.5.1 Pflichtteil . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.10.5.2 Wahlpflichtteil . . . . . . . . . . . . . . 91
2.10.6 Ökologische Aspekte in einem Anorganisch-Analytischen
Fortgeschrittenenpraktikum . . . . . . . . . . . 93
2.10.7 Ökologische Gesichtspunkte in einem Praktikum zur
Abitur-Vorbereitung . . . . . . . . . . . . 97
2.10.8 Ein Sicherheits- und Umweltschutz-Tutorium an der
Fachhochschule Darmstadt . . . . . . . . . . . 100
2.10.8.1 AUT I: Einführungspraktikum . . . . . . . . . . 101
2.10.8.2 AUT II: Quantitativ-Analytisches Praktikum . . . . . . . 106
2.10.8.3 AUT III: Organisch-Chemisches Praktikum . . . . . . . 107
3 Evaluation des Einführungspraktikums an der
Fachhochschule Darmstadt . . . . . . . . . . 110
3.1 Fragebögen vor Praktikumbeginn . . . . . . . . . 111
3.2 Fragebögen am Ende des Praktikums . . . . . . . . 112
3.3 „Anerkannte“ . . . . . . . . . . . . . . 116
3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . 116
3.5 Ergebnisse in Tabellenform . . . . . . . . . . . 117
4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . 119
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Danksagungen . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5
1 Einleitung
1991 publizierte Hanns Fischer ein neuartiges Konzept für ein Chemiepraktikum an der
Universität Zürich [1], das dem Umweltschutz in besonderer Weise Rechnung trägt und
auf folgenden Prinzipien basiert:
• Ersatz hochgiftiger und umweltschädigender Stoffe
• Verkleinern der Ansatzgrößen
• Optimieren von Versuchsvorschriften
• Verknüpfen von Einzelversuchen zu Netzwerken
• Getrenntes Sammeln von Versuchsresten
• Recyceln von Ausgangsstoffen
• Fachgerechtes Entsorgen nicht mehr verwertbarer Reste.
Der Sonderabfall im Zürcher Praktikum ist drastisch (über 90 %) reduziert, womit der
Umwelt direkt gedient ist. Weniger Entsorgungskosten und Recycling-Maßnahmen
wirken sich positiv auf das Budget der Universität aus [2]. Die Gefahrstoffverordnung
lässt sich einfacher umsetzen. Aspekte des Umweltschutz sind zusätzliche Lerninhalte.
(Hinweis: Mit dem Zürcher Modell wurde der Umweltschutz bereits fest in einem
Ausbildungsprogramm verankert, bevor er in Deutschland zum Staatsziel erklärt und
danach auch als verbindliches Thema für den Schulunterricht in Lehrpläne eingeflossen
ist.) In Hinblick auf die Erziehung der Auszubildenden zum sicheren und
umweltgerechten Umgang mit der Chemie erfüllt der Praktikumleiter – allein schon
durch die Tatsache, dass er sich der ökologischen Umgestaltung seines
Zuständigkeitsbereiches angenommen hat –, eine wichtige (vielleicht die wichtigste)
Funktion: er verhält sich vorbildlich.
In meiner ersten Veröffentlichung [3] kurz nach dem Erscheinen der Fischer-
Publikation behauptete ich, dass das Zürcher Modell richtungsweisend für die
zukünftige Chemieausbildung sein werde. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese
Behauptung mit überzeugenden Beispielen zu untermauern.
Bislang ist mir zwar nicht bekannt, dass das Zürcher Modell an irgend einer
Hochschule vollständig übernommen wurde. Doch dies überrascht nicht, weil das
Zürcher Curriculum in der Tat eine Besonderheit darstellt. An der Universität Zürich
gibt es nämlich ein großes Praktikum, das sich über die ersten beiden Fachsemester
erstreckt und vielseitige Gebiete der Allgemeinen, Anorganischen, Organischen,
Physikalischen und Analytischen Chemie sowie anwendungsorientierte Spezialgebiete
wie Farbstoff- und Polymerchemie behandelt. Neben den angehenden Diplomchemikern
durchlaufen auch Studenten das Praktikum, die Chemie als Nebenfach belegen, vor
allem Biologen. Da an anderen Hochschule in der Regel die Fächer Allgemeine,
Anorganische, Organische, Physikalische, Analytische etc. Chemie getrennt, häufig auch
getrennt nach Kursen für Studierende des Haupt- und Nebenfaches, unterrichtet werden,
ergeben sich dort ganz andere Organisationsformen für die Praktika, in die das Zürcher
Modell als Ganzes gar nicht hinein passt.
Meine zentrale These lautet: Um umweltfreundlichere praktische Chemieausbildung
zu realisieren und Aspekte des Umweltschutzes zu ihrem Bestandteil zu machen, ist eine
Kopie des Zürcher Modells gar nicht erforderlich. Wenn aber dessen Prinzipien von den
verantwortlichen Ausbildungsleiter verinnerlicht und für gut befunden sind, ist eine
Umgestaltung einzelner Praktika jederzeit und mit vertretbarem Aufwand möglich, ohne
dass tradierte Lerninhalte verloren gehen. Beim konstruktiven Umbau einzelner Praktika
ergeben sich als positiver Begleiteffekt automatisch Neuentwicklungen, welch die Lehre

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in vielseitigster Weise befruchten. Dies gilt auch für die Chemieausbildung außerhalb
der Universität, z. B. an Fachhochschulen, in der Ausbildung von Chemisch-
Technischen Assistenten (CTA), Chemielaboranten, Chemielehrern und im
Schulunterricht, wie ich anhand zahlreicher Beispiele aufzeigen werde.
Warum treibe ich gerade in meiner Funktion als Fachhochschulprofessor die
Weiterentwicklung des Zürcher Modells voran? Auf diese Frage möchte ich drei
Antworten geben:
1. Umweltschutz ist ein zentraler Punkt der modernen Chemischen Technologie.
Deshalb muss industrieller Umweltschutz, der der Fachhochschule durch intensive
Industriekontakte (insbes. Betreuung von Diplomarbeiten zu umweltrelevanten
Fragestellungen) bestens bekannt ist, didaktisch reduziert und den angehenden
Chemie-Ingenieuren in ihrer Ausbildung präsentiert werden.
2. Der Arbeitsauftrag der Fachhochschulen ist vor allem entwicklungs- und
anwendungsorientiert. Eine Weiterentwicklung des in den Grundzügen bereits
definierten Zürcher Modells passt deshalb besonders gut zur Fachhochschularbeit.
Kurze Wege von der Entwicklung z. B. eines neuen umweltfreundlicheren Versuches
bis zur Durchführung im laufenden Praktikumbetrieb charakterisieren die
Arbeitsweise der Fachhochschule. Praktikabilität spielt ganz selbstverständlich eine
große Rolle. Die Entwicklungsarbeiten werden überwiegend von Studenten im
Rahmen kleiner Projektarbeiten, einer Unterrichtsform, die an der Fachhochschule
dominant ist, durchgeführt. Die Motivation der Studenten ist hoch, und viele sind
stolz, am Ende ihrer Arbeit an einer Publikation beteiligt zu sein. (Die Arbeit eines
Studenten wurden sogar mit einem erstem Preis beim Wettbewerb „Abfallfreier
Chemieunterricht 1993“ ausgezeichnet [4].)
3. Da ich schwerpunktmäßig für die Ausbildung von Studienanfängern verantwortlich
bin, interessiere ich mich besonders für Vorkenntnisse und Fähigkeiten, welche die
Studenten von der Schule bzw. der Ausbildung als CTA oder Chemielaborant
mitbringen. Zahlreiche Kontakte zu Schulen und Lehrern (Lehrauftrag an der
Lichtenbergschule in Darmstadt, Leitung einer GDCh-Lehrerfortbildung
„Umweltfreundliches Experimentieren und Versuche zum Umweltschutz durch
Chemie“, Leitung eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten
Projektes „Umweltfreundlicher Chemieunterricht an Schulen“ in Zusammenarbeit mit
dem Schulumweltzentrum in Wittenberg) und Chemie-Ausbildern in der Industrie
(insbes. Merck-Darmstadt, Degussa-Hanau, Boehringer Mannheim) geben mir
weitere Entwicklungs- und Umsetzungsmöglichkeiten, d. h., die Arbeiten an der
Fachhochschule strahlen teilweise in die schulische und berufliche Chemieausbildung
aus bzw. werden von dieser angeregt.

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2 Umweltschutz und Sicherheit,
Umweltbildung und Sicherheitserziehung
in der Chemieausbildung
In diesem Kapitel werden Experimente vorgestellt, die irgendwie umweltfreundlicher
und sicherer sind als frühere und die auf irgendeine Art zur Umweltbildung und
Sicherheitserziehung beitragen.
Die Reihenfolge der einzelnen Kapitel orientiert sich an den Leitlinien des Fischer-
Konzeptes zum Ausbildungsintegrierten Umweltschutz.
2.1 Aufbereitung nicht verwertbarer Versuchsreste
2.1.1 Aufbereitung von Resten aus der Qualitativen Analyse [5]
In der Chemieausbildung an der Hochschule und in der Industrie hat der Trennungsgang
nach wie vor einen hohen Stellenwert. Chemieanfänger lernen in einfachen
Reagenzglas-versuchen wichtige Reaktionen der anorganischen Chemie und viele
verschiedene Stoffe kennen.
Die Ausbildung trägt den Widerspruch in sich, dass die Praktikanten einerseits
durch chemische Methoden komplizierte Stoffgemische trennen, andererseits große
Mengen vermischter Analysenreste produzieren, die üblicherweise einer Verbrennung
als Sondermüll zugeführt werden.
An der Fachhochschule Darmstadt wird ein anderer Weg beschritten, welcher der
Konditionierung der Trennungsgangsreste Rechnung trägt und zu einer umweltgerechteren
Gestaltung des Praktikums führt.
Jeder Student sammelt seine Analysenreste an seinem Arbeitsplatz und führt
unmittelbar nach Abschluss einer Analyse eine Aufbereitung der Reste durch, die sich
an gängigen Methoden der Abwassertechnologie orientiert und ein Wasser mit
Schadstoffkonzentrationen unterhalb der erlaubten Einleitgrenzen liefert (mehrfach
überprüft durch ICP-AES-Multielementanalyse). Die Aufbereitung umfasst folgende
Schritte:
• Chromatreduktion mit FeSO 4
• Zusatz von Flockungshilfsmitteln (Polyacrylamid mit wenigen freien Carbonsäurefunktionen
• Hydroxidfällung bei pH 8 bis 9 mit NaOH, Filtration
• Sulfidfällung mit Na 2 S, Filtration
• Beseitigung des Sulfidüberschusses mit FeCl 3 oder H 2 O 2 , Filtration
• ggf. Aktivkohlebehandlung, Filtration
• Nachbehandlung mit eingerührtem Ionenaustauscher (an Polystyren fixierte Iminodiessigsäure
oder Zeolith A), Filtration.
Das so nachbehandelte Abwasser wird vom Laborpersonal stichprobenweise auf
Schwermetallfreiheit getestet. Hatte ein Student z. B. Nickelionen in seiner Analyse, so
wird 1 mL seines konditionierten Wassers mit Diacetyldioxim geprüft. Die Bildung
eines roten Niederschlages muss ausbleiben. Außerdem wird das Abwasser im Rahmen

8
des sowieso zum Praktikumprogramm gehörenden Versuches zur Atomabsorptionsspektroskopie
routinemäßig auf Kupferfreiheit untersucht. Bislang konnten wir noch
keinem Studenten eine unkorrekte Aufbereitung seiner Trennungsgangsreste
nachweisen, so dass alle Abwässer in den Ausguss gegeben werden konnten. Die
Studenten werden darauf hingewiesen, dass wir die Kontrolle ihrer Abwässer sehr ernst
nehmen, weil auch das Abwasser, welches das Chemieinstitut verlässt, gelegentlich
durch die Umwelt-behörde kontrolliert wird. Überschreitungen von Grenzwerten von
Metallionen wurde dabei bislang nicht festgestellt.
Didaktisch wertvoll an der gesamten Vorgehensweise ist, dass die Studenten sich im
Sinne des Verursacherprinzips selbst um die von Ihnen verursachten Abfälle kümmern.
Sie übernehmen damit Verantwortung (affektives Lernziel). Weiterhin bedeutungsvoll
ist, dass sie die Prinzipien der Chemie, die sie in der Qualitativen Analyse gelernt haben
(Fällungsreaktionen, Oxidationen, Reduktionen etc.), auch bei der Abwasserkonditionierung
anwenden (Transferleistung; Anwendungsorientierung der Fachhochschulausbildung)
und so durch Chemie einen Beitrag zum Umweltschutz leisten. Die
Abwassertechnologie ist zum zusätzlichen Lerninhalt des Praktikums geworden
(kognitives Lernziel).
Die Aufbereitung der Versuchsreste hat im Praktikum den Charakter eines neuen
Versuches, für den ausreichend Zeit (etwa ein Tag) reserviert ist. Durch diese
organisatorische Maßnahme wird von vornherein verhindert, dass Entsorgung
gleichgesetzt wird mit lästigen Zusatzaufgaben wie Spülen und Aufräumen.
Ein interessanter aufklärender Effekt ergibt sich bei den Aufarbeitungen. Viele
Studenten möchten später als Chemiker im Umweltschutz tätig werden. Sie assoziieren
mit diesem Wunsch nicht selten z.B. das Fahren mit einem Ökomobil in ein
Naturschutzreservat, Probennahme, Analyse in einem zertifizierten Labor und Schreiben
eines Berichtes. Dass diese Tätigkeit sinnvoll und notwendig ist, steht gar nicht zur
Diskussion. In unserem Praktikum bekommen die Studenten aber einen Vorgeschmack
darauf, was aktiver Umweltschutz in der Realität am häufigsten bedeutet, nämlich
Arbeiten mit dreckigem Wasser, kontaminiertem Boden und stinkender Luft. Studenten,
die sich aus Liebe zur Umwelt im Studium das nötige Fachwissen aneignen und später
bereit sind, selbst unangenehmste Arbeiten durchzuführen, sind für eine ökologisch
bedrohte Welt sicherlich ein großer Gewinn.
Dass es für die Studenten dennoch motivierend ist, sich ihrer übel riechenden,
trüben Trennungsgangsreste anzunehmen, mag folgende Anekdote belegen. Einer der
ersten Studenten, der das umgestaltetes Praktikum absolvierte, kam nach Durchführung
der oben beschriebenen Reinigungsoperationen zu mir um präsentierte mir stolz ein ganz
klares, farb- und geruchsloses Wasser und fragte, was er nun damit machen solle. Meine
Antwort lautete: „Wegschütten.“ Sichtlich enttäuscht, dass sein mit viel Engagement
erzeugtes Praktikumprodukt reif für die Kanalisation war, folgte der Student meiner
Aufforderung. (Um wie viel mehr mussten in früheren Praktika Studenten wohl frustriert
gewesen sein, die selbst wunderschön gezüchtete Kristalle in dem Kontainer für
Sondermüll geben mussten, weil für die Stoffe keine weitere Verwendung bestand?)
Gerade in der Ingenieurausbildung ist die Frage nach der Umsetzung von
Laborexperimenten in den halbtechnischen und später großtechnischen Maßstab
wichtig. Deshalb wurde exemplarisch gezeigt, dass sich Trennungsgangsreste auch im
100-L-Rührkessel aufbereiten lassen. Wir hatten nämlich noch 26 L Reste aus einem
früheren Praktikumkurs, die wir bei einer Exkursion im Ausbildungstechnikum der
Firma Degussa in Hanau-Wolfgang (die Fachhochschule Darmstadt besitzt selbst keinen
geeigneten Reaktor) aufbereiteten.
In der Firma Degussa werden Reste aus der Qualitativen Analyse, die von
angehenden Chemielaboranten (labororientierte Ausbildung) bearbeitet werden, zentral

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gesammelt und an zukünftige Chemikanten (betriebs- und technikumorientierte
Ausbildung) weiter gegeben, welche die Konditionierung im großen Maßstab
durchführen Die Verfahrensschritte umfassen Hydroxid- und Carbonatfällungen,
Filtration, Nachbe-handlung des Filtrates mit Trimercaptotriazin (Handelsprodukt der
Firma; sulfidähnliche Fällung) und Sedimentation.
Genau wie die Fachhochschulstudenten lernen die Auszubildenden in der Industrie,
dass Chemie und Umweltschutz untrennbar zusammengehören. Während die Studenten
nach dem Verursacherprinzip individuell Verantwortung übernehmen, arbeiten die
Auszubildenden bei der Firma Degussa arbeitsteilig. Eine Gruppe, die Chemikanten,
verarbeitet Reste aus einem anderen Praktikum, dem der Laboranten. Beide Gruppen
lernen dadurch verantwortungsvoll zu kooperieren, was im späteren Berufsleben von
fundamentaler Bedeutung ist (Basisqualifikation: kooperatives Verhalten).
2.1.2 Aufbereitung farbstoffhaltiger Abwässer
An der Fachhochschule Darmstadt wird eine Wahlpflicht-Vorlesung „Farbstoffe und
Pigmente“ mit einem begleitenden Kurzpraktikum [6] angeboten. Die meisten
Versuchsvorschriften sind dem Buch von Wittke [7] entnommen, die Ansatzgrößen
allerdings deutlich, teilweise bis auf ein Zehntel, verringert worden. Das Erkennen von
Farbvorgängen wird dadurch keineswegs beeinträchtigt. Vorteilhaft ist vielmehr, dass
Chemikalien gespart werden und weniger Abfälle anfallen. Außerdem lassen sich die
Versuche im kleinen Maßstab rasch durchführen, da als Geräte Reagenz- und
Bechergläser ausreichen. Das Praktikum erhebt nicht den Anspruch, präparativ
anspruchsvoll zu sein. Es soll in der vorgesehenen Zeit von nur zwei Tagen lediglich
viele interessante Farbreaktionen kurz vorstellen.
So beschränken sich u. a. die Synthesen von Phenolphthalein und Fluoreszein
darauf, Phthalsäureanhydrid unter oxidierenden Bedingeungen mit Phenol bzw.
Resorcin im Tiegel durch Erwärmen zur Reaktion zu bringen. Nach Zugabe von NaOH
zum Schmelzkuchen lässt sich anhand der roten Farbe bzw. grünen Fluoreszenz
qualitativ beweisen, dass die Phthaleine entstanden sind. Auf eine weitere Aufarbeitung
wird verzichtet. Trotz - oder vielleicht gerade wegen - der Einfachheit der Versuche sind
die Studenten davon beeindruckt, wie leicht die auf dem Papier so kompliziert
aussehenden Moleküle entstehen und welch große Triebkraft hinter der Ausbildung des
konjugierten π-Elektronensystems des Chromophors stehen muss.
Dank der kleinen Ansätze fallen bei den Synthesen der organischen Farbstoffe und
anschließenden Färbeversuche lediglich 500-700 mL Abwasser pro Studentengruppe
(zwei Personen) an. Dieses ist nicht weiter verwertbar, kann aber im 1-L-Becherglas
problemlos konditioniert werden. Die Studenten folgen damit - wie sie es bereits im
Grundpraktikum bei der Aufbereitung der Trennungsgangsreste kennen gelernt haben -
dem Verursacherprinzip und wenden Methoden an, die in der farbstoffverarbeitenden
Industrie Stand der Technik sind.
Zunächst werden die gesamten Reste mit H 2 O 2 versetzt, um Sulfit (aus der
Fuchsinbleiche) und Dithionit (aus der Küpenfärbung) zu Sulfat zu oxidieren. Dann wird
mit NaOH neutralisiert, wobei Eisen und Aluminium (aus der Beizenfärbung) als
Hydroxide ausfallen. Durch den Flockungseffekt werden bereits einige organische
Stoffe mitgefällt. Nach Filtration wird das Filtrat mit Pulveraktivkohle, die einen hohen
Anteil Mesoporen besitzt, und H 2 O 2 gekocht. Lerninhalte dieses Teils des Versuches
sind, dass H 2 O 2 organische Wasserinhaltsstoffe, z. B. Phenole (aus der Phenolphthalein-
Herstellung) oxidativ zerstören kann, insbesondere in Gegenwart von Aktivkohle,
welche die Zersetzung des Reagenzes zu Wasser und aktivem Sauerstoff katalysiert, und

10
dass Aktivkohle der Feststoff der Wahl zur Adsorption organischer Farbstoffe ist. Nach
Filtration resultiert ein klares Wasser.
Nach folgenden Analysedaten spricht nichts dagegen, das gereinigte Wasser
wegzuschütten: Der chemische Sauerstoffbedarf eines unbehandelten Abwassers betrug
23200 mg O 2 /L, nach Neutralisation und Flockung 17800 mg O 2 /L und nach
Aktivkohle/H 2 O 2 -Behandlung 5430 mg O 2 /L. Der hohe Endwert ist auf eine hohen
Ethanolgehalt (Hilfslösemittel bei vielen Färbeprozessen) des Wassers zurückzuführen.
Durch einen statischen Test wurde gezeigt, dass das Abwasser biologisch gut abbaubar
ist, so dass es bedenkenlos in den Ausguss gegeben werden kann.
Die Aufbereitung farbstoffhaltiger Abwässer kann auch im Schulunterricht zur
Umwelterziehung eingesetzt werden [8]. Im Schuljahr 1996/97 leitete ich am
Lichtenberg-Gymnasium in Darmstadt im Rahmen einer Projektwoche einen Kurs „Wir
modellieren die Farbstoffindustrie“ [9]. Die Schüler wurden in verschiedene Gruppen
eingeteilt, die anhand von Experimenten jeweils Teilgebiete der Farbstoffchemie
bearbeiteten. Neben Gruppen für Produktion, Forschung, Entwicklung, Anwendungstechnik,
Analytik, Werbung und Marketing gab es auch eine Umweltschutzgruppe.
(Auch Schülern kann also leicht klar gemacht werden, dass Umweltschutz heute
selbstverständlich integraler Bestandteil der Chemie ist.) Diese arbeitete die bei
Färbeversuchen übrig gebliebenen Flotten fachgerecht auf. Bei der
Abschlusspräsentation führte eine Schülerin den Zuschauern sogar die Entfärbung eines
farbigen Abwassers mit Aktivkohle vor.
2.2 Anwendung des Ersatzstoffprinzip
Wenn ein Lernziel durch ein Experiment mit einen ungefährlicheren und umweltfreundlicheren
Stoff erreicht werden kann, so ist dieser zu verwenden. (Laborleiter
müssen, wenn sie in ihrem Zuständigkeitsbereich mit gefährlichen Stoffen arbeiten
(lassen), nachweisen, dass sie eine Ersatzstoffprüfung erfolglos vorgenommen haben.)
2.2.1 Ersatz von Diethylether durch tert.-Butylmethylether [10]
Da wir in unseren Praktika aus ökologischen und sicherheitstechnischen Gründen
Diethylether durch den weniger flüchtigen, keine Peroxide bildenden und deshalb
gefahrlos durch Destillation recycelbaren tert.-Butylmethylether (MTBE) ersetzen
wollten, galt es vorab zu prüfen, ob die bislang mit Diethylether durchgeführten
Versuche mit dem neuen Lösemittel analog funktionieren oder ob ggf. Änderungen
vorzunehmen sind.
Im anorganisch-analytischen Praktikum kommt z. B. die Extraktion von
dreiwertigem Eisen aus salzsaurer Lösung vor.
Diese gelingt mit Diethylether am besten bei einer HCl-Konzentration von 6.0
mol/L. Aus der Etherphase kann das Eisen mit Wasser quantitativ rückextrahiert werden.
Mit MTBE verläuft die Eisenextraktion optimal bei einer HCl-Konzentration von
5.2 mol/L, was bei der Versuchsvorschrift zu berücksichtigen ist. Der signifikant etwas
niedrigere Wert gegenüber dem bei der Extraktion mit Diethylether ist vermutlich auf
die geringere Löslichkeit von MTBE in HCl zurückzuführen.
Die Bestimmung erfolgte, indem wässrige Lösungen mit FeCl 3 -Konzentrationen
zwischen 1-8 mmol/L und HCl-Konzentrationen zwischen 0-10 mol/L bereitet und mit
gleichen Volumina MTBE ausgeschüttelt und nach den Phasentrennungen die

11
Eisengehalt der wässrigen Phasen komplexometrisch bestimmt wurden. Ergänzend
wurden die MTBE-Phasen mit Wasser rückextrahiert. Die Eisengehalte der wässrigen
Extrakte wurden ebenfalls komplexometrisch ermittelt.
Die Studentin, die die Ersatzstoffprüfung vornahm, führte damit eine
Forschungsarbeit für den Umweltschutz durch. Erst nachdem der als Ersatzstoff in
Erwägung gezogene MTBE sorgfältig auf seine Einsetzbarkeit geprüft und eine
modifizierte Versuchsvorschrift erstellt wurde, kam er im laufenden Praktikumbetrieb
zum Einsatz und hat sich dort aufgrund der oben genannten Vorteile bewährt.
2.2.2 Ersatz von Bleiverbindungen [11, 12]
Auf dem Programm der 11. Klasse, die ich 1996 in Darmstadt unterrichtete, standen
zwei Versuche mit Bleiverbindungen: die Diffusion von Iodidionen, die in Form von KI
rechts in eine wassergefüllte Petrischale gegeben werden, und von Bleiionen, die in
Form von Pb(NO 3 ) 2 links in die Schale gegeben werden, die zur Bildung von gelbem (in
der Overhead-Projektion schwarzem) PbI 2 führt, und die Schmelzflusselektrolyse von
PbCl 2 . Da bei beiden Versuchen nicht chemische Reaktionen des Bleis als Lernziele im
Vordergrund standen, sondern das Verstehen der Diffusion und der Schmelzflusselektrolyse,
stellte ich die Versuche auf solche mit ungiftigeren Chemikalien um.
Der Versuch zur Diffusion in der Petrischale lässt sich mit einer ganzen Reihe
harmloser Systeme durchführen, die in Tabelle 1 zusammengestellt sind.
Tabelle 1: Diffusion in der Petrischale
Nr. Substanz A Substanz B Reaktionsmedium
(rechts aufgeben) (links aufgeben) (Petrischale)
1 CaCl 2 Na 2 CO 3 H 2 O
2 MgCl 2 NaOH H 2 O
3 MgCl 2 KH 2 PO 4 H 2 O, 10 Tr. NH 3
4 FeCl 3 NaOH H 2 O
5 (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 NaOH H 2 O
6 FeCl 3 NH 4 SCN H 2 O
7 FeCl 3 K 4 [Fe(CN) 6 ] H 2 O
8 (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 Na 2 O 2 H 2 O
9 (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 H 2 O, 5 Tr. HCl, 10 Tr. NH 4 SCN
10 MnCl 2 Na 2 O 2 H 2 O
11 FeCl 3 MnCl 2 H 2 O, 5 Tr. HCl
12 FeCl 3 MnCl 2 H 2 O, 5 Tr.HCl, 10 Tr. NH 4 SCN
13 FeCl 3 Ascorbinsäure H 2 O
14 FeCl 3 Ascorbinsäure H 2 O, 10 Tr. NH 4 SCN
Beim Zusammentreffen von Calcium- und Carbonationen bildet sich eine Schicht
schwerlösliches, weißes CaCO 3 (1), beim Zusammentreffen von Magnesiumionen und
Hydroxidionen schwerlösliches, weißes Mg(OH) 2 (2). Magnesium- und Phosphationen
ergeben im ammoniakalischen Medium schwerlösliches, weißes MgNH 4 PO 4 (3).
Hydroxidionen fällen Eisenionen zu braunem Fe(OH) 3 (4) bzw. bläulichem Fe(OH) 2 (5).
Aus Eisen(III)- und Thiocyanationen entsteht in der Kontaktzone lösliches, rotes
Fe(SCN) 3 (6), aus Eisen(III)- und Hexacyanoferrat(II)-Ionen Berliner Blau (7).
Zweiwertiges Eisen wird von Peroxid oxidiert. Im alkalischen Medium bildet sich ein
Streifen rostbraunes Fe(OH) 3 (8), im sauren, thiocyanathaltigen Medium entsteht rotes

12
Fe(SCN) 3 (9). Auch zweiwertiges Mangan lässt sich mit Na 2 O 2 oxidieren. In der
Berührungszone fällt Braunstein aus (19). An dessen Oberfläche wird überschüssiges
Peroxid katalytisch zersetzt, was an der Bildung von Gasblasen (O 2 ) zu erkennen ist.
Dreiwertiges Eisen oxidiert zweiwertiges Mangan zu farblosem Mn(III). Bedingt durch
die gleichzeitige Bildung von fast farblosem Fe(II) verschwindet die gelbe Zone des
ursprünglichen FeCl 3 (11) bzw. die rote des Fe(SCN) 3 (12). Auch Ascorbinsäure
reduziert die ihr entgegen diffundierenden Eisen(III)-Ionen, was an der Entfärbung der
gelben FeCl 3 - bzw. Fe(SCN) 3 -Lösung zu erkennen ist (13 bzw. 14).
Alle Versuchsreste können weggeschüttet werden, während dies bei dem früher
durchgeführten Versuch nicht geht. Die Umstellung des Versuches nach dem
Ersatzstoffprinzip trägt zwar direkt zum Umweltschutz bei und ist deshalb wertvoll, aber
kein Beitrag zur Umweltbildung der Schüler. Diesen wird nämlich im Unterricht das
Phänomen der Diffusion beigebracht und nicht, dass giftiges Bleisalz durch harmlose
Stoffe ersetzt wurde. Diese Tatsache sollte man höchstens am Rande erwähnen.
Die früher durchgeführte Elektrolyse von geschmolzenem Bleichlorid wurde durch
die des mindergiftigen Zinkchlorids ersetzt. Wenn man an den Anoderaum zusätzlich
eine Waschflasche mit Natronlauge anschließt, kann das entwickelte Chlorgas
aufgefangen werden, so dass nicht unter dem Abzug gearbeitet werden muss. Die
Schüler lernen ergänzend zum Hauptthema Schmelzflusselektrolyse eine effektive
Methode der technischen Luftreinhaltung, die Gaswäsche, kennen. Nach dem Versuch
wird das Hypochlorit in der Waschflasche mit H 2 O 2 vernichtet. Zusätzlich wird die an
der Katode erhaltene Zinkperle in Salzsäure gegeben und das Recycling von Zinkchlorid
thematisiert. Bei der Elektrolyse nicht verbrauchtes Zinkchlorid ist selbstverständlich
wieder verwertbar.
2.2.3 Ersatzstoffe für Chlor und Brom (in [13])
Die wichtige Stoffklasse der Halogene und ihre vielseitige Redoxchemie darf im
Chemieunterricht nicht ausgespart werden. Nachteilig ist, dass der Umgang mit Chlor
aus einer Druckflasche oder mit flüssigem Brom ein erhebliches Sicherheitsrisiko
darstellt. Im folgenden werden Versuche mit Chlor- und Bromwasser beschrieben, bei
denen die Halogene durch Ansäuern stabiler wäßriger Ausgangslösungen von Chloramin
T bzw. einer Bromat/Bromid-Mischung erzeugt und direkt in Folgereaktionen
verbraucht werden. Die Konzentrationen sind so eingestellt, daß keine nennenswerten
Chlor- und Brommengen entweichen, so daß die Versuche sogar von Schüler am
Arbeitsplatz durchgeführt werden können.
Chloramin-T (Natrium-N-Chlor-4-toluensulfonamid) ist als Pulver und in Tabletten
handelsüblich und wird als Desinfektionsmittel in Krankenhäusern und Schwimmbädern
verwendet. Es ist ungiftig, in Wasser leicht, in organischen Lösungsmitteln nicht löslich.
Der Stoff wird durch Wasser hydrolysiert. Dabei entsteht Natriumhypochlorit, das mit
Salzsäure zu elementarem Chlor komproportioniert werden kann:
H 3 C-C 6 H 4 -SO 2 NClNa + H 2 O → H 3 C-C 6 H 4 -SO 2 NH 2 + NaOCl
NaOCl + 2 HCl → Cl 2 + NaCl + H 2 O
Aus einer wässrigen Bromat/Bromid-Mischung bildet sich im sauren Medium durch
Komproportionierung elementares Brom:
BrO 3 − + 5 Br − + 6 H + → 3 Br 2 + 3 H 2 O
Die wässrige (nicht angesäuerte) Chloramin-T- bzw. Bromat/Bromid-Lösung ist haltbar
und nicht korrosiv.

13
Die Schüler erzeugen aus der Chloramin-T-Lösung durch Ansäuern Chlorwasser
und geben eine KBr- bzw. KI-Lösung zu. Das starke Oxidationsmittel Chlor setzt die
schwächeren Oxidationsmittel Brom bzw. Iod aus ihren Salzen frei, was an einer Braunbzw.
Graufärbung der Reaktionslösungen zu beobachten ist. Analog setzt das aus der
Bromat/Bromid-Lösung durch Ansäuern erzeugte Brom das schwächere
Oxidationsmittel Iod aus zugesetztem Kaliumiodid frei. Die Halogene können mit
Petrolether extrahiert werden. Brom färbt das Lösungsmittel gelb, Iod violett.
Anschließend erproben die Schüler die Bleichwirkung von Chlor und Brom, indem
sie eine angesäuerte Methylorangelösung mit Chloramin-T- bzw. Bromat/Bromid-
Lösung tropfenweise bis zur Entfärbung versetzen (oxidative Zerstörung des
Farbstoffes).
Die Reste der Extraktionsversuche werden gesammelt und im Unterricht vom Lehrer
aufgearbeitet. Durch Schütteln mit Thiosulfatlösung wird noch vorhandenes Halogen zu
ungiftigem Halogenid reduziert (Entfärbung). Nach der Phasentrennung wird die
wässrige Phase weggeschüttet und die organische Phase über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet. Nach Filtration kann das organische Lösungsmittel
wiederverwendet werden.
Durch diese Vorgehensweise wird den Schülern klargemacht, dass die fachgerechte
Aufbereitung der Versuchsreste (hier Wasserentgiftung und Lösungsmittelrecycling)
zum Versuch dazugehört.
Die gelegentlich von Schülern gestellte Frage, ob man das weggeschüttete Wasser
hätte trinken können, imitiert eine weitergehende, interessante Diskussion. Abwasserentgiftung
führt - wie der Name schon sagt - dazu, dass das Wasser nicht mehr giftig ist.
Die Behandlung führt aber in der Regel zu einer Aufsalzung, so dass das Wasser von
Trinkwasserqualität noch weit entfernt ist.
2.2.4 Ein ungefährlicher Nitrit- bzw. Nitrat-Nachweis (in [13])
Für den Nitratnachweis durch die „Ringprobe“ wird konzentrierte Schwefelsäure
benötigt, die bei Schülerversuchen ein erhebliches Gefährdungspotential darstellt. Der
folgende Nitrit- bzw. Nitrat-Nachweis kommt mit winzigen Mengen ungefährlicher
Nachweisreagenzien aus, ist zuverlässig und kann leicht von Schülern ausgeführt
werden. Er ähnelt dem „Lunge“-Test und basiert darauf, dass Nitrit das aromatische
Amin Sulfanilsäure diazotieren und das resultierende Diazoniumsalz mit der
aromatischen Verbindung Naphtylethylendiamin einen roten Azofarbstoff bilden kann:

14
HO 3
S NH 2
+ HNO 2 - O 3
S N 2
+
+ 2 H 2
O
H
NHCH 2
CH 2
NH 2
HO 3
S N=N NHCH 2
CH 2
NH 2
Wenn Nitrat vorab mit einem unedleren Metall (Magnesium) zu Nitrit reduziert
wird, kann es indirekt als Nitrit nachgewiesen werden.
(Nach den hier beschriebenen Reaktionen funktionieren auch handelsübliche Nitritbzw.
Nitrat-Schnellteststreifen).
Nitrit-Nachweis (Blindprobe): Etwas KNO 2 und Nitrit-Nachweisreagenz (Mischung aus
100 g NaCl, 1.5 g Sulfanilsäure und 0.3 g Naphthylethylendiammoniumdichlorid)
werden auf der Tüpfelplatte vermischt und mit 3 Tropfen Essigsäure versetzt. Es tritt
eine Rotfärbung auf.
Nitrat-Nachweis (Blindprobe): Etwas KNO 3 und Nitrit-Nachweisreagenz vermischt und
mit 3 Tropfen Essigsäure versetzt. Es kommt zu keiner Reaktion. Wenn nun zusätzlich
ein Stückchen Magnesiumband in die Mischung gelegt wird, tritt nach 1-2 Minuten eine
Rotfärbung ein.
Unbekannte Feststoffproben: Die zu untersuchende Substanz wird wie beschrieben mit
dem Nitrit-Nachweisreagenz und Essigsäure versetzt und somit zunächst auf Nitrit und
bei einem negativen Befund anschließend durch Zugabe eines Stückchens
Magnesiumband auf Nitrat geprüft.
In Anbetracht der winzigen Substanzmengen, die für die Nachweise benötigt
werden, ist es zu verantworten, die Versuchsreste wegzuspülen.
2.3 Verkleinern von Ansatzgrößen
2.3.1 Mikrotitrationen [14, 15]
In einem ökologisch orientierten Chemie- und Biologieunterricht spielt die Beurteilung
der Güte von Gewässern eine große Rolle. Zuverlässige Ergebnisse erzielt man nur,
wenn die Wasserproben direkt an Ort und Stelle analysiert werden, denn nur so kann ein
möglicher Fehler durch Veränderung der Zusammensetzung der Probe zwischen dem
Zeitpunkt der Probennahme und der Analyse im Schullabor vermieden werden. Die Vor-
Ort-Analysen können mit analytischen Schnelltests erfolgen, die in der Handhabung
einfach sind und gute und reproduzierbare Ergebnisse liefern. Ihr Einsatz ist aber nur
sinnvoll, solange das Lernziel allein die Beurteilung der Wasserqualität ist. Sollen
hingegen außerdem Methoden der Wasseranalytik und die damit verbundenen
chemischen Grundlagen vermittelt werden, muss auf klassische Verfahren der
Maßanalyse zurückgegriffen werden.
Nachteilig beim Arbeiten mit Büretten, Pipetten, Mess- und Erlenmeyerkolben vor
Ort ist, dass der Transport der Glasgeräte problematisch und wegen nicht auszuschließendem
Glasbruch auch nicht ungefährlich und der Zeitaufwand für die

15
Titrationen recht groß ist. Außerdem ist es gerade in einem Ökologie-Praktikum
didaktisch wenig sinnvoll, große Mengen an Maßlösung zu verbrauchen (was zusätzlich
teuer ist!) und entsprechend große Mengen Analysenabwässer zu produzieren.
Günstiger ist es deshalb, die Titrationen im Halbmikromaßstab unter Verwendung
einer 10-mL-Injektionsspritze zur Probennahme, einer 1-mL-Tuberkulinspritze mit
0.01-mL-Teilung und dünner Kanüle als „Bürette“ durchzuführen.
Im folgenden wird die halbmikroanalytische Bestimmung wichtiger
Wasserparameter wie Carbonat- und Gesamthärte, Chlorid- und Sauerstoffgehalt
beschrieben.
Die Bestimmung der Carbonathärte erfolgt durch Titration mit einer Salzsäure-
Maßlösung. Im pH-Bereich 8.3 (Umschlag von Phenolphthalein) bis 4.3 (Umschlag
eines Methylrot/Bromcresolgrün-Mischindikators) laufen folgende Reaktionen ab:
CO 3 2− + 2 HCl → 2 Cl − + H 2 O + CO 2
HCO 3 − + HCl → Cl − + H 2 O + CO 2
Bei der Gesamthärtebestimmung wird die Summe der Konzentrationen an
Magnesium- und Calciumionen im Wasser durch komplexometrische Titration bei pH
10 gegen Erio T (Indikatorpuffertablette) bestimmt. Der Calciumgehalt alleine wird
bestimmt, nachdem das Magnesium mit Natronlauge als Mg(OH) 2 ausgefällt wurde. Als
calciumspezifischer Indikator dient dabei Calconcarbonsäure.
Die Chloridbestimmung nach Mohr erfolgt durch Fällungstitration mit einer
AgNO 3 -Maßlösung.
Die Bestimmung von im Wasser gelösten Sauerstoff beruht auf einer Folge von
Redoxreaktionen. Zunächst oxidiert der Sauerstoff zugesetztes zweiwertiges Mangan im
alkalischen Medium zum vierwertigen. Beim Ansäuern komproportioniert der gebildete
Braunstein mit überschüssigem zweiwertigen Mangan zum dreiwertigen, das zugesetztes
Iodid zu elementarem Iod oxidieren kann. Die entstandene Menge Iod korrespondiert
also mit der ursprünglich im Wasser vorhandenen Menge Sauerstoff und kann mit einer
Thiosulfat-Maßlösung titrimetrisch erfaßt werden.
2 Mn 2+ + O 2 + 4 OH − → 2 MnO(OH) 2
MnO(OH) 2 + Mn 2+ + 4 H + → 2 Mn 3+ + 3 H 2 O
2 Mn 3+ + 2 I − → 2 Mn 2+ + I 2
2−
I 2 + 2 S 2 O 3 → 2 I −
2−
+ S 4 O 6
Ein weiterer wichtiger Summenparameter zur Beurteilung der Wassergüte ist der
chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Nach DIN 38409 wird die zu untersuchende
Wasserprobe mit einer definierten Menge Chromschwefelsäure 2 Stunden bei 148 °C
behandelt, wobei nahezu alle organischen Wasserinhaltsstoffe oxidiert werden. Größere
Mengen an Chlorid stören und werden deshalb mit Quecksilber(II)-Ionen maskiert.
Abschließend wird das überschüssige sechswertige Chrom mit Eisen(II)-Lösung zurück
titriert.
Cr 2 O 7 2− + 6 e − + 14 H + → 2 Cr 3+ + 7 H 2 O (1 mol K 2 Cr 2 O 7 = 1.5 mol O 2 )
Cr 2 O 7 2− + 6 Fe 2+ + 14 H + → 2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H 2 O
Für den Schulunterricht ist die DIN-Methode zu arbeits- und zeitaufwendig, wegen
des Einsatzes größerer Mengen Chromschwefelsäure zu gefährlich und wegen des
Quecksilbergehaltes in Hinblick auf die Entsorgung der Versuchsreste problematisch.
Deshalb haben wir nach einer alternativen Methode gesucht.
Ein CSB-Küvettentest (Merckoquant ® CSB-Test 14541) mit fotometrischer
Auswertung kommt kaum in Betracht. Der Test ist zwar ungefährlich und Reste können

16
zwecks Recycling an den Hersteller zurückgegeben werden, aber die Anschaffung der
erforderlichen Geräte (Thermostat, Fotometer) dürfte für die meisten Schulen zu teuer
sein.
Geeignet ist hingegen folgende Halbmikroschnellmethode, bei der auf den Zusatz
von Quecksilbersalz verzichtet und die erforderliche Reaktionstemperatur in Sekundenschnelle
durch Ausnutzung der Wärmeenergie erreicht wird, die beim Mischen der mit
Kaliumdichromat-Lösung versetzten Wasserprobe und konzentrierter Schwefelsäure frei
wird (günstige Energiebilanz):
Zu 5 mL Wasserprobe werden 3 mL 0.0417 molare Kaliumdichromat-Lösung und in
einem Strahl 15 mL konzentrierte Schwefelsäure gegeben (Vorsicht: starkes
Erwärmen!). Nach genau 2 Minuten werden 25 mL Wasser und 3 Tropfen Ferroin-
Indikatorlösung zugesetzt. Dann wird mit 0.25 molarer Ammoniumeisen(II)-sulfat-
Lösung bis zum Umschlag von Grün nach Rot titriert.
Es werden reproduzierbare und für den Schulunterricht ausreichend genaue
Ergebnisse erzielt. Bei den von uns durchgeführten Kontrollmessungen der CSB-Werte
von Proben mit definierten Konzentrationen an Phenol bzw. Glucose nach der
Halbmikroschnellmethode und mit dem Küvettentest wurden nämlich vergleichbare
Ergebnisse erzielt. Und auch die CSB-Werte von Sickerwasserproben (verschiedene
Böden wurden mit Wasser gewaschen, die Filtrate direkt bzw. nach Zusatz einer
definierten Menge Glucose gemessen) nach den beiden Untersuchungsmethoden zeigten
für Schulzwecke ausreichende Übereinstimmungen. (Ähnlich wie bei der Prüfung von
MTBE als Ersatzstoff für Diethylether erforschte und bestätigte eine Studentin die
Zuverlässigkeit einer neuen, vereinfachten Analysemethode und leistete dadurch einen
Beitrag zum Umweltschutz.)
Gerade bei Ökologieprojekten ist es für sinnvoll, dass sich die Schüler auch um die
fachgerechte Aufbereitung ihrer Versuchsreste kümmern (Verursacherprinzip). Die hier
vorgeschlagene Entsorgung der austitrierten Lösungen ist sehr lehrreich, weil einige
Standardmethoden der Abwasserreinigung zum Einsatz kommen. Schon bei der
Titration wird das hochgiftige sechswertige Chrom zum mindergiftigen dreiwertigen
reduziert. Durch Zugabe von Natronlauge (Neutralisation) und Ammoniak (Bildung des
NH 3 /(NH 4 ) 2 SO 4 -Puffers) wird der für die Chrom- und Eisenhydroxid-Cofällung
(Flockung) günstige pH-Wert 8 eingestellt. Der koagulierte Niederschlag lässt sich gut
abfiltrieren und wird zu den Feststoffabfällen gegeben. Das Filtrat ist durch den
Redoxindikator rot gefärbt, der sich aber an Aktivkohle adsorbieren und so dem Wasser
entziehen lässt. Das danach farblose Filtrat kann weggeschüttet werden.
Die Methode ähnelt der von Aufbereitung von Trennungsgangsresten an der
Fachhochschule Darmstadt (s. 2.1.1), ist aber arbeitstechnisch viel weniger
anspruchsvoll und zeitaufwendig und kann deshalb bereits Schülern bewältigt werden.
2.3.2 Arbeiten unter dem Mikroskop (in [13])
Besonders faszinierend ist es, unter dem Mikroskop zuzusehen, wie Stoffe
kristallisieren. Da nur winzige Substanzmengen benötigt werden, ist die Mikroskopie
außerdem eine besonders umweltfreundliche Experimentiermethode. Die folgenden
Versuche sollten jeweils von einer Zweiergruppe durchgeführt werden. Während der
eine Schüler durch das Mikroskop schaut, führt der andere die nötigen Operationen auf
dem Objektträger durch. Anschließend wird der Versuch wiederholt, wobei die Schüler
ihre Rollen tauschen.

17
• Na 2 S 2 O 3 ⋅5H 2 O: Der Stoff wird geschmolzen und eine kleine Menge der Schmelze auf
den Objektträger des Mikroskops gebracht. Beim Eintragen eines Impfkristalls
beginnt die Kristallisation, die durch das eingestellte Objektiv beobachtet wird.
• Na 2 SO 4 : Durch Erwärmen von 6 g Na 2 SO 4 ⋅10H 2 O in 5 mL Wasser wird eine Lösung
erzeugt und davon eine kleine Menge auf den Objektträger gegeben. Aus der
übersättigten Lösung kristallisiert beim Einwerfen eines Impfkristalls Natriumsulfat
aus.
• KNO 3 ; MgSO 4 : Durch Erwärmen von 3 g KNO 3 in 5 mL Wasser bzw. 8 g
MgSO 4 ⋅7H 2 O in 5 mL Wasser werden gesättigte Lösungen hergestellt und kleine
Mengen davon auf den Objektträger getropft. Bedingt durch die Abkühlung, setzen
die Kristallisationen sofort ein.
• CuSO 4 : 3 g CuSO 4 ⋅5H 2 O in 5 mL Wasser werden erwärmt, und eine kleine Menge
der Lösung wird auf den Objektträger aufgetragen. Dann wird direkt neben die
wäßrige Lösung etwas Ethanol getropft. Die Kristallisation beginnt an der Stelle, wo
Wasser und Alkohol zusammenkommen (Aussüßen).
• Benzoesäure: Ein Tropfen einer Lösung von 0.5 g Benzoesäure in 5 mL Aceton oder
Ethanol wird auf den Objektträger gegeben. Bedingt durch das Verdampfen des
organischen Lösungsmittels, setzt die Kristallisation ein.
• Mg(NH 4 )PO 4 : Ein Tropfen der salzsauren Lösung des Salzes (1 g MgCl 2 ⋅ 6 H 2 O
werden in 5 mL Wasser gelöst, mit 2 Tropfen 5%iger Salzsäure angesäuert und mit
einer Lösung von 1 g (NH 4 ) 2 HPO 4 in 5 mL Wasser versetzt. Nach Zugabe von 2
Tropfen konzentrierter Ammoniaklösung bildet sich ein weißer Niederschlag, der
abfiltriert, mit wenig Wasser gewaschen und dann mit 5 mL 5%iger Salzsäure
aufgenommen wird) wird auf den Objektträger gegeben. Dieser wird umgekehrt, d.h.
mit der benetzten Seite nach unten, auf einen kleinen Tiegel gelegt, in dem sich 5
Tropfen konzentrierter Ammoniaklösung befinden. Der aufsteigende NH 3 -Dampf
neutralisiert die Salzsäure, so dass das Magnesiumammoniumphosphat
auskristallisiert. Sobald eine beginnende Trübung zu beobachten ist, wird
mikroskopiert.
Am Ende der Unterrichtseinheit übrig gebliebene Reste werden aufgehoben.
2.3.3 Metallnachweise durch Abreiben
Einige charakteristische Nachweise von Metallionen lassen sich studieren, indem
Metallbleche mit Wattestäbchen, die mit den entsprechenden Nachweisreagenzien
benetzt sind, abgerieben werden (s. Tabelle 2). Vorteilhaft dabei ist es, dass keine
giftigen Metallsalzlösung benötigt werden und dass die Metallbleche immer wieder
verwendet werden können. Die gefärbte Watte wird zu den Feststoffabfällen gegeben.
Tabelle 2: Abreiben von Metallblechen mit Nachweisreagenzien
Metall Reagenz (auf die Watte tropfen) Formel und Farbe
Ni Diacetyldioxim (2%ig) und NH 3 (10%ig) Ni(dmglH) 2 , himbeerrot
Pb KI (5%ig) und HOAc (konz.) PbI 2 , gelb
Fe K 4 [Fe(CN) 6 ] (3%ig) und HCl (5%ig) K[Fe III Fe II (CN) 6 ], blau
Cu NH 3 (10%ig) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ , blau

18
2.4 Verfahrensoptimierung
2.4.1 Verbesserte Herstellung von Thénards Blau [6]
Während die tradierte Vorschrift von Thénards Blau das gemeinsame Erhitzen von
Aluminiumsulfat und Cobaltchlorid mit dem Gebläsebrenner vorsieht, gehen die
Studenten an der Fachhochschule Darmstadt von den frisch gefällten Metallhydroxiden
aus. Da die Spinellbildung eine diffusionskontrollierte Festkörperreaktion ist, verläuft
sie begünstigt ab, wenn die Ausgangsstoffe ideal durchmischt sind. Da die Studenten
aber in der Regel die Notwendigkeit eines intensiven Verreibens der eingewogenen
Salze übersehen und ein noch recht heterogenes Gemisch erhitzen, erzielen sie
erwartungsgemäß nur geringe Spinellausbeuten, und nicht eingebaute Cobaltionen
gelangen in die zum Waschen verwendete Salzsäure. Wenn aber aus den Salzen
zunächst die Metallhydroxide gefällt werden, liegen sehr kleine, hoch reaktive Partikel
vor, die durch mehrfaches gemeinsames Suspendieren in Wasser ideal vermischt nach
Verdunsten des anhaftenden Wassers und anschließendem Erhitzen mit dem Brenner ein
Thénards Blau liefern, aus dem kein Cobalt mehr ausgewaschen werden kann:
Co(OH) 2 + 2 Al(OH) 3 → CoAl 2 O 4 + 4 H 2 O
An diesem Beispiel lernen die Auszubildenden, wie wichtig ein fundamentales
Verständnis der Chemie ist, um Synthesen so optimal zu gestalten, dass Abfallprobleme
gar nicht erst entstehen. Dies ist grundsätzlich der beste Beitrag zum Umweltschutz.
2.4.2 Verbesserte Herstellung von Kupfer(I)-chlorid
Kupfer(I)-chlorid kann u.a. durch Synproportionierung von Kupfer(II)-chlorid und
elementarem Kupfer hergestellt werden:
CuCl 2 + Cu → 2 CuCl
Dazu gibt man die Ausgangsstoffe in halbkonzentrierte Salzsäure und muss etwa 20
Minuten erhitzen. Die Ausbeute an weißem CuCl beträgt in der Regel weniger als 30 %.
Offensichtlich stört Luftsauerstoff, der beim Arbeiten im offenen Becherglas
unwillkürlich in das Reaktionsmedium diffundieren kann und die Rückoxidation des
einwertigen Kupfers bewirkt, so dass die geringe Ausbeute verständlich ist. Wenn man
die Reaktion unter durchführt, liegt die Ausbeute über 90 %. Da Chemieanfänger mit
dem Arbeiten mit einer Druckgasflasche und der üblichen Schutzgastechnik
experimentell überfordert wären, haben wir nach einer anderen Möglichkeit gesucht,
Schutzgasatmosphäre zu erzeugen und sind auf folgende Idee gekommen: Wenn man
dem stark salzsauren Ansatz gelegentlich eine Spatelspitze Soda zusetzt entsteht CO 2 .
(Der pH-Wert wird wegen des großen Säureüberschusses praktisch nicht beeinflusst.)
Dieses ist schwerer als Luft und füllt das Becherglas, das zusätzlich mit einem Uhrglas
abgedeckt wird, um den Gasaustausch mit der umgebenden Raumluft weiter zu
erschweren. Durch Anwendung dieses sehr einfachen Tricks wird die Ausbeute an CuCl
auf mindestens 80 % gesteigert.
Wie bei der in 2.4.1 beschriebenen verbesserten Herstellung von Thénards Blau
führte auch hier tiefes Chemieverständnis zur Verfahrensoptimierung in Hinblick auf
höhere Produktausbeute (Ökonomie) und entsprechend weniger Abfall (Ökologie).

19
2.4.3 Verbesserte Synthese von Siliconöl [3]
Eine zentrale Stellung in der Siliconchemie nimmt die Verbindung
Cyclooctamethyltetrasiloxan (D 4 ) ein. Sie kann ringöffnend zu Siliconölen mit OH-
Endgruppen polymerisiert werden, aus denen sich dann durch geeignete Vernetzer wie
Tetraethoxysilan gummiartige Massen herstellen lassen.
D 4 kann nach der Vorschrift von Braun [16] synthetisiert werden:
Dichlordimethylsilan wird zu einer Mischung von cyclischen und linearen
Oligosiloxanen hydrolysiert. Die Mischung wird destilliert, wobei D 4 als flüchtige
Komponente übergeht.
Ein Nachteil bei dieser Versuchsvorschrift ist, dass man aus 200 g Me 2 SiCl 2 nur ca.
50 g D 4 erhält und dass ca. 100 g Oligosiloxane, die im Destillationssumpf verbleiben,
als Ölabfall entsorgt werden müssen.
Der Ölabfall kann jedoch fast vollständig vermieden werden, wenn man das
Produktgemisch der Kondensationsreaktion von Me 2 SiCl 2 und Wasser nicht einfach
destilliert, sondern ähnlich wie bei der technischen Herstellung von Siliconöl einer
„Äquilibrierung“ unterzieht. Man erwärmt es mit Kaliumhydroxid, wobei zunächst eine
anionische Polymerisation einsetzt (Viskositätszunahme). Nach einiger Zeit wird das
Polymer jedoch wieder basenkatalysiert abgebaut. Es stellt sich ein Gleichgewicht
zwischen Polymerisation und Depolymerisation ein. Wenn man das gewünschte D 4 als
flüchtige Komponente ständig aus dem Reaktionskolben abdestilliert, erreicht man eine
Gleichgewichtsverschiebung in Richtung D 4 , das tatsächlich in mehr als 90%iger
Ausbeute gewonnen wird. Der Siliconölabfall ist entsprechend gering (s. Abb. 1).
Me 2 SiCl 2
H 2 O
- HCl
Me
HO Si O
Me
n
H +
Me
Si
Me
O
n
n = 4; D 4
bisherige Aufarbeitung: Oligosiloxane
Destillation D 4 im Destillat ca. 30 %
höhere Siloxane im Sumpf (Abfall) ca. 70 %
neue Aufarbeitung:
Oligosiloxane
Destillation
in Gegenwart
von KOH
D 4 im Destillat > 90 %
höhere Siloxane im Sumpf (Abfall) < 10 %
Abb. 1: Gewinnung von D 4
Interessant ist nicht nur, dass die Abfallmenge erheblich reduziert wird, sondern
auch, dass ca. 60 % der Ausgangsverbindung eingespart werden. Brauchte man nach der
alten Literaturvorschrift 200 g Me 2 SiCl 2 , um ca. 50 g D 4 herzustellen, so braucht man
jetzt nur noch 70 g Me 2 SiCl 2 .
Besonders wichtig im Zusammenhang mit der hier beschriebenen neuen
Praktikumsynthese von D 4 ist sicherlich auch - ähnlich wie bei der verbesserten
Herstellung von Thénards Blau -, dass den Studierenden gezeigt wird, wie durch
fundierte Kenntnisse der Chemie eine Synthese gezielt optimiert werden und durch das
Vermeiden von Nebenprodukten (Abfall) ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet und

20
gleichzeitig das Budget des Fachbereichs entlastet werden kann (positives
Zusammenspiel von Ökologie und Ökonomie).
2.4.4 Modifizierte Fehling-Probe [17]
Häufig führt eine geringfügige Abwandlung tradierter Schulexperimente zu deren
sichereren und umweltgerechterer Gestaltung. Hierzu ein Beispiel.
Bei der klassischen Fehling-Probe wird die zu prüfende Lösung mit CuSO 4 -Lösung
und stark alkalischer Tartratlösung versetzt. Sehr häufig muss zum Sieden erhitzt
werden, um die Probe eindeutig interpretieren zu können. Bei ungeschicktem Arbeiten
kommt es dabei leicht zum Siedeverzug, womit von dem Versuch ein erhebliches
Gefährdungs-potential ausgeht. Ein Siedeverzug kann bei folgender modifizierter
Fehling-Probe sicher verhindert werden: 1 mL der zu prüfenden Lösung wird mit einer
reichlichen Spatelspitze einer Verreibung von Kupfervitriol und Weinsäure (1:2-
Massenteile) versetzt. Zu der Mischung werden dann 3 NaOH-Pastillen gegeben,
wonach automatisch eine starke Erwärmung (Lösungswärme) auftritt, so daß gar nicht
mehr mit dem Brenner erwärmt werden muss. Nach kurzer Zeit scheidet sich gelbrotes
Cu 2 O ab.
Die Schüler sollten unbedingt auf die gegenüber der klassischen Fehling-Probe
günstigere Energiebilanz der hier beschriebenen Erkennungsreaktion hingewiesen
werden.
2.5 Versuchsumstellung
2.5.1 Bromierung der C-C-Doppelbindung [17]
Die Bromierung eines Alkens als Prototyp einer Additionsreaktion darf in einem
organischen Praktikum nicht fehlen. Nachteilig ist das Entstehen giftiger und stark
wassergefährdender Bromalkane. Unser Verbesserungsvorschlag lautet: Verzicht auf die
üblicherweise verwendeten kleinen, flüssigen Alkene (wie beispielsweise Cyclohexen)
in einem organischen Lösemittel (z.B. Benzin) und stattdessen Benutzen einer Emulsion
von Ölsäure in Wasser, bereitet durch Ansäuern einer Lösung von Natriumoleat in
Wasser. Die Entfärbung des zugesetzten Bromwassers ist deutlich zu erkennen. Der
Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass das bromierte Produkt dem Wasser durch
Adsorption an eingerührter pulverförmiger Aktivkohle und Filtration entzogen werden
und das dann schadstofffreie Filtrat weggeschüttet werden kann. Lediglich die beladene
Kohle muss der Sondermüllverbrennung zugeführt werden.
Das Gefahrenpotential des Versuches ist noch geringer, wenn statt des Bromwassers
eine NaBr/NaBrO 3 -Mischung verwendet wird, aus der durch Ansäuern mit
Schwefelsäure elementares Brom generiert werden kann (vgl. 2.2.3), das sofort mit der
vorliegenden Ölsäure abreagiert.

21
2.5.2 Umstellung präparativer Arbeiten auf chromatografische
2.5.2.1 Chromatografische Trennung der Elemente der Kupfer-Gruppe [18]
Bei der Qualitativen Analyse erweisen sich die hochtoxischen Verbindungen des
Quecksilbers, Cadmiums und Arsens unter Sicherheits- und Umweltschutzgesichtspunkten
als besonders problematisch. Chemieanfänger dürfen laut Gefahrstoffverordnung
nur nach eingehender Sicherheitsbelehrung und unter ständiger Aufsicht
damit arbeiten. Erschwerend kommt hinzu, dass quecksilber- und arsenhaltige Reste
nach den bei uns geltenden Betriebsanweisungen getrennt von anderen Stoffen
gesammelt werden müssen, um später fachgerecht entsorgt werden zu können.
Da die drei Problemstoffe alle der Hydrogensulfid-Gruppe angehören, haben wir uns
entschlossen, die Trennung dieser Elemente als Übungsanalyse nicht mehr durchzuführen
und uns bei Vollanalysen auf die Ausgabe der weniger problematischen Elemente
Blei, Kupfer und Zinn als Vertreter der Hydrogensulfid-Gruppe zu beschränken.
Dies kann zunächst als eine Kapitulation vor den gesetzlichen Vorschriften und auch
als ein Verstoß gegen die Verpflichtung, angehende Chemiker im Umgang mit
Giftstoffen zu schulen, aufgefasst werden. Um dieser Kritik zu begegnen, haben wir
nach Lehr-inhalten gesucht, welche die bisherigen durch mindestens gleichbedeutende
und didaktisch gleichwertige ersetzen, und sie in der papierchromatografischen
Trennung der Elemente der Kupfer-Gruppe (Blei, Kupfer, Cadmium, Bismut,
Quecksilber) gefunden.
Der große Vorteil dieser Methode der Spurenanalyse ist, dass winzige Substanzmengen
(1-5 mg) ausreichen. Dadurch kann einer Forderung des praktikumintegrierten
Umweltschutzes, der Verminderung der Stoffmengen, leicht Rechnung getragen werden.
Die anfallenden Reste sind entsprechend minimal und vernachlässigbar.
Die neuen Lehrinhalte sind durch die Begriffe Nernstsches Verteilungsgesetz,
Verteilungskoeffizient, theoretischer Boden, Retentionszeit (Rf-Wet) bezeichnet.
Chromatografische Methoden sind aus der modernen analytischen Chemie nicht
mehr fortzudenken. Deshalb sollten sie möglichst früh eingeführt werden. Haben die
Praktikanten die Papierchromatografie verstanden, sind die theoretischen Grundlagen
für die Gaschromatografie, die Hochdruckflüssigchromatografie, die Gelpermeationschromatografie,
die Elektrophorese etc. geschaffen. In späteren Stadien der Analytik-
Ausbildung kann die Papierchromatografie dann als die Urform aller chromatografischen
Methoden zitiert werden. Der Vorteil ihrer Einführung in die Qualitative
Analyse ist also nicht zu bestreiten. Verloren geht das Erlernen eines Teils der
Stoffchemie des Quecksilbers, Cadmiums und Arsens. Nicht verloren gehen hingegen
Ziele der Qualitativen Analyse, denn beim Trennen der verbleibenden Ionen der
Ammoniumsulfid-, Ammoniumcarbonat- und löslichen Gruppe bleiben noch genügend
Möglichkeiten, Redoxprozesse, Löslichkeitsprodukte, Farben etc. zu studieren.
Und darf nicht provozierend gefragt werden, ob die im klassischen Trennungsgang
vermittelte Stoffchemie von Quecksilber, Cadmium und Arsen nicht zu sehr von
theoretischer Bedeutung ist und die technische Relevanz der Elemente, die insbesondere
in der praxisbezogenen Fachhochschulausbildung hervorgehoben werden sollte, kaum
widerspiegelt.
Werden mit rotem Quecksilber(II)-iodid und Neßlers Ammoniak-Nachweisreagenz
nicht exotische Verbindungen gewürdigt, wo hingegen das Amalgamverfahren der
Chloralkalielektrolyse, bei dem das Element Quecksilber eine ganz zentrale Rolle in der
chemischen Industrie spielt, nicht behandelt wird.

22
Wenn dem Element Arsen in Zukunft eine Bedeutung zukommt, dann vermutlich in
Form des Galliumarsenids in der Halbleitertechnik, aber wohl kaum in Form seiner Oxound
Thiooxosäuren.
Ist es schließlich nicht nur noch eine Frage der Zeit, bis die Nickel-Cadmium-
Batterie durch umweltfreundlichere Zellen ersetzt wird und auch in der
Galvanikindustrie auf Cadmium verzichtet, so dass das Element seine jetzige technische
Relevanz verliert? Und steht das immer stärker werdende Umweltbewusstsein unserer
Gesellschaft neuen Cd-Technologien nicht sowieso prohibitiv im Wege, so dass nur
noch Nostalgiker vom postkastengelben Cadmiumsulfid schwärmen?
Die papierchromatografische Analyse vermittelt, über die typischen Lerninhalte der
Chromatographie hinaus, auch einige Aspekte der Stoffchemie, wenn man die
Wechselwirkungen der ausgegebenen Salze mit dem Lösungs- und Laufmittel und die
Entwicklung der Chromatogramme näher beleuchtet.
Gemischt und als unbekannte Probe ausgegeben werden 3-4 Salze (HgCl 2 , CdCl 2 ,
CuCl 2 ⋅2H 2 O. Bi 2 O 3 , Pb(NO 3 ) 2 ). Die Mischung wird mit einem Tropfen Salpetersäure
behandelt. Dabei kann es sein, dass sich weißes PbCl 2 bildet, z.B. durch Umsalzung von
Bleinitrat mit Quecksilberchlorid. Dieser Niederschlag, der im klassischen
Trennungsgang in der Salzsäuregruppe auch anfällt, wird vernachlässigt, denn trotz des
kleinen Löslichkeitsproduktes befindet sich eine für die folgende Analyse noch
ausreichende Menge Blei im überstehenden Tropfen Lösung.
Die Lösung wird auf das Chromatografiepapier aufgetüpfelt und eingetrocknet.
Danach treten die Salze mit dem Laufmittel, einer Mischung aus tert.-Butanol, Aceton,
Acetylaceton, Wasser und Salpetersäure in Wechselwirkung. Es bilden sich
Metallacetyl-acetonate, die unterschiedlich weit mit dem aufsteigenden Laufmittel auf
dem Papier wandern und so scharf voneinander getrennt werden. Die Acetylacetonate
sind interessante Chelatkomplexe, die den Studenten aus dem präparativen Teil des
Praktikums bereits bekannt sind. Das getrocknete Chromatogramm wird mit H 2 S-
Lösung entwickelt. Es entstehen charakteristisch gefärbte Sulfide (s. Tabelle. 3).
Tabelle 3. Papierchromatografische Trennung der Elemente der Kupfergruppe
Ion R f -Wert Farbe des Sulfids
_______________________________________________________________________
Pb 2+ 0.05 schwarz
Cd 2+ 0.12 gelb
0.70 gelb
Cu 2+ 0.22 braunschwarz
Bi 3+ 0.85 hellbraun
Hg 2+ 0.95 schwarz
Falls Cadmium in der Probe ist, beobachtet man gelegentlich zwei gelbe
Cadmiumsulfid-Flecken auf dem entwickelten Chromatogramm. Dieses Phänomen ist
darauf zurückzuführen, dass das Cadmiumion in Abhängigkeit von der Chlorid- bzw.
Acetylacetonkonzentration sowohl als Chlorokomplex (R f = 0.70), als auch als
Acetylacetonat (R f = 0.12) wandern kann. (Eine erhöhte Chloridionenkonzentration
resultiert automatisch, wenn die Probe neben CdCl 2 noch andere Metallchloride enthält).
Der CdS-Fleck bei R f = 0.70 wird aber auch intensiver, wenn dem Laufmittel vorab
etwas Salzsäure zugegeben wird.
Ein didaktischer Aspekt der papierchromatografischen Trennung gerade der
Elemente der Kupfergruppe sei noch hervorgehoben. Wie bereits erwähnt, entwickeln
die Praktikanten das getrocknete Chromatogramm mit H 2 S, einer Chemikalie, die ihnen

23
aus dem nasschemischen Trennungsgang vertraut ist. Sie führen dabei typische
Fällungen der Metallsulfide direkt auf dem Papier durch; die Entwicklungsreaktion ist
also leicht verständlich. Dieser Vorteil wird besonders deutlich, wenn man bedenkt, dass
sich die anderen Elemente des Trennungsgangs zwar auch ohne weiteres
papierchromatografisch trennen lassen, die Entwicklung der Chromatogramme aber
spezielle organische Sprüh-reagenzien erfordert, die den Chemieanfängern in ihrer
Struktur und Wirkungsweise noch nicht verständlich sind.
2.5.2.2 Fotochemische Isomerisierung von Azobenzen auf der Dünnschichtplatte
[19]
Genauso wie die Papierchromatografie zeichnet sich die Dünnschichtchromatografie
dadurch aus, dass mit äußerst geringen Substanzmengen aussagekräftige Ergebnisse
erzielt werden können. Sie ist daher für einen gefahrlosen und umweltgerechten
Chemie-unterricht bestens geeignet. Während eines Forschungsaufenthaltes an der
Universität Tsukuba, Japan, bin ich im dort stattfindenden Anfängerpraktikum auf einen
m. E. faszinierenden Versuch aufmerksam geworden, den ich nicht nur in dem von mir
an der Fachhochschule Darmstadt geleiteten Praktikum eingeführt habe, sondern auch
als Schülerversuch empfehlen kann: die Verfolgung der Einstellung des fotostationären
Gleichgewichts zwischen trans- und cis-Azobenzen mittels Dünnschichtchromatografie:
Ph
N
N
Ph
hv
hv
Ph
N
N
Ph
Die theoretischen Grundlagen der Isomerisierung und ihre didaktische und
methodische Verwertbarkeit im Unterricht wurde von Tausch diskutiert [20]. Der Autor
beschreibt die Durchführung des Versuchs im präparativen Maßstab und die Säulenbzw.
dünnschichtchromatografische Auftrennung des erhaltenen Isomerengemisches.
Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass pro Versuch mehrere Gramm
Azobenzen und recht viel Lösungsmittel verbraucht werden.
Wenige Milligramm Substanz für eine ganze Schülergruppe reichen hingegen aus,
wenn eine trans-Azobenzen-Lösung auf eine DC-Platte getüpfelt (s. Abb. 2), der
Substanzfleck einige Zeit dem Sonnen- oder Neonlicht ausgesetzt und das resultierende
cis-trans-Gemisch chromatografiert wird. Zwei gelbe Flecken werden sichtbar, wobei
der mit dem größeren R f -Wert durch parallel mitlaufendes unbelichtetes trans-
Azobenzen als solches identifiziert wird. Für die Schüler ist es unschwer einzusehen,
dass der andere Fleck mit dem kleineren R f -Wert als photochemisch erzeugtes cis-
Azobenzen zu deuten ist (s. Abb. 3).
Dass die trans-cis-Isomerisierung von Azobenzen tatsächlich ein fotostätionäres
Gleichgewicht ist, wird im weiteren Verlauf des Versuches folgendermaßen bewiesen:
Die entwickelte DC-Platte wird einige Zeit dem Licht ausgesetzt und danach, um 90
Grad gedreht, erneut mit aufsteigendem Lösungsmittel behandelt (vgl. zweidimensionale
Chromatografie). Dabei werden auf der Platte insgesamt vier Flecken sichtbar (s. Abb.
4). Dies ist verständlich, denn sowohl aus dem im ersten Teil des Versuches getrennten
reinen trans- als auch cis-Azobenzen ist bei der weiteren Belichtung ein
cis-trans-Gemisch entstanden.

24
8 cm
6 cm
B
A
Punkt A:
Punkt B:
hier trans-Azobenzenlösung auftragen,
20-30 Minuten belichten
hier nach der vorangegangenen Belichtung von Fleck A
trans-Azobenzenlösung auftüpfeln,
dann das Chromatogramm sofort entwickeln
: mit Bleistift leicht markierte Linie
Abb. 2: Probenauftragung und Belichtung von trans-Azobenzen
Laufmittelfront
gelbes trans-Azobenzen
gelbes cis-Azobenzen
hier abschneiden
Abb. 3: Entwickeltes Chromatogramm nach dem ersten Versuchsteil

25
Laufmittelfront
1. Belichten trans-Azob.
⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯→
2. Chromatographie
cis-Azob.
trans-Azob.
cis-Azob.
Abb. 4: Belichtung von cis- und trans-Azobenzen und entwickeltes Chromatogramm nach dem zweiten
Versuchsteil (maßstäblich verkleinert)
2.6 Verknüpfte Einzelversuche
2.6.1 Anorganische Chemie in Kreisprozessen
2.6.1.1 Versuche für Praktika an der Hochschule [21, 22]
In einem Anorganisch-Präparativen Praktikum sollen wichtige Prinzipien der Synthese
und Komplexchemie sowie Stoffkenntnisse der Elemente und ihrer Verbindungen
vermittelt werden. Bei einer Vielzahl von Einzelversuchen werden recht große Mengen
an Ausgangsverbindungen benötigt und entsprechende Mengen an Chemikalienresten
fallen an, die in der Regel gesammelt, zwischengelagert und später als Sondermüll
verbrannt werden müssen.
Der Chemikalienverbrauch und -abfall kann erheblich reduziert werden, wenn die
Stoffflüsse von Einzelexperimenten konsequent zu Netzwerken verknüpft und
Recyclingversuche ins Praktikum integriert werden. Diese Vorgehensweise führt nicht
nur zu niedrigeren Praktikumkosten, sondern dient auch dem Umweltschutz und fördert
das zusammenhängende und vernetzende Denken der Auszubildenden, wie vor allem
Schmidkunz herausgestellt hat, z. B. in [23].
Ein nach dem allgemeinen Schema
A → B
↑
↓
D ← C
aus dem Ausgangsstoff A hergestelltes Produkt B wird in einem Folgeversuch (in der
Regel zusammen mit seiner Mutterlauge) in ein weiteres Produkt C überführt. Dieses
wiederum dient nach Isolierung und Charakterisierung als Ausgangsstoff für den
nächsten Stoff D etc. Wenn Verbindung D durch eine geeignete chemische Reaktion in
den Ausgangsstoff A rückverwandelt werden kann, ist der Zyklus geschlossen. Bis auf
verfahrensbedingte Ausbeuteverluste fallen keinerlei Abfälle an.

26
Herkömmliche Lerninhalte gehen keineswegs verloren. Vielmehr werden chemische
Zusammenhänge deutlich, die bei den bislang durchgeführten Einzelversuchen nicht zu
erkennen waren. Außerdem werden weitere Aspekte des in der chemischen Industrie
zunehmend wichtigen produktionsintegrierten Umweltschutzes ins Praktikum integriert.
Im folgenden werden verschieden große und teilweise verzweigte Ketten und
Zyklen vorgestellt. Die zugrundeliegenden Einzelversuche sind in Standardlehr- und
Praktikumbüchern der Anorganischen Chemie beschrieben.
Chemie des Iods: Zunächst wird die Interhalogenverbindung Iodtrichlorid aus Iod und
Chlor, welches in situ aus Kaliumchlorat und Salzsäure generiert wird, hergestellt. Die
Interhalogenverbindung kann mit Salpetersäure zu Iodsäure oxidiert werden. Diese lässt
sich mit Sulfit glatt zum Ausgangsstoff Iod reduzieren. Durch Sublimation erhält man
ein hochreines Produkt, und der Synthesekreislauf ist geschlossen (s. Abb. 5).
Die letzte Reaktion vermittelt außerdem einen zusätzlichen Lerninhalt, nämlich die
klassische Iodgewinnung aus dem Iodatanteil des Chilesalpeters.
KClO 3
I 2 I 2 Cl 6
HCl
Na 2 SO 3 HNO 3
HIO 3
Abb. 5: Geschlossener Kreislauf zur Chemie des Iods ohne iodhaltige Abfälle
Chemie des Eisens: Die Versuchskette zur Eisenchemie wird mit der Reaktion von
technischem Eisen mit Schwefelsäure begonnen. Das unedle Metall wird von der
Mineralsäure oxidiert, wobei gleichzeitig ein Äquivalent H 2 entsteht. Die resultierende
FeSO 4 -Lösung wird von unlöslichem Kohlenstoff (Roheisen enthält 1-3 % Kohlenstoff)
durch Filtration befreit und das Filtrat in der Siedehitze mit Ammoniumsulfat versetzt.
Beim Abkühlen bildet sich Mohrsches Salz, ein repräsentatives Doppelsalz des
zweiwertigen Eisens. Die isolierten Kristalle werden wieder in ihrer Mutterlauge gelöst.
(So wird sichergestellt, dass keine Stoffmenge verloren geht!). Zugabe von H 2 O 2
bewirkt die Überführung des Eisens in den dreiwertigen Zustand. Nach Verkochen des
überschüssigen H 2 O 2 wird konz. Salzsäure zugegeben. Im stark salzsauren Medium liegt
das Eisen als Hexachlorokomplex vor und kann mit tert.-Butylmethylether (MTBE)
unter Verdrängung von drei Chloro- gegen drei Etherliganden in einen Neutralkomplex
der Zusammensetzung [Fe(MTBE) 3 Cl 3 ] umgewandelt werden, der aufgrund der
hydrophoben Alkylketten, die den Oktaederkomplex nach außen hin abschirmen, in der
Etherphase besonders gut löslich ist. Nach Abtrennen der organischen Phase wird der
Eisenkomplex aus dieser mit reinem Wasser unter Ausbildung des Hexaquokomplexes
rückextrahiert vgl. 2.2.1).
Durch die Hin- und Rückextraktion ist die Trennung von FeCl 3 und (NH 4 ) 2 SO 4
gelungen. (Diese hätte natürlich auch über eine Fällung von Fe(OH) 3 , Filtration und
Lösen des Filterkuchens in Salzsäure erfolgen können. Hier wird aber bewusst die
Extraktion gewählt, um das Praktikum methodisch und inhaltlich zu bereichern).
Die Eisenchloridlösung gibt mit Acetylaceton und Natronlauge tiefrotes, schwerlösliches
Eisentrisacetylacetonat, ein Paradebeispiel für einen oktaedrisch aufgebauten
Chelatkomplex mit Sechsringmetallacyclen als sehr stabile Struktureinheiten.
Hier kann im Anfängerpraktikum die Kette von Versuchen zur Eisenchemie
abgebrochen werden. Das isolierte Fe(acac) 3 ist nun keineswegs Abfall. Es kann nämlich

27
im Fortgeschrittenenpraktikum als Edukt für die Herstellung von Ferrocen, einer
sandwichartig aufgebauten Verbindung des zweiwertigen Eisens, weiterverwendet
werden. Die Praktikanten werden positiv überrascht sein, wenn sie im späteren Stadium
ihrer Ausbildung eine Verbindung einsetzen dürfen, die sie zuvor selbst hergestellt
haben.
Das Laborpersonal muss nur darauf achten, dass im Anfängerpraktikum nicht mehr
Fe(acac) 3 produziert als im F-Praktikum auch tatsächlich verbraucht wird, d. h., die
Stoffstrombilanz muss stimmen! Falls sich abzeichnet, dass zuviel Fe(acac) 3 hergestellt
wird, sollte die FeCl 3 -Lösung besser anders weiterverwendet werden: Fällen von
Fe(OH) 3 und Behandeln des Hydroxidschlamms mit Kaliumhydrogenoxalat liefert
grünes K 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ]. Dieses ist lichtempfindlich und geht beim Liegenlassen im Tagesoder
Neonlicht langsam, in einem Photoreaktor beim Bestrahlen mit UV-Licht innerhalb
weniger Minuten in schwerlösliches gelbes [FeC 2 O 4 ] n über.
Die Studenten lernen hier eine interessante Photoreaktion kennen: Durch Lichteinwirkung
wird der Übergang eines Elektrons vom Liganden zum dreiwertigen
Zentralatom induziert. Das Eisen wird auf die zweiwertige Stufe gebracht, der
Oxalatligand oxidiert, so dass schließlich CO 2 resultiert.
Das getrocknete Eisen-(II)-oxalat kann unter Sauerstoffausschluss zu CO 2 und
elementarem Eisen pyrolysiert werden. Damit ist die Eisenchemie eigentlich zu einem
Kreislauf geschlossen. Das erhaltene Eisen liegt aber in einer so feinteiligen und daher
hochreaktiven Form vor, dass es beim Kontakt mit der Luft spontan unter
Feuererscheinung zu Fe 2 O 3 verbrennt (s. Abb. 6).

28
H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 1. H 2 O 2
Fe FeSO 4 (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 [FeCl 6 ] 3-
2. HCl
MTBE
H 2 O
[Fe(H 2 O) 6 ]Cl 3 [Fe(MTBE) 3 Cl 3 ]
KOH
Naacac
Fe(OH) 3 Fe(acac) 3
KHC 2 O 4
NaCp
K 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ]
Cp 2 Fe
h ⋅ ν
MeCOCl
∆ T
Fe [FeC 2 O 4 ] n acetylierte
Ferrocene
O 2
Fe 2 O 3
Abb. 6: Versuchsketten zur Chemie des Eisens
Chemie des Chroms: Die Chromchemie wird durch die Reaktionssequenz in
Abbildung 7 vorgestellt. Der „Zimmervulkan“ ist auch im 1 g Maßstab ein spektakulärer
Schauversuch. (Er wird unter einem Becherglas durchgeführt, um Staubemissionen sich
zu vermeiden.) Aus Ammoniumdichromat entsteht beim Erwärmen Stickstoff, Wasser
und das Oxid des dreiwertigen Chroms. Der austretende Stickstoff und das
verdampfende Wasser wirken als Treibgase, die das Grünpigment zu einem lockeren
Pulver aufblähen. In dem Versuch werden den Studierenden bereits die beiden
bedeutenden Oxidationsstufen + VI und + III des Chroms vorgestellt. Mit dem Produkt
lernen sie gleichzeitig ein wichtiges anorganisches Grünpigment kennen.
Das hochreine Pulver wird durch ein geeignetes Aufschlussverfahren in eine
lösliche Chromverbindung übergeführt, die mit Oxalat zu einem oktaedrisch
aufgebauten Chelatkomplex des dreiwertigen Chroms reagiert, der in Form seines
Kaliumsalzes, K 3 [Cr(C 2 O 4 ) 3 ], isoliert und IR-spektroskopisch identifiziert wird [24]. Der
Stoff wird gemeinsam mit seiner Mutterlauge auf an anderer Stelle im Praktikum
einsetzbares Kalium(di)chromat aufbereitet.

29
∆T
Aufschluss
(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 Cr 2 O 3 lösliche Chrom-Verbindung
- N 2 ; - 4 H 2 O
K 2 C 2 O 4
Oxidation
K 2 Cr 2 O 7 K 2 CrO 4 K 3 [Cr(C 2 O 4 ) 3 ]
- H 2 O
Abb. 7: Versuche zur Chemie des Chroms, verknüpft zu einer Kette
H +
Für den Aufschluss des unlöslichen Cr 2 O 3 und die oxidative Gewinnung von
Kalium(di)chromat bieten sich mehrere Möglichkeiten an. Die Besonderheit des
Darmstädter Praktikums besteht darin, dass die Studenten keine detaillierte
Versuchsvorschrift, sondern nur verschiedene Vorschläge zur -durchführung bekommen
und selbst den besten Syntheseweg in Hinblick auf Chemikalien-, Energie- und
Zeitaufwand, Produktausbeute und -reinheit und Gesichtspunkte des Umweltschutzes
suchen sollen. Da es eine typische Aufgabe in ihrem späteren Berufsleben ist, Verfahren
zu optimieren, sollte es u. a. auch ein Ziel der Ausbildung der angehenden Chemieingenieure
sein, sie in der kritischen Beurteilung der Vor- und Nachteile möglicher
Herstellungsverfahren zu schulen und sie davon zu überzeugen, dass eine optimierte
Synthese der Ökonomie und Ökologie gleichermaßen zugute kommt
(Versuchsoptimierung als Lernziel, [25]).
Aufgrund seines amphoteren Charakters kann Cr 2 O 3 grundsätzlich sauer und basisch
aufgeschlossen werden.
Der saure Aufschluss erfolgt in einer KHSO 4 -Schmelze und liefert wasserlösliches
Chrom(III)-sulfat. Der Umsatz ist allerdings gering. Der Großteil des Grünpigments
reagiert selbst nach langer Schmelzdauer nicht ab und bleibt beim Auswaschen des
Schmelzkuchens mit Wasser unverändert als Rückstand. Auch der Aufschluss mit heißer
konzentrierter Schwefelsäure liefert kein besseres Ergebnis. Da es hierbei durch Siedeverzüge
leicht zum Verspritzen der Flüssigkeit kommen kann, ist die Vorgehensweise
außerdem schon aus Sicherheitsgründen abzulehnen.
Der basische Aufschluss, der mit einer 1:1-Mischung von Soda und Pottasche
durchgeführt wird, hat ebenfalls Nachteile. Da der Einsatz eines Gebläsebrenners zum
Erzielen einer Schmelze erforderlich ist, ist der Aufschluss sehr energieintensiv.
Außerdem verläuft er wie der saure Aufschluss nicht vollständig, d.h., etwas Cr 2 O 3
bleibt nach dem Auswaschen des Schmelzgutes mit Wasser unverändert zurück.
Schließlich liegt das aufgeschlossene Chrom im Filtrat nicht in einheitlicher Form vor,
sondern als [Cr(OH) 4 ] − und CrO 4 2− . Letzteres bewirkt die gelbe Farbe des Wassers und
ist auf die Oxidation des dreiwertigen Metalls durch Sauerstoff an der
Phasengrenzfläche zwischen Schmelze und Luft zurückzuführen. (Vgl.: In der Technik
werden Chrom(III)-Erze, z. B. Chromeisenstein, in einem Drehrohrofen in der
Carbonatschmelze durch eingeblasenen Sauerstoff in Chromat(VI) übergeführt.)
Die Aufschlussmethode der Wahl ist die Oxidationsschmelze des Grünpigments mit
KNO 3 . Anders als beim sauren und basischen Aufschluss ist der tiefrote Schmelzkuchen
in Wasser vollständig löslich, das dreiwertige Chrom also quantitativ in lösliches
Chromat(VI) übergeführt worden:

30
Cr 2 O 3 + 3 KNO 3 → 2 CrO 3 + 3 KNO 2
Der in Wasser gelöste Kuchen der Oxidationsschmelze wird mit einer
Kaliumoxalat/Oxalsäure-Mischung versetzt, wobei sechswertiges Chrom zu
dreiwertigem reduziert, gleichzeitig Oxalat zu Carbonat oxidiert und anschließend das
dreiwertige Metall durch überschüssiges Oxalat komplexiert wird:
K 2 Cr 2 O 7 + 5 K 2 C 2 O 4 + 4 H 2 C 2 O 4 → 2 K 3 [Cr(C 2 O 4 ) 3 ] + 6 KHCO 3 + H 2 O
Beim Abkühlen der eingeengten Reaktionslösung kristallisiert schwarzgrünes
Oxalatochromat(III) aus. Es erfordert von den Praktikanten etwas Fingerspitzengefühl,
die gebildeten Kristalle rechtzeitig zu isolieren. Wenn nämlich zu lange gewartet wird,
fällt auch das in der Reaktionslösung noch in großen Mengen vorhandene
Aufschlussmittel KNO 3 aus und verunreinigt das Wunschprodukt.
Nach der IR-spektroskopischen Untersuchung des Komplexes wird dieser in seine
Mutterlauge zurückgegeben und auf Kalium(di)chromat aufgearbeitet. Hierzu gibt es
verschiedene Möglichkeiten.
Durch Eindampfen der Lösung und Aufschmelzen des Rückstandes mit KNO 3
gelingt zwar eine quantitative Oxidation des dreiwertigen Chroms unter gleichzeitiger
Zerstörung der Ligandmoleküle, doch lässt sich aus der wässrigen Lösung des
Schmelzkuchens nur ein K 2 Cr 2 O 7 kristallisieren, das mit KNO 3 stark verunreinigt und
deshalb für präparative Anwendungen nicht geeignet ist.
Alternativ ermöglicht eine Behandlung des wässrigen Syntheserestes mit
KOH/H 2 O 2 die Gewinnung von sechswertigem Chrom. Eine Aufarbeitung der
Reaktionslösung ist aber mit den gleichen Schwierigkeiten verbunden wie die oben
beschriebene des aufgelösten Kuchens der Oxidationsschmelze: das mit Methanol
ausgefällte K 2 CrO 4 bzw. das nach Ansäuern mit Schwefelsäure und Kristallisation
erhaltene K 2 Cr 2 O 7 ist stark KNO 3 -haltig.
Besser ist es, die wässrigen Synthesereste zunächst nicht oxidierend zu behandeln
und mit Kalilauge nur leicht zu alkalisieren, um Cr(OH) 3 auszufällen. Das Absaugen
und Auswaschen des Hydroxidschlammes ist zwar sehr zeitaufwendig und liefert in der
Regel ein Filtrat, das durch besonders kleine durchs Filterpapier gelaufene
Hydroxidpartikel trübe ist und zwecks Reinigung noch mit Aktivkohle nachbehandelt
werden muss bevor es verworfen werden darf, hat aber den großen Vorteil, eine
Chrom(III)-Verbindung zu liefern, die frei von anderen Salzen (Nitrat, Nitrit, Oxalat) ist.
Wenn man den Filterkuchen in Kalilauge mit H 2 O 2 versetzt, resultiert eine gelbe
Chromat(VI)-Lösung, aus der durch Zugabe von Methanol für präparative Zwecke
ausreichend reines K 2 CrO 4 (95 % Reinheit) ausgefällt werden kann. Dieses kann dann in
verdünnter Schwefelsäure gelöst und als K 2 Cr 2 O 7 (90 % Reinheit) auskristallisiert
werden.
Diese Vorgehensweise ist besser, als wenn die KOH/H 2 O 2 -Oxidationslösung direkt,
d.h. ohne Fällen und Isolieren des K 2 CrO 4 , mit Schwefelsäure angesäuert und abgekühlt
wird. In diesem Fall führt nämlich erneut das Mitkristallisieren anderer Salze zu ganz
erheblichen Verunreinigungen des resultierenden Dichromats. Nachteilig ist lediglich,
dass durch die Verwendung von Alkohol als Fällungsmittel ein Alkohol/Wasser-
Gemisch übrigbleibt, das in einem zusätzlichen Verfahrensschritt destillativ auf
wiederverwertbaren Alkohol aufbereitet werden muss. Wichtig ist es deshalb, als
Fällungsmittel nicht Ethanol, sondern Methanol zu verwenden. Dieser ist zwar giftiger,
aber aufgrund seines niedrigeren Siedepunktes leichter vom Wasser trennbar als das
höhersiedende Ethanol. Die Grobdestillation kann einfach und schnell am
Rotationsverdampfer durchgeführt werden, während bei Verwendung von Ethanol eine

31
zeit- und energieaufwendige Rektifikation über eine Vigreux-Kolonne nötig wäre (vgl.
2.7.2).
Chemie des Nickels: Grünes Hexaquonickelchlorid reagiert mit Ammoniak zu blauem
Hexamminnickelchlorid, dieses mit Kaliumoxalat zu türkisblauem Nickeloxalat
(Chelateffekt), das beim Abkühlen der Lösung als [NiC 2 O 4 ⋅2H 2 O] n auskristallisiert. Bei
Zugabe von Aminoessigsäure bildet sich ein blassblauer löslicher Nickel-Glycin-
Neutralkomplex. Aus dessen Lösung fällt mit Acetylaceton Ni(acac) 2 ⋅2H 2 O aus, ein
Oktaederkomplex mit trans-stehenden Aquoliganden. Besonders faszinierend ist es
zuzusehen, wie sich dieser hellblaue Feststoff mit Diacetyldioxim innerhalb von knapp
10 Minuten in himbeerrotes festes Ni(dmglH) 2 umwandelt. Mit dem sechszähnigen
Chelatliganden EDTA lässt sich das Nickel als blassblaues NiEDTA 2− wieder in Lösung
bringen (s. Abb. 8).
Wie man sieht, ist die Versuchskette so konzipiert, dass in der Folgereaktion
entweder ein basischerer Ligand einen vorliegenden weniger basischen oder ein mehrzähniger
Ligand vorliegende weniger-zähnige Liganden vom zentralen Nickelion
verdrängt.
Am Ende der Kette liegt der besonders stabile Ni-EDTA-Komplex in einer Lösung
vor, die gleichzeitig durch die zuvor verwendeten Ligandmoleküle stark organisch
belastet ist. Die Rückgewinnung von Nickelchlorid ist experimentell anspruchsvoll,
verlangt sorgfältiges Arbeiten und vermittelt gleichzeitig Grundregeln des Recyclings
und der Abwassertechnik (s. Abb. 9).
[Ni(H 2 O) 6 ]Cl 2
NH 3
[Ni(NH 3 ) 6 ] 2+
C 2 O 4
2−
[NiC 2 O 4 ⋅ 2 H 2 O] n
H 2 NCH 2 COO −
Ni(H 2 NCH 2 COO) 2
acac −
Ni(acac) 2 ⋅ 2 H 2 O
dmglH −
Ni(dmglH) 2
EDTA
[NiEDTA] 2−
Abb. 8: Komplexchemie des Nickels in einer Versuchskette

32
Die Nickelkomplexlösung wird mit Schwefelsäure angesäuert. Dabei werden die
Liganden protoniert und verlieren die Fähigkeit, sich an das Übergangsmetallion zu
binden. Dies ist optisch daran zu erkennen, dass die angesäuerte Reaktionsmischung die
für Hexaquonickelchlorid typische giftgrüne Farbe annimmt. Einige der protonierten
Ligandmoleküle sind schlecht löslich, z. B. H 4 EDTA und Diacetyldioxim, und fallen als
Feststoffe aus. Andere bleiben gelöst, z. B. Glycin und Oxalsäure. Acetylaceton ist
flüssig, mit Wasser nicht mischbar und bildet daher auf der Oberfläche einen öligen
Film. Durch Filtration gelingt bereits die Abtrennung einiger der organischen Stoffe.
Durch Zusatz von Aktivkohle ist eine weitere Reinigung des Filtrats möglich. Einige der
gelösten Organika werden an der Kohlenoberfläche adsorbiert und mit dieser abfiltriert.
Zusatz von Aktivkohle und H 2 O 2 (Kombination von Adsorption und oxidativer
Zerstörung von Wasserinhaltsstoffen), Aufkochen und Filtration führen zu einer
Nickelchloridlösung, die frei von organischen Ligandmolekülen ist. Aus dieser kann
Ni(OH) 2 ausgefällt und mit Salzsäure in NiCl 2 rückverwandelt werden, womit der
Synthesekreislauf geschlossen ist.
NiEDTA 2− H 2 SO 4
+ NiSO 4 + protonierte Ligandmoleküle
diverse Ligandmoleküle
1. Abfiltrieren
2. Adsorption an Aktivkohle
3. Oxidative Zerstörung mit H 2 O 2
4. Fällen von Ni(OH) 2
HCl
Abb. 9: Recycling von Nickelchlorid
NiCl 2
Ein weiterer Versuchszyklus (s. Abb. 10) zur Nickel-Chemie beginnt mit der
Reaktion von Nickelchlorid mit Ammoniak. Das tiefblaue Produkt wird isoliert, durch
komplexometrische oder gravimetrische Bestimmung seines Ni- und durch
acidimetrische Bestimmung seines NH 3 -Gehaltes charakterisiert und dann mit
Natronlauge zu Nickelhydroxid verkocht. Dabei frei werdendes Ammoniakgas wird in
Schwefelsäure aufgefangen, so dass eine Emission in die Luft vermieden wird
(Umweltschutz durch Abgaswäsche). Da die in den Waschflaschen vorgelegte
überschüssige Menge an H 2 SO 4 bekannt ist, kann durch Rücktitration bestätigt werden,
dass die theoretisch zu erwartende Menge Ammoniak auch tatsächlich freigesetzt und
danach absorbiert wurde.
Das Nickelhydroxid lässt sich mit Säure problemlos in gängige Nickelsalze
überführen. Mit Salzsäure wird das anfangs eingesetzte Nickelchlorid direkt recycelt.
Im Praktikum ist es empfehlenswert, das Ni(OH) 2 zunächst mit Essigsäure in
Nickelacetat umzuwandeln und aus diesem dann mit Salzsäure Nickelchlorid zu
generieren. Durch diese Vorgehensweise wird das Reaktionsprinzip verdeutlicht, dass
eine stärkere Säure (hier HCl) eine schwächere (hier HAc) aus ihrem Salz verdrängen
kann.

33
NH 3
NiCl 2 [Ni(NH 3 ) 6 ]Cl 2
HCl
NaOH
HAc
NiAc 2 Ni(OH) 2
+
6 NH 3 Absorption in Schwefelsäure
( → (NH 4 ) 2 SO 4 )
Abb. 10: Geschlossener Synthesekreislauf zur Chemie des Nickels unter Berücksichtigung der
Luftreinhaltung durch Gaswäsche
Chemie des Kupfers: Die in Abbildung 11 gezeigte Versuchskette zur Komplexchemie
des Kupfers beginnt mit der Umsetzung von Kupfervitriol mit Ammoniak zum
tiefblauen, quadratisch planar aufgebauten Kupfertetrammin-Komplex. Die Reaktionslösung
wird anschließend mit Kaliumoxalat versetzt. Zwei der Chelatliganden verdrängen
die vier Amine vom zentralen Kupferion und ein türkisblauer Komplex fällt
aus. Zugabe von Glycin liefert eine blaßblaue Kupferglycinatlösung. Bei dieser Reaktion
wird das zweizähnige Oxalat gegen das ebenfalls zweizähnige, aber wegen seiner
Aminfunktion stärker basische Glycinat ausgetauscht. Acetylacetonat fällt das Kupfer
aus der Komplexlösung wieder aus. Triebkraft dieser Reaktion ist die Ausbildung von
resonanzstabilisierten Sechsringmetallacyclen im resultierenden Kupferbisacetylacetonat.
Mit EDTA kann das Kupfer schließlich unter Ausnutzung des Chelateffektes
als CuEDTA 2− in Lösung gebracht werden.
CuSO 4 ⋅ 5 H 2 O
NH 3
[Cu(NH 3 ) 4 ] 2+
C 2 O 4
2−
1. HNO 3
2. NaOH [Cu(C 2 O 4 ) 2 ] 2−
3. H 2 SO 4
H 2 NCH 2 COO −
Cu(H 2 NCH 2 COO) 2
acac −
Cu(acac) 2
Cu
Fe, Al oder Mg
EDTA
[CuEDTA] 2−
Abb. 11: Komplexchemie des Kupfers in einer Versuchskette und Recycling von Kupfervitriol

34
In dieser Eintopf-Versuchskette tauchen die gleichen komplexchemischen
Elementar-reaktionen auf wie in der oben beschriebenen Nickel-Kette. Wie dort reicht
eine geringe Stoffmenge aus, und es entstehen keine Verluste.
Die Rückgewinnung von Kupfervitriol aus CuEDTA 2− kann in direkter Anlehnung
an die von NiCl 2 ⋅6H 2 O aus NiEDTA 2− erfolgen: Ansäuern der Komplexlösung,
Abfiltrieren, Adsorbieren und oxidatives Zerstören der protonierten Ligandmoleküle,
danach Ausfällen von Cu(OH) 2 und Lösen mit Schwefelsäure zu CuSO 4 . Um das
Praktikum methodisch zu erweitern, ist es aber sinnvoller, einen anderen Recyclingweg
einzuschlagen, der über die Zementation von elementarem Kupfer als Zwischenprodukt
verläuft.
Die CuEDTA 2− -Lösung kann z.B. angesäuert, von ausgefallenen protonierten
Ligandmolekülen durch Filtration befreit und dann mit Eisenpulver versetzt werden. Das
unedle Eisen reduziert das zweiwertige Kupfer zum nullwertigen und wird im Gegenzug
selbst oxidiert (Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu).
Praktischer ist es, die Zementation direkt in der stark alkalischen Komplexlösung
durchzuführen. Dazu eignet sich das unedle Metall Aluminium.
In beiden Fällen werden die giftigen Kupferionen in der Lösung gegen ungiftigere
Metallionen (Fe 2+/3+ , Al 3+ ) ausgetauscht, so dass das kupferfreie Filtrat verworfen
werden kann. Gleichzeitig wird mittels eines billigen Metalls das wertvollere Halbedelmetall
Kupfer gewonnen. Die Vorgehensweise kommt also Ökologie und Ökonomie
gleichermaßen zugute.
Das gewonnene Kupfer kann mit Salpetersäure oxidiert, dann mit Natronlauge als
Cu(OH) 2 gefällt und dieses mit Schwefelsäure zu CuSO 4 gelöst und als Kupfervitriol
kristallisiert werden, womit der Versuchszyklus geschlossen ist.
Eine repräsentative Chemie des Kupfers kann z. B. auch anhand der folgenden
Einzelversuche vermittelt werden:
CuSO 4
CuSO 4
NH ⎯⎯⎯→ 3
[Cu(NH3) 4 ]SO 4 Cu-Nachweisreaktion
K CO
2 2 4
⎯⎯⎯⎯→
K 2 [Cu(C 2 O 4 ) 2 ]
Chelatkomplex
CuSO 4 ⎯
Fe
⎯→
Cu Zementation
CuSO 4
⎯⎯⎯⎯
KOCN
→ K[Cu(OCN) 3] Doppelsalz
CuSO 4 ⎯
Cu
⎯→
CuCl Komproportionierung.
Nachteilig bei der Durchführung dieser fünf Experimente ist, dass fünfmal Kupfervitriol,
also eine recht große Menge, als Ausgangsstoff verbraucht wird und fünf Produkte mit
fünf Mutterlaugen entstehen, für die es im Praktikum kaum Verwendung gibt, so dass
eine Entsorgung als Sondermüll unumgänglich ist.
Wenn man die Einzelversuche jedoch zu einem Netzwerk verknüpft, bei dem das
Produkt des ersten Versuchs gleichzeitig Edukt des zweiten Versuchs, usw. ist, kann
Kupfervitriol gespart und die Abfallmengen können erheblich reduziert werden, so dass
das Praktikum insgesamt umweltgerechter und kostengünstiger wird. In Abbildung 12
ist ein geschlossener Synthesekreislauf ohne Kupferabfälle gezeigt.

35
CuSO 4
NH 3
[Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 + ML
KOCN K 2 C 2 O 4
KCu(OCN) 3
K 2 [Cu(C 2 O 4 ) 2 ] + ML
HCl
∆T
2 4
CuCl 2 CuO + K 2 CO 3
O CuO
1. (RO) 2 POH
2. H 2 SO 4 NaOH HCl
CuCl 2 CuCl 2
CuCl 2 + KCl
HCl
O 2 O 2 Fe
Fe
ML + CuCl
Cu
+
Fe 2+ 1. H 2 O 2
2. Naacac
Fe(acac) 3
Abb. 12: Geschlossener Synthesekreislauf zur Chemie des Kupfers,
ML = Mutterlauge, = isolierte Präparate
Cp 2 Fe
NaC 5 H 5
Kupfersulfat reagiert mit Ammoniak zum tiefblauen Kupfertetrammin-Komplex.
Die Verbindung wird isoliert und mit Kaliumoxalat in türkisblaues Kaliumoxalatocuprat
übergeführt, durch Weiterverwendung also sinnvoll „entsorgt“. Bei der Reaktion
verdrängt ein zweizähniges Ligandmolekül (Oxalat) zwei einzähnige Liganden (NH 3 )
vom Zentralatom.
Der Oxalatokomplex wird anschließend zu Kupferoxid, Pottasche, Kohlendioxid
und Wasser pyrolysiert. Die Vollständigkeit der Zersetzung lässt sich über die Gewichtabnahme
kontrollieren. Der Tiegelrückstand löst sich in Salzsäure zu Kupfer- und
Kaliumchlorid, CO 2 wird ausgetrieben. Durch Zugabe von Eisenpulver wird elementares
Kupfer zementiert. Hier wird eine Reaktion vorgestellt, die auch bei der technischen
Kupfer-Gewinnung von großer Bedeutung ist.
Die Mutterlaugen der Kupfertetrammin- und Oxalatocuprat-Synthesen werden
ebenfalls mit Eisen behandelt, so dass eine zweite (kleinere) Fraktion Kupfer erhalten
wird. Die Filtrate der Kupfergewinnung enthalten nur noch ungiftige Eisenionen und
können bedenkenlos in den Ausguss gegeben werden. Sie können aber auch nach

36
Zugabe von Wasserstoffperoxid (um das Eisen vollständig in die dreiwertige Stufe zu
bringen) mit Acetylaceton und Natronlauge versetzt werden, um Eisentrisacetylacetonat
als Ausgangsstoff für beispielsweise die Ferrocen-Synthese zu gewinnen und damit eine
Querbeziehung zu der zuvor beschriebenen Eisenchemie herzustellen.
Das durch Zementation erhaltene Kupfer wird mit zweiwertigem Kupfer zu
einwertigem komproportioniert und als CuCl gefällt. Die Cu 2+ -Ionen kommen von dem
zweiten Gleis des in Abb. 12 gezeigten Zyklus. Hier wird Kupfervitriol mit
Kaliumcyanat versetzt, wobei das Doppelsalz KCu(OCN) 3 auskristallisiert. Dieses wird
nach Isolierung in seine Mutterlauge zurückgegeben und mit Salzsäure zu Kupfer-,
Kalium- und Ammoniumchlorid und CO 2 hydrolysiert. Der Reaktion liegt das Prinzip
zugrunde, dass eine starke Säure (HCl) eine schwächere (HOCN) aus ihrem Salz zu
verdrängen vermag.
Um das bei der anschließenden CuCl-Synthese (s. auch 2.4.2) störende
Ammoniumchlorid abzutrennen, wird die Reaktionslösung mit Natronlauge gekocht,
wobei schwarzes CuO ausfällt. Dieses wird mit Salzsäure zu CuCl 2 gelöst und dann mit
dem Kupfer aus den ersten Versuchen versetzt.
CuCl ist eine repräsentative Verbindung des einwertigen Kupfers (d 10 -System) mit
Zinkblendestruktur. Sie lässt sich nach verschiedenen Methoden in Kupfervitriol
zurückführen (s. 2.7.1), womit der Kreislauf geschlossen ist.
Chemie des Cobalts: Die Synthesen von Thénards Blau (vgl. 2.4.1) und Rinmanns
Grün sind in ein größeres Netzwerk integriert, das in Abbildung 13 gezeigt ist.
Die Spinelle werden aus Cobaltchlorid oder -nitrat und Aluminium- und Zinkresten
aus anderen Praktikumversuchen hergestellt. Dies sind entweder Kalialaun, ein zuvor
aus Aluminium- und Kaliumsulfat kristallisiertes Doppelsalz, oder Aluminiumreste aus
Friedel-Crafts-Reaktionen bzw. Zinkreste aus Clemmensen-Reduktionen, die im
organischen Praktikum als Nebenprodukte anfallen (s. 2.6.3).
Durch Verknüpfen der Stoffflüsse zweier verschiedener Praktika bleiben dem
OC-Praktikum Entsorgungskosten erspart und das AC-Praktikum braucht keine
Aluminium- und Zinksalze zu kaufen. Gleichzeitig profitiert die Umwelt, da Reste als
Wertstoffe weiterverwendet werden und nicht als Abfälle entsorgt zu werden brauchen.
Aus der Kalialaunlösung wird durch zugesetzte Base Aluminiumhydroxid
ausgefällt. Ebenso kann aus der stark sauren aluminiumhaltigen wässrigen Phase der
Aufarbeitung von Alkylierungs- oder Acylierungsreaktionen nach Friedel-Crafts
Al(OH) 3 ausgefällt werden. Dieses ist aufgrund adsorbierter organischer Stoffe stark
verunreinigt und dunkel gefärbt. Die folgende Spinellsynthese wird aber nicht
beeinträchtigt, da die Organika bei der hohen Reaktionstemperatur verbrennen.
Durch Zugabe von Soda zu der stark salzsauren, zinkhaltigen wässrigen Phase von
Clemmensen-Reduktionen wird basisches Zinkcarbonat ausgefällt.
Das frisch gefällte Al(OH) 3 bzw. ZnCO 3 ist sehr feinteilig. Deshalb kann durch
Versetzen des Schlamms mit einer Cobaltnitrat bzw. -chloridlösung eine sehr homogene
Mischung erzeugt werden. Dies ist günstig, denn die folgende Spinellbildung ist - wie
bereits in 2.4.1 erwähnt - eine diffusionskontrollierte Reaktion, die dann besonders zügig
abläuft, wenn die Ausgangsstoffe gut gemischt sind. Nach dem Trocknen der feuchten
Massen und anschließendem Erhitzen auf ca. 1000 °C (CoAl 2 O 4 ) bzw. 600 °C
(ZnCo 2 O 4 ) resultieren Pigmente, deren Ausbeute und Qualität deutlich besser ist, als
wenn festes Cobalt- mit festem Aluminium- bzw. Zinksalz verrieben und die Mischung
dann erhitzt wird.

37
Clemmensen-Reduktionen Friedel-Crafts-Reaktionen K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4 ) 3
Zn 2+ -Reste Al 3+ -Reste KAl(SO 4 ) 2
Na 2 CO 3
NH 3
ZnCO 3 Al(OH) 3
CoCl 2 ∆ T ∆ T Co(NO 3 ) 2
ZnCo 2 O 4 CoAl 2 O 4
KHSO 4 -Schmelze
Co 2+ /Zn 2+ /Al 3+ - Sulfate
HCl
NaOH
Co(OH) 2
1. HCl, NaAc
2. KNO 2
NaOH
Co(OH) 2 K 3 [Co(NO 2 ) 6 ]
Abb. 13: Cobalt-Spinelle, integriert in ein Synthese-Netzwerk
Die Spinelle sind in Wasser unlöslich, können aber in einer KHSO 4 -Schmelze
aufgeschlossen werden (vgl. „saurer Aufschluss“ in der qualitativen Analyse). Es
resultiert eine wasserlösliche Mischung der Metallsulfate, aus der Co(OH) 2 durch
Zugabe überschüssiger Natronlauge ausgefällt werden kann. Aluminium- und Zinkionen
bleiben im stark alkalischen Medium als [Al(OH) 4 ] − bzw. [Zn(OH) 4 ] 2− in Lösung. Das
abgetrennte Co(OH) 2 wird im schwach sauren, acetatgepufferten Medium gelöst und mit
Kaliumnitrit versetzt. Es bildet sich gelbes Hexanitrocobalt-(III)-at, das als Kaliumsalz
schwerlöslich ist. Mit Natronlauge kann es zu Co(OH) 2 verkocht werden, aus dem sich
mit Salzsäure Cobaltchlorid recyclieren lässt, womit der Cobalt-Kreislauf geschlossen
ist.

38
Chemie des Zinns: Je weiter ein Element im Periodensystem unten steht, desto stärker
ist sein metallischer Charakter ausgeprägt und desto mehr nimmt eine niedrigere
Wertigkeit als die übliche Gruppenwertigkeit an Bedeutung zu. Dieser Lehrsatz wird
beim Übergang vom Silizium zum Zinn deutlich. Die im folgenden vorgestellte Sn-
Chemie spiegelt sowohl den metallischen ( Sn, SnCl 2 , SnI 2 , Sn-Komplexe) als auch
nichtmetallischen (SnO 2 , SnCl 4 , SnI 4 ) Charakter des Elements wider.
Besonders geeignet sind die Versuchsketten
Sn → SnCl 2 ⋅ 2 H 2 O → SnCl 2 → SnCl 4 → Sn-(IV)-Komplex
und
Sn → SnI 2 → SnI 4 → Sn-(IV)-Komplex.
Zinnpulver wird mit Salzsäure zu Wasserstoff und SnCl 2 umgesetzt, welches als
Dihydrat kristallisiert. Das Kristallwasser lässt sich durch Reaktion mit Essigsäureanhydrid
entfernen. Das wasserfreie feste SnCl 2 wird mit Chlor in flüssiges SnCl 4
übergeführt. Hier lernen die Studierenden nicht nur, wie das Zinn mit dem Wertigkeitwechsel
von zwei nach vier nichtmetallische Eigenschaften annimmt, sondern auch den
fachgerechten Umgang mit dem Giftgas Chlor, insbesondere die Absorption des Chlor-
Überschusses in Natronlauge und die anschließende Reduktion des entstandenen
Hypochlorits mit H 2 O 2 . Dem destillierten SnCl 4 werden abschließend basische
Reaktionspartner angeboten (THF, Oxalat, Chlorid, Hydroxid), so dass
Oktaederkomplexe des vierwertigen Zinns resultieren.
Ähnlich wird Zinnpulver im salzsauren Medium mit Iod zunächst zu gelbem SnI 2 ,
dieses mit weiterem Iod zu orangefarbenem SnI 4 oxidiert. Auch aus diesem Stoff lassen
sich Oktaederkomplexe des vierwertigen Zinns gewinnen.
Diese werden gesammelt und gemeinsam mehrfach mit Salpetersäure abgeraucht
und dadurch in Zinnstein übergeführt. Wässrige Mutterlaugen werden ebenfalls mit
HNO 3 gekocht, wobei weiterer Zinnstein anfällt. Aus diesem kann abschließend
carbothermisch elementares Zinn erzeugt werden, womit der Kreislauf geschlossen ist
(s. Abb. 14).

39
HCl Ac 2 O Cl 2
SnCl 2 ⋅ 2 H 2 O SnCl 2
C HNO 3 K 2 C 2 O 4
SnO 2 K 2 [Sn(C 2 O 4 ) 3 ]
I 2 /HCl I 2 KCl KCl THF
Sn SnI 2 SnI 4 K 2 [SnCl 6 ] SnCl 4 ⋅ 2 THF SnCl 4
KCl
I 2 /HAc NaOH NaOH
Na 2 [Sn(OH) 6 ]
Ac 2 O
NaOH/H 2 O 2
Cl 2
käuflich erhältliche Stoffe
Abb. 16: Versuche zur Chemie des Zinns
2.6.1.2 Versuche für den Schulunterricht [26]
Das Darstellen und Denken in Kreisprozessen spielt im Schulunterricht eine genauso
große Rolle wie in der chemischen Berufsausbildung. Die oben beschriebenen
Versuchsketten und Zyklen sind für den Schulunterricht präparativ zu anspruchsvoll und
zeitaufwendig. Deshalb werden im folgenden stark vereinfache Kreisprozesse
vorgeschlagen, die von Schüler selbst bearbeitet oder vom Lehrer im Reagenzglas in
weniger als einer Viertelstunde vorgeführt werden können.
Eisen-Chemie: In Abbildung 15 ist gezeigt, wie eine repräsentative Chemie des Eisens
(Oxidation- und Reduktionsverhalten, Fällungsreaktionen und Bildung verschiedener
Salze) zu einem Netzwerk verknüpft werden kann.
Die Schüler versetzen eine blassgrüne FeSO 4 -Lösung mit H 2 O 2 und beobachten
dabei eine Farbvertiefung nach gelb, die auf die Oxidation des zweiwertigen Eisens zum
dreiwertigen zurückzuführen ist. Zusatz von NaOH bewirkt die Ausfällung von braunem
Fe(OH) 3 . Tropfen die Schüler die Natronlauge hingegen direkt in die FeSO 4 -Ausgangslösung,
so erkennen sie die Bildung des blaugrünen Hydroxids des zweiwertigen Eisens.
Die erhaltene Suspension färbt sich nach Zugabe von H 2 O 2 braun, ein sicheres Indiz
dafür, dass erneut eine Oxidation des zweiwertigen Eisens stattgefunden hat. Die
Schüler isolieren den Fe(OH) 3 -Niederschlag, verteilen ihn auf drei Bechergläser und

40
erproben, wie sich aus ihm mit verschiedenen Mineralsäuren (HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 )
unterschiedliche Salze des dreiwertigen Eisens (Fe(NO 3 ) 3 , FeCl 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 ) herstellen
lassen. Die Eisennitrat- und -chlorid-Lösung dampfen sie ein und gewinnen die
entsprechenden Feststoffe. Die Eisen(III)-sulfat-Lösung versetzen sie mit Schwefliger
Säure, die das dreiwertige Eisen zum zweiwertigen reduziert, was für die Schüler allein
schon dadurch sichtbar wird, dass die Reaktionslösung die Farbe der ursprünglich
eingesetzten FeSO 4 -Lösung annimmt. Der Synthesekreislauf ist damit geschlossen, die
FeSO 4 -Lösung wird vom Lehrer aufbewahrt und kann später weiterverwendet werden.
Vorteilhaft bei diesem Versuch ist, dass im Falle von experimentellen Fehlern, z. B.
Verschütten von Lösungen, die ökologisch unproblematischen Reste bedenkenlos
weggespült werden können.
FeSO 4
SO 2 H 2 O 2 NaOH
Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe(OH) 2
H 2 SO 4 NaOH H 2 O 2
Fe(OH) 3
HNO 3
HCl
Fe(NO 3 ) 3 FeCl 3
Abb. 15: Versuche zur Eisen-Chemie
Calcium-Chemie: Die Schüler versetzen eine Calciumchlorid- mit einer Kaliumoxalat-
Lösung und fällen dadurch schwerlösliches Calciumoxalat aus. In diesem Experiment
lernen sie eine für die qualitative und quantitative Analyse von Calcium wichtige
Nachweisreaktion kennen. Der weiße Niederschlag wird in einem Tiegel stark erhitzt.
Eine kleine Menge des Pyrolyserückstands setzt beim Zutropfen von Salzsäure ein Gas
frei, das in Barytwasser eingeleitet einen charakteristischen weißen Niederschlag
erzeugt, womit den Schülern bewiesen wird, dass das Calciumoxalat beim Erhitzen in
Kalkstein übergegangen ist. Das restliche CaCO 3 wird mit HCl vollständig in Lösung
gebracht, aus der nach dem Eindampfen wiederverwertbares CaCl 2 auskristallisiert (s.
Abb. 16).
K 2 C 2 O 4
CaCl 2 CaC 2 O 4
HCl
∆T
CaCO 3
Abb. 2: Kreislauf zur Calcium-Chemie

41
Kupfer-Chemie: Eine Kupfersulfat-Lösung wird bei Zugabe von Ammoniak tiefblau.
Der bekannte Tetramminkupfer-Komplex lässt sich sowohl mit Schwefelsäure, als auch
mit Natronlauge zerstören. Im ersten Fall werden die Ligandmoleküle protoniert und
verlieren damit ihre Fähigkeit, sich an das Übergangsmetall anzulagern. Die
Reaktionslösung hat wieder die Farbe der Ausgangslösung. Im zweiten Fall verdrängen
OH - -Ionen die weniger basischen NH 3 -Moleküle und blassblaues Cu(OH) 2 fällt aus, das
beim Erhitzen zu schwarzem CuO entwässert wird. Die Reaktionslösungen werden von
den Schülern folgendermaßen aufbereitet: Die schwefelsaure und ammoniumsulfathaltige
CuSO 4 -Lösung wird mit Eisenpulver versetzt, welches das zweiwertige Kupfer
zum nullwertigen reduziert, was an der Bildung von Kupfer-Flocken deutlich zu
erkennen ist. Diese werden abfiltriert, das kupferfreie Filtrat wird verworfen. Bei der
anschließenden Behandlung des Kupfers mit Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid
entsteht wieder eine CuSO 4 -Lösung mit ihrer charakteristischen Farbe. Das schwarze
CuO wird ebenfalls abfiltriert und geht mit Schwefelsäure direkt als CuSO 4 in Lösung.
Beide Versuchszyklen sind damit geschlossen (s. Abb. 17).
H 2 SO 4 /H 2 O 2 H 2 SO 4
Cu CuSO 4 CuO
Fe NH 3 ∆T
H 2 SO 4
NaOH
CuSO 4 [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 Cu(OH) 2
Abb. 17: Kreisläufe zur Kupfer-Chemie
2.6.2 Chemie rund um die Benzoesäure [27]
Etwa zeitgleich zu den Entwicklungsarbeiten an der Fachhochschule Darmstadt wurde
im Ausbildungslaboratorium für Chemielaboranten der Firma Boehringer Mannheim ein
abfallreduziertes organisches Praktikum „Rubenz“ (Rund um die Benzoesäure)
konzipiert. Der Name drückt aus, dass die Benzoesäure, ein technisch wichtiges
Zwischenprodukt und Konservierungsmittel, die zentrale Verbindung dieses Praktikums
darstellt, die entweder synthetisiert wird oder als Ausgangssubstanz für weitere
Synthesen dient, so dass viele Stoffe im Kreis geführt und daher Chemikalien und
Kosten gespart sowie Abfälle vermieden werden (s. Abb. 18).

42
CHO
CH 2 OH
NaOH
COCl
K 2 CO 3
KMnO4
SOCl 2 NH3
NH 3
CH 2 Cl CO 2 H CN
CONH 2
NaOH
PCl 5
KMnO 4
SO CH 3 OH/H 2 SO 2 Cl 2 /AIBN
4
NaOH
CH 3 COCH 3
1. Mg
2. CO 2
Br
Br 2 /Fe
HNO 3 /
1. NaNO 2
H 2 SO 4 2. CuBr
NO 2 NH 2
Fe/HCl
Abb. 18: Chemie rund um die Benzoesäure
Organisatorisch läuft das Praktikum folgendermaßen ab: Ein Auszubildender führt z.
B. die Seitenkettenoxidation von Toluen durch und gibt die so präparierte Benzoesäure
zum Testat ab. Nach Reinheitskontrolle wird das Produkt für einen Folgeversuch,
beispielsweise eine Veresterung, freigegeben. Aus dem resultierenden Benzoesäureester
kann ein anderer Schüler dann durch Verseifung die Säure recyceln. Organische
Lösemittel werden destillativ zurückgewonnen, Abwässer entsprechend ihren
Inhaltsstoffen an Ende einer Praktikumwoche gruppenweise aufbereitet. Dafür ist
ausreichend Praktikumzeit reserviert.
Die Richtlinien für die Chemielaborantenausbildung werden in Hinblick auf
praktische und theoretische Lerninhalte voll erfüllt. Auch die darin vorgeschriebene
Reaktions-sequenz Benzen → Nitrobenzen → Anilin, die vor allem den korrekten
Umgang mit Giftstoffen vermitteln soll, lässt sich an das Kreiskonzept anbinden, indem
Anilin durch eine Sandmeyer-Reaktion in Brombenzen und dieses in die Grignard-
Verbindung Phenlymagnesiumbromid übergeführt wird, welche abschließend mit
Kohlenstoffdioxid Benzoesäure liefert.
Kreisprozesse funktionieren naturgemäß nur dann, wenn die Ausbeuten der
Einzelreaktionen hoch und die Anteile unerwünschter Nebenprodukte minimal sind.
Einige der in Abbildung 18 vorgeschlagenen Teilreaktionen liefen in dieser Hinsicht
noch nicht zufriedenstellend. Hier setzte eine mit der Fachhochschule Darmstadt
gemeinsam durchgeführte Diplomarbeit an, in der die Einzelschritte systematisch
verbessert wurden. Gesichtspunkte der Luft- und Wasserreinhaltung wurden ebenfalls

43
berücksichtigt. Weiterhin wurden die Auszubildenden beim Arbeiten beobachtet, um
typische Experimentierfehler zu erkennen und diese bei der Formulierung optimaler
Versuchsvorschriften zu berücksichtigen.
Zwei für die Auszubildenden besonders lehreiche Verbesserungen sind im
folgenden beschrieben.
Benzonitril wird im Praktikum durch Dehydratisierung von Benzoesäureamid mit
Phosphor(V)-chlorid hergestellt. Eine hohe Ausbeute (ca. 80 %) erreicht man nur, wenn
man auf eine gute Durchmischung der Ausgangsstoffe achtet (darauf wurde in der
Vorschrift explizit hingewiesen!) und das entstehende Benzonitril kontinuierlich aus
dem Reaktionskolben abdestilliert, um dadurch das Gleichgewicht der Reaktion in
Richtung des Wunschproduktes zu verschieben. Der entstehende Chlorwasserstoff wird
durch Einleiten in Natronlauge unschädlich gemacht.
Bei der Sandmeyer-Synthese von Brombenzen aus Anilin verdienen die destillative
Gewinnung des Produktes und die Abwasserbehandlung Aufmerksamkeit. Es wurde
häufig beobachtet, dass die Schüler beim Austreiben des Produktes aus dem Reaktionskolben
mit Wasserdampf den Gasstrom viel zu hoch einstellen, so dass die Leistung des
Kühlers nicht ausreicht, um den gesamten Dampf zu kondensieren. Folglich gelangt ein
Großteil - von den Auszubildenden unbemerkt - über die Vorlage hinaus in den Abzug.
Dies bedeutet nicht nur einen Ausbeuteverlust, sondern auch eine erhebliche
Abluftbelastung. Durch Einsatz eines effektiveren Kühlers und vor allen die Angabe
eines definierten Wasserdampfstromes in der Versuchsanleitung konnten diese Probleme
weitgehend beseitigt werden. Der wässrige Rest aus dem Versuch ist kupferhaltig und
stark mit bromorganischen Verbindungen belastet. Durch Zusatz von Kalkmilch oder
Natronlauge wird das Kupfer als Hydroxid ausgefällt. Der Cu-Gehalt des Filtrates liegt
unterhalb der erlaubten Einleitgrenze von 1 ppm (vgl. 2.6.3). Durch weitere Behandlung
mit Aktivkohle sowie Bestrahlung mit UV-Licht in Gegenwart des Fotohalbleiters
Titandioxid gelingt es, auch den Gehalt an bromorganischen Verbindungen (AOX)
soweit abzusenken, dass es vertretbar ist, den Versuchsrest in das firmeneigene
Abwassernetz einzuspeisen. Mit der fotochemischen Abwasserreinigung erfährt das
Praktikum eine interessante methodische und inhaltliche Bereicherung (vgl. 2.10.2.1).
2.6.3 Aufbereitung anorganischer Reste aus der
Organischen Synthese [28]
Im organischen Praktikum werden zahlreiche anorganische Stoffe als Oxidations-,
Reduktionsmittel oder Katalysatoren eingesetzt. Nach durchgeführter Reaktion werden
die anorganischen Reste abfiltriert oder in einer sauren oder alkalischen wässrigen Phase
gelöst und so von dem gewünschten organischen Syntheseprodukt abgetrennt.
Die meisten Kochvorschriften geben keinerlei Hinweise darauf, was mit den
anorganischen Resten geschehen soll. In der Regel erfolgt die Sammlung und
Verbrennung als Sondermüll.
In der industriellen organischen Chemie kommt dieses Vorgehen schon allein aus
Umweltschutzgründen nicht in Frage. Außerdem ist in vielen Fällen der wirtschaftliche
Anreiz groß, die anorganischen Nebenprodukte aufzuarbeiten und als Wertstoffe zu
verkaufen.
Sollten nicht daher auch bereits Chemiestudenten, die später verantwortungsvolle
Aufgaben in der chemischen Industrie übernehmen werden, in den einführenden
Praktika lernen, Stoffflüsse bei chemischen Reaktionen im Ganzen und Gesichtspunkte
der Ökologie und Ökonomie gleichermaßen zu betrachten?
Im folgenden wird beschrieben, wie anorganische Reste aus verschiedenen
organischen Synthesen sinnvoll aufgearbeitet werden können.

44
Chromhaltige Reste: Mit Chromsäure werden z. B. Alkohole zu Aldehyden oxidiert.
Nach Abtrennung der organischen Produkte bleiben wässrige Phasen übrig, die
Chrom(III)salze und unumgesetzte Chromsäure enthalten und die organisch belastet
sind. Eine Aufbereitung dieser Abwässer auf wiederverwertbares Kaliumchromat ist
einfach (s. Abb. 19). Zunächst wird mit Kalilauge alkalisiert und dann das dreiwertige
Chrom mittels Wasserstoffperoxid zum sechswertigen oxidiert. Zugabe von Methanol
zur Reaktionslösung bewirkt die Ausfällung von Kaliumchromat. Das isolierte Produkt
wird im quantitativ-analytischen Praktikum einer Qualitätskontrolle unterzogen (s.
2.7.4) und kann danach für eine neue Jones-Oxidation freigegeben werden.
RCH 2 OH + CrO 3 ⎯ → Cr 3+ + RCHO
H 2 SO 4 KOH / H 2 O 2
K 2 CrO 4
Abb. 19: Jones-Oxidation mit geschlossenem Chrom-Kreislauf
Kupferhaltige Reste: Mit Hilfe von Kupfer(I)-chlorid, frisch bereitet aus CuSO 4 , NaCl
uns Na 2 SO 3 , werden z.B. Diazoniumsalze aus aromatischen Aminen in die
entsprechenden Chloride umgewandelt. Zur Aufbereitung der kupferhaltigen Wasserphase
wird in diese zunächst Luft eingeblasen, um einwertiges Kupfer zu oxidieren.
Eine Behandlung mit Aktivkohle ist sehr effektiv, um die zahlreichen organischen
Nebenprodukte bei der Sandmeyer-Reaktion, die sich noch in der wässrigen Phase
befinden, durch Adsorption zum größten Teil zu entfernen. Nach der Filtration erfolgt
die Zementation des Kupfers mit Stahlwolle. Die Gewinnung von Kupfervitriol aus dem
Rohkupfer (Oxidation mit HNO 3 , Fällen von Cu(OH) 2 , Lösen mit Schwefelsäure zu
CuSO 4 , Kristallisation) ist eine präparativ reizvolle und anspruchsvolle Aufgabe für das
anorganische Praktikum. Nach abschließender Qualitätskontrolle (iodometrische
Bestimmung des Kupfergehaltes) kann das recyclierte Kupfervitriol an das organische
Praktikum für eine neue Sandmeyer-Reaktion zurückgegeben werden (s. Abb. 20).

45
CuSO 4
Na 2 SO 3
HCl
CuCl
Sandmeyer-Reaktion
1. HNO 3
2. NaOH Cu + /Cu 2+ -Reste
3. H 2 SO 4
O 2
Fe
Cu Cu 2+
Abb. 20: Aufbereitung von kupferhaltigen Resten aus Sandmeyer-Reaktionen
Iodhaltige Reste: Bei einer Variante der Williamsonschen Ethersynthese wird ein
Alkoholat mit einem Alkyliodid zur Reaktion gebracht. Nach Abtrennung des
gewünschten Ethers bleibt eine iodidhaltige wässrige Phase zurück. Hieraus kann nach
Ansäuern mit Essigsäure und Oxidation mittels Wasserstoffperoxid elementares Iod
abgeschieden und ohne weitere Reinigung bei einem erneuten Praktikumversuch für die
Synthese des erforderlichen Alkyliodids benutzt werden (s. Abb. 21).
RONa + R’I ⎯ → NaI + ROR’
R’OH / P rot HOAc / H 2 O 2
I 2
Abb. 21: Williamsonsche Ethersynthese mit geschlossenem Iod-Kreislauf
Aluminium- und zinkhaltige Reste (vgl. 2.6.1.1 und Abb. 13): Aluminiumhaltige
wässrige Phasen liegen z.B. nach der Aufarbeitung von Friedel-Crafts-Reaktionen vor.
Die Neutralisation bewirkt das Ausfällen von Aluminiumhydroxid, das durch
adsorbierte organische Wasserinhaltsstoffe häufig dunkel gefärbt und in der organischen
Synthese nicht mehr brauchbar ist. Eine Weiterverwertung im anorganischen Praktikum
ist hingegen möglich. Vermischt mit Cobaltnitrat und im rotglühenden Tiegel erhitzt,
entsteht das anorganische Pigment Thénards Blau . Durch diese Vorgehensweise wird
im organischen Praktikum Abfall vermieden und im anorganischen Praktikum
Ausgangsmaterial gespart.
Analog kann aus zinkhaltigen Wasserphasen, von z.B. Clemmensen-Reduktionen,
Zinkcarbonat gefällt und dieses mit Cobaltchlorid zu Rinmanns Grün pyrolysiert
werden.
Eisenhaltige Reste: Ein Paradebeispiel für einen industriellen Prozeß, bei dem das
organische und anorganische Reaktionsprodukt gleichermaßen Bedeutung haben, ist das
Béchamp-Verfahren der Anilinherstellung aus Nitrobenzen und Eisen. Dieses konnte
sich lange Zeit nur deshalb auf dem Markt behaupten, weil die eisenhaltigen Reste zu
den wertvollen Pigmenten Fe 2 O 3 bzw. Fe 3 O 4 verglüht wurden. Auch in Praktikum lässt
sich die zweigleisige Betrachtung der Reaktion realisieren. Nachdem das entstandene

46
Anilin aus dem Reaktionskolben durch Wasserdampfdestillation ausgetrieben wurde,
wird der Rückstand in Schwefelsäure aufgenommen und mit Aktivkohle und
Wasserstoffperoxid gekocht, um zweiwertiges Eisen zu oxidieren und restliches
Nitrobenzen und entstandene Nebenprodukte oxidativ zu zerstören bzw. zu adsorbieren.
Aus dem Filtrat lässt sich durch Alkalisieren Eisen(III)-hydroxid ausfällen, das
anschließend zum Rotpigment verglüht werden kann.
Fe 2+ -haltige Reste
H 2 O 2 / NaOH
⎯⎯⎯⎯⎯→
∆T
Fe(OH) 3 ⎯⎯⎯⎯⎯→
Fe2O 3
2.7 Recycling
2.7.1 Rückgewinnung anorganischer Grundchemikalien
An mehreren Stellen zuvor wurde bereits darauf hingewiesen, dass in Chemiepraktika
Präparate, die am Ende von Kettenversuchen resultieren, in gängige Ausgangschemikalien
zurückverwandelt werden können. Ein grundsätzlicher Wert dieser Vorgehensweise
ist, dass den Studierenden Methoden des in Industrie und täglichem Leben
zunehmend wichtigen Recyclings vorgestellt werden. Die Recyclingverfahren müssen
aber mit einem vertretbaren Zeit- und Energieaufwand durchführbar sein und die
gewünschten Produkte in guter Ausbeute und Qualität liefern. Weiterhin muss jede
Recycling-Aufgabe für die Auszubildenden in theoretischer und/oder praktischer
Hinsicht lehrreich sein.
Am Beispiel der Rückgewinnung von Kupfervitriol wird hier verdeutlicht, wie
vielseitig und interessant Recycling sein kann. Am Beispiel der Rückgewinnung von
Cobalt(II)-chlorid aus sehr stabilen Cobalt(III)-Chelatkomplexen wird hingegen gezeigt,
wo eindeutig die Grenzen eines vernünftigen Recyclings liegen.
Im oben vorgestellten Kettenversuch zur Kupferchemie (Abb. 12) ist das Chlorid
des einwertigen Kupfers das Präparat, das die Studierenden zum Testat abgeben und das
vom Laborpersonal zunächst gesammelt wird. Die bei dem Versuch anfallende
Mutterlauge kommt in ein separates Sammelgefäß. Wenn genügend Material,
mindestens 20 g CuCl bzw. 500 mL Mutterlauge, zusammengekommen ist, wird ein
Student damit beauftragt, Kupfersulfat herzustellen. Damit vielseitige Chemie gelehrt
wird, werden für Feststoff und Mutterlauge unterschiedliche Aufarbeitungen
vorgeschlagen:
1. Das feste CuCl wird mit Schwefelsäure und H 2 O 2 versetzt und so oxidativ in Lösung
gebracht. Zwecks Reinigung erfolgen eine Cu(OH) 2 -Fällung, Auflösen des Hxdroxids
mit der gerade erforderlichen Menge Schwefelsäure und Kristallisation des
Kupfervitriols. Nach dem Trocknen wird eine Probe auf den genauen Cu-Gehalt
untersucht, so dass eine Qualitätsspezifikation erfolgen und das Präparat zur
Weiterverwendung freigegeben werden kann. Der ausführende Student übernimmt
also in hohem Maße Verantwortung. Denn wenn seine Präparation und Analytik
ungenau war, kann der Versuch ggf. nicht klappen, den seine folgenden
Kommilitionen mit den aufbereiteten Produkt durchführen wollen.
2. Die kupferhaltige Mutterlauge wird nach Oxidation des einwertigen Kupfers mit
einem Ionenaustauscher auf Organophosphorsäure-Basis [28] extrahiert. Damit wird

47
die Metallextraktion, welche die Studenten zuvor am Beispiel der Eisenextraktion mit
MTBE kennen gelernt haben, in den Dienst des Umweltschutzes gestellt
(Transferleistng).
In unserem Vorpraktikum für Studienanfänger werden Versuche zur Kristallisation
von Kupfersulfat aus heiß-gesättigter Lösung, Fällen von Kupfersulfat mit Alkohol und
Entwässern von Kupfervitriol durch Erhitzen durchgeführt. Dabei fallen rasch größere
Mengen an Feststoffen und Lösungen an. Während die Feststoffe direkt wiederverwertet
werden können, müssen die Lösungen aufbereitet werden. Jetzt warten wir bewusst, bis
ca. 2 L Lösung zusammengekommen sind, damit ein Student einen für das
Grundpraktikum ungewöhnlich großen Ansatz durchführen und im 5-L-Becherglas
arbeiten kann. Hier wird also Scale-Up betrieben, was im späteren Berufsleben der
Chemieingenieure von fundamentaler Bedeutung ist [29]. Beim Ausfällen der
Kupferionen mit Natronlauge, Kochen der Suspension, um türkisblaues Kupferhydroxid
in schwarzes Kupferoxid umzuwandeln, Absaugen auf dem großen Büchnertrichter,
Waschen des Filterkuchens, Lösen mit halbkonzentrierter Schwefelsäure und
Kristallisation sind u. a. Schutzmaßnahmen zu treffen, die bei den anderen Praktikumversuchen
aufgrund der kleinen Ansatzgrößen nicht erforderlich sind, z. B. das sichere
Befestigen der Apparaturen an Stativen, Beachten von erheblichen Wärme-tönungen
beim Neutralisieren und das Unterstellen einer Plastikwanne als Auslaufschutz bei einer
möglichen Havarie (die bislang noch nicht eingetreten ist). Der ausführende Student
wird für seine Mühe belohnt, wenn er zum Schluss mehrere 100 Gramm kristallines
Kupfervitriol in eine Präparateflasche abfüllen kann.
Im Sommersemester 1993 hatte ich die Gelegenheit, an der Universität Tsukuba,
Japan, bei den Studenten im dortigen Anorganischen Forgeschrittenenpraktikum reges
Interesse für den praktikumintegrierten Umweltschutz zu wecken [30]. Die Frage kam
auf, ob aus den (für spektroskopische Untersuchungen präparierten) Chelatkomplexen
K[CoEDTA], Na[Co(NO 2 )(HEDTA) und Co[(en) 3 ]I 3 die Ausgangsverbindung
CoCl 2 ⋅6H 2 O recyceln lässt.
Es war von vornherein klar, dass die Aufbereitung von Komplexen mit
Chelatliganden anspruchsvolle Vorgehensweisen und präparatives Geschick erforderte.
Die mehrzähnigen Liganden lassen sich nämlich aus entropischen Gründen nur schwer
vom Zentralatom verdrängen und wegen ihrer Schwerflüchtigkeit nicht durch einfaches
Verkochen aus dem Komplexbildungs-Dissoziationsgleichgewicht entfernen, wie dies
z.B. mit dem einzähnigen Liganden NH 3 möglich ist.
Beim Erhitzen mit Natronlauge liefern K[CoEDTA] und Na[Co(NO 2 )(HEDTA)] nur
wenig Co(OH) 2 , und die Ausbete an daraus gewonnenem Cobaltchlorid liegt unter 25 %
der Theorie. [Co(en) 3 ]I 3 reagiert überhaupt nicht mit Natronlauge.
In schwefelsaurer Lösung liefert K[CoEDTA] mit Eisenpulver zweiwertiges Cobalt
und H 4 EDTA. Letztere Verbindung ist in saurem Medium nur mäßig löslich, fällt daher
aus und wird gemeinsam mit dem überschüssigen Eisen abfiltriert. Die weitere Aufarbeitung
trägt der vollständigen Abtrennung des H 4 EDTA und einer K/Co/Fe-Trennung
Rechnung. Das schwefelsaure Filtrat wird mit Aktivkohle und H 2 O 2 versetzt, um
H 4 EDTA oxidativ zu zerstören oder an der Kohleoberfläche zu adsorbieren. Gleichzeitig
wird zweiwertiges Eisen in dreiwertiges umgewandelt. Nach Verkochen des überschüssigen
H 2 O 2 wird mit Natronlauge fast neutralisiert, Kohle und gebildetes Fe(OH) 3
werden abfiltriert. Abschließend wird mit Soda basisches Cobaltcarbonat ausgefällt,
isoliert und mit Salzsäure in Cobaltchlorid übergeführt. Die Ausbeute an recycliertem
CoCl 2 ⋅6H 2 O beträgt allerdings nur 50 % der Theorie (s. Abb. 22).

HNO 3
I 2 + [Co(en) 3 ](NO 3 ) 3
48
Eine etwas bessere Ausbeute (69 %) erzielt man, wenn man K[CoEDTA] in der
Brennerflamme pyrolysiert, den schwarzen Rückstand mit Salzsäure extrahiert, das
CoCl 2 -haltige Extrakt mit Natronlauge alkalisiert und das gebildete Co(OH) 2 wie
beschrieben auf Cobaltchlorid-Hexahydrat aufarbeitet. Nachteilig bei dem Verfahren ist
allerdings das Auftreten brauner, übelriechender Rauchgase, welche die Abluft belasten.
2 K[CoEDTA] + Fe + 4 H 2 SO 4
→ K 2 SO 4 + 2 CoSO 4 + FeSO 4 + 2 H 4 EDTA
1. ungelöstes H 4 EDTA abfiltrieren
2. Aktivkohle (Adsorption von noch gelöstem H 4 EDTA)
3. H 2 O 2 (Fe 2+ → Fe 3+ )
4. NaOH (pH 5-7: Fe 3+ → Fe(OH) 3 )
5. filtrieren
K 2 SO 4 /CoSO 4 -Lösung
Na 2 CO 3 (pH 13-14)
Co(OH) 2 /CoCO 3 -Niederschlag
HCl
CoCl 2
Abb. 22: Gewinnung von Cobalt(II)-chlorid aus K[CoEDTA]
Die Rückgewinnung von Cobalt(II)-chlorid aus dem sehr stabilen Trisethylendiammincobalt(III)-iodid
ist uns bislang nicht gelungen. Es ist hingegen leicht möglich,
den Komplex auf Iod aufzuarbeiten. Dazu wird er mit Salpetersäure oder
Schwefelsäure/H 2 O 2 behandelt. In beiden Fällen wird das Iodid zu elementarem Iod
oxidiert (80 % Ausbeute), der Metallkomplex selbst bleibt unverändert und behält sogar
seine optische Aktivität. Nach Abfiltrieren des Iods kann durch Zugabe von Methanol
zum Filtrat Trisethylendiammincobalt(III)-nitrat bzw. -sulfat ausgefällt und isoliert
werden (s. Abb. 23).
− NO x
[Co(en) 3 ]I 3
H 2 SO 4 , H 2 O 2
I 2 + [Co(en) 3 ] 2 (SO 4 ) 3
− H 2 O
Abb. 23: Gewinnung von Iod aus Trisethylendiammincobalt(III)-iodid
Die hier beschriebenen Aufarbeitungsmethoden sind für die Studierenden sehr
lehrreich. Einerseits vermitteln sie ihnen vielseitige Gesichtspunkte der anorganischen
Chemie, wodurch ein vertieftes Verständnis ihrer Praktikumpräparate bewirkt wird.
Andererseits zeigen sie den Studenten aber auch ganz klar, dass sich eine Aufbereitung
der Cobaltkomplexe aus ökologischer Sicht nicht lohnt, dass hier die Rückgewinnung
von Ausgangsverbindungen wegen des enormen Energieaufwandes sogar mit einer

49
negativen Ökobilanz belastet ist. An diesem Beispiel, wo Recycling nicht sinnvoll ist,
lässt sich das kritische Denkvermögen der Auszubildenden in Hinblick auf Belange des
Umweltschutzes besonders gut fördern.
2.7.2 Rückgewinnung von Lösungsmitteln [31]
Anders als in der Anorganischen Chemie lassen sich in der Organischen Chemie
hergestellte Präparate nur selten in gängige Ausgangsverbindungen zurückverwandeln.
Um ein Organisches Praktikum umweltfreundlicher zu gestalten, kommt dem
Lösemittelrecycling deshalb eine besondere Wichtigkeit zu.
Wünschenswert ist es, dass gebrauchte Lösemittel nur durch einfache Destillation
am Rotationsverdampfer oder durch Waschen und Trocknen gereinigt und danach
wieder verwertet werden können. Fraktionierte Destillationen sind auch noch
akzeptabel, da sie sowieso zum Lernprogramm jedes Organischen Praktikums gehören
und wenn die Siedepunkte der zu trennenden Stoffe ausreichend weit auseinanderliegen,
so dass die Verfahren in kurzer Zeit die Lösemittel in guter Reinheit liefern.
Beim Arbeiten mit dem Rotationsverdampfer dürfen keine Wasserstrahl-, sondern
nur Membranpumpen verwendet werden, um sicher zu Vermeiden, dass verdampfende
Lösemittel ins Institutsabwasser gelangen. Um die Studierenden für das Ausmaß der
Verdampfungsverluste beim Arbeiten mit dem Rotationsverdampfer zu sensibilisieren,
haben wir folgenden Modellversuch konzipiert:
100 g Dichlormethan werden im Kolben vorgelegt und am Rotavapor unter
Normaldruckund Erwärmen mit einem Wasserbad vollständig überdestilliert. Am oberen
Belüftungshahn der Apparatur ist ein Rohr angeschlossen, in dem sich 30 g gekörnte
Aktivkohle befinden. In der Vorlage werden je nach Rotations- und Aufheizgeschwindigkeit
nur 90-95 % des eingesetzten Dichlormethans wiedergefunden. Wenige
Tropfen bleiben an der Schlange des Kühlers hängen, der Rest ist von der Aktivkohle
adsorbiert, was an einer entsprechenden Gewichtszunahme festzustellen ist. (Die
beladene Kohle wird in einem Kolben mit aufgesetzter Destillationsbrücke und Vorlage
mit dem Brenner ausgeheizt. Das anhaftende Dichlormethan wird desorbiert und
destilliert über. Die Kohle hat wieder ihr ursprüngliches Gewicht und kann für einen
neuen Versuch verwendet werden.)
Wir haben eine Vielzahl tradierter Experimente umgestellt, damit ein
Lösungsmittelrecycling einfach, schnell und mit guten Ausbeuten möglich wird. Hier
seien nur zwei Beispiele aus unserem Polymerchemischen Praktikum [32] angeführt.
Nach einer Experimentieranleitung von Braun [16] wird Methylmethacrylat in
Chlorbenzen radikalisch polymerisiert. Die resultierende PMMA-Lösung wird in Cyclohexan
eingetragen, um das Polymer auszufällen. Die Polymerisation lässt sich statt im
giftigen Chlorbenzen auch im nahezu ungiftigen Xylen durchführen. Das nach der
Fällung resultierende Xylen/Cyclohexan-Gemisch lässt sich unter Zuhilfenahme einer
Vigreux-Kolonne mühelos trennen, da die Siedepunkte weit genug auseinanderliegen.
Styren wir in unserem Praktikum anionisch (mit n-BuLi) in Toluen polymerisiert.
Zum Ausfällen des entstandenen Polystyrens wird die Polymerlösung in Methanol
eingetragen. Eine destillative Aufbereitung des resultierenden Toluen/Methanol-
Gemisches ist zwar grundsätzlich möglich, aber im Rahmen des Praktikums zu zeitaufwendig,
überwachungsbedürftig und wegen der Bildung von Mischfraktionen auch nicht
ganz abfallfrei. Deshalb haben wir eine andere Aufarbeitungsmethode gewählt. Das
Lösungsmittelgemisch wird mehrfach mit Wasser extrahiert, wobei das Methanol in die
Wasserphase geht und mit dieser verworfen wird (Methanol hat die Wasser-

50
gefährdungsklasse 0). Auf die Wiedergewinnung des Alkohols wird also verzichtet. Das
Toluen wird über wasserfreiem Na 2 SO 4 getrocknet und kann wieder verwendet werden.
An der Universität Tsukuba, Japan, hatte ich die Gelegenheit, einen Einführungskurs
für angehende Diplomanden und Doktoranden in die Fulleren-Chemie zu leiten [33]. Ich
ersetzte das bislang für die Extraktion und Chromatographie verwendete Benzen (!)
durch das mindergiftige Toluen. Am Ende des Kurses gewannen die Kursteilnehmer das
Lösemittel durch Destillation am Rotationsverdampfer zurück.
Ich stelle diese an sich nur geringfügige Praktikumumstellung hier besonders heraus,
um zu beweisen, dass Prinzipien des praktikumintegrierten Umweltschutzes auch im
fernen Ausland gerne angenommen werden.
2.7.3 Rückgewinnung von Methylmethacrylat
durch Pyrolyse von Polymethylmethacrylat
Bader hat in seinem Buch über Kunststoffrecycling [34] bereits die Pyrolyse vom
Plexiglas als Schulversuch vorgeschlagen, um den Schülern zu vermitteln, dass
bestimmte Polymere thermisch zu ihren Grundbausteinen depolymerisiert werden
können.
Im Polymerchemischen Praktikum an der Fachhochschule Darmstadt führen die
Studenten die Lösungspolymerisation von Methylmethacrylat durch. Das erhaltene
Polymer depolymerisieren sie anschließend wieder und stellen das recycelte Monomer
dem nächsten Praktikanten als Ausgangsmaterial zur Verfügung.
MMA
radikalische Polymerisation
thermische Depolymerisation
PMMA
Da sich PMMA praktisch quantitativ in seine Monomerbausteine zerlegen lässt, ist das
Recycling von MMA auf jeden Fall sinnvoll. Die Studierenden stellen aber fest, dass die
Pyrolyse eine stark endotherme Reaktion ist (die Polymerisation von MMA haben sie
zuvor als eine exotherme Reaktion kennen gelernt), dass das Monomerrecycling also
keineswegs zum Nulltarif gewonnen werden kann. Dieses Erkenntnisgewinn ist wichtig,
da viele Menschen zu idealistische Vorstellungen über die positive Ökobilanz des
Kunststoffrecyclings haben.
2.7.4 Qualitätskontrolle recycelter Stoffe [35]
In der chemischen Industrie muss ein erzeugtes Produkt vor der Freigabe zum Verkauf
einer sorgfältigen Qualitätskontrolle unterzogen und vorgegebene Spezifikationen
müssen genau eingehalten werden. Dies spielt insbesondere im Zusammenhang mit der
Produkthaftung eine Rolle, denn ein Hersteller muss für Schäden, die auf Fehlern seines
Produktes zurückzuführen sind, aufkommen Dem wichtigen Gesichtspunkt Qualitätssicherung
sollte bereits in der Chemieausbildung Rechnung getragen werden. Dies kann
in den Laborpraktika geschehen.
In den vorausgegangenen Kapiteln wurde mehrfach von recycelten Stoffen
gesprochen. Diese haben - je nachdem, aus welchem Rest sie stammten und wie
ordentlich die die Vorschrift ausführenden Studenten gearbeitet haben - unterschiedliche
Qualität. Es darf nur in wenigen Fällen davon ausgegangen werden, dass die Stoffe
formelrein sind! Bevor sie im Praktikum zur Wiederverwertung ausgestellt werden,
müssen sie deshalb einer Qualitätskontrolle unterzogen und ggf. für ihren zukünftigen

51
Einsatzbereich spezifiziert werden. Die Qualitätsuntersuchungen erfolgen mit
Standardmethoden der quantitativen Analyse.
Die Vorschriften, die für die zu untersuchenden Stoffe maßgeschneidert sind,
können von den Studenten im quantitativen Praktikum selbst durchgeführt werden (s.
2.10.5). Wie bereits zuvor erwähnt, übernehmen die ausführenden Studenten eine
besondere Verantwortung: Wenn ihre Analysen nämlich nicht stimmen, werden
nachfolgende Studenten aufgrund unkorrekter Einwaagen zwangsläufig nur unbefriedigende
Ergebnisse bei den Synthesen erzielen. (Um dies zu vermeiden, muss das
Laborpersonal auf die sorgfältige Ausführung der Qualitätskontroll-Analysen besonders
achten und diese ggf. mehrfach oder nach verschiedenen Verfahren wiederholen lassen.)
Die Studenten werden dazu angehalten, Synthese, Recycling, Analyse und
Analysenergebnis kritisch zu deuten und ganzheitlich zu betrachten. Oft bleibt die
Erkenntnis, dass „Recycling“ vielmehr „Downcycling“ mit nicht unerheblichen
Qualitätseinbußen ist. Dies sei an einigen Beispielen begründet.
Kupfersulfat: Eine Probe eines recycelten und umkristallisierten Kupfervitriols wurde
iodometrisch und fotometrisch auf ihren Kupfer- und gravimetrisch auf ihren
Sulfatgehalt hin untersucht. Die Studenten konnten die dort erlernten Verfahren direkt
zur Kontrolle ihres recycelten Präparates heran ziehen. Das Zusammenspiel von
Produzent und Analytiker in der chemischen Industrie wurde im Praktikum
widergespiegelt, womit die Ausbildung einen besonderen Praxisbezug bekommt.
Die erwartete hohe Reinheit des gewonnenen Kupfervitriols ließ sich experimentell
bestätigen:
Analysenmethode: Iodometrie Fotometrie Gravimetrie
Reinheitsgrad: 99,2 % 97,0 % 97,7 %
Die geringen Abweichungen der Werte voneinander lagen im Rahmen der im Praktikum
üblichen Fehlergrenzen. Aufgrund der recht gut übereinstimmenden Ergebnisse aus drei
grundsätzlich unterschiedlichen Messverfahren gewannen die Studierenden Vertrauen in
deren Leistungsfähigkeit. Überzeugend wirkte außerdem die Tatsache, dass zwei
Studenten, die sich nicht kannten, bei der iodometrischen Bestimmung unabhängig
voneinander zum exakt gleichen Ergebnis kamen.
Aluminiumsulfat: Das Praktikumpräparat Kalialaun wurde auf Aluminiumsulfat
aufgearbeitet:
KAl(SO 4 ) 2
NH 3 ⎯⎯⎯→
HSO
Al(OH) 3 ↓ ⎯⎯⎯⎯
2 4 → Al2(SO 4 ) 3
Das Doppelsalz wurde in Wasser gelöst und durch Zugabe von Ammoniak ein schwach
alkalisches Medium eingestellt, so dass Aluminiumhydroxid ausfiel. Der voluminöse,
schleimige Niederschlag ließ sich nur mühsam absaugen und waschen. Er wurde mit
Schwefelsäure gelöst. Beim Abkühlen der Lösung kristallisierte ein Aluminiumsulfathydrat
aus. Obwohl es optisch sehr schön aussah, hatte es nur einen geringen
Reinheitsgrad. Aus der komplexometrischen Aluminium- und der gravimetrischen
Sulfatbestimmung ergab sich nämlich ein Stoffmengenverhältnis SO 4 2− /Al 3+ von 2:1, das
vom theoretischen Wert 3:2 erheblich abwich. D. h. das Produkt war mit Kaliumund/oder
Ammoniumsulfat, das aus dem gefällten Al(OH) 3 nicht vollständig
ausgewaschen wurde, stark verunreinigt.
Aufgrund des Analysenbefundes erkannten die Studierenden, dass beim Recycling
ein experimenteller Fehler gemacht wurde, und zwar wurde der Hinweis in der

52
Versuchsanleitung, dass das Filtrat der Al(OH) 3 -Waschungen auf Sulfatfreiheit zu
prüfen ist, nicht beachtet.
Hier wird deutlich, wie wichtig es ist, dass Anionen- und Kationengehalt parallel
bestimmt wurden. Der Al-Gehalt des isolierten Produktes lag nämlich mit 8.43 %
zufälligerweise recht nahe am theoretischen Wert von 8.10 % für formelreines
Al 2 (SO 4 ) 3 ⋅18H 2 O. Ohne Kenntnis des Sulfatgehalts wäre der leicht erhöhte Metallgehalt
eher mit einem geringeren Anteil Kristallwasser im Produkt in Verbindung gebracht
worden.
Ob das wiedergewonnene Material für eine neue Alaunsynthese einsetzbar ist,
musste mit einer Substanzprobe geprüft werden. Dazu wurden parallel äquimolare heiß
gesättigte Lösungen von reinem Al 2 (SO 4 ) 3 ⋅18H 2 O und K 2 SO 4 sowie recyceltem Produkt
und K 2 SO 4 (bezogen auf den Al-Gehalt im recycelten Stoff) angesetzt. Aus der auf
Raumtemperatur abgekühlten Lösung des Ansatzes mit frischem Aluminiumsulfat hatte
sich bereits nach zwei Stunden ein großer Alauneinkristall in fast quantitativer Ausbeute
abgeschieden. Aus dem Ansatz mit dem recycelten Aluminiumsulfat fiel hingegen kein
Alaun aus. Erst beim Abkühlen auf 0 °C bildeten sich kleine Kristalle. Die Ausbeute war
nur etwa halb so groß wie im Vergleichsversuch.
An diesem Beispiel lernten die Studierenden, dass die Alaunsynthese mit dem
recycelten Material zwar grundsätzlich gelang, dass die Kristallisation aber durch die
Verunreinigungen verzögert und das Entstehen größerer Kristalle nicht möglich war.
Der erhaltene Alaun fiel in kleinerer Menge und qualitativ minderwertig gegenüber dem
an, der aus einem reinem Edukt hergestellt wurde.
Das recycelte Produkt konnte zur Wiederverwertung im Praktikum freigegeben
werden mit dem Vermerk „Aluminiumsulfat mit 8.43 % Al; einsetzbar nur für die
Kalialaunsynthese“. Durch diese Spezifikation wird verhindert, dass das Produkt z.B. in
der qualitativen Analyse benutzt wird, wo unwillkürlich Störungen auftreten würden.
Wenn ein sauberes Produkt gewünscht ist, muss umkristallisiert werden.
Im Unterricht bietet sich ein Vergleich mit dem Kunststoffrecycling an: Eine
gebrauchte Polyamid-Lebensmittelverpackungsfolie kann nicht auf ein Produkt mit dem
ursprünglichen Verwendungszweck, sondern höchstens auf ein minderwertiges mit
einem anderen Verwendungszweck, z. B. ein Spritzgussteil, aufgearbeitet werden
(Anwendungskaskade).
Kaliumdichromat: Im organischen Praktikum wurde Chromsäure als Oxidationsmittel
eingesetzt, um Propanol in Propanal und Anthracen in Anthrachinon umzuwandeln (s.
2.6.3). Das gleichzeitig entstandene dreiwertige Chrom wurde als Hydroxid gefällt und
nach dem Waschen mit Wasserstoffperoxid zum Chromat oxidiert. Durch Ansäuern und
Kristallisieren wurde Kaliumdichromat zurückgewonnen:
Cr 3+
KOH
⎯⎯⎯→
HO
Cr(OH) 3 ⎯⎯2 ⎯2
→ K2CrO 4
H +
⎯ ⎯ → K 2 Cr 2 O 7
Der Chromgehalt wurde iodometrisch bestimmt.
Ein aus der Propanalsynthese recyceltes Material hatte einen Reinheitsgrad von
96.2 %. Da das Propanal leicht aus der wässrigen Phase ausgetrieben werden konnte,
war das rückgewonnene K 2 Cr 2 O 7 nicht organisch belastet und konnte für präparative
Versuche jeglicher Art freigegeben werden.
Ein aus der Anthrachinonsynthese recyceltes Dichromat war hingegen nur 90.3 %ig.
Dies ist verständlich, wenn man bedenkt, dass sich entstandenes Anthrachinon und
unumgesetztes Anthracen nur schwer quantitativ aus der wässrigen Phase abtrennen
ließen und deshalb bei der Bildung von Cr(OH) 3 mitgefällt wurden. Bei der
anschließenden Behandlung mit H 2 O 2 verhielten sie sich inert, wurden also bis ins

53
Endprodukt K 2 Cr 2 O 7 als Verunreinigung mitgeschleppt. Dieses konnte wiederverwertet
werden, aber selbstverständlich nur für eine weitere Anthrachinonsynthese.
Erneut lernten die Studierenden, dass die Qualität eines recycelten Produktes dessen
späteren (beschränkten) Einsatzbereich definiert.
Metallhalogenide: Die Komplexe K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] und NiAc 2 ⋅4H 2 O wurden durch
Kochen mit Natronlauge zerstört. Die ausgefallenen, abgesaugten und gewaschenen
Hydroxide wurden mit Salzsäure gelöst, die Lösungen zur Trockne eingedampft und die
Rückstände einige Zeit an der Luft liegengelassen, damit sich durch Aufnahme von
Luftfeuchtigkeit die nach der Theorie zu erwartenden Hexahydrate bilden sollten:
K 3 [Co(NO 2 ) 6 ]
NiAc 2
NaOH
⎯⎯⎯⎯→
Co(OH)
⎯⎯⎯⎯
NaOH
→ Ni(OH) 2 ⎯
HCl
⎯⎯ → NiCl2
2
⎯
HCl
⎯⎯ → CoCl 2
Lösliche Bleiverbindungen wurden in schwerlösliches Bleichlorid übergeführt, das
durch Kristallisation gereinigt wurde:
Pb 2+
⎯
HCl
⎯⎯ → PbCl2
Die Metallgehalte der gewonnenen Salze wurden komplexometrisch, die
Chloridgehalte potentiometrisch bestimmt. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
NiCl 2 ⋅6H 2 O gefunden: 29.20 % Ni 35.89 % Cl
berechnet: 24.69 % Ni 29.83 % Cl
CoCl 2 ⋅6H 2 O gefunden: 20.52 % Co 28.00 % Cl
berechnet: 24.69 % Co 29.80 % Cl
PbCl 2 gefunden: 68.15 % Pb 22.87 % Cl
berechnet: 74.50 % Pb 25.49 % Cl .
Bei allen drei Produkten lagen die Metall- und Chloratome im erwarteten molaren
Verhältnis 1:2 vor. Dennoch wichen die gefundenen Massenanteile von den für
formelreines NiCl 2 ⋅6H 2 O, CoCl 2 ⋅6H 2 O und PbCl 2 berechneten deutlich ab.
Beim Nickelchlorid waren sie höher als die berechneten. Folglich war das
getrocknete NiCl 2 noch nicht lange genug der feuchten Luft ausgesetzt worden, um die
maximal möglichen sechs Äquivalente Wasser aufzunehmen. Es wurde mit der
Beschriftung „NiCl 2 ⋅4H 2 O“ zur sofortigen Wiederverwertung ausgestellt.
Beim Cobaltchlorid wurde hingegen weniger Co und Cl gefunden als erwartet.
Daraus durfte aber keineswegs geschlossen werden, dass das Produkt neben sechs
Äquivalenten Komplexwasser weiteres Wasser als anhaftende Feuchtigkeit enthielt. Das
CoCl 2 war nämlich nach dem Abrauchen der beim Recycling verwendeten Salzsäure
eindeutig wasserfrei, was an der tiefblauen Farbe zu erkennen war. Beim Liegen an der
Luft konnte es maximal sechs Äquivalente Wasser aufgenommen haben (rosarote
Farbe), mußte also eine Verunreinigung enthalten. Durch die Ringprobe wurde bewiesen,
daß es sich dabei um Kaliumnitrat und/oder -nitrit handelte, das bei der
Zersetzung des Nitrocobaltats entstanden und nicht quantitativ aus dem Co(OH) 2 -
Niederschlag ausge-waschen wurde. Das Material durfte also nicht im Praktikum
ausgegeben werden, sondern musste erst weiter gereinigt werden.
Das recycelte Bleichlorid war nach dem Umkristallisieren aus Wasser offensichtlich
nicht ausreichend getrocknet worden. Es enthielt Restfeuchtigkeit, konnte aber
ausgestellt werden mit der Kennzeichnung „PbCl 2 ; 90 %ig“.

54
Braunstein: Braunstein entsteht durch Oxidation von zweiwertigem Mangan mit H 2 O 2
im alkalischen Medium:
Mn 2+ + H 2 O 2 + 2 OH -
⎯→⎯
MnO2 + 2 H 2 O
Der Stoff ist durch nicht unerhebliche Mengen an mitgefälltem Mn(OH) 2 verunreinigt.
Das getrocknete Produkt enthält in der Regel nur 40-80 % MnO 2 .
Braunstein wird im Praktikum z. B. benutzt, um Disulfit zu Dithionat zu oxidieren.
Da anwesendes Mn(OH) 2 dabei nicht stört, kann ohne weiteres ein minderwertiger
Braunstein eingesetzt werden. Für die Ansatzberechnung muss lediglich der genaue
MnO 2 -Gehalt bekannt sein.
Nach permanganometrischer Analyse wird das Produkt mit z. B. folgender
Spezifikation im Praktikum ausgestellt: „MnO 2 ; 60%ig; geeignet für die
Dithionatsynthese“.
Ein Essigsäure/Essigsäureanhydrid-Lösungsmittelgemisch: Die Synthese von SnI 4
aus den Elementen wurde in einer 1:1-Mischung von Eisessig und Essigsäureanhydrid
als polarem, wasserfreien Reaktionsmedium durchgeführt (s. Abb. 14) Das orangerote
Produkt wurde auskristallisiert, das Filtrat destillativ aufgearbeitet. Die übergehenden
Flüssigkeiten (Kp HAc = 116-118 °C, Kp Ac2O = 138-140 °C) wurden in einer Vorlage
gesammelt. Das Destillat war durch mitsublimiertes nicht umgesetztes Iod dunkel
gefärbt. Während des Versuchs wurde ein Teil des Essigsäureanhydrids durch
eingeschleppte Luftfeuchtigkeit zu Essigsäure hydrolysiert. Um das Destillat für eine
neue SnI 4 -Synthese erfolgreich einsetzen zu können, muss es durch Zugabe von
frischem Essigsäureanhydrid auf das ursprüngliche 1:1-Verhältnis von Essigsäure und
Essigsäureanhydrid aufgestockt werden. Dazu muss vorab das HAc/Ac 2 O-Verhältnis des
Destillates bestimmt werden.
Eine Titration mit Natronlauge kommt hierfür nicht in Frage, weil das im Gemisch
enthaltene Iod einer Farbindikation des Endpunktes prohibitiv im Wege steht. Das
Lösungsmittelverhältnis kann aber IR-spektroskopisch anhand des Verhältnisses der
Intensitäten der Carbonylabsorptionen bei 1710 cm −1 (HAc) und 1823 cm −1 (Ac 2 O)
ermittelt werden. Dazu wird das Spektrum des Recyclats (als Film) aufgenommen und
mit den Spektren von definierten HAc/Ac 2 O-Mischungen (s. Abb. 24) verglichen. So ist
eine halbquantitative Angabe des Anhydridgehaltes im Destillat möglich und die zum
HAc/Ac 2 O = 1:1-Verhältnis fehlende Menge Anhydrid kann berechnet und zugesetzt
werden.

55
100 % HAc 80 % HAc 60 % HAc 40 % HAc 20 % HAc
20 % Ac 2 O 40 % Ac 2 O 60 % Ac 2 O 80 % Ac 2 O 100% Ac 2 O
Abb. 24: IR-Spektren von Essigsäure, Essigsäureanhydrid und definierten Mischungen von Essigsäure
und Essigsäureanhydrid im Bereich von 1600 cm -1 (rechter Bildrand) bis 1900 cm -1 (linker Bildrand)
Das Praktikum wurde um den Lerninhalt IR-Spektroskopie in Theorie und Praxis
bereichert und ein weiteres Beispiel für Qualitätskontrolle als Voraussetzung für
Wiederverwertbarkeit geliefert.
Rückdestillierte Alkohole: Um Metallverbindungen aus ihren Lösungen auszufällen,
wird gelegentlich Methanol oder Ethanol verwendet. Die resultierende Wasser/Alkohol-
Mutterlauge wird am Rotationsverdampfer destillativ aufbereitet. Dabei geht der
Alkohol über, aber auch etwas Wasser. Der Brechungsindex des Destillats wird
gemessen. Durch Vergleich mit tabellierten Werten kann das MeOH/H 2 O- bzw.
EtOH/H 2 O-Verhältnis angegeben werden.
Schwefel: Durch Behandlung von Thiosulfat mit Salzsäure wird elementarer Schwefel
zurückgewonnen. Dieser wird nicht analysiert. Es wird vielmehr durch einen
Kontrollversuch bestätigt, daß er sich für eine neue Thiosulfatsynthese genauso eignet
wie der im Chemikalienhandel gekaufte Schwefel. Er wird zum Wiedereinsatz
freigegeben mit der Spezifizierung: „Schwefel für die Thiosulfatsynthese“.
2.8 Naturstoffchemie
2.8.1 Zuckerchemie [36]
Aspekte der Zuckerchemie lassen sich gut in das Konzept der ökologisch orientierten
Chemieausbildung integrieren, wofür es zwei Hauptgründe gibt.
1. Mono-, Oligo- und Polysaccharide sind ungiftig und können daher gefahrlos
gehandhabt und anfallende Versuchsreste, insbesondere wässrige Lösungen,
bedenkenlos in den Ausguss geschüttet werden, da die Inhaltsstoffe biologisch gut
abbaubar sind. Dies ist wichtig, da sich ein modernes Chemiepraktikum durch ein
möglichst geringes Aufkommen an Sondermüll auszeichnen und den Auszubildenden

56
dabei trotzdem interessante chemische Reaktionen, Verfahren und Produkte
vorstellen sollte.
2. Die verschiedenen Zucker haben immer schon eine besondere Bedeutung für das
menschliche Leben und für Industrie und Technik gehabt, finden aber in unserer Zeit
des gesteigerten Umweltbewusstseins unter dem Stichwort „nachwachsende
Rohstoffe“ eine zusätzliche Würdigung. Ihre natürliche Herkunft (Fotosynthese),
Naturverträglichkeit (Bioabbaubarkeit) und vielseitige Verwendbarkeit lassen sie
mehr und mehr als Ergänzung oder sogar Alternative zu den überwiegend auf nichtregenerativen
Rohstoffen, vor allem dem Erdöl, basierenden Produkten der
chemischen Industrie erscheinen. In einer Ausbildung, die den Umweltschutz in
besonderem Maße thematisiert, darf die Diskussion der Nutzung und Erschließung
nachwachsender Rohstoffe nicht ausgespart bleiben (vgl. [37, 38]).
Im folgenden wird gezeigt, dass die Zuckerchemie für ein Organisches Praktikum eine
Bereicherung darstellen kann. Die hier beschriebenen Experimente sind größtenteils
literaturbekannt, werden aber in einem neuen Licht gedeutet.
Analytik und Reaktionen der Glucose: In diesem Kapitel werden Versuche
geschildert, welche die Studenten am Beispiel der Glucose zunächst mit
charakteristischen Reaktionen von Zuckern, von denen auch einige für die qualitative
und quantitative Analyse von Nutzen sind, vertraut machen sollen.
Typisch für Glucose ist ihre reduzierend wirkende Eigenschaft. Aus Fehlingscher
Lösung scheidet sie rotes Kupfer(I)-oxid ab:
Obwohl für diese Nachweisreaktion eine Schwermetallverbindung erforderlich ist, ist
der Versuch nicht umweltbelastend, denn aus der Reaktionslösung kann nach Ansäuern
und Zugabe von Eisenpulver elementares Kupfer quantitativ zementiert und dieses in die
Stoffflüsse des Anorganischen Praktikums eingeschleust werden.
Im nächsten Versuch führen die Studenten eine Bestimmung durch, die der
Strukturaufklärung der Glucose dient. Sie behandeln eine definierte Menge des Zuckers
mit überschüssiger Periodat-Maßlösung, wobei mehrere oxidative Glycolspaltungen
ablaufen:
C 6 H 12 O 6 + 5 HIO 4 → 5 HCOOH + HCHO + 5 HIO 3
Der Gehalt an überschüssiger Periodsäure und entstandener Iodsäure wird iodometrisch
bestimmt (zuerst Komproportionierung von Periodat und Iodat mit zugesetztem Iodid zu
elementarem Iod, anschließend titrimetrische Bestimmung des entstandenen Iods mit
Thiosulfat-Maßlösung). Dass für die Zersetzung von Glucose genau 5 Äquivalente
Periodat benötigt werden, ist nur mit der charakteristischen Struktur des Kohlenhydrats
in Einklang zu bringen.
Mit dem Ruff-Abbau (s. Abb. 25) lernen die Auszubildenden eine weitere für
Aldosen charakteristische Reaktion kennen.

57
H
C
O
Br 2
HO
C
O
CaCO 3
H 2 O 2 ; Fe 3+
CO 2 Ca 0.5
H
C
OH
H 2
O
H
C
OH
H
C
OH
Aldohexose
Aldonsäure
H
C
O
+ CO 3
2-
Abb. 25: Ruff-Abbau von Glucose
Aldopentose
Bromwasser ist genauso wie zweiwertiges Kupfer dazu in der Lage, die Aldehyd- in
eine Carbonsäurefunktion zu überführen. Zusatz von Kalk liefert das Calciumsalz der
Aldonsäure, das von H 2 O 2 in Gegenwart von Eisen(III)-Ionen unter Abspaltung von
Carbonat zu einer neuen Aldose (hier: Arabinose) oxidiert wird, die eine gegenüber der
Glucose um eine Einheit verkürzte Kohlenstoffkette aufweist. Die Studenten verfolgen
die Reaktionssequenz mit der Fehlingprobe. Diese verläuft nach der Oxidation mit Brom
erwartungsgemäß negativ und nach der Oxidation mit H 2 O 2 und dem Verkochen des
überschüssigen Oxidationsmittels positiv.
Das Thema „grundlegende Reaktionen der Glucose“ wird abgeschlossen, indem
bewiesen wird, dass Glucose ein fünfwertiger Alkohol ist: das Molekül kann nämlich an
fünf Stellen mit Essigsäureanhydrid unter Ausbildung von Pentaacetylglucose und
Essigsäure verestert werden. Damit wird exemplarisch gezeigt, wie Zuckerderivate
hergestellt und Schutzgruppen eingeführt werden können.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die hier vorgestellten Reaktionen den
Studierenden einige repräsentative Reaktionen der Glucose vermitteln. Dies sind
gleichzeitig Standardreaktionen der Organischen Chemie (reduzierende Wirkung von
Aldehyden, Glycolspaltung, Veresterung), die in jedes OC-Grundpraktikum passen. Die
zur Analytik der Glucose herangezogenen Verfahren sind den Auszubildenden schon
aus ihrem Quantitativen Praktikum grundsätzlich bekannt. Didaktisch sinnvoll ist es,
ihnen die Transferleistung abzuverlangen, die Iodometrie hier auch zur organischen
Analytik heranzuziehen.
Versuche mit Rohrzucker: Rohrzucker ist ein Disaccharid, in dem die beiden
Monosaccharide Glucose (eine Aldose) und Fructose (eine Ketose) über eine
glycosidische Bindung miteinander verknüpft sind. Da keine freie Aldehydfunktion
vorliegt, zeigt der Stoff auch keine reduzierende Eigenschaft und die Fehlingprobe
verläuft negativ.
Zunächst wird den Studenten der Disaccharid-Charakter des Rohrzuckers dadurch
bewiesen, dass das Molekül mit Salzsäure in die ihm zugrunde liegenden
Monosaccharide gespaltet werden kann. Da die resultierende Glucose schlechter löslich

58
ist als die Fructose, gelingt eine Trennung durch fraktionierte Kristallisation. Außerdem
kann der Verlauf der Rohrzuckerspaltung qualitativ durch Dünnschichtchromatographie
verfolgt werden.
Die nächsten beiden Versuche befassen sich mit der Verbrennung bzw. Entwässerung
des Rohrzuckers. Da Zucker ein wichtiges Nahrungsmittel ist, bietet es sich
geradezu an, das aus dem Physikalisch-Chemischen Labor bekannte Bombenkalorimeter
zur verbrennungskalorimetrischen Bestimmung des Heißwertes des Kohlenhydrats zu
nutzen:
C 12 H 22 O 11 + 12 O 2 → 12 CO 2 + 11 H 2 O ; ∆H = −5652,2 KJ/mol
Wenn man Zucker unter Sauerstoffausschluss erwärmt, wird er entwässert, so dass
Zuckerkohle übrig bleibt:
n C 12 H 22 O 11
⎯
∆T
⎯ → 12 C n + 11n H 2 O
Die Entwässerung gelingt auch mit der stark hygroskopischen Schwefelsäure. Die
Zucker/H 2 SO 4 -Mischung färbt sich erwartungsgemäß zuerst schwarz und schäumt dann
auf. Dies ist verständlich, da der sechswertige Schwefel dazu in der Lage ist, den
gebildeten Kohlenstoff zu oxidieren. Die Reaktionsprodukte CO 2 und SO 2 wirken als
Treibgase. Die Zuckerkohle ähnelt der Aktivkohle, die u.a. auch aus Kohlenhydraten,
z.B. Kokosnussschalen, bei hoher Temperatur und in Gegenwart wasserentziehender
Stoffe (ZnCl 2 , H 3 PO 4 ) erzeugt wird und im Umweltschutz als Adsorbenz für Schadstoffe
in Wasser und Luft eine große Rolle spielt. Die Zuckerkohle hat auch adsorbierende
Eigenschaften, was daran zu erkennen ist, dass sie eine verdünnte Methylenblaulösung
entfärben kann.
Kohlenhydrate und Polymerchemie: Baumwolle, chemisch reine Cellulose, ist das
wichtigste Polysaccharid und aus der Textilindustrie nicht mehr fortzudenken. Um den
Studenten zu beweisen, dass der Grundbaustein die Glucose ist, wird eine saure
Hydrolyse des Polymers vorgenommen und die Menge an entstandenem Monosaccharid
mit einem Teststreifen halbquantitativ bestimmt.
Weiterhin wird gezeigt, dass sich die Alkoholfunktionen der Cellulose im Sinne
einer polymeranalogen Umsetzung genauso verestern lassen, wie die des
Monomerbausteins (s.o.). Es resultiert Cellulosetriacetat, ein wichtiger Kunststoff. Um
das Praktikum methodisch zu bereichern, wird ein IR-Spektrum des Produktes
aufgenommen und mit dem der Baumwolle und der Pentaacetylglucose verglichen.
Gegenüber dem Spektrum der Cellulose fehlt in dem der Acetylcellulose die breite OH-
Absorption zwischen 3000-3600 cm −1 , dafür ist - genau wie in Spektrum der
Pentaacetylglucose - eine Carbonylfrequenz (Estergruppe) bei 1750 cm −1 dominant.
Das zweite bedeutende Polysaccharid ist die Stärke, die im Praktikum aus
Kartoffeln extrahiert und an ihrer charakteristischen Reaktion mit Iod identifiziert wird.
Aus Stärke, die überwiegend aus wasserlöslicher, linearer Amylose und zu einem
geringeren Teil aus unlöslichem, verzweigten Amylopektin besteht, lassen sich Folien
gießen, die durchaus industrielles Interesse gefunden haben, weil sie im Gegensatz zu
den meisten Kunststofffolien biologisch voll abbaubar sind (verrotten) und daher nach
Gebrauch auf die Mülldeponie geworfen werden dürfen.
Wie bereits erwähnt, liefert uns die Natur mit der Cellulose und Stärke unschätzbar
wertvolle fertige Polymere. Mit den Monosacchariden schenkt sie uns außerdem
Vorläufer für polymere Werkstoffe. Wegen der hohen Anzahl von OH-Gruppen eignen
sich die Monosaccharide zunächst aber bestenfalls zum Vernetzen, d. h. Härten, von
Polyurethanen oder Polyestern. Will man sie als Monomerbausteine nutzen, muss ihre

59
hohe Funktionalität auf eine Bifunktionalität abgesenkt werden, denn nur bifunktionelle
Stoffe können durch Kondensations- oder Additionsreaktionen mit geeigneten anderen
zweiwertigen Stoffen lineare Kettenmoleküle aufbauen. Wichtige technische Synthesen
dazu sind in Abbildung 26 gezeigt.
Isosorbit kann als Diolkomponente bei Synthesen von Polyurethanen oder
Polyestern eingesetzt, HMF wegen seiner noch vorhandenen Aldehydfunktion zu
Kondensationsreaktionen mit Phenolen herangezogen oder nach Reduktion der
Aldehyd- zur Alkoholgruppe wie der Isosorbit als Diolkomponente verwendet werden.
Ökologisch vorteilhaft ist es, dass Isosorbit und HMF als bifunktionelle Moleküle
auf Basis der nachwachsenden Zucker-Rohstoffe andere Diole wie Ethylenglycol oder
OH-terminierte Oligoether, die aus der Erdölchemie stammen, oder den giftigen
Formaldehyd substituieren und aus ihnen Polymere mit Eigenschaftsprofilen hergestellt
werden können, die denen der klassischen Kunststoffe wie Polyethylenterephthalat oder
Phenol-Formaldehyd-Harzen nicht viel nachstehen.
OH
C 6
H 12
O 6
OH OH
H 2 HO
H +
OH -2 H 2 O
OH OH
O
O
OH
Glucose Sorbit Isosorbit
HO
HO
O
HO
OH
H +
-3 H 2 O
H
O
O
OH
OH
Fructose Hydroxymethylfurfural
Abb. 26: Synthesen von Isosorbit und Hydroxymethylfurfural (HMF)
Einfache Versuche zur Synthese von Sorbit, Isosorbit und HMF sowie zu
Polymersynthesen damit sind in [37] beschrieben und passen in jedes organische
Praktikum, zumal die vorkommenden Reaktionstypen (Hydrierung, Eliminierung,
Polykondensation und -addition) dort sowieso zum Standardprogramm gehören.
Aus Zucker wird ein Vitamin: eine Ascorbinsäure-Synthese: Zucker finden in der
Medizin seit langem als Infusionslösungen und ihre Oligomere, z. B. die Cyclodextrine,
neuerdings zunehmend zur Verkapselung von Arzneimitteln Anwendung. Vorteilhaft ist,
dass die Umhüllung des Wirkstoffes im menschlichen Körper rückstandlos zersetzt und
der Stoff an der richtigen Stelle freigesetzt wird. Außerdem lassen sich aus Zuckern
selbst Wirkstoffe herstellen, z. B. Ascorbinsäure aus Glucose.
Die in Abbildung 27 gezeigte technische Synthese von Vitamin C wird im
Praktikum erst auf der Stufe der käuflich erhältlichen L-Sorbose begonnen, denn die
Reduktion von Glucose zu Sorbit ist den Auszubildenden aus dem oben beschriebenen

60
Versuch zur Polymerchemie bereits bekannt und sollte deshalb nicht wiederholt werden.
Die bio-technologische Oxidation des Sorbits zur L-Sorbose ist mit den im Praktikum
zur Verfügung stehenden Mitteln in der Regel nicht durchführbar.
CH 2
OH
CH 2
OH
CH 2
OH
HO
C
H
HO
C
H
C
O
HO
H
C
C
H
OH
H 2
/ Cat.
97-99%
HO
H
C
C
H
OH
A. suboxydans
HO
H
C
C
H
OH
HO
C
H
HO
C
H
HO
C
H
H
C
O
CH 2
OH
CH 2
OH
D-Glucose D-Sorbitol L-Sorbose
HO
OH
O
HO
OH
OH
Aceton
H 2
C
O
O
O
O
O
CH 2
OH
KMnO 4
97-99%
H 2
C
O
O
O
O
O
C
O
OH
H 2
O / H +
82%
ß-L-Sorbofuranose DAS DAG
CO 2
H
COOMe
COOMe
HO
H
C
C
C
O
H
OH
MeOH, HCl
75%
HO
H
C
C
C
O
H
OH
H 3
CONa
HO
NaO
H
C
C
C
H
OH
HCl
72%
HO
C
H
HO
C
H
HO
C
H
CH 2
OH
CH 2
OH
CH 2
OH
2-Keto-L-gulonsäure
O
CH 2
OH
HO
HO
C
C
C
O
H
OH
O
O
H
HO
C
C H
CH 2
OH
HO
OH
L-Ascorbinsäure
Abb. 27: Modifizierte Vitamin C-Synthese nach Reichstein und Grüssner
Die L-Sorbose liegt im Gleichgewicht mit ihrer cyclischen Form, der β-Sorbofuranose,
vor. Vier ihrer OH-Gruppen werden zunächst durch Ketalisierung mit Aceton
geschützt, um die primäre fünfte Alkoholgruppe mit KMnO 4 selektiv zur Carbonsäure
oxidieren zu können. Die resultierende Diacetonketogulonsäure wird durch Kochen in

61
Salzsäure unter Abspaltung der Schutzgruppen und Wasser und einer
Ringschlussreaktion direkt in Ascorbinsäure übergeführt.
Der Versuch ist für fortgeschrittene Studenten besonders reizvoll, weil er sie mit
einer Vielzahl verschiedener Reaktionstypen und anspruchsvollen präparativen
Methoden konfrontiert. Lösungsmittelrecycling ist selbstverständlich integraler
Bestandteil des Versuches. Wässrige Versuchsreste können bedenkenlos weggeschüttet
werden.
Die Reinheit der erhaltenen Ascorbinsäure wird dünnschichtchromatographisch
kontrolliert. Als Referenz lassen die Praktikanten eine Ware mit p. a. Qualität mitlaufen,
die sie auch schon in der Quantitativen Analyse zur Maskierung von Schwermetallen
verwendet haben. Wenn außerdem eine Probe einer Vitamintablette analysiert wird,
erkennen die Studenten, dass diese in der Tat Vitamin C enthält.
Aus Zucker wird Alkohol: die alkoholische Gärung: Das Praktikum zur Zuckerchemie
wird mit einem Versuch zur alkoholischen Gärung abgeschlossen. Eine Glucoselösung
wird mit Hefe versetzt und einige Tage gerührt:
C 6 H 12 O 6
⎯⎯⎯→
Hefe
2 CH3CH 2 OH + 2 CO 2
Entweichendes Kohlendioxid wird in Natronlauge eingeleitet und acidimetrisch
bestimmt. Zusätzlich wird der Fortgang der Reaktion verfolgt, indem halbtäglich eine
Probe gezogen und diese mit einem Teststreifen auf ihren noch vorhandenen Gehalt an
Glucose untersucht wird (s. o.).
Fazit: Die Kohlenhydratchemie vermittelt den Studierenden viele grundlegende
Verfahren der präparativen, analytischen und physikalischen organischen, der Polymerund
Biochemie und thematisiert eine wichtige Klasse nachwachsender Rohstoffe. Die
Versuche kommen mit toxikologisch unbedenklichen Rohstoffen aus, erzeugen keine als
Sondermüll zu entsorgenden Abfälle und passen deshalb besonders gut in eine
ökologisch orientierte Chemieausbildung.
2.8.2 Extraktion, Trennung und Charakterisierung von
Blatt- und Möhrenfarbstoffen [39]
Grüne Blätter und Möhren sind völlig harmlose Ausgangsstoffe, mit denen sich
interessante Chemie machen lässt. Wir führen die Extraktion der Farbstoffe mit Ethanol
bzw. Aceton durch und recyceln die Lösemittel durch Destillation am
Rotationsverdampfer. Die säulenchromatografische Reinigung der Pflanzenfarbstoffe
führen wir mit reinem Ethanol, also nicht wie in der Literatur häufig beschrieben mit
Benzin/Alkohol-Mischungen durch. Vorteilhaft bei dieser Vorgehensweise ist, daß das
Laufmittel problemlos zurückdestilliert werden kann. Dünnschichtchromatografische
und UV/Vis-spektroskopische Untersuchungen schließen den insgesamt vielseitigen und
in jeder Hinsicht umweltfreundlichen Versuch ab.

62
2.8.3 Mineralien als Ausgangsstoffe für ein anorganisches Praktikum
[40]
Schmidkonz publizierte unlängst ein neues Konzept zum Arbeiten mit Mineralien im
Chemieunterricht [41].Viele Mineralien sehen phantastisch aus. Da Menschen das, was
sie als schön empfinden, in der Regel auch für schützenswert halten, ist es nicht von der
Hand zu weisen, dass auch die von den anorganischen Naturstoffen begeisterten Schüler
und Studenten in ihrem Umweltbewusstsein positiv beeinflusst werden. Wir haben uns
deshalb entschlossen, Experimente mit Mineralien in unser Anfängerpraktikum
aufzunehmen, die vor allem die Bedeutung der Mineralien als Rohstoffe für die
industrielle Chemie thematisieren. (Einige der folgenden Versuche lassen sich auch in
Chemie-Leistungskursen einsetzen.)
Die Experimente erwiesen sich in der Tat für die Auszubildenden als sehr
motivierend. Eine Studentin, die sich mit der unten beschriebenen Chemie des Malachits
beschäftigte, verbrauchte nur einen Teil ihres mineralischen Ausgangsmaterials und
nahm den Rest des Halbedelsteins lieber mit nach Hause.
Reinigen von Naturschwefel und Synthese von Natriumthiosulfat: Ein sehr einfacher
Versuch ist die Gewinnung von reinem Schwefel aus Naturschwefel. Dazu kann
entweder eine Vakuum-Sublimation durchgeführt werden, oder eine Extraktion mit
Xylen und anschließender Kristallisation.
Natriumthiosulfat, ein Standardpräparat in vielen Chemiepraktika und ein technisch
wichtiger Stoff (Fixiersalz, Antichlor), läßt sich direkt aus Naturschwefel und
Natriumsulfit-Lösung herstellen: Kochen der Mischung, Filtrieren und Kristallisieren
liefert das gewünschte Produkt in guter Qualität und Ausbeute.
S 8 + 8 Na 2 SO 3
⎯→⎯ 8 Na2S 2 O 3
Reines Natrium- und Magnesiumchlorid aus Stein- bzw. Meersalz und Gewinnung
von Salzsäure: Aus Steinsalz kann reines NaCl gewonnen werden, indem das Rohsalz
mit Wasser extrahiert und die gesättigte Sole zur Fällung des Salzes mit konzentrierter
Salzsäure versetzt wird. In einem weiteren Versuch kann aus dem Rohsalz oder dem
gereinigten Salz mit Schwefelsäure Chlorwasserstoff ausgetrieben und in Wasser
absorbiert werden. Die Konzentration der so erhaltenen Salzsäure wird alkalimetrisch
bestimmt.
NaCl + H 2 SO 4 → HCl + NaHSO 4
Salz aus dem Totem Meer, das einen hohen Massenanteil Magnesiumchlorid (9.4
%) enthält, eignet sich, um die technische Hydroxidlaugung von Magnesium zu
modellieren. Die wässrige Salzlösung wird mit Natronlauge auf pH 11-12 gebracht, um
Magnesiumhydroxid auszufällen, das anschließend mit Salzsäure in sauberes
Magnesiumchlorid umgewandelt wird.
MgCl 2 (im Meerwasser) + 2 NaOH → Mg(OH) 2 + 2 NaCl
Mg(OH) 2 + 2 HCl → MgCl 2 + 2 H 2 O
Kupfer aus Kupferkies oder Malachit: Die hydrometallurgische Kupfer-Gewinnung
lässt sich im Praktikum einfach nachstellen. Kupferkies wird zunächst in einer KHSO 4 -
Schmelze aufgeschlossen. Nach Extraktion des Schmelzkuchens mit verdünnter
Schwefelsäure und Abtrennen der Gangart sowie des entstandenen elementaren
Schwefels liegt eine kupfer- und eisensulfathaltige Lösung vor, aus der elementares

63
Kupfer mit Eisenpulver zementiert werden kann. Als Edukt für die nasschemische
Kupfer-Gewinnung eignet sich auch Malachit (Aufschluss mit Schwefelsäure)
KHSO oder H SO
CuFeS 2 oder CuCO 3 ⋅Cu(OH) 2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
4 2 4
CuSO4 ⎯
Fe
⎯→
Cu
In der Industrie wird Kupfer alternativ carbothermisch gewonnen, indem
Kupfersulfid zu Kupferoxid geröstet und anschließend mit Kohlenstoff reduziert wird.
Die Durchführung einer Röstreaktion ist unserer Meinung nach für Chemieanfänger zu
schwierig. Deshalb schlagen wir ein einfacheres Verfahren vor, bei dem Malachit durch
Erhitzen in Kupferoxid überführt und dieses mit Holzkohle reduziert wird.
CuCO 3 ⋅Cu(OH)
∆T
2 ⎯ ⎯ → 2 CuO + CO 2 + H 2 O
CuO + C → Cu + CO
Weiß- und Rotpigment aus Ilmenit und Eisenspat: Auch wesentliche Elemente der
industriellen Pigment-Produktion lassen sich im Chemiepraktikum anschaulich
vermitteln. Ilmenit wird mit KHSO 4 aufgeschlossen, um wasserlösliches Titanyl- und
Eisen(II)-sulfat zu gewinnen. Bei pH 2-3 fällt wasserhaltiges Titanoxid aus, das
anschließend thermisch zum Weißpigment entwässert wird.
TiFeO 3 + 4 KHSO 4 ⎯⎯⎯⎯⎯→
Schmelze
TiOSO4 + FeSO 4 + 2 K 2 SO 4 + 2 H 2 O
TiOSO 4 + 3 H 2 O → Ti(OH) 4 + H 2 SO 4
Ti(OH)
∆T
4 ⎯ ⎯ → TiO 2 + 2 H 2 O
Aus Eisenspat und Schwefelsäure kann lösliches Eisen(II)sulfat gewonnen werden.
Nach Abtrennen der wasserunlöslichen Gangart wird das Filtrat mit Wasserstoffperoxid
versetzt, um zweiwertiges Eisen zum dreiwertigen zu oxidieren, das dann mit
Natronlauge als Eisen(III)-hydroxid ausgefällt und zu rostrotem Fe 2 O 3 entwässert wird.
FeCO 3 + H 2 SO 4 → FeSO 4 + CO 2 + H 2 O
2 FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2 H 2 O
Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6 NaOH → 2 Fe(OH) 3 + 3 Na 2 SO 4
2 Fe(OH)
∆T
3 ⎯ ⎯ → Fe 2 O 3 + 3 H 2 O
Aluminiumoxid und Thénards Blau aus Bauxit: Bauxit wird in einer NaOH-
Schmelze aufgeschlossen und der Schmelzkuchen mit Wasser extrahiert. Der
Natriumaluminat-haltige Extrakt wird mit Salzsäure auf pH 8 gebracht, um
Aluminiumhydroxid auszufällen. Dieses kann vor dem Gebläsebrenner zu Al 2 O 3
entwässert oder, mit einem Cobaltsalz gemischt, in den Spinell CoAl 2 O 4 überführt
werden (vgl. Abb 13).
Al 2 O 3 ⎯⎯⎯⎯→
NaOH
Na[Al(OH) 4] ⎯⎯⎯ pH 8 → Al(OH) 3
2 Al(OH)
∆T
3 ⎯ ⎯ → Al 2 O 3 + 3 H 2 O
2 Al(OH) 3 + Co(OH)
∆T
2 ⎯ ⎯ → CoAl 2 O 4 + 4 H 2 O
Rinmanns Grün aus Zinkblende: Zinkblende ist der Rohstoff für die industrielle
Chemie des Zinks. Das in der Technik durchgeführte Rösten des Erzes zur Gewinnung
von ZnO und seinen Folgeprodukten (Zink, Zinksalze) ist apparatetechnisch aufwendig
und lässt sich deshalb im Anfängerpraktikum kaum realisieren. Durch Behandeln des
Erzes mit Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid kann hingegen auf recht einfache
Weise lösliches Zinksulfat gewonnen werden. Anschließendes Fällen von basischem

64
Zinkcarbonat, Mischen mit Cobaltchlorid und Erhitzen liefert ein Grünpigment vom
Spinelltyp (vgl. Abb. 13).
ZnS + 4 H 2 O 2 → ZnSO 4 + 4 H 2 O
ZnSO 4 + Na 2 CO 3 → ZnCO 3 + Na 2 SO 4
CoCl ,
ZnCO 3 ⎯⎯⎯⎯⎯→
2 ∆T ZnCo2O 4
Silicagel und Zeolith aus Sand: Beim Soda/Pottasche-Aufschluss wird Sand in
wasserlösliche Silicate überführt. Mit Salzsäure gehen diese in Kieselgel über, das durch
Zentrifugieren isoliert werden kann.
SiO 2 + 2 Na 2 CO 3 → Na 4 SiO 4
Na 4 SiO 4 + 4 HCl → SiO 2 + 4 NaCl + 2 H 2 O
Alternativ kann aus dem wässrigen Extrakt des Schmelzkuchens durch Zugabe einer
Aluminatlösung (aus dem Bauxit-Aufschluss, s. o.) ein Alumosilicat ausgefällt werden.
Dessen Austauschkapazität für Ca 2+ -Ionen wird bestimmt.
n Na 4 SiO 4 + n Na[Al(OH) 4 ] → [NaAlSiO 4 ] n + 4n NaOH
[NaAlSiO 4 ] n + 0.5n Ca 2+ → [Ca 0.5 AlSiO 4 ] n + Na +
(vereinfacht)
Branntkalk und Kalkhydrat aus Marmor oder Calcit: Eine vor allem für die
Bauindustrie wichtige Reaktion lernen die Auszubildenden beim Brennen von Marmor
oder Calcit kennen: Es entsteht Calciumoxid (Branntkalk), das sich mit Wasser in einer
exothermen Reaktion zu Calciumhydroxid (Kalkhydrat) umsetzt.
CaCO
∆T
3 ⎯ ⎯ → CaO + CO 2
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2
Analytik: Die Auszubildenden sollten auch die große Bedeutung der analytischen
Chemie für Gehaltsbestimmungen von Rohstoffen und Qualitätskontrollen von
Produkten kennen lernen. Nur wenn qualitative und quantitative Zusammensetzungen
eines Ausgangsstoffes bekannt sind, lassen sich diese in chemisch-technischen
Verfahren einsetzen. Weiterhin ermöglicht erst die Kenntnis der Reinheit eines
Erzeugnisses dessen Spezifizierung für Einsatz und Verkauf (vgl. 2.7.4). Im Rahmen
eines Anfängerpraktikums eignen sich für die Verdeutlichung dieser Zusammenhänge
z.B. die komplexometrische Ca-Bestimmung in Marmor oder Calcit, die
komplexometrische Ca- und Mg-Bestimmung in Meersalz und gereinigtem MgCl 2 ,
sowie die elektrogravimetrische Cu-Bestimmung in Malachit und daraus hergestelltem
Kupfer. (Die Elektrogravimetrie entspricht gleichzeitig der Gewinnung von hochreinem
Kupfer durch elektrolytische Raffination.)
Ökologische Aspekte: Die hier vorgestellten Versuche vermitteln den Studierenden
einen Einblick in die Methoden und Denkweisen der industriellen Anorganischen
Chemie, sind präparativ anspruchsvoll und aus mehreren Gründen umweltfreundlich:
Die Edukte sind Mineralien und keine Gefahrstoffe nach der Gefahrstoffverordnung, die
Produkte finden an anderen Stellen im Praktikum Verwertung, und die Abwässer
enthalten keine oder durch Fällung leicht zu entfernende Giftstoffe, so dass sie - nach
Neutralisation - in den Ausguss gegeben werden können. Lediglich abfiltrierte
Gangarten müssen deponiert werden. Die Experimente passen damit gut in das
Gesamtkonzept einer ökologisch orientieren Chemieausbildung.

65
2.9 Sicherheitsbelehrung mit Experimenten [42, 43]
Bei der gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsbelehrung für Schüler sind vor allem
Verätzungen mit Säuren und Laugen, Verbrennungsgefahren beim Arbeiten mit
Heizquellen, Gefahren von Schnittverletzungen beim Umgang mit Glasgeräten,
insbesondere Reagenzgläsern, Feuergefahr beim Experimentieren mit organischen
Lösungsmitteln sowie Geruchsbelästigungen und deren Vermeidung anzusprechen.
Untermauert mit den im folgenden vorgeschlagenen Experimenten kann die
Sicherheitsunterweisung zu einer attraktiven Unterrichtsstunde werden, die den Schülern
Gefahrenpotentiale und geeignete Schutzmaßnahmen glaubwürdig aufzeigt.
Zusätzlich belebend wirken projizierte Cartoons zum Thema Arbeiten im Labor, z.
B. aus [44]. In Leistungskursen kann ergänzend auch auf toxikologische Aspekte
schulüblicher Chemikalien eingegangen werden.
Verätzungen mit Säuren und Laugen: Säuren und Laugen können Hautproteine
denaturieren bzw. spalten und daher eine kontaminierte Hautpartie verätzen. Dies lässt
sich durch zwei einfache Experimente modellieren. Ein Reagenzglas mit Milch wird mit
konzentrierter Salzsäure, ein anderes mit Natronlauge versetzt. Im ersten Fall koaguliert
das Milcheiweiß, im zweiten Fall wird es aufgelöst. Beide Versuche sehen sehr
unappetitlich aus, so dass es wohl jeder Schüler vermeiden möchte, dass Ähnliches mit
seiner Haut oder seinen Augen passiert.
Auch das Entstehen brauner Hautflecken beim Kontakt mit Salpetersäure kann man
modellieren. Bei Zugabe von konzentrierter Salpetersäure zu Milch färbt sich das
koagulierte Eiweiß orange-braun, bedingt durch die Nitrierung aromatischer
Aminosäuren (Xanthoproteinprobe).
Die wasserentziehende Wirkung von konzentrierter Schwefelsäure lässt sich durch
die Bildung von Kohle beim Mischen von Haushaltszucker und der Säure eindrucksvoll
demonstrieren. Für die Schüler ist es leicht einzusehen, dass auf die Haut getropfte
Schwefelsäure der Haut auch Wasser entzieht, was zu hässlichen und schmerzhaften
Brandblasen führt.
Ein Wattetupfer, versetzt mit einem Tropfen konzentrierter Schwefelsäure bekommt
schnell ein Loch. Dieser Versuch eignet sich dazu, den Schülern den Vorteil eines
Kittels aufzuzeigen: besser diese Schutzkleidung geht kaputt, als die darunter liegende
Kleidung oder sogar die Haut!
Gefährliche Wärmetönung beim Verdünnen von Säuren und Laugen: „Erst das
Wasser, dann die Säure - sonst passiert das Ungeheure“. Dies lässt sich gefahrlos (hinter
einer Schutzscheibe) vorführen. In einem 500-mL-Einhalskolben werden 20 mL
konzentrierte Schwefelsäure vorgelegt und über einen Tropftrichter mit Druckausgleich
tropfenweise mit 20 mL Wasser versetzt, worauf es im Kolben brodelt und spritzt!
In einem zweiten Versuch werden 20 mL Wasser in einem Trinkbecher aus
dünnwandigem Polystyren, der in einem 1-L-Becherglas steht, vorgelegt und zügig mit
20 mL konzentrierter Schwefelsäure versetzt. Bedingt durch die Mischungswärme
erweicht der Kunststoff, so dass der Becher zusammensinkt.
Schließlich wird der Mischungsvorgang korrekt durchgeführt. In einem 100-mL-
Becherglas werden 20 mL Wasser vorgelegt und magnetisch gerührt. Aus dem
Messzylinder werden 20 mL konzentrierte Schwefelsäure in dünnem Strahl zulaufen
gelassen. Gleichzeitig sollte der Temperaturanstieg auf ca. 110 °C mit einem
Thermometer gemessen werden. (Die Reste aus den drei Versuchen werden gesammelt
und als halbkonzentrierte Schwefelsäure weiterbenutzt.)

66
Vor der Aggressivität heißer Natronlauge kann man durch folgendes Experiment
besonderen Respekt gewinnen. In eine Alufolie (10 cm²) werden 10 NaOH-Pastillen,
beträufelt mit 1 mL Wasser, schnell eingewickelt. Die Folie wird auf ein Uhrglas gelegt.
Hinter der Schutzscheibe beobachtet man nach kurzer Zeit das Auszischen von
Wasserdampf und Wasserstoff. Außerdem löst sich das Metall teilweise auf:
2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O → 2 Na[Al(OH) 4 ] + 3 H 2
Gefahr durch heißes Öl: In einem 2-L-Einhalskolben werden 20 mL Speiseöl (anstelle
eines Silicon- oder Paraffinölbades) vorgelegt und auf 200-250 °C erwärmt. Dann
werden über einen Tropftrichter mit Druckausgleich nur wenige Tropfen Wasser in das
Öl getropft (Schutzscheibe). Es kommt zu heftigem Verspritzen, womit dem Schülern
eine von Ölbädern, mit denen z. B. wassergekühlte Destillations- oder Rückflussapparaturen
geheizt werden, ausgehende Gefahr verdeutlicht wird. Bestimmt fragt ein
Schüler, ob es nicht auch zuhause beim Braten ratsam sei, eine Schutzbrille zu tragen!
(Das Öl kann wiederverwendet werden.)
Das Reagenzglas als Gefahrenquelle: Bei Schülerversuchen geht eine große Gefahr
von Siedeverzügen beim Erhitzen im Reagenzglas aus. Deshalb sollte einmal im
Vergleich vorgeführt werden, wie ein Reagenzglas falsch und richtig gefüllt und erhitzt
wird. Zunächst wird ein Reagenzglas dreiviertel voll mit Wasser schräg an einem Stativ
befestigt und mit untergestelltem Brenner erhitzt (Schutzscheibe). Nach kurzer Zeit
spritzt der Inhalt aus dem Glas heraus, das dabei meistens zerspringt. Durch diese
Demonstration lernen die Schüler vor allem, dass eine Reagenzglasöffnung niemals in
Richtung auf eine andere Peron gerichtet sein darf! Anschließend wird das korrekte
Arbeiten mit dem Reagenzglas gezeigt, indem dieses nur zu maximal einem Viertel
gefüllt und in der Flamme ständig leicht geschüttelt wird.
Die nächsten Experimente thematisieren die Gefährlichkeit von Über- und
Unterdruck im Reagenzglas. Im ersten Versuch wird ein leeres Reagenzglas mit einem
Gummistopfen verschlossen, am Stativ eingespannt und mit dem Brenner am unteren
Ende kräftig erhitzt (Schutzscheibe). Der Überdruck baut sich ab, indem der Stopfen
wegfliegt. Häufig passiert es aber auch, dass der Überdruck ein kleines Loch in das
erweichende Glas bläst.
Im zweiten Versuch wird ein leeres Reagenzglas mit durchbohrtem Siliconstopfen
schräg am Stativ befestigt. Durch die Öffnung des Stopfens wird ein gebogenes Glasrohr
gesteckt, das mit seinem anderen Ende in ein Gefäß mit Wasser mündet. Jetzt wird
kräftig erhitzt (Schutzscheibe), womit z.B. eine Pyrolyse modelliert wird, bei der ein
Gas entsteht und in einer geeigneten Lösung nachgewiesen wird. Nachdem keine
Gasblasen mehr durch das Wasser blubbern, wird der Brenner entfernt. Der
Experimentator tritt gleichzeitig zurück. Schon nach kurzem Abkühlen des
Reagenzglases entsteht darin ein ausreichender Unterdruck, so dass Wasser zurücksteigt
und das immer noch heiße Glas zersprengt. Im Anschluss wird die richtige
Vorgehensweise gezeigt. Zuerst wird die Verbindung zwischen dem heißen Reagenzglas
und dem Gaseinleitungsrohr gelöst und dann der Brenner weggenommen. Alternativ
kann auch eine Sicherheitswaschflasche zwischen Reaktionsgefäß und
Absorptionsflüssigkeit geschaltet werden.
Brennbare Lösungsmittel: Die Dämpfe zahlreicher organischer Lösungsmittel sind
schwerer als Luft und können z.B. über eine Tischplatte „kriechen“ und sich deshalb
sogar an einer Flamme entzünden, die sich in einem deutlichen Abstand von der Quelle
der Dämpfe, beispielsweise einer offenen Vorratsflasche oder einem Reaktionskolben,

67
befindet. Dies lässt sich folgendermaßen demonstrieren. Ein Plastiktrichter mit
angeschlossenem Gasschlauch (ca. 1 Meter) wird oben an einem Stativ befestigt. Am
herunterhängenden Ende des Schlauches brennt im Abstand von 5-10 cm eine Kerze.
Ein Wattetupfer wird mit Diethylether getränkt und in den Trichter gelegt. Nach einiger
Zeit entzünden sich die Etherdämpfe am unteren Ende des Schlauches und brennen dort
kontinuierlich ab. Als Versuchsvariante bietet sich folgende Vorgehensweise an. Die
ethergetränkte Watte wird auf das obere Ende einer schräg aufgestellten Blechrinne
(oder gefalteten Alufolie) gelegt. Am unteren Ende brennt die Kerze. Der abwärts
strömende Etherdampf entzündet sich dort, und rasch breitet sich die Flamme über die
ganze Rinne nach oben aus.
Geruchsbelästigungen: Ein Becherglas mit einer stark riechenden Substanz, z.B.
konzentrierte Ammoniaklösung, wird mitten in den Raum gestellt. Schon bald monieren
die Schüler die Geruchsbelästigung. Mit derartigen Stoffen muss unter dem Abzug
gearbeitet werden, dessen Wirkungsweise folgendermaßen nachempfunden werden
kann. Über einen Trichter mit nachgeschalteter Waschflasche mit verdünnter
Schwefelsäure und eine Wasserstrahlpumpe wird das entweichende NH 3 -Gas abgesaugt
und in der Absorptionslösung neutralisiert.
Beim Arbeiten im Reagenzglasmaßstab können Geruchsbelästigungen auch
vermieden werden, indem die Gläser mit Aktivkohlestopfen [45] verschlossen werden.
Von deren Effizienz sind die Schüler leicht zu überzeugen, indem man ihnen mit den
Stopfen verschlossene Reagenzgläser mit z.B. konzentrierter Salzsäure oder
Ammoniaklösung, schwefliger Säure, Aceton oder Ether reicht und sie um vorsichtige
Geruchsproben vor und nach dem Lüften der Stopfen bittet. Eindrucksvoll ist es auch,
zwei Reagenzgläser mit Ammoniak und Salzsäure nebeneinander zu halten und die
NH 4 Cl-Rauchbildung zu beobachten, die sofort ausbleibt, nachdem die Gefäße mit
Aktivkohlestopfen verschlossen wurden.
Brandfördernde Stoffe: Beenden kann man die Sicherheitsbelehrung mit zwei
motivierenden Schauversuchen, welche die Gefährlichkeit brandfördernder Stoffe, z. B.
Kaliumchlorat beim Ansäuern oder Erhitzen, thematisieren (Abzug). Eine Mischung aus
5 g trockenem Haushaltszucker, 5 g KClO 3 und 0.5 g Sr(NO 3 ) 2 wird auf eine feuerfeste
Unterlage, auf der sich 0.5 mL konzentrierte Schwefelsäure befinden, gegeben. Nach
kurzem Knistern bildet sich eine rote Stichflamme.
Noch eindrucksvoller ist es, in einem Supremax-Reagenzglas 1 g KClO 3 zu
schmelzen und einen Gummibären in die Schmelze zu werfen. Das „Tier“ verbrennt im
hellen Feuerschein und unter heftigem „Fauchen“.
Bei einer Sicherheitsbelehrung sollte auch ein Verständnis für die toxische Wirkung
schulüblicher Chemikalien geweckt werden: Wieso ist ein Stoff giftig? Wie sieht eine
Therapie aus, wenn es zu einer Vergiftung gekommen ist?
Im folgenden werden einige Wechselwirkungen ausgewählter anorganischer
Verbindungen und organischer Lösungsmittel mit dem menschlichen Organismus
erläutert. Besonderer Wert wird dabei darauf gelegt, dass die diskutierten Zusammenhänge
mit dem von den Schülern aus dem Chemieunterricht erworbenen Basiswissen
verstanden werden können.
Schwermetalle: Den Schülern ist bekannt, dass zahlreiche Schwermetallverbindungen
mit Sulfid-, Hydroxid- oder Carbonatlösungen schwerlösliche Salze und mit Amminen
oder Ammoniak stabile Komplexe bilden, z. B.

68
Cu 2+ + S 2− → CuS
Cu 2+ + 2 OH − → Cu(OH) 2
Cu 2+ 2−
+ CO 3 → CuCO 3 (meist basisches Carbonat)
Cu 2+ + 4 NH 3 → [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+
Artverwandte Reaktionen spielen sich auch ab, wenn Schwermetallionen in einen
lebenden Organismus eintreten. Hier liegen nämlich Biomoleküle mit Thiol-, Hydroxyl-,
Carboxyl- und aminischen Funktionen vor, die ähnlich mit den aufgenommenen
Schwermetallionen in Beziehung treten können wie die basischen Reagenzien in den
angeführten Reaktionsgleichungen. Diese genannten Gruppen erfüllen als Strukturelemente
wichtiger Biomoleküle lebenswichtige Aufgaben. So ist es einleuchtend, dass
dies nach Komplexierung mit einem Metallion nicht mehr möglich oder beeinträchtigt
ist.
Das Prinzip der therapeutischen Behandlung ist recht einfach. Die Metallionen
können aus der Komplexbindung mit den Biomolekülen abgelöst werden, wenn sie mit
einem verabreichten Medikament eine stärkere Wechselwirkung eingehen als mit dem
Biomolekül. Chelatkomplexbildner wie beispielsweise Ethylendiamintetraacetat sind
hier die Medikamente der Wahl. EDTA ist den Schülern schon von der
komplexometrischen Bestimmung von Metallionen, z. B. der Wasserhärte, her bekannt.
Es resultiert ein ausgesprochen stabiler Komplex, weil das Ligandmolekül gleich
mehrmals an das zu analysierende Kation anbindet.
Abschließend zum Thema toxische Wirkung von Schwermetallen sei noch die
chronische Vergiftung mit Blei angesprochen. Pb 2+ -Ionen lagern sich in der
Knochensubstanz ab, wo sie die in vieler Hinsicht chemisch ähnlichen Ca 2+ -Ionen
ersetzen:
CaCO 3 + Pb 2+ → PbCO 3 + Ca 2+
Diese Reaktion wird den Schülern leicht verständlich sein, wenn man ihnen die Fällung
von Bleiionen mit Soda vorführt und außerdem etwas über das früher verwendete
Malerpigment „Bleiweiß“ erzählt.
Fluorid: Auch Fluorid-Ionen zerstören die Knochensubstanz. Sie verdrängen dort die
Carbonationen nach folgender Reaktionsgleichung:
CaCO 3 + 2 F −
→ CaF 2 + CO 3
2−
Im Modellversuch versetzt man eine NaF- mit einer CaCl 2 -Lösung Sofort bildet sich ein
weißer Niederschlag von Calciumfluorid. Dieses kommt als Flussspat auch in der Natur
vor und ist Rohstoff für die gesamte Fluorchemie.
Bei Unfällen mit Fluorid- oder bzw. Flusssäure(HF)-Lösungen ist schnelle Hilfe
erforderlich. Die Fluorid-Ionen müssen durch Behandeln der benetzten Körperstellen
mit einer Ca 2+ -haltigen Lösung (Calciumgluconat) in unlösliches CaF 2 übergeführt und
so an der Diffusion durch Haut und Gewebe bis zu den Knochen gehindert werden.
Mit dieser klassischen Fällungsreaktion lässt sich also sowohl die toxische Wirkung
von Fluorid, als auch das Prinzip der Behandlung von Fluoridvergiftungen erklären.
An dieser Stelle bietet es sich an, auf die Bildung und Vermeidung von Karies
einzugehen [46]: Zucker wird von Mundbakterien zu Milchsäure abgebaut, die mit dem
in der Zahnknochensubstanz enthaltenen CaCO 3 und 3Ca 3 (PO 4 ) 2 ⋅Ca(OH) 2 reagieren und
dadurch den Zahn zerstören kann (Karies). Wenn die Zahnoberfläche hingegen mit einer
CaF 2 -Schicht überzogen ist, bleibt der Zahn vor dem Angriff der Säure geschützt
(Prophylaxe).

69
Dazu ein Modellversuch: Am Abend vor der Unterrichtsstunde wird die Schale von
einem halben Ei in eine gesättigte NaF-Lösung gelegt. An der Schalenoberfläche laufen
folgende Austauschreaktionen ab:
CaCO 3 + 2 NaF → CaF 2 + Na 2 CO 3 und Ca(OH) 2 + 2 NaF → CaF 2 + 2 NaOH
In der Unterrichtsstunde wird die Schale aus der NaF-Lösung herausgenommen,
abgespült und in 10%ige Milchsäurelösung gegeben. In einem Vergleichsversuch wird
die andere Eierschalenhälfte, die nicht mit NaF präpariert wurde, in Milchsäure gelegt.
An der gesamten Oberfläche der unbehandelten Eierschalenhälfte bilden sich rasch
Gasbläschen (CO 2 ). Dies ist auf folgende Reaktion zurückzuführen:
CaCO 3 + 2 HO 2 CCH(OH)CH 3 → Ca(O 2 CCH(OH)CH 3 ) 2 + CO 2 + H 2 O
An der Oberfläche der mit NaF behandelten Eierschalenhälfte, an der sich praktisch
keine Carbonationen mehr befinden, ist die Gasentwicklung hingegen erwartungsgemäß
minimal.
Säuren und Laugen: Nach Verschlucken von Säure, z. B. HCl, ist zunächst das Trinken
von viel Wasser zwecks Verdünnung ratsam. Noch besser ist die Neutralisation z.B. mit
Magnesia:
MgO + 2 HCl → MgCl 2 + H 2 O
Die Neutralisation darf hingegen nicht mit Soda oder Bicarbonat erfolgen, da
freigesetztes CO 2 -Gas zu einer starken Schaumbildung (mit der Gefahr einer
Perforation) im Körper führen würde!
Auch bei der oralen Aufnahme von Laugen, z. B. Natronlauge, lässt man die
betroffene Person zunächst viel Wasser und anschließend zur Neutralisation
beispielsweise verdünnten Essig trinken:
HAc + NaOH → NaAc + H 2 O
Die Atemgifte Kohlenstoffmonoxid und Cyanid: Den Schüler ist bekannt, dass CO,
das Produkt der unvollständigen Verbrennung von Kohle oder
Kohlenstoffverbindungen, ein starkes Atemgift ist. Wenn ihnen außerdem im Chemieoder
Biologieunterricht bereits die Bedeutung des Hämoglobins für den
Sauerstofftransport aus der Luft in den Körper beigebracht wurde, wird ihnen die
toxische Wirkung des CO leicht verständlich sein. CO bildet mit dem zweiwertigen
Eisen im Hämoglobin einen mehr als 200mal stabileren Komplex als O 2 . Dies bedeutet,
dass ein mit Kohlenstoffmonoxid blockiertes Hämoglobin für den Sauerstofftransport
einfach nicht mehr zur Verfügung steht; die Atmung wird behindert und kommt bei
hoher CO-Konzentration in der Luft schließlich ganz zum Erliegen.
Eine Therapie muss schnell erfolgen, indem die mit CO vergiftete Person mit
sauerstoffangereicherter Luft oder reinem Sauerstoff beatmet wird. Unter diesen
Bedingungen liegt der Sauerstoff in einem so großen Überschuss vor, dass er das CO
wieder von den Eisenzentralatomen des Hämoglobins verdrängt. Anders ausgedrückt:
während das chemische Gleichgewicht zwischen dem CO- bzw. O 2 -komplexierten
Hämoglobin bei hoher CO-Konzentration ganz auf der rechten Seite der obigen
Reaktionsgleichung liegt (Vergiftung), erfolgt umgekehrt bei hoher O 2 -Konzentration
eine Gleichgewichtsverschiebung nach links (Therapie).

70
hohe CO-Konzentration
Hb⋅Fe⋅O 2 + CO Hb⋅Fe⋅CO + O 2
hohe O 2 -Konzentration
Dieser Sachverhalt eignet sich dazu, in der Schulstunde die Diskussion des
Massenwirkungsgesetzes zu vertiefen.
Cyankali ist den Schülern zumindest aus den Romanen von Agatha Christie bekannt.
Beim Verschlucken von KCN setzt die Magensäure die schwächere Blausäure frei,
KCN + HCl → HCN + KCl
die besonders schnell durch den Körper diffundiert und das dreiwertige Eisen in der
Cytochromoxidase, einem wichtigen, dem Hämoglobin artverwandten Enzym in der
Atmungskette unter Bildung eines stabilen Eisencyanokomplexes blockiert.
(Eisencyano-komplexe können den Schülern in Form der Blutlaugensalze vorgestellt
werden).
Die Behandlung einer Cyanidvergiftung hat sehr rasch zu erfolgen. Sie basiert auf
zwei chemisch einfachen Prinzipien. Noch freies Cyanid muss z. B. durch verabreichtes
Thiosulfat oxidiert werden, wobei ein Schwefelatom auf das Cyanid übertragen wird, so
dass dieses seine Eigenschaft als Ligandmolekül verliert.
CN − + S 2 O 3
2−
→ SCN − + SO 3
2−
Bereits an die Cytochromoxidase gebundenes Cyanid muss von Eisen abgelöst werden.
Dies geschieht durch Umkomplexierung, indem die Cyanid- auf z. B. in Form einer
CoEDTA-Lösung verabreichte Cobalt-Ionen, die eine höhere Affinität zu dem Liganden
besitzen als Eisen-Ionen, übertragen werden. Die Therapie wird zusätzlich durch
Methämoglobinbildner (s.u.) unterstützt.
Nitrit: Nachrichten über Nitrat im Gemüse oder Trinkwasser fordern den Lehrer dazu
heraus, den Schülern die toxische Wirkung von Nitrit zu erklären, welches im Körper
aus Nitrat entsteht. Der Stoff kann auf verschiedene Weise giftig wirken. Die
Reaktionen von Nitrit mit Aminen (z.B. aus eiweißhaltiger Nahrung) in Gegenwart von
Säure (z. B. Magensäure) unter Ausbildung von ihrerseits hochtoxischen Nitrosaminen
sowie die Punktmutation von DNS-Basen durch Nitrit werden den Schülern mit ihren
noch bescheidenen Grundkenntnissen der organischen Chemie nur schwer verständlich
sein und daher hier nicht weiter erläutert werden. Lediglich die methämoglobinbildende
Wirkung von Nitrit wird beschrieben.
Diese beruht darauf, dass Nitrit vom sauerstoffhaltigen Hämoglobin unter Bildung
von Nitrat und unter gleichzeitiger Erhöhung der Wertigkeit des Eisens oxidiert wird:
2 Hb⋅Fe 2+ ⋅O 2 + NO 2 − + 2 H + → 2 Hb⋅Fe 3+ + NO 3 − + H 2 O
Das dreiwertige Eisen im Hämoglobin (Methämoglobin) kann keinen weiteren
Sauerstoff binden und steht damit für die Atmung nicht mehr zur Verfügung.
Die Rückbildung zu normalem Hämoglobin erfordert ein geeignetes
Reduktionsmittel (Fe 3+ + e − → Fe 2+ ), über das der menschliche Organismus in Form
eines Enzyms, der sog. Methämoglobin-Reduktase, verfügt.
Im Modellversuch wird einer FeSO 4 -Lösung etwas NH 4 SCN zugegeben. Die fast
farblose Lösung wird nach Zugabe von KNO 2 tiefrot: Dies ist ein sicheres Indiz auf das
Entstehen dreiwertigen Eisens. Mit Ascorbinsäure (Vitamin C) kann dieses wieder zu
farblosem zweiwertigen Eisen reduziert und somit die „toxische Wirkung des Nitrits
aufgehoben“ werden [47].

71
Halogenierte Kohlenwasserstoffe: Aus der Diskussion der Ozonproblematik ist den
Schülern bekannt, dass halogenierte Kohlenwasserstoffe umweltschädigende Stoffe sind.
Auf das Wissen, dass die Verbindungen unter Einwirkung von Energie (Sonnenlicht) in
Radikale zerfallen, die ihrerseits die Ozonzersetzung katalysieren, kann aufgebaut
werden. Es wird den Schüler plausibel klingen, dass die halogenierten Kohlenwasserstoff
auch im menschlichen Organismus, wo sie sich wegen ihrer fettlösenden
Eigenschaften schnell verteilen, unter Mithilfe dort vorhandener Enzyme Dehalogenierungsreaktionen
zu Radikalen unterliegen. Diese können z. B. unter
Abstraktion von H-Atomen von Biomolekülen abreagieren und dabei wichtige
Lebensfunktionen zerstören, gemäß folgendem Schema:
CCl 4
Enzym
⎯⎯⎯⎯→ Cl 3 C• Cl 3 C-H
↓
Folgereaktionen unter
Totalzerstörung des Biomoleküls
Ethanol und Methanol: Ethanol ist gut wasserlöslich und verteilt sich deshalb schnell
im Körperwasser. Es wird enzymatisch zu Ethanal (Acetaldehyd)und dieses weiter zu
Ethansäure (Essigsäure) oxidiert:
CH 3 -CH 2 OH
⎯
Ox
⎯→
CH3-CHO ⎯
Ox
⎯→
CH3-COOH
Diese Reaktionssequenz ist für die Schüler leicht nachvollziehbar, da bekannte Stoffe
und Stoffklassen (Alkohol, Aldehyd, Carbonsäure) auftauchen.
Analog wird Methanol im Körper umgewandelt:
CH 3 OH ⎯
Ox
⎯→
HCHO ⎯
Ox
⎯→
HCOOH
Methanolvergiftungen kommen in der Regel durch Verwechslung von Ethanol mit den
wesentlich toxischeren Methanol zustande. Der erste Metabolit Formaldehyd ist giftig,
weil er besonders leicht mit funktionellen Gruppen der Proteine wie -NH 2 oder -OH zu
Iminen bzw. Halbacetalen reagiert und die ursprünglichen Funktionen damit irreversibel
zerstört.
R-NH 2 + HCHO → R-N=CH 2 + H 2 O
R-CH 2 OH + HCHO → R-CH 2 -O-CH 2 OH
Bedeutender bei Methanolvergiftungen ist aber die Wirkung des zweiten
Metaboliten, der Ameisensäure. Diese ist nur schwer ausscheidbar und führt wegen ihrer
sauren Eigenschaft zu einer erheblichen Absenkung des pH-Wertes im Blut (Acidose).
Die Therapie bei Methanolvergiftungen basiert auf einfachen chemischen Grundsätzen.
Die Oxidation von Methanol läßt sich dadurch weitgehend unterdrücken, dass
dem Patienten kontinuierlich etwas Ethanol verabreicht wird. Dieses ist leichter
oxidierbar als Methanol. Die Konsequenz ist, daß das für die Oxidation verantwortliche
Enzym ständig mit dem Abbau des nachgelieferten Ethanols beschäftigt ist und im
wahrsten Sinne des Wortes keine Zeit hat, sich um den Abbau des Methanols zu
kümmern (kompetitive Hemmung). Dieses kann dann abgeatmet werden. Bereits
gebildete Methansäure wird durch Infusion geeigneter Basen im Sinne einer
Neutralisationsreaktion abgefangen, z. B. gemäß:

72
HCOOH + Na 2 HPO 4 → HCOONa + NaH 2 PO 4
Wieso Methanolvergiftungen vor allem zur Erblindung führen, ist nicht genau bekannt.
Ergänzende Versuche: Im Rahmen der Sicherheitsbelehrung für Studenten kann man
vertieft auf die Therapie bei Schwermetallvergiftungen, z. B. des Kupfers (s. o.), Arsens
oder Thalliums, eingehen [48].
Bekannt geworden ist die Chelatkomplextherapie u. a. durch das als Antidot gegen
den Kampfstoff Lewisit, ClCH=CHAsCl 2 , entwickelte 2,3-Dimercaptopropanol, genannt
BAL (British Anti Lewisit).
Heute wird bevorzugt das Natriumsalz der 2,3-Dimercaptopropansulfonsäure
(DMPS) verwendet, welches besser wasserlöslich ist und deshalb bessere galenische
Eigenschaften aufweist. Andere gängige Medikamente in der Chelatkomplextherapie
sind z. B. Ethylendiamintetraacetat (EDTA) und Penicillamin (s. Abb. 27).
-
H 2
C CH CH H 2
C CH CH 2
(H 3
C) 2
C CH CO 2
H O2 CCH
2
2
N CH 2 CH 2 N
SH SH OH SH SH OSO 3 Na SH NH -
2
O2 CCH 2
BAL DMPS Penicillamin EDTA
CH 2 CO 2
-
CH 2 CO 2
-
Abb. 27: In der Chelatkomplextherapie verwendete Ligandmoleküle
Thalliumvergiftungen, z.B. mit dem klassischen Rattengift Tl 2 SO 4 , werden durch
orale Gabe von Berliner Blau behandelt, einer Verbindung, die mit der bekannten
Formel Fe III 4[Fe II (CN) 6 ] 3 nur unzureichend beschrieben ist. Das Eisen(III)-hexacyanoferrat(II)
enthält nämlich sowohl stöchiometrisch als auch außerstöchiometrisch
gebundene Kaliumionen, die gegen die vergleichbar großen Thallium(I)-Ionen ausgetauscht
werden können. Der entstandene Komplex wird mit den Faeces ausgeschieden.
Modellversuche im Reagenzglas:
Wenn eine Eiweißlösung mit Kupfersulfat versetzt wird, entsteht die blaurote
Lösung eines Einlagerungskomplexes (Biuretreaktion), der als Modell für ein vergiftetes
Biomolekül angesehen werden kann. Bei Zugabe von Penicillamin oder DMPS werden
die Kupferionen vom Protein entfernt. Es resultiert die rotbraune Lösung des Cu-
Penicillamin- oder die gelbgrüne Lösung des Cu-DMPS-Komplexes:
Eiwei
+
Kupfersulfat
N
R C
HC
O
Cu
O
C
C R
N H
Medikamente
wie
Penicillamin
oder DMPS
Eiweiß +
(H 3 C) 2 C CH CO 2 H
S NH 2
Cu
bzw.
H 2 C CH CH 2
S S OSO 3 Na
Cu
Die besondere Stabilität des As-BAL-Komplexes lässt sich dadurch demonstrieren,
dass sogar das schwerlösliche Arsen(III)-sulfid mit BAL rasch in den weißen Komplex
umgewandelt wird, bzw. dadurch, dass aus einer Arsenlösung, die außerdem das
Ligandmolekül enthält, mit Schwefelwasserstoff kein Arsensulfid gefällt werden kann.
Die Therapie bei einer Thalliumvergiftung lässt sich verdeutlichen, indem eine
Tl 2 SO 4 -Lösung mit Berliner Blau behandelt wird. Im Filtrat lässt sich mit
Natriumdiethyl-amidodithiocarbonat (DDTC) kein weißes Thalliumcarbat oder mit
Kaliumiodid kein gelbes Thalliumiodid mehr fällen.

73
Wegen der hohen Stabilität der entstandenen Schwermetallverbindungen können die
Versuchsreste im Chemiepraktikum nicht aufbereitet, sondern müssen als Sonderabfall
entsorgt werden. Dies passt an sich nicht in unser Konzept einer ökologisch orientierten
Chemieausbildung. Aber mit dem Ziel, die Bedeutung der Chemie für die Gesundheit
herauszustellen, und in Hinblick auf die Tatsache, dass in einer humanen Gesellschaft
Gesundheitsschutz Vorrang vor Umweltschutz hat, halten wir es für vertretbar, mit sehr
kleinen Mengen hochtoxischer Verbindungen zu experimentieren, auch wenn diese nicht
recycelt, sondern lediglich korrekt entsorgt werden.
2.10 Sonstige Aspekte des Umweltschutzes und der
Sicherheit
2.10.1 Demonstrationsversuche zur Wasser-, Luft- und
Bodenreinigung
Gelegentlich halte ich für Schüler Experimentalvorlesung, z. B. wenn Leistungskurse
unsere Fachhochschule besuchen oder am sog. Tag der offenen Tür. Einmal habe ich
auch eine zweiwöchige Vortragsreise in den Großkreis Wittenberg unternommen und
dort mehrere Schulen besucht. Ziel der Vorlesung ist es, den Schülern Verfahren des
technischen Umweltschutzes näher zu ringen, sie vom umweltbewussten Verhalten der
chemischen Großindustrie zu überzeugen und somit zur Verbesserung der Akzeptanz
der Chemie in unserer Industriegesellschaft beizutragen.
Behandelt und im Experiment vorgeführt werden Methoden der Abwasserreinigung
(Schwermetalleliminierung, Oxidation und Reduktion von Schadstoffen bzw. ihre
Adsorption an Aktivkohle) und Luftreinhaltung (Gaswäsche, Aktivkohlefilter [49]).
Bezüge zu technischen Prozessen (Erzaufbereitung, Beizen, Galvanisieren, Textilfärbung,
Rauchgasentschwefelung, Synthesechemie unter Verwendung leicht verdampfender
Lösungsmittel) werden hergestellt, wobei explizit betont wird, dass in der
chemischen Industrie jeder Produzent im Sinne des Verursacherprinzips für seine
Produktion, Produkte, Reststoffe und Abfälle haftet. Reaktionsgleichungen werden an
die Tafel geschrieben, und kurz Parallelen zu bereits bekanntem Unterrichtsstoff
gezogen. Außerdem wird den Schülern folgendes Skript ausgehändigt (s. Abb. 28).
Wasser- und Luftreinhaltung
Sicherlich hat die Chemie zur Umweltverschmutzung beigetragen. Genauso gewiß ist es
aber auch, daß Umweltschutz ohne Chemie unmöglich ist, denn die meisten Verfahren
zum Umweltschutz sind chemische. Im folgenden werden Standardmethoden der
Wasser- und Luftreinhaltung vorgestellt, die auf klassischen chemischen Reaktionen und
Prinzipien beruhen.
Entfernung von Schwermetallionen aus dem Wasser
Schwermetallionen können dem Wasser nach verschiedenen Methoden entzogen
werden.

74
Versetzt man beispielsweise eine Kupfersulfatlösung mit Natronlauge, so bildet sich
schwerlösliches, türkisblaues Kupferhydroxid:
CuSO 4 + 2 NaOH → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4
Nachteilig ist, dass dieses sehr feinteilig und daher schlecht filtrierbar ist. Erst nach
längerem Stehen oder Aufkochen wandelt es sich in schwarzes CuO um, das dann gut
abtrennbar ist:
Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O
Die Hydroxidfällung hat ihre Grenzen, wenn Komplexbildner im Wasser vorliegen,
die die Schwermetallionen maskieren. In diesem Fall ist eine Sulfidfällung vorteilhaft,
denn die Metallsulfide sind meistens schwerer löslich als die entsprechenden -
hydroxide. Versetzt man z. B. die tiefblaue Lösung des Kupfertetramminkomplexes mit
Natriumsulfid, so flockt schwerlösliches, schwarzes Kupfersulfid aus:
CuSO 4
NH ⎯⎯⎯→ 3
[Cu(NH3) 4 ]SO 4
Na S 2 ⎯⎯⎯→ CuS
Nach Filtration resultiert ein farbloses Wasser, das aber noch nicht verworfen werden
darf, denn es enthält noch das zuvor im Überschuss verwendete und giftige
Fällungsmittel Na 2 S. Dieses kann mit Wasserstoffperoxid zu ungiftigem Sulfat oxidiert
werden:
Na 2 S + 4 H 2 O 2 → Na 2 SO 4 + 4 H 2 O
Der Sachverhalt der Metallsulfidfällung und anschließender Sulfidbeseitigung lässt
sich am Beispiel des Bleis in einem Eintopfverfahren demonstrieren. Aus einer
Bleinitratlösung wird mit Natriumsulfid schwarzes Bleisulfid ausgefällt.
Wasserstoffperoxid wandelt dieses in weißes, ebenfalls schwerlösliches Bleisulfat um:
Pb(NO 3 ) 2
Na S 2 ⎯⎯⎯→
PbS
HO ⎯⎯2 ⎯2→
PbSO 4
Nach Filtration kann das schadstofffreie Filtrat verworfen werden.
Schwermetalle lassen sich dem Wasser auch durch Ionenaustausch entziehen. Gibt
man eine Kupfersulfatlösung auf ein iminodiacetatgruppenhaltiges Austauscherharz, so
werden die Cu 2+ -Ionen dort festgehalten und Na + -Ionen in die Lösung abgegeben. Das
Eluat ist farblos und kann weggeschüttet werden. Die Kupferionen können mit
Schwefelsäure wieder von der Säule abgelöst (Methode der Metallanreicherung), und
der Ionenaustauscher abschließend mit Natronlauge in seine ursprüngliche Form
gebracht und mit Wasser neutral gewaschen werden.
R-CH 2 N(CH 2 CO 2 Na) 2 + CuSO 4 → R-CH 2 N(CH 2 CO 2 ) 2 Cu + Na 2 SO 4
(R = Polystyren)
R-CH 2 N(CH 2 CO 2 ) 2 Cu + H 2 SO 4 → R-CH 2 N(CH 2 CO 2 H) 2 + CuSO 4
R-CH 2 N(CH 2 CO 2 H) 2 + 2 NaOH → R-CH 2 N(CH 2 CO 2 Na) 2 + 2 H 2 O
Eine weitere Methode der Schwermetalleliminierung aus Wasser ist die
Zementation. Versetzt man eine Kupfersulfatlösung mit Eisenpulver, so bildet sich
elementares Kupfer, und das Eisen geht als Eisensulfat in Lösung.
CuSO 4 + Fe → Cu + FeSO 4
Das giftige und wertvolle Cu 2+ wird gegen das ungiftige und billige Fe 2+ im Wasser
ausgetauscht, ein Beispiel dafür, wie Ökologie und Ökonomie sich komplementär
ergänzen können.

75
Entfernung von Oxidationsmitteln aus dem Wasser
Starke Oxidationsmittel wie KMnO 4 oder NaOCl dürfen nicht ins Abwasser gelangen
und müssen vorab reduziert werden. Dies kann z.B. mittels SO 2 oder H 2 O 2 erfolgen:
2 KMnO 4 + 5 H 2 SO 3 → 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 2 H 2 SO 4 + 3 H 2 O
NaOCl + H 2 O 2 + H 2 O → NaCl + O 2 + 2 H 2 O
Im ersten Fall wird violettes Permanganat in farbloses und ungiftiges MnSO 4
übergeführt, im zweiten Fall entsteht harmloses Kochsalz. Die Chlorbleichlauge hat
erwartungsgemäß nach der H 2 O 2 -Zugabe ihre bleichende Wirkung, z. B. auf den
Farbstoff Methylorange, verloren.
Entfernung organischer Wasserinhaltsstoffe
Organische Wasserinhaltsstoffe lassen sich dem Wasser häufig durch Adsorption an der
Oberfläche einer Aktivkohle entziehen. Versetzt man z.B. eine tiefrote Fuchsinlösung
mit Kohlepulver, schüttelt und filtriert, so läuft ein farbloses Filtrat ab, das verworfen
werden kann. Durch Waschen des Filterrückstandes mit Ethanol können das Fuchsin
und die Kohle gleichzeitig recycelt werden. Das Filtrat ist eine alkoholische
Fuchsinlösung.
Methoden der Luftreinhaltung
Wasserlösliche Gase lassen sich einem Luftstrom durch Gaswäsche entziehen, z. B.
kann verdampfendes Ammoniakgas in einer Waschflasche mit Schwefelsäure unter
Salzbildung festgehalten werden.
2 NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4 ) 2 SO 4
Organische Lösungsmitteldämpfe lassen sich in der Regel gut an einem
Aktivkohlefilter adsorbieren. Leitet man z. B. Luft durch eine Waschflasche mit
Ethanol, so wird das Lösungsmittel verdampft. In einem nachgeschalteten Turm mit
gekörnter Aktivkohle wird der Alkohol festgehalten, was an einer Erwärmung
(Adsorptionswärme) und einer Gewichtszunahme der Kohle zu erkennen ist. Durch
Ausheizen der Kohle auf ca. 300 °C kann das oberflächlich gebundene Lösungsmittel
desorbiert und abdestilliert werden. Die Kohle ist damit gleichzeitig regeneriert.

76
Versuchsaufbau: Luftreinhaltung durch Gaswäsche
Versuchsaufbau: Luftreinhaltung durch Adsorption
Abb. 28: Skript zur Experimentalvorlesung über Wasser- und Luftreinhaltung
Fragebogen zur Lehrveranstaltung
Im Anschuss an die Vorlesungen im Umkreis Wittenberg wurde ein Fragebogen an die
Schüler verteilt. Gut ein Drittel der Schüler gab an, später studieren zu wollen. (Davon
wiederum ein Drittel möchte ein naturwissenschaftliches Fach studieren.) Schon allein
deshalb war es sinnvoll, den Schülern einmal eine Vorlesung in Hochschulstil
anzubieten. Etwa ein Drittel der Zuhörer hatte sich diese so vorgestellt, ein anderes
Drittel ganz anders und das letzte Drittel hat keine Vorstellung, wie eine Vorlesung

77
überhaupt abläuft. Der Vortrag war nach der Meinung der Schüler weder zu lang, noch
zu schwierig, die vorgeführten Versuche waren einwandfrei zu erkennen, und das Skript
wurde als gut bezeichnet.
Von den vorgestellten Methoden der Wasser- und Luftreinhaltung kannte die eine
Hälfte der Schüler fast keine, die andere Hälfte einige. 50 % der Schüler wünschen sich
ausdrücklich eine Fortführung des Vorlesungsstoffes im Chemieunterricht.
Auf die prüfungsähnlichen Fragen „Wie kann man Schwermetalle bzw. organische
Stoffe aus dem Wasser entfernen“ und „Welche Möglichkeiten der Luftreinhaltung
kennen Sie“ wurden konkret die Antworten „Fällen, Ionenaustausch, Zementation,
Adsorption, oxidative Zerstörung, Gaswäsche und -adsorption“ erwartet. Im
Durchschnitt wurden immerhin 54 % der möglichen Antworten genannt, so dass
vorsichtig behauptet werden darf, dass das Vermitteln von Fachwissen über
Umweltschutz durch Chemie einigermaßen gelungen ist.
Gefragt nach anderen Umweltschutzaspekten als Wasser- und Luftreinhaltung,
nannten die Schüler sehr oft „Abfallverminderung und -sortierung“, „Recycling“,
„Energiesparen und alternative Energiequellen benutzen“, „FCKW’s vermeiden“,
„Mehrwegsysteme benutzen“; gelegentlich „Erhalt der Landschaft (insbesondere des
Regenwaldes) und der Artenvielfalt“, „Bodensanierung“. Die Schüler sind also über die
großen ökologischen Probleme auf unsere Erde gut aufgeklärt, wissen, wie sie als
Bürger selbst zum Umweltschutz beitragen können, und machten diesbezüglich auch
konkrete Vorschläge, beispielsweise „Heizenergie sparen durch bessere Isolation der
Hauswände“, „beim Einkaufen auf umweltfreundliche Produkte achten, z. B. biologisch
abbaubare Reinigungsmittel oder chlorfrei gebleichtes Papier verwenden“, „weniger
Autofahren, dafür lieber öffentliche Verkehrsmittel benutzen, Fahrgemeinschaften
gründen, Radfahren oder häufiger zu Fuß gehen“.
Die Schüler glauben, dass die chemische Industrie dem Umweltschutz nur
mittelmäßig Rechnung trägt, die Zukunft von Umwelt und Umweltschutz sieht die
Hälfte der Schüler eher positiv, ein Drittel eher negativ und der Rest hat dazu keine klare
Einstellung. Einige Kommentare zeugen von einem durchaus hohen Maß an
Betroffenheit über und Sensibilität für Umweltprobleme. Eine Schülerin und ein Schüler
hatten richtig erkannt, dass Umweltschutz primär eine Frage der Einstellung ist. Sie
denken positiv, dass „das Bewusstsein des einzelnen Menschen für die Belange der
Umwelt heute geschärft ist“ und dass „die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen,
insbesondere finanzielle Förderungen, zum Schutz der Umwelt sehr gut sind“. Ein
andere Schülerin ist eher pessimistisch und sieht im „Grundcharakter des Menschen, der
immer zuerst an sich und seinen eigenen Vorteil denkt und wenig Gemeinschafts- und
Verantwortungs-bewusstsein hat“, kein gutes Vorzeichen zum Schutz der Umwelt.
Wieder ein anderer Schüler argumentiert, daß „Geld die Welt regiert“ und meint
vermutlich, dass der Umweltschutz, der - zumindest in seiner nachgeschalteten Form -
Unmengen an Finanzmitteln verschlingt, in einer auf Profitstreben basierenden
Gesellschaft auf der Strecke bleiben muß. Sein Mitschüler dreht das Argument „Geld“
gerade herum, sieht, dass „innovative Umweltschutz-Technologien neue Arbeitsplätze
schaffen“, dass sich „mit dem Export der neuen technischen Verfahren - für die
Deutschland immerhin weltweit Marktführer ist - viel verdienen lässt“, und beurteilt die
Zukunft der Umweltschutzes daher positiv. Von einer Schülerin wird die Automobilindustrie
als eine „umweltschädigende Lobby“ massiv angegriffen, der nur durch
„starkes Eingreifen des Staates“ Einhalt geboten werden kann. Ein Schüler differenziert,
„dass man für die Entwicklung in Deutschland noch hoffen könne, während sich in
anderen Ländern (Motorisierung der chinesischen Bevölkerung, Abholzung des
Regenwaldes) vermutlich Katastrophen anbahnen“. Interessant ist, dass eine Schülerin
die Zukunft der Umwelt positiv beurteilt, weil „sich die Forschung zu ihrem Schutz

78
stark entwickelt hat“. Offensichtlich hat sie erkannt, dass Forschung grundsätzlich eine
wichtige und nützliche Investition in die Zukunft ist.
Auf die Frage, ob die Vorlesung sie in ihrem Umweltbewusstsein beeinflusst habe,
antworteten 41 % der Schüler mit „nein“, 36 % mit „weiß nicht“ und 23 % mit „ja“.
Viele Schüler fühlten sich nicht beeinflusst, da „nur vom Umweltschutz seitens der
Industrie gesprochen wurde“ und die „technischen Methoden den einzelnen Menschen
persönlich überhaupt nicht berühren“. Von den positiv beeinflussten Schülern sei einer
zitiert: „Umweltbewusstsein schließt auch das Wissen um technische Prozesse mit ein,
von denen ich vorher noch nicht viel kannte. Obwohl der einfache Bürger diese
Vorgänge nicht zuhause nachvollziehen kann, wird man doch zum Nachdenken
angeregt. Man achtet mehr darauf, was man wegschüttet ...“.
In der Tat beginnt der Umweltschutz in den Köpfen der Menschen, seine
Realisierung erfordert die Hilfe der Technik, wobei die Chemie eine zentrale Rolle
spielt. Dies sollte den Schülern vermittelt werden.
2.10.2 Ein Umwelt-Praktikum für fortgeschrittene Studenten [50]
Nicht alle Themen des Umweltschutzes lassen sich in die klassischen Praktika der
Allgemeinen, Anorganischen und Organischen Chemie integrieren. Deshalb wurde an
der Fachhochschule Darmstadt ein spezielles Umweltchemie-Praktikum konzipiert, das
sich in drei Teile gliedert, die von Studierenden nach dem Vordiplom unabhängig
voneinander als zweiwöchige Blockkurse durchgeführt werden können.
Der erste Teil beinhaltet Modellversuche zur Luft- und Wasserreinhaltung, zum
Metall- und Polymerrecycling und zur Verwendung nachwachsender Rohstoffe. Der
zweite Teil bringt den Studierenden einige analytische Standardmethoden zur Untersuchung
von Umweltbelastungen nahe. Im dritten Teil schließlich werden
Modellversuche und kleine Forschungsprojekte zum Thema Bodensanierung bearbeitet.
2.10.2.1 Modellversuche zur Umweltchemie
Vor Beginn des Praktikums müssen sich die Studenten z.B. anhand der Fachliteratur in
verschiedene Themen des Umweltschutzes einarbeiten und darüber ein Kolloquium
ablegen. Dann führen sie die im folgenden beschriebenen Versuche durch und recyclen
ihre Versuchsreste bzw. entsorgen sie fachgerecht im Sinne des praktikumintegrierten
Umweltschutzes, denn ein Umweltchemie-Praktikum wäre didaktisch wenig sinnvoll,
wenn es selbst zur Umweltverschmutzung beitrüge. Abschließend schreiben die
Studenten einen Bericht über die erzielten Ergebnisse.
Luftreinhaltung: Die Methode der Wahl zur Entfernung anorganischer Gase aus einem
Luftstrom ist die Gaswäsche. Die Studenten erzeugen z. B. Cl 2 (aus KMnO 4 und HCl),
SO 2 (aus Na 2 SO 3 und H 2 SO 4 ), H 2 S (aus FeS und H 2 SO 4 ) oder NH 3 (aus NH 4 Cl und
NaOH oder aus dem im anorganischen Grundpraktikum anfallenden [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 ⋅
H 2 O und NaOH) und absorbieren es in einer geeigneten Waschflüssigkeit (NaOH für
Cl 2 , SO 2 und H 2 S, Bildung von NaOCl/NaCl, Na 2 SO 3 , Na 2 S; H 2 SO 4 für NH 3 , Bildung
von (NH 4 ) 2 SO 4 ). Die absorbierte Gasmenge wird iodometrisch oder acidimetrisch
bestimmt. In der Regel wird mehr als 95 % der theoretisch möglichen Gasmenge in der
Waschlösung wiedergefunden, womit die Effektivität der Gaswäsche bewiesen ist.

79
Cyanidentgiftung: Cyanide spielen in der Technik eine große Rolle, z. B. bei der Goldund
Silberlaugung oder in der Galvanikindustrie. Freies Cyanid lässt sich mit H 2 O 2 glatt
zerstören:
KCN + H 2 O 2 → KOCN + H 2 O
Es bildet sich zunächst das etwa tausendmal weniger giftige Cyanat, das dann langsam
zu Carbonat hydrolysiert. Im Modellversuch lässt sich im Eindampfungsrückstand einer
mit H 2 O 2 behandelten Cyankalilösung IR-spektroskopisch kein Cyanid mehr
nachweisen. (Wir ziehen die IR-Spektroskopie zur Analyse heran, um das Praktikum
methodisch zu bereichern.)
Genauso gut lässt sich Cyanid mit Hypochlorit zerstören:
− NaOCl
HO
CN ⎯⎯⎯ → ClCN ⎯ ⎯ 2 → OCN
Probleme können dabei allerdings auftreten, wenn das cyankalihaltige Wasser zusätzlich
gelöste organische Stoffe enthält, die vom intermediär gebildeten Chlorcyan chloriert
werden können, so dass toxische Folgeprodukte entstehen. Am Beispiel der Behandlung
einer resorcinhaltigen KCN-Lösung mit NaOCl erkennen die Studenten, daß zwar mit
der Cyanidoxidation ein Umweltproblem gelöst, dafür aber ein anderes kreiert wird,
denn das zuvor an chlororganischen Verbindungen freie Wasser enthält nun signifikante
Mengen davon, was durch eine AOX-Messung bestätigt wird. Dies kommt der Umwelt
insgesamt natürlich nicht zugute. Die Entgiftung der resorcinhaltigen KCN-Lösung mit
H 2 O 2 ist also das eindeutig bessere Verfahren, da hierbei überhaupt keine
Chlorierungsprodukte entstehen können.
An Schwermetallionen gebundenes Cyanid erfordert häufig den Einsatz eines
Katalysators, um mit H 2 O 2 oxidiert werden zu können. Dies wird folgendermaßen
demonstriert: Versetzt man eine ZnCl 2 - oder CdCl 2 -Lösung mit Soda, so fallen die
Metallcarbonate aus. Die Fällung bleibt erwartungsgemäß aus, wenn die Metallkationen
zuvor mit Cyanidionen unter Ausbildung der Komplexe [M(CN) 4 ] 2− maskiert wurden.
Gibt man zu den sodahaltigen Komplexlösungen H 2 O 2 , passiert zunächst nichts. Erst
nach Zugabe eines Tropfens CuSO 4 -Lösung setzt spontan eine Carbonatfällung ein. Dies
kann dadurch erklärt werden, dass Cyanidionen auf das zweiwertige Kupfer übertragen
werden, welches in einwertiges unter gleichzeitiger Bildung von Dicyan übergeht.
Dieses wird von H 2 O 2 weiter- und das einwertige Kupfer zu zweiwertigem rückoxidiert,
womit der Katalysezyklus geschlossen ist.
Die ausgefallenen Metallcarbonate werden abfiltriert und mit HCl in die
Ausgangsverbindungen ZnCl 2 und CdCl 2 übergeführt, so dass kein zu entsorgender
Giftmüll übrig bleibt.
5 [M(CN) 4 ] 2− + 4 Cu 2+ ⎯→⎯
5 M
2+ + 4 [Cu(CN) 4 ] 3− + 2 (CN) 2
5 M 2+ 2−
+ 5 CO 3 ⎯→⎯
5 MCO3 ↓
2 (CN) 2 + 2 H 2 O 2 + 4 OH − ⎯→⎯
4 OCN
− + 4 H 2 O
4 [Cu(CN) 4 ] 3− 2+
+ 18 H 2 O 2 ⎯→⎯
4 Cu + 4 OH − + 16 OCN − + 16 H 2 O
_____________________________________________________________
[M(CN) 4 ] 3− 2−
+ 4 H 2 O 2 + CO
Cu 2+
3 ⎯⎯⎯→ MCO 3 ↓ + 4 OCN − + 4 H 2 O
Fotochemische Abwasserbehandlung: Besonders schwer abbaubare Verbindungen
wie chlorierte Kohlenwasserstoffe oder Metall-EDTA-Komplexe können nur mit sehr
-

80
drastischen Oxidationsmethoden wie z. B. mit Ozon, UV-Licht, H 2 O 2 , Fotohalbleitern
sowie Kombinationen davon zerstört werden. Die Studenten führen dazu drei Modellversuche
durch. Zunächst versuchen sie, CaEDTA 2- in einer sodahaltigen Lösung mit
H 2 O 2 zu zerstören. Dies gelingt erst nach mehreren Stunden und ist an einer leichten
Trübung der Reaktionsmischung durch ausfallendes CaCO 3 zu erkennen. Wenn die
H 2 O 2 /CaEDTA 2- -Mischung aber in einem UV-Tauchlampenreaktor mit einem
Quecksilber-Hochdruckbrenner bestrahlt wird, bilden sich aus H 2 O 2 OH-Radikale, die
aufgrund ihres großen Oxidationspotentials von 2.8 V das komplexgebundene EDTA
zerstören, wodurch die Maskierung des Calciums aufgehoben und die Kalksteinbildung
schon nach kurzer Zeit sichtbar wird.
Eine mit CH 2 Cl 2 gesättigte wässrige Lösung (bereitet durch Schütteln von Wasser
mit CH 2 Cl 2 und anschließender Phasentrennung) wird mit H 2 O 2 versetzt und bestrahlt.
Nach wenigen Minuten lässt sich die beginnende Mieralisierung des chlorierten
Kohlenwasserstoffs dadurch beweisen, dass bei Zugabe von AgNO 3 -Lösung weißes
AgCl ausfällt.
Abschließend zum Thema fotochemische Abwasserbehandlung verfolgen die
Studenten den Abbau der Wasserinhaltsstoffe Phenol oder p-Toluensulfonsäure in
Gegen-wart des Fotohalbleiters TiO 2 (P 25, Degussa und durchgeleiteter Luft in Abhängigkeit
von der Bestrahlungsdauer. Der chemische Sauerstoffbedarf der Lösungen ist
nach vierstündiger Bestrahlung auf etwa 50% der Ausgangswerte gesunken. Nur noch
ca. 20 % des ursprünglich eingesetzten Phenols ist vorhanden bzw. der theoretisch
möglichen Menge Sulfat (Spaltung der p-Toluensulfonsäure) ist entstanden.
Der Abbau kann folgendermaßen erklärt werden: Durch Einwirkung von UV-Licht
werden Elektronen aus dem Valenzband des TiO 2 in das Leitungsband angehoben. Die
dadurch im Valenzband entstehenden positiven Löcher werden durch Elektronen aus
dem Wasser aufgefüllt, wodurch Wasserradikale und durch anschließende Dissoziation
Protonen und OH-Radikale entstehen. Diese bauen die organischen Wasserinhaltsstoffe
dann über mehrere Zwischenstufen zu CO 2 und H 2 O ab. Luftsauerstoff begünstigt den
Prozeß, indem er die angeregten Valenzelektronen abfängt.
Den Studenten wird klargemacht, dass die Versuche zum fotochemischen Abbau
von CH 2 Cl 2 , Phenol und p-Toluolsulfonsäure lediglich Modellcharakter haben. Will man
die Wässer vollständig und schnell entgiften, wird man sicherlich auf die Methode der
Adsorption an Aktivkohle zurückgreifen. Diese nutzen die Praktikanten auch aus, um
die Versuchsreste zu konditionieren. Nach zehnminütigem Rühren mit pulverförmiger
Aktivkohle weisen die klaren Filtrate praktisch keinen CSB mehr auf.
Rückgewinnung von Metallen: Zum Thema Metallrecycling wird aus einer
Röntgenplatte Silber gewonnen [51]. Zunächst wird die silberhaltige Gelatineschicht mit
NaOH von der Trägerfolie abgespült. Die feinteilige Silbersuspension wird gekocht, um
das Silber zu koagulieren und danach abzusaugen und zu waschen. Das Rohsilber wird
zwecks Reinigung mit HNO 3 zu AgNO 3 gelöst, mit HCl zu AgCl gefällt und dieses,
suspendiert in NaOH, mit Formaldehydlösung zu reinem Silber reduziert. Das
formaldehydhaltige Filtrat wird mit H 2 O 2 entgiftet.
Polymerrecycling: Drei polymere Gegenstände des täglichen Lebens werden nach vier
verschiedenen Verfahren aufbereitet, um den Studierenden einige der zahlreichen
Möglichkeiten der Polymerverwertung aufzuzeigen.

81
Eine Polyethylenterephtalat-Getränkeflasche wird in kleine Stücke geschnitten und
mit alkoholischer NaOH gekocht. Die starke Base zerlegt den Polyester in seine
Grundbausteine, und Terephtalsäure und Ethylenglycol können in hoher Ausbeute
isoliert werden [52].
Ein Polystyren-Joghurtbecher wird in Toluen gebracht, worin sich das
Grundpolymer löst, die aufgedruckten Farben jedoch unlöslich sind. Nach Filtration
erhält man eine farblose Polystyrenlösung. Diese wird in Wasser dispergiert und die
Dispersion destilliert. Ein Wasser/Toluen-Azeotrop geht über, wodurch dem Polystyren
das Lösungsmittel entzogen wird, so dass es agglomeriert und im Destillationskolben
zusammen mit überschüssigem Wasser zurückbleibt. Es kann leicht isoliert und
getrocknet werden.
Zeitungspapier wird nach dem De-Inking-Verfahren mit H 2 O 2 gebleicht. Es
resultiert eine breiige Masse, die nach dem Ausstreichen und Trocknen wie
Sanitärpapier aussieht.
In einem zweiten Versuch wird Zeitungspapier mit H 2 SO 4 behandelt, wobei es durch
hydrolytische Spaltung der glycosidischen Bindungen des Cellulose-Grundpolymers zu
einer Verzuckerung kommt. Der Zuckergehalt der Reaktionslösung wird iodometrisch
bestimmt.
2.10.2.2 Umweltanalytik
Ziel des Teilpraktikums Umweltanalytik ist, den Studenten mit der Atomabsorptionsspektrometrie,
UV-VIS-Spektralfotometrie und Polarografie drei instrumentellanalytische
Methoden vorzustellen, die oft bei Routineuntersuchungen von Umweltproben
eingesetzt werden. Die AAS ist ein universelles Verfahren, das vorwiegend zur
Serienbestimmung von Schwermetallen verwendet wird und sich durch Einfachheit und
Universalität auszeichnet. Die UV-VIS-Spektralfotometrie, ein dafür ebenfalls
altbewährtes Verfahren, wird insbesondere im theoretischen Zusammenhang mit der
AAS betrachtet. Die Polarografie unterscheidet sich prinzipiell von den anderen beiden
Verfahren, wird ebenfalls häufig angewendet und kann vor allem zur Bestimmung
mehrerer Elemente nebeneinander eingesetzt werden.
Nachdem die Studenten ein Kolloquium über die theoretischen Hintergründe der
Verfahren und die Bestimmungsmethoden abgelegt haben, werden sie in die
Gerätetechnik eingeführt und bestimmen dann überwiegend Schwermetalle im ppm-
Bereich. Zunächst werden einfache wässrige Lösungen, z. B. von Cu oder Pb, mit Hilfe
des Standard-Eichkurvenverfahrens analysiert und daran anschließend Proben mit
komplizierter Matrix auf ihren Schwermetallgehalt untersucht. Diese sind Abwasserproben
vom Ein- und Auslauf der institutseigenen Kläranlage oder der konditionierten
Restlösungen aus der Qualitativen Analyse (s. 2.1.1), die mit Hilfe des Additionsverfahrens
bestimmt werden. Ferner sind Löslichkeitsprodukte schwerlöslicher Schwermetallverbindungen
durch Restkonzentrationsmessungen zu berechnen und mit den
theoretischen Werten zu vergleichen. Dies dient dazu, den Studierenden die
Möglichkeiten und Grenzen der Fällungstechnik bei der Abwasserklärung zu
verdeutlichen.

82
2.10.2.3 Bodensanierung
In einem Umweltchemie-Praktikum darf der Lebensbereich Boden nicht ausgespart
werden, insbesondere da in letzter Zeit immer mehr Altlasten aufgedeckt werden, die
eine Reinigung des Bodens erforderlich machen. Dies kann nur dann effektiv geschehen,
wenn die Kontaminationen und der Fortgang der Sanierungsschritte analytisch genau
bestimmbar sind. Standardisierte Verfahren dazu gibt es bislang allerdings nicht.
Differenzen in der Analytik belasteter Böden führten sogar zu erheblichen
Unsicherheiten bezüglich berichteter Schadstoffwerte und der Bewertung des
Untersuchungsgutes. Ziel eines Projektes an der Fachhochschule Darmstadt ist es daher,
die Genauigkeit der Analytik durch automatisierte Bodenextraktion zu verbessern.
Zweiergruppen von Studenten bearbeiten innerhalb von jeweils zwei Wochen
Teilaspekte des Forschungsvorhabens. Dies ist didaktisch sinnvoll, zumal es primäres
Ziel der Hochschule ist, die Auszubildenden zu selbständigem Problemlösen zu
befähigen.
Untersucht werden Standardböden der Bundesrepublik Deutschland (Braunerde,
Podsol), die zunächst durch Beregnungen mit kondensierten Aromaten, z.B. Anthracen
oder Pyren, halogenierten Kohlenwasserstoffen (Lösungsmitteln), BTX-Aromaten und
Phenolen, organischen Säuren, Nitroaromaten, Aminen und Heterocyclen gezielt
kontaminiert und (zwecks besserer Benetzbarkeit) vermahlen mit Inertstoffen wie
Kieselgel, Na 2 SO 4 oder CaF 2 in die Säule einer präparativen Mitteldruckchromatographieanlage
gegeben werden. Es wird mit einer weiteren Säule mit der stationären
Phase (Kieselgel Lichroprep Si 60 oder Al 2 O 3 ) verbunden und z. B. mit einem
Dioxan/Wasser-Gemisch, dessen Zusammensetzung durch einen Graduentenmischer
kontinuierlich beginnend mit reinem Dioxan und endend mit reinem Wasser geändert
wird, eluiert. Die Bodenkontaminationen werden dabei in Abhängigkeit von ihren
Polaritäten eluiert: zunächst die unpolaren kondensierten Aromaten, polychlorierten
Biphenyle oder Hexachlorbenzen, später die polaren Stoffe wie Nitrobenzen oder
Phenol. Die Eluate werden mit einem Fraktionssammler gesammelt, die einzelnen
Fraktionen dann mittels Chromatographie (GC-ECD), UV-Spektroskopie oder
Fluoreszenzspektrometrie auf ihre Inhaltsstoffe untersucht. Diese können abschließend
auf definierten Festphasen abgestufter Polarität resorbiert werden.
Die Studenten variieren Art und Menge der Kontamination(en) und die Extraktionsparameter
und vergleichen die Effizienz der automatisierten Bodenextraktion mittels
MPLE mit der der konventionellen Soxhlet- und Schüttelextraktion (Extraktions-mittel
Toluen). Die Gruppen sind darauf angewiesen, die Erfahrungen der Vorgängergruppe zu
erfragen und weiterzuverwerten. Da sie sich in kurzer Zeit in die Gedankenwelt der
Projektproblemlösung einarbeiten müssen, sollten sie bereits über ausreichendes handwerkliches
Können und Wissen verfügen, sich also im fortgeschrittenen Stadium ihrer
Ausbildung befinden. Gelegentlich gehen die Projektarbeiten auch direkt in eine
Diplomarbeit über. Über die Ergebnisse schreiben die Studenten einen Bericht im Stil
einer Publikation. Besonderer Wert ist dabei darauf zu legen, die Ergebnisse kritisch in
den Gesamtrahmen des Projektes einzuordnen.
Ergänzend zu den Projektarbeiten können die Studenten auch folgernde
Modellexperimente zur Bodensanierung durchführen [53].
Bodenluftabsaugung: In eine Waschflasche wird Boden gegeben, der zuvor mit
Benzin, Chlorbenzen oder Dichlormethan gemischt wurde. Der Ausgang der Waschflasche
wird an das untere Ende eines Rohres angeschlossen, das mit gekörnter
Aktivkohle gefüllt ist. Am oberen Ende des Rohres wird ein Schlauch zur

83
Wasserstrahlpumpe befestigt, mit deren Hilfe Luft durch den kontaminierten Boden
gesaugt wird. Die verdampfenden Lösemittel werden an der Kohle adsorbiert, was an
deren Gewichtszunahme und Erwärmung der Adsorptionsrohres (Adsorptionswärme)
sowie Abkühlung der Wasch-flasche mit Boden (Verdunstungskälte) zu erkennen ist.
Bereits nach 10 Minuten ist etwa die Hälfte des Benzins bzw. Chlorbenzens und das
gesamte Dichlormethan vom Boden entfernt und an der Kohle adsorbiert. Letzte Reste
Lösungsmittel abzusaugen ist hingegen sehr zeitaufwendig und vielleicht wegen der
aufzubringenden Pumpleistung schon mit einer negativen Ökobilanz behaftet.
Hier lohnt es sich, die Studenten für Sinn und Unsinn des Beseitigens letzter
Schadstoffreste zu sensibilisieren. Wir enden mit dem Fazit, dass es global gesehen
günstiger wäre, unterentwickelte Länder mit Mindeststandards des Umweltschutzes
auszustatten, als in den modernen Industrienationen Emissionsgrenzen für Schadstoffe,
die schon sehr niedrig liegen, immer noch weiter herabzusetzen.
Thermische Bodenreinigung:
Durch Destillation: In einen Kolben mit Destillationsbrücke und Vorlage wird Boden,
der zuvor mit Benzin, Dichlormethan oder Chlorbenzen gemischt wurde, gegeben. Mit
einem Ölbad oder Heizpilz wird erwärmt, so dass die Bodenkontamination verdampft
und im Kühler wieder kondensiert. Die Lösemittel werden zu über 90 % recycelt.
Durch Sublimation: In einem Kolben mit Sublimationsrohr wird Boden, der zuvor mit
Naphthalin gemischt wurde, vorgelegt. Unter leichtem Vakuum wird mit einem Ölbad
oder Heizpilz erwärmt, so dass die Bodenkontamination fast quantitativ sublimiert und
im Kühler resublimiert.
Heißdampfstrippen: In einem Kolben mit Destillationsbrücke und Vorlage wird
Sandboden, der zuvor mit Phenol verrieben wurde, vorgelegt und mit Wasser versetzt.
Dann wird die Flüssigkeit weitgehend überdestilliert. Mit einem Küvettentest wird die
mit dem Wasserdampf übergetriebene Phenolmenge (mindestens 90 % des ursprünglich
im Boden enthaltenen Phenols) bestimmt.
Bodenverbrennung: In einer Porzellanschale wird Sandboden, der zuvor mit Phenol
kontaminiert wurde, mit Petrolether versetzt und unter dem Abzug verbrannt. Die
Verbrennungsgase werden über einen Glastrichter und mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe
in eine Waschflasche mit Natronlauge gesaugt. Die Waschlösung wird dann mit
Schwefelsäure leicht angesäuert, einer Wasserdampfdestillation unterzogen und das
Destillat auf Phenol untersucht. Da kein und nur sehr wenig Phenol gefunden wird, kann
geschlossen werden, dass dieses verbrannt und nicht nur durch die Wärmeentwicklung
beim Verbrennen des Petrolethers verdampft ist. Der verbrannte Boden wird einer
Wasserdampfdestillation unterzogen und das Destillat auf Phenol untersucht. Es sind
noch 10-20 % der ursprünglichen Phenolmenge vorhanden. (Wenn dem Boden nach
dem Abbrennen der ersten Portion Petrolether eine zweite zugegeben und erneut
verbrannt wird, ist das Phenol fast quantitativ entfernt.)
Entfernen einer Kupferkontamination durch Bodenwäsche: Waldboden oder
Blumenerde (Hinweis: mit Sandboden funktioniert der Versuch nicht, da dieser kaum
über schwermetallkomplexierende Huminsäuren verfügt) wird mit CuSO 4 -Lösung
verrührt und an der Luft getrocknet. Ein Drittel des Bodens wird mit Wasser, ein Drittel
mit Salzsäure und das letzte Drittel mit EDTA-Lösung 10 Minuten gerührt. Dann wird
filtriert. Das erste Filtrat ist farblos, das zweite grün, das dritte blau. Dies bedeutet, dass
Wasser allein die in Boden komplexierten Kupferionen nicht auswaschen kann. Säure
führt hingegen zur Solubilisierung der Schwermetallionen, hier unter Bildung eines

84
Cu(II)-Chlorokomplexes, und EDTA reinigt den Boden unter Bildung des löslichen
CuEDTA 2− .
Immobilisierung einer Kupferkontamination: Sandboden wird mit CuSO 4 -Lösung
gemischt und getrocknet.
Vergleichsversuch: Die Hälfte des kontaminierten Bodens wird 10 Minuten mit Wasser
gerüht. Dann wird filtriert. Schon die blaue Farbe des Filtrates beweist die
Auswaschbarkeit der Kupferionen.
Immobilisierungsversuch: Die andere Hälfte des kontaminierten Bodens wird mit einer
Suspension von CaO und Zement in Wasser gemischt. Dann wird an der Luft
getrocknet, das trockene Material zermörsert und 10 Minuten mit Wasser gerührt. Dann
wird filtriert. Im farblosen Filtrat sind keine Kupferionen nachweisbar.
2.10.3 Umweltfreundlichere Experimentalvorlesung für
Studienanfänger (in [54])
Die Chemieausbildung an der Fachhochschule Darmstadt beginnt mit ihrem praktischen
Pflichtteil erst im zweiten Semester. Im ersten Semester steht schwerpunktmäßig die
Experimentalvorlesung in Anorganischer Chemie auf dem Programm. Da es ein
wichtiges Anliegen ist, den Auszubildenden umweltbewusstes Verhalten und
Fachkenntnisse zum Thema Chemie und Umweltschutz beizubringen, habe ich als der
die Vorlesung haltende Dozent eine ganz besondere Vorbildfunktion in der Hinsicht,
dass auch ich mich konsequent an das Verursacherprinzip halten muss und für die
Aufbereitung der von mir während der Vorlesung produzierten Reste aus über 70
Versuchen hafte. Wie dies geschieht, wird im folgenden beschriebenen.
Die meisten Versuchsreste sind ökologisch unbedenklich und können verworfen
werden. (Dies ist auch in Hinblick auf den Zeitaufwand des Experimentators wichtig!)
Z. B. wird die Wasserstoffgewinnung aus Salzsäure und einem unedlen Metall nicht
mehr wie früher unter Verwendung von Zink sondern von Magnesium durchgeführt. Die
resultierende MgCl 2 -Lösung ist ungiftig und kann kanalisiert werden, während die
ZnCl 2 -Lösung früher Sondermüll darstellte.
Giftige Reste werden möglichst direkt im Anschluss an die Versuche aufbereitet,
womit ganz klar zum Ausdruck gebracht wird, dass Chemie und Umweltschutz
untrennbar zusammengehören.
Beispielsweise werden ausgefällte Schwermetallsulfide abfiltriert und das noch
sulfidhaltige Wasser mit H 2 O 2 entgiftet und dann weggeschüttet. (Das Wegschütten
eines nach dem Stand der Technik behandelten Versuchsrestes in Gegenwart der
Auszubilden-den halte ich für erzieherisch wichtig: Es wird Vertrauen in die Chemie zur
Lösung von Umweltproblemen geschaffen und Handlungskompetenz vermittelt.)
Wenn direktes Aufbereiten der Versuchsreste nicht möglich ist, wird zunächst
sortenrein gesammelt. Am Ende des Kurses findet eine spezielle
Recycling/Entsorgungs-Stunde statt, in der alle angefallenen Reste auf den
Experimentiertisch gestellt und den Zuhörern die durchgeführten Versuche in
Erinnerung gerufen werden (Repetitorium). Dann werden Aufarbeitungsschritte
durchgeführt und daran Prinzipien der Abwasser-reinigung und des Recyclings
vermittelt. Lediglich einige abfiltrierte, kompakte Schlämme, jedoch keine Lösungen,
müssen als Sondermüll entsorgt werden. Die den Methoden zugrundeliegenden
chemischen Prinzipien sind den Zuhörern aus voran-gegangenen Vorlesungen bekannt.
Sie werden jetzt in den Dienst des Umweltschutzes gestellt (Transfer).
Beispielsweise wird Petrolether, mit dem zuvor Iod extrahiert wurde und der
deshalb violett gefärbt ist, mit Thiosulfatlösung ausgeschüttelt. Die danach farblose

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organische Phase wird abgetrennt und kann im nächsten Jahr wiederverwendet werden.
Reste aus der Demonstration des Chromat-Dichromat-Gleichgewichtes werden mit
überschüssigem FeSO 4 versetzt, um das hochgiftige sechswertige Chrom zu reduzieren
und das resultierende mindergiftige dreiwertige Chrom anschließend gemeinsam mit
dem Eisen als Hydroxid auszufällen. Nach Filtration wird das schwermetallfreie Filtrat
weggschüttet. Reste von elementarem Silber werden mit Salpetersäure in
wiederverwertbares Silbernitrat übergeführt. Dazu wird die in Abbildung 29 gezeigete
Apparatur verwendet, mit der die entstehenden nitrosen Gase aufgefangen und
unschädlich gemacht werden können.
zur Wasserstrahlpumpe
Waschlösung (10%ige NaOH und etwas H 2 O 2 )
Reaktionsmischung (Silber und konzentrierte Salpetersäure)
Abb. 29: Recycling von Silbernitrat und Luftreinhaltung durch Gaswäsche
Überrascht sind die Studenten auch, wenn sie sehen, dass das Wasser der Kupfersulfatlösung,
die zu Beginn des Semesters zur Untersuchung von Kristallisationsvorgängen
benutzt wurden, inzwischen verdunstet ist, so dass die schönen Kupfervitriolkristalle nur
zusammengekratzt und in ein Präparategläschen abgefüllt werden müssen, um im
nächsten Jahr erneut zum Einsatz zu kommen.
Wenige Reste, deren Aufbereitungen im Rahmen der Vorlesung technisch zu
kompliziert sind oder zu lange dauern, werden in die Stoffflüsse des anorganischen
Praktikums eingeschleust und dort weiterverarbeitet.
Z. B. wird das in der Vorlesung durch Zementation gewonnene Kupfer bei einer der
zahlreichen Kupferaufbereitungen im Grundpraktikum mit verwertet.
2.10.4 Praktische Ratschläge zum sicheren und umweltgerechten
Umgang mit alten Chemikalien in der Schule [55]
Der Chemielehrer hat die wichtige Aufgabe, jungen Menschen die Chemie als eine
Wissenschaft nahezubringen, die sich naturgemäß mit vielen Gefahrstoffen beschäftigt,
dies aber besonders sicherheits- und umweltbewusst tut.
Wie jeder Ausbilder, hat auch der Chemielehrer eine Vorbildfunktion. Nur wenn er
alle beim Experimentieren verwendeten Gefäße mit Reagenzien ordnungsgemäß nach
der Gefahrstoffverordnung beschriftet, persönlichen Arbeitsschutzmaßnahmen wie
Tragen von Kittel, Schutzbrille und Handschuhen Rechnung trägt und anfallende
Versuchsreste fachgerecht behandelt, kann er den Auszubildenden glaubhaft machen,
dass Chemie, Sicherheit und Umweltschutz zusammenpassen und auch zusammen
gehören.

86
Zum idealen Chemieunterricht gehört es konsequenterweise auch, dass der
Vorbereitungsraum und die Chemikaliensammlung in einem einwandfreien Zustand
sind, selbst wenn die Schüler hierzu nur selten Zugang haben. Ungeeignete, unkorrekt
verschlossene oder fehlerhaft bzw. unbeschriftete Flaschen mit Inhalt darf es nicht
geben. Alle Chemikalien müssen sorgfällig sortiert sein, getrennt nach Feststoffen und
Flüssigkeiten, Anorganika und Organika, Säuren und Laugen etc.. Sie müssen
inventarisiert sein und dürfen nur den Chemielehrern der Schule zugänglich sein.
Ähnliches gilt für die Geräte. Auch diese müssen tadellos, sauber und aufgeräumt sein.
Von diesem paradiesischen Zustand träumt wohl jeder Lehrer, doch klafft zwischen
Wunsch und Wirklichkeit meistens eine große Lücke.
Da ist die Natriumstange, vor einem Jahr erst gekauft, jetzt von einer dicken
Oxid-/Carbonat-Kruste überzogen. Der rote Phosphor ist im Laufe der Zeit klebrig
geworden, das Zinkchlorid-Hydrat zerlaufen. Verdächtig ist es auch, dass die Flasche
mit dem Etikett „konz. HCl“ gar nicht mehr so stechend riecht. Ob das H 2 O 2 noch
brauchbar ist, oder das Fixierbad aus der letzen Foto-AG? In der Abzugsecke steht eine
1-L-Polyethenflasche, unbeschriftet, noch fast voll mit einer türkisblauen Lösung. War
das nicht die CuSO 4 -Lösung, die im letzten Leistungskurs für einen Elektrolyseversuch
gebraucht wurde. Wie war noch die Konzentration der Lösung?
Weitere Beispiele für die kleinen Überraschungen im Schullabor ließen sich
mühelos nennen.
Hier setzte ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördertes Projekt zum
Umweltschutz im Chemieunterricht an Schulen an. Es werden Möglichkeiten
vorgeschlagen, wie alte Chemikalien aus Chemiesammlungen mit schulischen Mitteln
auf ihre Qualität hin untersucht, ggf. gereinigt und dann - mit einer Spezifikation
versehen - zur Weiterverwendung freigegeben werden können.
Damit soll zunächst einmal dem Verursacherprinzip Rechnung getragen werden:
Der Lehrer bringt im Unterricht Chemikalien in den Verkehr, also haftet er auch dafür.
Sicherlich besteht die Möglichkeit, die angefallenen Reste nach bestimmten
Kategorien zu sortieren und der Sondermüllentsorgung zu übergeben. Dies ist in den
meisten Fällen die niedrigste Stufe des Umweltschutzes. Da der Lehrer es seinen
Schülern beibringt, dass das direkte Verwerten von Resten heute vor dem stofflichen
Recycling und dieses wiederum vor der Entsorgung rangiert, sollte er auch selbst
entsprechend mit seinem angegammelten Natrium, der angebrochenen Salzsäure oder
Kupfersulfatlösung verfahren.
Dies spart zusätzlich Kosten für die Entsorgung und die Anschaffung neuer
Chemikalien.
In Anbetracht des hohen Lehrdeputats und der vielen sonstigen Verpflichtungen ist
es auf jeden Fall verständlich, dass ein Lehrer den im folgenden beschriebenen,
manchmal nicht unerheblichen Aufwand zur Aufbereitung und Qualitätskontrolle alter
Chemikalien scheut.
In dem Fall kann er „die Flucht nach vorne antreten“, „aus der Not eine Tugend
machen“ und die Arbeiten geschickt in den Unterricht verlagern. Beispielsweise kann er
seine alte Salzsäure titrieren, wenn er sowieso die Alkalimetrie behandelt. Er nutzt damit
die Chance, den Schülern zu demonstrieren, dass das maßanalytische Verfahren nicht
nur theoretisch interessant ist, sondern auch in den Dienst des Umweltschutzes gestellt
werden kann, hier nämlich, um aus einer Altchemikalie eine Wertchemikalie zu machen.
Sehr eindrucksvoll ist es für die Schüler sicherlich auch, wenn im Anschluss an die
Besprechung der Schwarz-Weiß-Fotografie aus dem verwendeten Fixierbad elementares
Silber recycelt wird. Hier lässt sich die Aufarbeitung eines Versuchsrestes ganz
zwanglos damit verbinden, den Schülern die Fotobranche als Vorreiter sowohl der
Aufbereitung schwermetallhaltiger Abwässer, als auch des Recyclings von Metallen

87
vorzustellen, und ihnen gleichzeitig zu vermitteln, wie Ökonomie und Ökologie sich
sinnvoll ergänzen können. Denn bei dem Versuch wird ein Wertstoff gewonnen und
gleichzeitig ein Abwasser entgiftet. Nicht hoch genug einzuschätzen ist es schließlich,
dass die Schüler unwillkürlich mitbekommen, dass Chemie und Umweltschutz
irgendwie zusammen gehören.
Besonders gut lassen sich Recyclingmethoden und solche der Qualitätskontrolle in
Arbeitsgemeinschaften oder an Projekttagen verwirklichen. Kurz: mit etwas Phantasie
wird jeder Lehrer einen Weg finden, wie aus der auf den ersten Blick lästigen
Aufbereitung von Altchemikalien ein inhaltlicher, methodischer und didaktischer
Gewinn für seinen Unterricht erzielt werden kann.
Von den zahlreichen „Praktischen Ratschlägen“, die wir publiziert haben, seinen
hier exemplarisch nur einige angeführt.
Reste von rotem Phosphor: Wenn Phosphor nicht luftdicht verschlossen aufbewahrt
wird, bildet sich an seiner Oberfläche allmählich P 4 O 10 . Dieses bekanntermaßen sehr
hygroskopische Oxid zieht Luftfeuchtigkeit an und geht dabei in Oligo- und
Polyphosphorsäuren und schließlich in ortho-Phosphorsäure über, die das gesamte
Material verkleben, so dass es sich bei den geplanten Verbrennungsversuchen nur noch
schwer oder gar nicht mehr entzünden lässt. Die Aufbereitung eines pampigen roten
Phosphors ist recht einfach. Er wird mit Wasser gewaschen, ggf. in einer Reibschale mit
Wasser verrieben, um die Phosphorsäuren abzulösen. Der Phosphor wird abgesaugt und
im Exsikkator im Vakuum über wasserfreiem CaCl 2 getrocknet. Der trockene Phosphor
ist pulvrig, wird in einem gut verschlossenen Glasgefäß aufbewahrt und ist im Unterricht
wieder universell einsetzbar.
Silbergewinnung aus gebrauchten Fixierbädern: Ein gebrauchtes Fixierbad wird mit
überschüssiger Natriumdithionit-Lösung versetzt. Es entstehen Natriumsulfit und
elementares Silber, das sich langsam am Boden des Reaktionsgefäßes absetzt. Die
Vollständigkeit der Reaktion wird geprüft, indem 1 mL des überstehenden Wassers
entnommen und mit einem Tropfen Na 2 S-Lösung versetzt wird. Es darf sich kein
grauschwarzes Silbersulfid bilden. Sonst muss weiteres Na 2 S 2 O 4 zu dem Fixierbad
gegeben werden. Das Silber wird abfiltriert, gründlich mit Wasser gewaschen und weiter
verwendet, z. B. mit HNO 3 in AgNO 3 übergeführt. Das silberfreie Filtrat wird
weggeschüttet.
Aufbereitung zerflossener bzw. steinharter Salze: Salzhydrate wie CaCl 2 ⋅6H 2 O oder
MgCl 2 ⋅6H 2 O oder stark hygroskopische Salze wie ZnCl 2 oder NH 4 OAc neigen dazu, im
Laufe der Zeit zu zerfließen. Der Direkteinsatz derartig matschiger Materialien ist zwar
möglich, aber wenig motivierend. Besser ist es daher, die zerlaufenen Massen mit
möglichst wenig Wasser vollständig aufzulösen, die Lösungen in passende Messkolben
zu spülen und diese bis zur Eichmarke aufzufüllen. Cu(NO 3 ) 2 ⋅3H 2 O bildet bei langen
Stehen häufig eine steinharte Masse, die aus dem Vorratsgefäß kaum herausgekratzt
werden kann, die gelegentlich sogar das Vorratsgefäß sprengt. Auch hier ist es das
Beste, das Salz aufzulösen und die Lösung in einem Messkolben auf ein definiertes
Volumen zu bringen. Nach ihren Gehaltsbestimmungen können die Lösungen verwendet
werden.
Lösungen mit begrenzter Haltbarkeit: Schweflige Säure verliert in nicht vollständig
dichten Flaschen durch Ausdampfen von SO 2 und Oxidation mit Luftsauerstoff zu
Schwefelsäure an Gehalt. Wenn kein stechender Geruch mehr vorhanden ist und

88
Iod/Kaliumiodid/Stärke-Lösung nicht entfärbt wird, ist die Lösung unbrauchbar und
wird ins Abwasser gegeben. Eine Chlorbleichlauge zersetzt sich im Laufe der Zeit zu
NaCl und Sauerstoff. Wenn 3 mL einer mit Schwefelsäure angesäuerten Methylorange-
Lösung durch 1 mL der Lauge nicht mehr entfärbt (gebleicht) wird, ist diese
unbrauchbar und wird ins Abwasser gegeben. Wasserstoffperoxid zersetzt sich
allmählich zu Wasser und Sauerstoff. Als Funktionstest eignet sich folgende
Vorgehensweise: In einem 50-mL-Becherglas wird eine Spatelspitze Braunsteinpulver
vorgelegt und tropfenweise mit der zu prüfenden Lösung versetzt. Kommt es zu keiner
oder nur zu einer sehr schwachen Gasentwicklung, so ist die Lösung nicht mehr zu
gebrauchen und wird weggeschüttet.
2.10.5 Ökologische Aspekte im Quantitativen Praktikum [56]
Das Konzept des neuen, bis auf wenige Feststoffe abfallfreien Praktikums basiert auf
folgenden Überlegungen:
• Hauptziel der Quantitativen Analyse ist das Erlernen analytischer Methoden,
Arbeitstechniken und Denkweisen, weniger (wie in der Qualitativen Analyse) das
Kennenlernen von Stoffen, ihrer Eigenschaften und Reaktionen. Die Versuche
können daher häufig mit ungiftigen oder zumindest leicht zu entsorgenden oder zu
recyclierenden Chemikalien durchgeführt werden, ohne dass methodische und
affektive Lernziele beeinträchtigt werden (Ersatzstoffprinzip).
• Unverbrauchte Proben- und Maßlösungen werden an die Analysenausgabe
zurückgegeben und auf Wiedereinsetzbarkeit geprüft (Verwertungsprinzip).
• Anfallende Reste werden getrennt gesammelt. Feststoffe können - wenn ausreichende
Mengen zusammengekommen sind - weiterverwendet oder in gängige
Ausgangschemikalien rückverwandelt werden (Recycling; dies erfolgt in der Regel
im Anorganisch-Präparativen Praktikum). Filtrate und Reaktionslösungen werden
weiterbehandelt. Die nötigen Verfahrensschritte sind für die jeweiligen Inhaltsstoffe
maßgeschneidert (Entsorgung).
• Die Studenten führen die Aufarbeitungs- und Entsorgungsarbeiten selbst durch
(Verursacherprinzip). Dafür ist ausreichend Zeit reserviert.
Im folgenden wird das Konzept des Praktikums, das sich in einen Pflicht- (Tabelle 4)
und einen Wahlpflichtteil (Tabelle 5) gliedert, an einzelnen Beispielen näher erläutert.
2.10.5.1 Pflichtteil
Jeder Praktikumsteilnehmer muss zunächst die wichtigsten Standardmethoden der
Quantitativen Analyse kennen lernen (Tabelle 4). Er erhält Proben, deren Gehalt er
bestimmen muss. Die Analysenergebnisse werden benotet.

89
Tabelle 4: Pflichtprogramm Quantitative Analyse
Pflichtprogramm Quantitative Analyse
_______________________________________________________________________
1. Säure/Base-Titrationen
- NaOH oder Na 2 CO 3 mit HCl, Farbindikation
- HCl und HAc mit NaOH, konduktometrische Auswertung
- H 3 PO 4 mit NaOH nach vorausgegangenem Ionenaustausch
- Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl
2. Gravimetrie
- Veraschen und Glühen: Eisen als Fe 2 O 3 oder Barium als BaSO 4
- organische Fällungsreagenzien:
Ca als Oxalat, Al als Oxinat, Zn als Anthranilat oder Ni als Ni(dmglH) 2
3. Fällungstitrationen
- Chlorid nach Fajans
- Iodid/Chlorid potentiometrisch
4. Redoxtitrationen
- Perborat oder Percarbonat iodometrisch
- Perborat oder Percarbonat permanganometrisch
5. Komplexometrie
- Ca/Mg mit EDTA
6. Fotometrie
- Cu als [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+
7. Elektrogravimetrie
- Cu durch kathodische Abscheidung
Säure/Base-Titrationen: Titrationen von NaOH oder Na 2 CO 3 mit HCl-Maßlösung in
Gegenwart geeigneter Farbindikatoren oder von HCl und HAc mit NaOH-Maßlösung
mit konduktometrischer Auswertung sind besonders einfach durchzuführen und sollten
daher zu Beginn des Praktikums durchgeführt werden. Die austitrierten Lösungen
enthalten ökologisch unbedenkliche Salze (NaCl, NaAc) und können verworfen werden.
Dies gilt auch für Reste aus der alkalimetrischen Bestimmung von Phosphorsäure nach
voraus-gegangenem Ionenaustausch sowie der Bestimmung von Ammoniak nach
voraus-gegangenem Kjeldahl-Aufschluß einer organischen Verbindung. Im ersten Fall
wird zum Schluß des Versuchs das mit Natriumionen beladene Austauscherharz mit ca.
3-molarer Salzsäure regeneriert, im zweiten Fall wird die alkalisierte Aufschlusslösung
von ausge-fällten Kupferverbindungen (Katalysator) durch Filtration befreit und
verworfen. Der Filterrückstand wird gewaschen und mit Schwefelsäure zu CuSO 4 gelöst
und als Kupfervitriol kristallisiert.
Gravimetrie: Die gravimetrische Bestimmung von Eisen als Fe 2 O 3 oder von Barium als
BaSO 4 sind geeignet, um die Auszubildenden mit den Arbeitstechniken Veraschen und
Glühen vertraut zu machen. Die dabei anfallenden Endprodukte sind hochrein und
können z. B. in der Qualitativen Analyse zum Üben des sauren bzw. basischen
Aufschlusses weiterverwendet werden. Die Filtrate sind metallionenfrei und können in
den Ausguss geschüttet werden. (Soll Sulfat als BaSO 4 bestimmt werden, muss das

90
Filtrat mit Schwefelsäure oder Soda nachbehandelt werden, um die überschüssigen
Bariumionen - aus dem Fällungsmittel BaCl 2 - zu entfernen.)
Eine grundsätzlich andere Art gravimetrischer Analyse kann am Beispiel der
Bestimmung von Calcium als -Oxalat, Aluminium als -Oxinat, Zink als -Anthranilat
oder Nickel als Nickeldiacetyldioximat, Ni(dmglH) 2 , vermittelt werden. Hier werden
organische Reagenzien als Fällungsmittel verwendet. Die erhaltenen Produkte können
im Präparativen Praktikum verwendet werden: CaC 2 O 4 kann über CaCO 3 zu CaO
pyrolysiert (Kalkbrennen) und danach in Wasser suspendiert als Kalkmilch verwendet
oder mit Salzsäure zu CaCl 2 gelöst werden. Aluminiumoxalat und Zinkanthranilat lassen
sich in Gegenwart von Cobaltverbindungen bei Temperaturen zwischen 600 und 1000
°C in Thénards Blau, CoAl 2 O 4 , bzw. Rinmanns Grün, ZnCo 2 O 4 überführen. Ni(dmglH) 2
zerfällt mit Salzsäure in Nickelchlorid und Diacetyldioxim. Beide Stoffe können isoliert
werden, was präparativ sehr anspruchsvoll ist. Die überschüssigen organischen
Fällungsmittel befinden sich am Ende der Analyse im jeweiligen Filtrat.
Oxalsäurehaltiges Wasser kann verworfen werden, da der Stoff gut abbaubar ist. 8-
Hydroxichinolin und Anthranilsäure lassen sich dem angesäuerten Wasser durch
Adsorption an eingerührter Aktivkohle quantitativ entziehen. Zur vollständigen
Entfernung von Diacetyldioxim aus dem angesäuerten Filtrat ist der Einsatz von H 2 O 2
und Aktivkohle erforderlich (Kombination von oxidativer Zerstörung des Moleküls und
Adsorption). Die Abwasserbehandlungen lassen sich problemlos im 4-5 Liter-Maßstab
durchführen, wenn mehrere Studenten ihre Versuchsreste gesammelt haben.
Fällungstitrationen: Schon aus der Qualitativen Analyse ist den Studenten die Fällung
von Chlorid, Bromid und Iodid mit Silberionen bekannt. Es ist daher didaktisch sinnvoll,
diese auch zur quantitativen Bestimmung der Ionen heranzuziehen. Geeignet ist die
Fällungstitration (AgNO 3 -Maßlösung) der Halogenide nach Fajans oder die
Parallelbestimmung von Iodid und Chlorid mit potentiometrischer Indikation. Die
Reaktionslösungen werden mit etwas Salzsäure versetzt, um überschüssige Ag + -Ionen
zu fällen, die Niederschläge werden abgesaugt, gewaschen und mit Soda als Flußmittel
und Kohle als Reduktionsmittel bei 1100 °C zu einem Silberregulus niedergeschmolzen,
der anschließend mit Salpetersäure in wiederverwertbares AgNO 3 übergeführt werden
kann.
Redoxtitrationen: Die vielseitigste Redoxtitrationsmethode ist die Iodometrie. Sie kann
den Studierenden z. B. durch eine Chromat- oder Peroxid-Bestimmung vermittelt
werden. Aus ökologischen Gründen sollte im Standardprogramm des Praktikums auf die
Analyse hochgiftiger Chromverbindungen verzichtet werden. Bei der Ermittlung des
Aktivsauerstoffgehalts von Natriumperborat oder -percarbonat kommen hingegen nur
Oxidationsmittel zum Einsatz, die den Studenten auch im täglichen Leben als
Waschmittelinhaltsstoffe begegnen. Ökologisch sinnvoll und präparativ lehrreich ist die
Rückgewinnung des teuren Iods aus den austitrierten Reaktionslösungen. Diese werden
mit Schwefelsäure leicht angesäuert und mit H 2 O 2 versetzt, wobei Iodid zu Iod oxidiert
wird. Die Studenten erkennen hier, dass die gleiche Reaktion, die der H 2 O 2 -Bestimmung
dient, auch zum Iodrecycling verwendet werden kann (Transfer). Das ausgefallene Iod
wird abgesaugt, getrocknet und durch Sublimation gereinigt. Abschließend werden dem
Filtrat die geringen Mengen noch gelösten Iods durch Adsorption an eingerührter
Pulver-kohle entzogen. Diese Verfahrensschritte führt jeder Student direkt nach
Beendigung der Analyse selbst durch.
Die Perborat- oder Percarbonat-Bestimmung kann auch permanganometrisch
erfolgen. Das siebenwertige Mangan oxidiert den peroxidischen zum elementaren
Sauerstoff und geht dabei selbst ins zweiwertige über. Die austitrierten Reaktions-

91
lösungen werden gesammelt und im 4-5-Liter-Maßstab mit Natronlauge und etwas H 2 O 2
versetzt, um Braunstein auszufällen. Die zum anschließenden Absaugen verwendete
Nutsche wird vorab mit einer Schicht Kieselgur belegt, die das Durchlaufen des
feinteiligen MnO 2 -Schlamms durch das Filterpapier und ein Verstopfen der Filterporen
verhindert.
Komplexometrie: Eine wichtige komplexometrische Bestimmung ist die Ermittlung der
Wasserhärte. Zunächst wird der Gesamtgehalt der Wasserprobe an Ca- und Mg-Ionen
durch Titration mit EDTA-Maßlösung unter Verwendung einer Indikatorpuffertablette
ermittelt. In einem zweiten Versuch wird Magnesium mit Natronlauge als Hydroxid
gefällt und Calcium mit EDTA-Maßlösung und Calconcarbonsäure als Indikator
bestimmt. Der Mg-Gehalt ergibt sich aus der Differenz beider Ergebnisse. Im Hinblick
auf die großen Mengen EDTA, die täglich mit Reinigungsmitteln in das Abwasser
gelangen, ist es zu verantworten, alle Versuchsreste in den Ausguss zu schütten.
Fotometrie: Die Reaktion von Cu 2+ -Ionen mit Ammoniak zu tiefblauem [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+
ist aus der Qualitativen Analyse als Kupfernachweis bekannt und eignet sich auch zur
fotometrischen Bestimmung des Kupfergehalts einer Lösung. Die Extinktion der
Probelösung wird gemessen und anhand einer Eichgeraden mit einer Cu-Konzentration
korreliert. Die Komplexlösungen werden an Ende des Versuchs vereinigt und mit
Schwefelsäure soweit angesäuert, daß die tiefblaue Farbe verschwindet (Protonierung
der Ligandmoleküle, dadurch Zerstörung des Komplexes) und die für Kupfervitriol
typische Farbe resultiert. (So wird auch das Ausdampfen von Ammoniak verhindert).
Wenn 4-5 Liter zusammengekommen sind, wird die CuSO 4 -Lösung mit überschüssigem
Eisenpulver versetzt, um elementares Kupfer zu zementieren. Das Abwasser wird
dadurch von den giftigen Schwermetallionen befreit und kann verworfen werden.
(Dieser Versuch zeigt außerdem, dass sich Ökologie und Ökonomie durchaus positiv
ergänzen können: Im Wasser werden giftige Kupferionen gegen ungiftige Eisenionen
ausgetauscht; aus dem billigen Eisen wird wertvolles Kupfer gewonnen!) Die
Kupferflocken werden später in CuSO 4 ⋅5H 2 O umgewandelt.
Elektrogravimetrie: Um das Praktikum methodisch zu erweitern, wird die elektrogravimetrische
Bestimmung von Kupfer durchgeführt. Das Element wird aus einer
CuSO 4 -Lösung katodisch abgeschieden und die Elektrode gewogen. Das Metall wird
anschließend mit Salpetersäure von dieser wieder abgelöst. Die resultierende
Kupfernitratlösung wird in die Stoffflüsse des Präparativen Praktikums eingeschleust
und mit anderen Kupferresten auf Kupfervitriol aufbereitet.
2.10.5.2 Wahlpflichtteil
Nach Abschluss des Pflichtteils müssen die Praktikanten die Analyse eines technischen
Produktes oder Minerals durchführen, dazu wahlweise die Elementaranalyse eines
recycelten Präparates erstellen oder an einem Ringversuch teilnehmen (Tabelle 5).

92
Tabelle 5: Wahlpflichtprogramm Quantitative Analyse
Wahlpflichtprogramm Quantitative Analyse
_______________________________________________________________________
1. Analyse eines technischen Produkts oder Minerals
z. B. Stahl, Messing, Bronze, Eisenerz, Dolomit
2. Erstellung einer Elementaranalyse
z. B. von recyceltem CuSO 4 , AgNO 3 , MnO 2 , PbCl 2 , NiCl 2 , CoCl 2
3. Teilnahme an einem Ringversuch
z. B. Bestimmung von NH 3 , NaOH, HCl, H 2 O 2 , SO 2 , H 2 S, NaOCl
Analyse eines technischen Produktes oder Minerals: Zur Analyse eines Stahls,
Messings oder einer Bronze oder eines Eisenerzes oder Dolomitgesteins müssen
spezielle Trenn- und Bestimmungsverfahren erarbeitet werden. Dabei ist gelegentlich
der Einsatz von Analysemethoden erforderlich, die aus dem Pflichtteil des Praktikums
noch nicht bekannt sind. Dies führt nicht nur zu einer methodischen Erweiterung des
Gesamt-praktikums, sondern ist auch erzieherisch wichtig, da die Studenten sich jetzt
eigenver-antwortlich überlegen müssen, wie sie der Aufarbeitung der anfallenden
Versuchsreste Rechnung tragen. (Die Analyse wird vom Laborleiter erst zur Bearbeitung
freigegeben, wenn ein detaillierter Analysen- und Entsorgungs- bzw. Recyclingplan
vorliegt). Dies sei an zwei Beispielen erläutert.
Eisengehalte können permanganometrisch oder fotometrisch bestimmt werden, je
nachdem, ob das Eisen als Haupt- oder Nebenbestandteil vorliegt. Im ersten Fall muss
dreiwertiges Eisen mit schwefliger Säure in zweiwertiges übergeführt und das überschüssige
Reduktionsmittel verkocht werden, bevor in Gegenwart von Reinhardt-
Zimmermann-Lösung (enthält H 3 PO 4 und MnSO 4 ) mit KMnO 4 -Maßlösung wieder
oxidiert wird. Die austitrierte Lösung, die Mn 2+ - und Fe 3+ -Ionen enthält, wird
anschließend mit Natronlauge versetzt, um die Metallhydroxide auszufällen und durch
Filtration über Kieselgur dem Abwasser zu entziehen (s.o.).
Fotometrisch kann dreiwertiges Eisen (ggf. muss zweiwertiges vorab mit Salpetersäure
oxidiert werden) z.B. mit 5-Sulfosalicylsäure bestimmt werden. In alkalischer
Lösung bildet sich ein gelber Komplex mit einem Absorptionsmaximum bei 430 nm.
Die Giftigkeit des Ligandmoleküls (Wassergefährdungsklasse 2) und seine hohe
Stabilität machen eine Nachbehandlung des Abwassers mit recht drastischen Mitteln
erforderlich: Ansäuern mit Schwefelsäure auf pH 1-2, Zugabe von Aktivkohle und H 2 O 2
und Aufkochen, was in Anbetracht der recht großen Flüssigkeitsmenge von ca. 700 mL
pro Analyse recht energieintensiv ist. Nach Filtration darf das Filtrat beim Alkalisieren
nicht mehr gelb werden.
Chromgehalte können z. B. iodometrisch ermittelt werden. Vorab ist sicherzustellen,
dass das Chrom in der sechswertigen Form vorliegt (ggf. Oxidation von Cr 3+ mittels
H 2 O 2 im alkalischen oder mit (NH 4 ) 2 S 2 O 8 im sauren Medium) Bei der iodometrischen
Analyse liegen am Ende Cr 3+ - neben I − - und S 4 O 2− 6 -Ionen in saurer Lösung vor. Durch
Neutralisation (pH 7-8) kann das Chrom als Cr(OH) 3 gefällt und über Kieselgur
abfiltriert, aus dem Filtrat mit H2O 2 elementares Iod gewonnen werden (s. o).
Qualitätskontrolle recycelter Chemikalien: Die Wiedergewinnung gebräuchlicher
Ausgangsverbindungen aus Praktikumpräparaten, Filtraten und Mutterlaugen ist - wie
bereits erwähnt - Bestandteil unserer Praktika. Bevor ein recycliertes CuSO 4 , AgNO 3 ,
MnO 2 , PbCl 2 , NiCl 2 oder CoCl 2 jedoch für eine Wiederverwendung im Präparativen

93
Praktikum freigegeben wird, muß es einer sorgfältigen Qualitätskontrolle unterzogen
werden. Hier bieten sich Metallgehaltsbestimmungen mit Methoden der Quantitativen
Analyse geradezu an, und die ausführenden Studenten übernehmen eine persönliche
Haftung für das recycelte Produkt (s. 2.7.4).
Ringversuche und statistische Versuchsauswertung: Im Praktikum fallen immer
wieder Reste von Säuren und Basen an, deren Gehalte vor einer Weiterverwertung
bekannt sein sollten und alkalimetrisch bzw. acidimetrisch bestimmbar sind. Außerdem
werden für Abwasserbehandlungen häufig Lösungen von H 2 O 2 , SO 2 , H 2 S oder NaOCl
benötigt. Da diese nicht beständig sind, müssen sie von Zeit zu Zeit auf ihren Restgehalt
hin untersucht werden. Dies kann iodometrisch erfolgen. Entsprechende Versuche
werden von 5-10 Studenten nach vorgegebenen Vorschriften durchgeführt. Die
Ergebnisse werden gesammelt und interpretiert. Durch diese Vorgehensweise wird die
Ausbildung um das in der chemischen Industrie zunehmend wichtige Element
‘Ringversuch’ erweitert, und die Studenten werden mit Methoden der statistischen
Versuchsauswertung (Messwertverteilung, -streuung, Mittelwertbildung, Berechnung
der Standardabweichung, Beurteilen von Ausreißern, etc.) vertraut [57].
2.10.6 Ökologische Aspekte in einem Anorganisch-Analytischen
Fortgeschrittenenpraktikum [58]
Im Folgenden werden zwei Versuche für fortgeschrittene Studenten an der Universität,
die die Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse und anorganischpräparative
Arbeitstechniken beherrschen, beschrieben. Zum Nachstellen der recht
schwierigen experimentellen Arbeiten sind jeweils 7-8 Praktikumstage erforderlich.
Die Bleigewinnung aus Bleiglanz ist als Beispiel für ein carbothermisches
Röstreduktionsverfahren gewählt, die Kupfergewinnung aus Kupferkies durch
Zementation nach vorherigem Schwefelsäure-Aufschluss als Beispiel für ein
hydrometallurgisches Verfahren.
Die beschriebenen Versuche vermitteln den Studenten nicht nur anspruchsvolle
analytische und präparative anorganische Chemie, sondern auch ein tieferes Verständnis
für die Denkweise in der chemischen Industrie. Eine Produktion kann nur gestartet
werden, wenn die Qualität der Rohstoffe gesichert ist. Deshalb ist deren Eingangskontrolle
zwingend erforderlich. Das Verfahren selbst muss den Belangen des Umweltschutzes
gerecht werden. Schadstoffemissionen in Luft und Wasser sind verboten und
entsprechende Gegenmaßnahmen zu treffen. Schließlich steht und fällt ein Herstellungsverfahren
mit der Ausbeute und Qualität des erzeugten Produktes. Erste ist notfalls zu
optimieren, letztere mit analytischen Methoden zu bestimmen. Erst wenn ein Produkt die
geforderte Spezifikation erfüllt, darf es für den Verbrauch freigegeben werden. Und so,
wie in der chemischen Industrie das Verursacherprinzip gilt, nach dem der Produzent für
seine Produktion und seine Produkte haftet, haben sich auch die Studenten um die
fachgerechte Aufbereitung aller anfallenden Versuchsreste konsequent zu kümmern.
Analyse eines Bleierzes: In dem verwendeten Bleiglanz (Galenit) aus dem ehemaligen
Blei-Zink-Revier Bad Ems (Rheinland-Pfalz) lassen sich mit Methoden der Qualitativen
Analyse neben den Hauptbestandteilen Pb und S die Elemente Fe, Zn und Mn eindeutig
nachweisen. Für die quantitative Bestimmung der einzelnen Metalle wird folgender
Analysengang beschritten:

94
- Aufschluss mit HCl, Rückstandsbestimmung ⇒ 2.9 % Rückstand
- gravimetrische Bestimmung von Pb als PbSO 4 ⇒ 76.6 % Pb
- gravimetrische Bestimmung von Fe als Fe 2 O 3
im Filtrat der Bleibestimmung ⇒ 1.8 % Fe
- gravimetrische Bestimmung von Zn als Oxinat
im Filtrat der Eisenbestimmung ⇒ 0.5 % Zn
- gravimetrische Bestimmung von Mn als Oxinat
im Filtrat der Zinkbestimmung ⇒ 0.6 % Mn
Bleigewinnung: Zunächst wird der Bleiglanz zu PbO abgeröstet:
2 PbS + 3 O 2 → 2 PbO + 2 SO 2
Das Kernstück der dazu nötigen Apparatur ist ein mindestens 35 cm langes
Quarzglasrohr, in dem über eine Strecke von etwa 10 cm 12 g des Minerals verteilt
werden und das dort, wo die Substanz liegt, von außen mit dem Brenner zur Rotglut
erhitzt wird. An der Einlassseite ist über einen Gummistopfen ein Glasrohr mit einem
Verteilerstück angebracht, von dem ein Schenkel offen und der andere mit einer
Sauerstoffflasche verbunden ist. Auf diese Weise kann mit Sauerstoff angereicherte Luft
in das Verbrennungsrohr eingeleitet werden. An der Auslassseite des Quarzrohres wird
über einen Gummistopfen ein 40 cm langes Glasrohr angebracht, in dem die Röstgase
vorgekühlt werden, bevor sie mittels zweier parallel geschalteter (Umlauf)-
Wasserstrahl-pumpen durch zwei hintereinander geschaltete Waschflaschen mit Fritten
gesaugt werden, die mit jeweils 200 mL 1 molarer NaOH zur Absorption des
entstandenen SO 2 /SO 3 -Gemisches gefüllt sind.
Das einmal entzündete Erz brennt zwar selbständig weiter, es kommt aber durch die
dabei entstehende hohe Temperatur zum Schmelzen bzw. Sintern, so dass die unteren
Schichten selbst nach längerer Reaktionszeit noch stark PbS-haltig sind. Nach
jeweiligem Abklingen der Reaktion wird der Röstvorgang dreimal unterbrochen, das
PbS/PbO-Gemisch im Luftstrom abgekühlt, zerrieben, wieder in das Verbrennungsrohr
gebracht und weiter abgeröstet. Der Fortgang der Reaktion kann daran erkannt werden,
dass das Röstgut zunehmend die gelbe Farbe des PbO annimmt.
Die carbothermische Reduktion wird in einem Porzellantiegel durchgeführt, dessen
Boden mit einem Flussmittelgemisch aus Pottasche und Soda ausgelegt ist.
PbO + C → Pb + CO
Darauf gibt man das gesamte, mit Holzkohle innig verriebene Röstgut und deckt es mit
einer dünnen Schicht Holzkohlepulver ab. Der Tiegel wird mit einem Deckel
verschlossen und mit dem Brenner 30-40 Minuten auf Rotglut erhitzt. Der noch heiße
Tiegelinhalt wird in ein mit 500 mL Wasser gefülltes Becherglas gegossen, wobei das
Blei erstarrt. Durch den feinteiligen, suspendierten Kohlenstoff erscheint das Wasser
schwarz. Nach 5 Minuten dekantiert man durch ein Filter und sortiert die größeren
Bleistücke aus dem Rückstand mit einer Pinzette aus. Den Rest trocknet man im
Trockenschrank bei 100 °C und zerstößt ihn vorsichtig in einer Porzellanschale, ohne
die kleineren Bleiklümpchen zu zerreiben. Durch Zugabe von Wasser und kreisende
Bewegungen werden die leichteren (Kohle)-Bestandteile in die Schwebe gebracht und
durch das bereits zuvor benutzte Filter abdekantiert („Goldwäscherverfahren“). Nach
erneutem Trocknen lassen sich nun auch die kleineren Bleikügelchen leicht erkennen
und mit der Pinzette abtrennen. Insgesamt werden 5.7 g Werkblei erhalten.

95
Analyse des Rückstandes der Bleigewinnung: Um den Herstellungsprozess zu überwachen
und ggf. zu optimieren, wird der getrocknete Rückstand (zufälligerweise auch
5.7 g) der carbothermischen Bleigewinnung analysiert. Dies geschieht wie bei der
Analyse des Ausgangserzes. Zuvor muss allerdings noch das nicht vollständig
abgetrennte elementare Blei mit Salpetersäure in Lösung gebracht werden. Der
Rückstand enthält 54.6 % Pb, 3.2 % Fe, 0.4 % Cu, 0.5 % Zn und 1.0 % Mn. Der noch
recht hohe Bleigehalt ist auf unvollständiges Abrösten des Erzes zurückzuführen und
nicht auf eine unvollständige carbothermische Reduktion. Durch einen Kontrollversuch
kann nämlich gezeigt werden, dass reines PbO mit Kohlenstoff praktisch quantitativ in
elementares Blei übergeführt wird. Bei den gegebenen experimentellen Möglichkeiten
kann der Versuch nur optimiert werden, indem der Röstvorgang noch öfters
unterbrochen und das Röstgut zwischendurch vermahlen wird. Alternativ kann der
Rückstand aber auch als Edukt für einen kompletten neuen Versuch dienen.
Qualitätskontrolle des Werkbleis: Nach Auflösen von ca. 600 mg genau
eingewogenem Werkblei in Salpetersäure und Abrauchen mit Schwefelsäure erfolgt die
quantitative Bestimmung der Metalle wie oben beschrieben. Cu, Zn und Mn werden
nicht gefunden, der Gehalt an Fe beträgt nur 0.2 %, der an Pb 99.4 %, so dass das
erhaltene Produkt als sehr rein angesehen werden darf. Aus den Ergebnissen der
Bleianalysen von Edukt und Produkt und aus der Einwaage an Erz und der Auswaage an
Werkblei lässt sich die Ausbeute beim Versuch, hier 62 % d.Th., recht genau berechnen.
Analyse des Kupfererzes: Der verwendete Kupfereisenkies (Chalkopyrit), bezogen
von der Firma Krantz, Bonn, wird zunächst durch Zerschlagen und mechanisches
Auslesen vom tauben Gestein getrennt und dann im Mörser weiter zerkleinert. Ein
Großteil des im Kupferkies enthaltenen Magnetits wird mit einem Magneten entfernt. In
den so aufbereiteten Material lassen sich neben Cu, Fe und S deutliche Mengen Zn, Ca
und K sowie Spuren Pb, Mn und Mg nachweisen. Für die quantitative Bestimmung
der mengenmäßig bedeutenden Metalle wird folgendermaßen vorgegangen:
- Aufschluss mit Königswasser, Rückstandsbestimmung ⇒ 5.3 % Rückstand
- Sulfidfällung von Pb und Cu,
Lösen des Niederschlages in HNO 3 , Fällen von PbSO 4 ,
elektrogravimetrische Bestimmung von Cu
im Fitrat der Bleifällung ⇒ 16.8 % Cu
- gravimetrische Bestimmung von Fe als Fe 2 O 3
in der kupferfreien Lösung ⇒ 30.3 % Fe
- Sulfidfällung von Zn und Mn
im Filtrat der Eisenbestimmung,
Lösen des Niederschlages in HCl,
gravimetrische Bestimmung von Zink als Oxinat ⇒ 1.4 % Zn
- gravimetrische Bestimmung von Ca als Oxalat
im Filtrat der Zinkfällung ⇒ 1.2 % Ca
Kupfergewinnung: Der Kupferkies wird unter oxidierenden Bedingungen sauer
aufgeschlossen. Dazu werden 15 g Erz mit 20 mL Wasser, 30 mL konzentrierter
Schwefelsäure und 5 g Eisen(III)sulfat versetzt und 3 Stunden bei 70-80 °C gerührt. Das
im großen Überschuss vorliegende dreiwertige Eisen oxidiert das einwertige Kupfer
zum zweiwertigen, das als CuSO 4 in Lösung geht. Das dabei gleichzeitig entstehende
zwei-wertige Eisen wird durch die über eine Pasteurpipette eingeblasene Luft zum
dreiwertigen rückoxidiert:

96
4 CuFeS 2 + 10 H 2 SO 4 + 5 O 2 → 4 CuSO 4 + 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 8 S + 10 H 2 O
Abweichend von den Bedingungen des technischen Verfahrens kann der Aufschluss
wesentlich beschleunigt werden, wenn zu Beginn und nach jeweils 30 Minuten weitere
1.5 mL konzentrierte Salpetersäure zugegeben werden.
Die Reaktionsmischung wird mit Wasser verdünnt und eine halbe Stunde nachgerührt.
Der unlösliche Rückstand wird abfiltriert und zu den Feststoffabfällen gegeben.
Das Filtrat wird mit 3 g Eisenwolle versetzt, eine Stunde stehengelassen und
gelegentlich mit einem Glasstab umgerührt. Dabei scheidet sich elementares Kupfer ab:
CuSO 4 + Fe → Cu + FeSO 4
Üerschüssiges Eisen löst sich in der Schwefelsäure auf. Dann wird noch etwas
Eisenwolle nachdosiert, um zu prüfen, ob die Kupferabscheidung vollständig ist. Das
„Zementkupfer“ wird abgesaugt, gewaschen und getrocknet.
Es enthält Eiseneinschlüsse und kann durch elektrolytische Raffination gereinigt
werden. Vorab muß das pulverförmige Rohmetall zu einer Elektrode verarbeitet werden.
In der Technik geschieht dies durch Gießen von erschmolzenem Kupfer. Da im hier
beschriebenen Experiment aber nur 2.5 g Rohkupfer anfallen, ist dies experimentell
kaum möglich, so dass ein anderer Weg beschritten wird. Das Zementkupfer wird mit
einigen Tropfen 2%iger Mowiollösung zu einem Brei verrührt und auf ein feines
Kupferdrahtnetz aufgetragen. Das so vorbereitete Netz wird zwischen ein gefaltetes
Kupferblech gelegt, welches anschließend in einem Schraubstock 2 Minuten
zusammengepreßt wird. Danach wird das gepreßte Netz in eine Kupferfolie
(Oxidationsschutz) eingeschlagen und 8 Minuten in einen auf 1050 °C vorgeheizten
Ofen gelegt. Bei dieser Temperatur beginnt das verunreinigte Kupfer aufgrund der
Schmelzpunktserniedrigung bereits zu sintern/schmelzen, während das hochreine Kupfer
des Drahtnetzes noch fest bleibt (Smp. Cu = 1083 °C). Nach dem Abkühlen hat man eine
feste Elektrode, die als Anode bei der folgenden Elektrolyse geschaltet wird. Als
Kathode dient ein Kupferblech, als Elektrolyt eine schwefelsaure CuSO 4 -Lösung.
Elektrolysiert wird bei 60 °C und 0.8 - 1.0 V bis die Anode völlig abgetragen ist.
Qualitätskontrolle des Kupfers: Ca. 500 mg genau eingewogenes Zementkupfer bzw.
Elektrolytkupfer werden in 15 mL halbkonzentrierter Salpetersäure unter gelindem
Erwärmen aufgelöst. Nach Verdünnen mit Wasser wird der Kupfergehalt der Lösung
elektrogravimetrisch bestimmt.
Das Zementkupfer weist eine Reinheit von 96 % auf, womit die Ausbeute an Kupfer
bei der Gewinnung aus dem Kupferkies berechnet werden kann. Die Ausbeute ist mit 96
% sehr hoch. Das elektrolytisch raffinierte Kupfer ist erwartungsgemäß praktisch
100%ig rein.
Aspekte des Umweltschutzes bei den präparativen und analytischen Arbeiten: Das
beim Abrösten des Bleisulfids enstehende SO 2 /SO 3 -Gemisch wird fachgerecht in
Natron-lauge absorbiert, um eine Emission der sauren Gase in die Abluft zu vermeiden.
Dadurch, dass in den Waschflaschen eine definierte Menge NaOH vorgelegt wird, kann
die dort gebundene Menge SO 2 bzw. durch Weiteroxidation des SO 2 entstandene Menge
SO 3 quantitativ bestimmt und der Umsatz des ursprünglich sulfidischen Schwefels
berechnet werden. Sulfit (93 % des absorbierten Röstgases) wird iodometrisch, Sulfat (7
%) gravimetrisch als BaSO 4 bestimmt. Insgesamt werden 70 % des eingesetzten
sulfidischen Schwefels in Form seiner Oxidationsprodukte wiedergefunden. Dies
korreliert in etwa mit der Bleiausbeute von 62 % (s.o.). Da praktisch das gesamte

97
SO 2 /SO 3 bereits in der ersten Waschflasche festgehalten wird und in der zweiten nur
noch ganz geringe Mengen zu finden sind, ist die Gaswäsche in der Tat eine sehr
effektive Methode zur Luftreinhaltung. Die Waschlösungen werden abschließend mit
H 2 O 2 versetzt, um Sulfit zu ungiftigem Sulfat zu oxidieren, und dann - nach
Neutralisation - weggeschüttet.
Reste aus der iodometrischen Bestimmung werden ebenfalls mit H 2 O 2
nachbehandelt, um Iodid zu wertvollem Iod zu oxidieren, das isoliert und
weiterverwendet wird, während das iodfreie Wasser verworfen werden kann.
Auch bei den analytischen Arbeiten, insbesondere den Abrauchvorgängen, entstehen
saure Abgase (H 2 S, HCl, SO 3 , NO x ). Diese werden über einen Glastrichter, der
unmittelbar über dem Entstehungsort (Becherglas oder Tiegel) montiert ist, mittels einer
Pumpe in eine Waschflasche mit Natronlauge gesaugt und dort absorbiert.
Abwässer aus den qualitativen Analysen werden gesammelt und gemeinsam mit
dem Spülwasser der carbothermischen Bleireduktion bzw. dem Filtrat der
Kupferzementation durch Hydroxid- und Sulfidfällung, nachgeschaltete Beseitigung des
Sulfidüberschusses mit FeCl 3 , Aktivkohlebehandlung und Ionenaustausch vollständig
entgiftet und können verworfen werden (vgl. 2.1.1).
Der Aufbereitung von Resten bei den quantitativen Analysen wird bereits bei der
Planung des Analysenganges Rechnung getragen. Der Trennungsgang der Metalle des
Bleierzes ist so konzipiert, dass ein zu bestimmendes Element jeweils im Filtrat des
zuvor bestimmten Elementes entfernt wird: Fe im Filtrat der Blei-, Cu im Filtrat der
Eisenfällung, etc.. Bis auf die abfiltrierten Feststoffe bleiben also keine Reste. Das letzte
Filtrat der Manganoxinat-Fällung ist schwermetallfrei. Nach Neutralisation wird das im
Überschuss verwendete 8-Hydroxychinolin an der Oberfläche eingerührter Aktivkohle
gebunden und mit dieser abfiltriert, das Filtrat verworfen. Ähnlich konzipiert ist der
Trennungsgang des Kupferkieses.
Das anfallende PbSO 4 und das durch elektrolytische Raffination gewonnene Kupfer
sind hochrein, so dass sie ohne weiteres im anorganischen Praktikum weiterverwendet
werden können. Die mengenmäßig sehr geringen Gravimetrie-Rückstände werden zu
den Feststoffabfällen gegeben. Das elektrogravimetrisch abgeschiedene Kupfer wird von
der Pt-Elektrode mit Salpetersäure abgelöst, die resultierende Kupfernitratlösung zu
anderen Kupferresten gegeben und - wenn eine ausreichende Menge zusammen
gekommen ist - auf wiederverwertbares Kupfervitriol aufbereitet.
2.10.7 Ökologische Gesichtspunkte in einem Praktikum
zur Abitur-Vorbereitung [59]
In Sachsen-Anhalt wird am Ende des 12. Schuljahres das Regelabitur (Zentralabitur)
abgelegt. Die zweite Hälfte des letzten Schuljahres dient vor allem der vertiefenden
Wiederholung des bis dahin obligatorischen Lernstoffes, mit dem Ziel, die Schüler
optimal auf die in der anstehenden Abiturprüfung zu bewältigenden praktischen und
theoretischen Aufgaben vorzubereiten.
Am Lucas-Cranach-Gymnasium in Wittenberg wurde deshalb in Zusammenarbeit
mit der Fachhochschule Darmstadt ein Praktikum konzipiert und erprobt, in dem die
Schüler in 10 Einheiten zentrale und prüfungsrelevante Themen des Chemieunterrichtes
selbständig in Experimenten bearbeiten. Das Praktikum ist sowohl für den Leistungskurs
als auch für den Grundkurs vorgesehen, wobei die Grundkursteilnehmer pro Woche eine
reduzierte Praktikumeinheit bearbeiten müssen. Die Schülerinnen und Schüler des
Leistungskurses bearbeiten hingegen in einer Doppelstunde pro Woche eine vollständige
Praktikumeinheit, so daß das Praktikum nach zehn Wochen abgeschlossen werden kann.
Die Praktikumeinheiten umfassen:

98
• V 1: Säure-Base-Titration
• V 2: Qualitative und quantitative Redoxchemie
• V 3: Komplexometrische Titration
• V 4: Reaktionsarten der Organischen Chemie
• V 5: Recycling von Kunststoffen
• V 6: Qualitative Analyse - Bestimmung von Ionen in einem Salzgemisch
• V 7: Experimentelle Bestimmung von Reaktionsenthalpien
• V 8: Untersuchung von Reaktionsgeschwindigkeiten
• V 9: Das chemische Gleichgewicht
• V 10: Elektrochemische Reaktionen
Die Schülerinnen und Schüler werden in Zweiergruppen eingeteilt und durchlaufen
das Praktikum im Stationsbetrieb. Zur Vorbereitung auf die jeweilige Praktikumeinheit
werden ihnen Arbeitsbögen ausgehändigt, auf denen das Thema für das nächste
Praktikum, die durchzuführenden Experimente und Fragen zu theoretischen Grundlagen
aufgeführt sind. Die Bearbeitung der Fragen ist als Hausaufgabe zu verstehen und wird
entweder in ca. zehnminütigen Arbeitsgesprächen vom Lehrer während des nächsten
Praktikumtages überprüft oder von ihm eingesammelt und bewertet. Abläufe der
Versuche, Beobachtungen und Meßwerte sowie die Antworten zu den Auswertungsfragen
der Experimente werden protokolliert und am Ende der Versuche dem Lehrer
übergeben. Sie werden von Ihm korrigiert und später ausführlich kommentiert an die
Schülerinnen und Schüler zurückgegeben. Es bleibt außerdem im Unterricht noch
genügend Zeit, um besonders interessante oder Verständnisschwierigkeiten bereitende
Versuchsinhalte zu besprechen.
Ökologische Gesichtspunkte der Versuche
Unser besonderes Anliegen ist es, den Schülern über die tradierten Lehrinhalte hinaus
auch zu vermitteln, dass Chemie und Umweltschutz keine Gegensätze sind, sondern - im
Gegenteil - untrennbar zusammengehören. Deshalb ziehen sich Aspekte des Umweltschutzes
wie ein roter Faden durch das Praktikum. Dies wird im folgenden näher
erläutert.
Im ersten Versuch „Säure-Base-Reaktionen“ wird der Gehalt an Essigsäure im
Speiseessig und Gurkenwasser durch Titration mit Natronlauge ermittelt. Vorteilhaft ist,
dass die untersuchten Stoffe Lebensmittel und keine Gefahrstoffe nach der Gefahrstoffverordnung
sind und dass die Titrationen im Halbmikromaßstab durchgeführt werden,
um Maßlösung zu sparen (vgl. 2.3.1).
Im zweiten Versuch „Redoxreaktionen“ wird u. a. der Gehalt einer alten Flasche mit
Wasserstoffperoxid permanganometrisch bestimmt. Den Schülern wird nicht nur eine
interessante Redoxtitration vermittelt, sondern diese gleichzeitig in den Dienst des
Umweltschutzes gestellt: Qualitätskontrolle zwecks Weiterverwendung (vgl. 2.7.4).
Außerdem wird bei den Versuchen die besondere und zunehmende Bedeutung von H 2 O 2
im Umweltschutz betont.
Objekt der Untersuchung im dritten Versuch ist Leitungswasser, dessen Härte
komplexometrisch bestimmt wird. Wieder kommt eine Halbmikrotitration als
chemikaliensparende und daher umweltfreundlichere Analysenmethode zur Geltung.
Die Versuche 4 und 5 befassen sich mit der Organischen Chemie. Hier wird die
Synthese von Butan-2-ol aus 2-Brombutan durchgeführt, die in der Hinsicht ökologisch
optimiert ist, dass organische Inhaltsstoffe dem Abwasser durch Adsorption an
Aktivkohle entzogen werden. Die basische Spaltung des Polyethylenterephthalats einer
Getränkeflasche dient als Beispiel für eine Methode des Kunststoffrecyclings (vgl.

99
2.10.2.1). Die Ethen-Gewinnung durch Dehydratisierung von Ethanol am Al 2 O 2 -Kontakt
ist schließlich dahingehend umweltfreundlich, dass der Nachweis von entstandenem und
pneumatisch aufgefangenen Ethen nicht durch Entfärben von Bromwasser unter gleichzeitiger
Bildung von hochtoxischen Dibromethan, sondern durch Reduktion von
Permanganat (Bayer-Reagenz) zu Braunstein und unter Bildung von mindergiftigen
Ethylenglycol erfolgt, das biologisch abbaubar ist und deshalb kanalisiert werden darf.
Versuch 6, die „Qualitative Analyse“, beschränkt sich auf die Nachweise ökologisch
weitgehend unbedenklicher Ionen bzw. trägt der Sammlung von Niederschlägen von
Schwermetallsalzen, z. B. der Silberhalogenide, zwecks späteren Recyclings Rechnung.
Der siebte Versuch führt in die „Chemische Thermodynamik“ ein. Am Beispiel des
Auflösens von CaCl 2 , eines ökologisch harmlosen Stoffes, in Wasser wird eine
Reaktions- und Lösungsenthalpie anschaulich bestimmt. Die resultierende CaCl 2 -
Lösung wird aufgehoben und an anderer Stelle im Unterricht weiterverwendet.
Anhand der Umsetzung von Oxalsäure mit Kaliumpermanganat wird im achten
Versuch „Reaktionskinetik“ eine Reaktionsgeschwindigkeit untersucht. Obwohl mit
dem starken Oxidationsmittel Permanganat (bewusst) ein Gefahrstoff zum Einsatz
kommt, ist der Versuch als umweltfreundlich anzusehen, denn am Ende liegt das
Mangan in der ungiftigen zweiwertigen Stufe vor und kann weggeschüttet werden. Über
den reinen physikochemischen Lehrinhalt hinaus lernen die Schüler die Toxizität eines
Metalls in Abhängigkeit von seiner Oxidationsstufe kritisch zu beurteilen (vgl. 2.10.1).
Der neunte Versuch thematisiert mit dem Propansäure/Propanol/Propansäurepropylester-Gleichgewicht
das „Chemische Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz“.
Vorteilhaft an dem Versuch ist, daß keine gefährlichen Stoffe benötigt werden und dass
der entstandene Ester sogar isoliert und für spätere Versuche aufgehoben werden kann.
Der letzte Versuch zur „Elektrochemie“ behandelt das Thema Recycling auf eine
besondere Art. Er macht den Schülern klar, daß beim Wiederaufladen eines Bleiakkus
reaktives Pb und PbO 2 recycliert werden (Sekundärelement). Der Versuch wird ergänzt,
indem vergleichend das Daniell-Element behandelt wird und von dort aus Parallelen zur
Kupfergewinnung bzw. Entgiftung kupferionenhaltiger Lösungen durch Zementation
mit Eisen gezogen werden.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das auf das Abitur vorbereitende
Repetitorium um folgende wesentliche Elemente des Umweltschutzes inhaltlich und
methodisch bereichert wurde:
• Nach dem Verursacherprinzip arbeiten die Schüler ihre Versuchsreste selbst auf
• Sparen von Chemikalien und Verringern von Resten durch Arbeiten im kleinen
Versuchsmaßstab
• Ersetzen giftiger und ökologisch bedenklicher Stoffe durch weniger gefährliche
• Verwerten von Versuchsresten statt Entsorgen
• Qualitätskontrolle alter Chemikalien zwecks Weiterverwendung
• Recyclieren gängiger Ausgangschemikalien aus Versuchsresten
• Schadstoffeliminierung aus dem Wasser durch Oxidation, Reduktion, Fällung und
Adsorption

100
2.10.8 Ein Sicherheits- und Umweltschutz-Tutorium
an der Fachhochschule Darmstadt [60]
Gesetze und technische Regeln schreiben die Unterweisung von Studenten im sicheren
und umweltgerechten Umgang mit Chemikalien zu Beginn eines jeden neuen
Praktikums vor. Ein dauerndes Auffordern zum Tragen von Schutzbrille, Kittel und
Handschuhen sowie Hinweisen auf MAK-Werte, Wassergefährdungsklassen und R- und
S-Sätze ist zwar notwendig, birgt aber die Gefahr in sich, für die zu Unterweisenden
rasch langweilig zu werden, so dass wichtige Inhalte gar nicht recht wahrgenommen
werden. Ein schul-meisterliches Verordnen von ständigem Arbeiten unter dem Abzug
kann sogar lächerlich und kontraproduktiv wirken, spätestens wenn die Praktikanten im
Labor feststellen, dass eindeutig zu wenig Abzugsfläche vorhanden ist, es demzufolge
doch nach H 2 S oder Ether stinkt und notgedrungen Fenster und Türen aufgerissen
werden.
Sicherheits- und Umweltschutzbelehrungen können ihren Sinn nur erfüllen, wenn
sie inhalts- und abwechslungsreich und möglichst spannend sind und didaktisch
geschickt durchgeführt werden (vgl. 2.9). Deshalb wurde an der Fachhochschule
Darmstadt ein sich über drei Semester erstreckendes Arbeits- und Umweltschutztutorium,
kurz AUT, entwickelt, um Lerninhalte aus der GefStoffV und TRGS 451
fächerübergreifend mit den Inhalten der einzelnen Praktika des Grundstudiums zu
korrelieren und in den Rahmen unserer ökologisch orientierten Chemieingenieur-
Ausbildung einzupassen. Die drei ca. zweistündigen Einzeltutorien werden zu Beginn
des Einführungspraktikums (AUT I), des Quantitativ-Analytischen Praktikums (AUT II)
und des Organischen Praktikums (AUT III) abgehalten und bauen im Sinne eines
Spiralcurriculums aufeinander auf. Das AUT I soll die Studenten zunächst für den
Arbeits- und Umweltschutz sensibilisieren und Grundbegriffe dazu nach der Brain-
Storm-Methode erarbeiten. Im AUT II werden Inhalte des ersten Tutoriums in
verkürzter Form wiederholt und die bereits bekannten Prinzipien auf konkrete Fälle der
Quantitativen Analyse angewendet. Im AUT III schließlich werden wiederum
reproduktiv zunächst allgemeine und dann konkret Arbeits- und Umweltschutzmaßnahmen
der Organischen Chemie zusammengetragen, bevor auf die
praktikumbetreffende Entsorgungsproblematik genauer eingegangen wird und an dieser
Stelle Querbeziehungen zum Anorganischen Praktikum, insbesondere Möglichkeiten der
Aufarbeitung anorganischer Reste aus der organischen Synthese aufgezeigt werden.
Ferner wird der Umgang mit Sicherheitsdatenblättern und das Erstellen von
Betriebsanweisungen geübt sowie der Aspekt Toxikologie eingeführt.
Insgesamt lässt sich bzgl. des Niveaus der einzelnen Tutorien eine klare Abstufung
erkennen: Während es im ersten AUT primär darum geht, Aspekte nur zu sammeln und
entsprechenden Kategorien zuzuordnen, steht im zweiten Tutorium die Anwendung
gelernter Arbeits- und Umweltschutz-Prinzipien auf konkrete Beispiele im Vordergrund
(erst Reproduktion, dann Transfer). Das dritte AUT zeichnet sich indes dadurch aus,
dass neben der Anwendung bekannter Prinzipien (aus der Anorganik) auf neue Beispiele
(Organik) auch übergreifende Aspekte behandelt werden. Insbesondere zu letzterem
Punkt wird von den Studierenden eine intensive Vorbereitung auf die Veranstaltung
erwartet.
Methodisch zeichnet sich das AUT dadurch aus, dass ein Vortragsstil durch den
Veranstalter weitestgehend vermieden wird. Wichtige Punkte sollen von den
Studierenden selbst dargestellt oder gemeinsam erarbeitet werden, bevor sich durch
anschließende Diskussionen die Themen vertiefen und die Erkenntnisse festigen sollen.
Inzwischen wurde das dreigliedrige AUT mit 40 Personen, die ihr Studium im
Wintersemester 1993/94 begonnen hatten, durchgeführt. Bei einer abschließenden

101
Befragung bezeichneten 80 % der Teilnehmer die Veranstaltung als die beste zum
Thema Sicherheit und Umweltschutz im Rahmen ihrer gesamten bisherigen Ausbildung
und 90 % wünschten sich sogar eine Fortsetzung in ihrer Fortgeschrittenenausbildung.
2.10.8.1 AUT I: Einführungspraktikum
Zum Einstieg wurde die Frage „Was werden Sie Ihrer Meinung nach im
Einführungspraktikum lernen?“ gestellt. Die geäußerten Vorstellungen und Wünsche
wurden an der Tafel gesammelt. Hierbei handelte es sich übereinstimmend um die
Aussagen „Umsetzung der theoretischen Vorlesungsinhalte in die Praxis“ und „Umgang
mit Chemikalien Geräten“. Die Aussage „Umweltschutz/fachgerechte Entsorgung
umweltgefährdender Chemikalien“ erfolgte zumeist nicht. Vermutlich wird Umweltschutz
von vielen Studierenden bislang nicht als fest integrierter Bestandteil chemischer
Praktika verstanden, sondern als zwar notwendiger, aber eher separat und nicht
unmittelbar zu Praktikuminhalten zugehöriger Aspekt aufgefasst. Vor dem Hintergrund
des im ersten Praktikum zu absolvierenden Programms mussten folglich hiernach
diesbezüglich Bewußtseinsänderungen festzustellen sein, was auch der Fall war (s.u.).
Insgesamt lassen sich die gesammelten Äußerungen den Kategorien Wissenschaftlichkeit
(praktikumbezogene Theorie), Arbeitssicherheit (Umgang mit Geräten und
Chemikalien) und Umweltschutz zuordnen. Beim Punkt „Wissenschaftlichkeit“ wurde
auf das praktikumbegleitende Seminar verwiesen.
Arbeitssicherheit: Beginnend mit dem Thema Arbeitssicherheit wurden über die
Methode des Erarbeitenden Gesprächs die Unterpunkte Versuchsplanung und -vorbereitung,
laborinterne Arbeitsschutzeinrichtungen, persönliche Arbeitsschutzmaßnahmen
und sicheres Arbeiten zusammengetragen und an der Tafel notiert.
Ergänzend wurden einige Zusammenhänge zwischen Arbeits- und Umweltschutz
aufgezeigt. Z. B. wurde erörtert, dass Arbeitsschutz und Umweltschutz bereits bei der
Versuchsplanung beginnen, denn persönlicher Schutz und Umweltschutz sind nur dann
gewährleistet, wenn mit den zu verwendenden Chemikalien sachgemäß umgegangen
und mit den anfallenden Resten bzw. den hergestellten Produkten eine vorschriftsmäßige
und gewissenhafte Entsorgung oder Aufarbeitung vorgenommen wird und wenn dies
vorab gründlich geplant wurde.
Um die Veranstaltung methodisch aufzulockern, wurden an dieser Stelle Dias aus
dem von der Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie herausgegebenen Lernprogramm
„Sicheres Arbeiten im Laboratorium“ gezeigt. Diese behandelten laborrelevante
Situationen, die Fehler enthielten. Das Aufspüren der Fehler und das Beschreiben
der entsprechenden Situation in korrekter Form machte den Auszubildenden
viel Spaß. Abschließend wurde eine vollständige Liste arbeitsschutzrelevanter Aspekte
auf einer Overhead-Folie präsentiert und den Studenten als Merkblatt mitgegeben (s.
Abb. 29).

102
Arbeitsschutz im Anorganischen Praktikum
Versuchsplanung und -vorbereitung
- Betriebsanweisung/GefStoffV und Laborordnung/Richtlinien beachten
- Versuchsanleitungen genau studieren, ggf. Fragen stellen! Wo können Gefahren entstehen?
- Informationen über die zu benutzenden Geräte und Chemikalien einholen
(R- und S-Sätze, Wassergefährdungsklassen, Entsorgungshinweise)
- Verantwortung der Laborleitung: Aufsicht, Versuchskonzeption, technische Dinge ...
Laborinterne Arbeitsschutzeinrichtungen
- Fluchtwege, Notausgänge
- Brandschutz: Feuerlöscheinrichtungen (Wo? Bedienung?), Verhalten bei Bränden
- Notduschen
- Augenwaschflaschen
- Erste Hilfe
- Telefon, Notruf, wichtige Telefonnummern
- Aufenthalts- und Ablagemöglichkeiten
- Absaugeinrichtungen/Abzüge
Persönliche Arbeitsschutzmaßnahmen
- Augenschutz: Schutzbrille
- Kittel
- geschlossenes Schuhwerk, feste Sohle
- Handschutz: Handschuhe
- Atemschutz
Sicheres Arbeiten
- Absaugeinrichtungen: Abzug (Funktion?)
- Grundlagen der Glasbearbeitung
- Umgang mit heißen Gegenständen
- Siedeverzüge: Verwendung von Rührern oder Siedestäben beim Erhitzen von Flüssigkeiten
- Handhabung gebräuchlicher Laborbrenner
- vorschriftgemäßer Umgang mit Geräten aller Art (Elektrogeräte!)
- keine Hast beim Arbeiten im Labor
- nicht mehr benötigte Vorratsflaschen mit Chemikalien sofort entfernen, um Verwechslungen
und Gefahren für Mensch und Umwelt auszuschließen
Abb. 29: Folie und Merkblatt „Arbeitsschutz im Anorganischen Praktikum“
Umweltschutz: Zum Einstieg in das zweite Kernthema wurden die in Abbildung 30
zusammengestellten Arbeitsblätter verteilt und von den Studenten innerhalb von 20-25
Minuten schriftlich bearbeitet.

103
Arbeitsblätter „Praktikumintegrierter Umweltschutz“
Arbeitsblatt 1:
Um den Umweltschutz auch in der praktischen Chemieingenieurausbildung fest zu verankern bieten sich
folgende zwei Möglichkeiten an:
A) Unabhängig von den jeweiligen Lehrinhalten zieht sich der Umweltschutz-Aspekt durch alle Praktika
wie ein roter Faden hindurch als fester und voll integrierter Bestandteil, d.h. ein jedes Praktikum besteht
aus den klassischen Analysen und Präparaten inklusive der Aufarbeitung der Versuchsprodukte und
Abwässer.
B) Die tradierte Konzeption der Praktika bleibt von inhaltlicher und organisatorischer Seite her bestehen.
Zur Aufarbeitung der Versuchsprodukte und Abwässer wird ein eigenständiges Wahlpflicht- oder Projekt-
Praktikum angeboten, so daß man den Aufarbeitungsaspekt bei dieser Variante vollständig aus den
traditionellen Praktikuminhalten heraushalten und die verfügbare Zeit ausschließlich den klassischen
Lehrinhalten widmen könnte.
Arbeitsblatt 2:
In einem Anorganik-Praktikum A werden nur Verbindungen der Elemente Mg, Ca, B und Al behandelt,
in einem Anorganik-Praktikum B nur Verbindungen der Elemente Co, Ni, Cd und Hg.
Arbeitsblatt 3:
Praktikum A: Die Versuche sind gemäß folgendem Schema konzipiert:
A 1 → A 2
B 1 → B 2
C 1 → C 2
D 1 → D 2
Praktikum B: Die Versuche sind gemäß folgendem Schema konzipiert:
A 2
A 1 A 3
A 4

104
Arbeitsblatt 4:
Zur Aufarbeitung aller in einem Praktikum angefallenen vereinigten Versuchsprodukte bzw.
Versuchsabwässer besteht für den Fachbereich zum einen die Möglichkeit, einen qualifizierten
Laboringenieur einzustellen. Andererseits bietet sich die Möglichkeit an, die Studenten die Aufarbeitung
ihrer Versuchsprodukte und Versuchsabwässer selbst vornehmen zu lassen. Des weiteren besteht die
Möglichkeit, alle Versuchsreste zur Sondermüllverbrennung zu geben.
Arbeitsblatt 5:
Versuchsvariante A: In ein kleines Reagenzglas werden ca. 0,5 mL Wasser gegeben, hierzu gibt man 5
Tropfen einer 1-molaren CaCl 2 -Lösung und danach 10 Tropfen einer 1-molaren Na 2 CO 3 -Lösung. Der
gebildete Niederschlag wird abfiltriert. Das Filtrat wird mit einem weiteren Tropfen Na 2 CO 3 -Lösung
versetzt und so auf Vollständigkeit der Fällung geprüft.
Versuchsvariante B: In einem 2-L-Einhalskolben werden 600 mL einer 1-molaren CaCl 2 -Lösung
vorgelegt und magnetisch gerührt. Über einen Tropftrichter mit Druckausgleich werden innerhalb von 20
Minuten 800 mL einer 1-molaren Na 2 CO 3 -Lösung zugetropft. Es wird 10 Minuten nachgerührt, dann der
gebildete Niederschlag abgesaugt, gründlich mit Wasser gewaschen und schließlich bei 150°C im
Trockenschrank getrocknet.
Abb. 30: Arbeitsblätter „Praktikumintegrierter Umweltschutz“
Es wurden jeweils zwei konträre Lösungsmöglichkeiten eines praktikumbetreffenden
Problems angeboten, wobei für beide Varianten Vor- und Nachteile genannt,
Kompromissvorschläge erarbeitet und wichtige Prinzipien umweltorientierter
Ausbildungskonzepte eruiert werden sollten. Dies sind das Verursacherprinzip
(s. Arbeitsblätter 1 und 4), das Ersatzstoffprinzip (s. Arbeitsblatt 2), das
Minimierungsprinzip (s. Arbeitsblatt 5) und das Verwertungs- und Recyclingprinzip (s.
Arbeitsblatt 3), was an der Tafel notiert wurde.
Im Arbeitsblatt 1 wurde bei der Integrierten Umweltschutz-Variante A als Vorteil
der direkte Bezug des Praktikanten zu seinen Versuchsprodukten und der Aspekt der
Verantwortlichkeit dafür (Verursacherprinzip) erkannt. Dem steht bei Variante B der
Nachteil gegenüber, den Versuch mit Erhalt eines Produktes als beendet anzusehen, da
ja die Aufarbeitung der Versuchsreste in andere Praktika und an andere Personen
delegiert wird. Der persönliche Bezug zu den selbst verursachten Abfallstoffen geht hier
also verloren. Vorteilhaft ist allerdings, dass die verfügbare Zeit ausschließlich den
traditionellen Lehrinhalten gewidmet werden kann. Bei der Variante des Integrierten
Umweltschutzes kam von den Studierenden selbst die Idee, das konventionelle
Praktikumprogramm an geeigneter Stelle zu kürzen, um einen zeitlichen Mehraufwand
zu vermeiden. Folgende Kompromisslösungen wurden angeboten: Leicht und schnell
aufzuarbeitende Versuchsprodukte sollten von den Studierenden im Praktikum selbst
behandelt, technisch oder zeitlich aufwendigere Aufarbeitungen in andere Praktika
verlegt werden. Hierbei wurde auch der Vorschlag gemacht, kleinere Ansätze zu
größeren zu vereinigen und diese von verschiedenen Gruppen oder Einzelpersonen
aufarbeiten zu lassen, so dass jeder mit nur einer Aufarbeitung betraut wird. Des
Weiteren wurde mehrfach geäußert, dass Aufarbeitungsarbeiten auf jeden Fall zum
Pflichtprogramm der Ausbildung gehören sollten.

105
Mit dem Arbeitsblatt 2 sollte das Ersatzstoffprinzip angesprochen werden. Die
Auszubildenden erkannten problemlos, dass der Umgang mit Gift- und Gefahrstoffen
notwendig ist, da gerade der Chemiker damit umgehen können muss. Wann immer es
möglich ist, sollte jedoch auf ungiftige und umweltfreundliche Stoffe zurückgegriffen
werden, falls die zu vermittelnden Lehrinhalte hierdurch nicht beeinträchtigt werden.
Im Arbeitsblatt 3 sollte deutlich werden, dass Kreislauf-Versuche insofern
vorteilhaft sind, als sie mit einem wesentlich kleineren Chemikalienbedarf auskommen
und die Umwelt stark entlasten. Das Entfallen vieler verschiedenartiger Entsorgungskategorien
spart Platz (Lagerhaltung) und Kosten. Von Nachteil ist, dass hier eine etwas
einseitige Sichtweise resultiert insofern, als verschiedene Themen der Chemie anhand
nur eines Elementes behandelt werden. Vorteilhaft ist jedoch, exemplarisch in die Tiefe
gehen und die forschungsorientierte Arbeitsweise an konkreten Spezialthemen aufzeigen
zu können. Demgegenüber wird mit der Praktikumvariante A ein sehr viel größerer
Überblick über viele verschiedene Elemente, ihre Verbindungen und Eigenschaften
vermittelt, was über den Nachteil eines umfangreichen Entsorgungskonzeptes erkauft
werden muss. Ein Student nannte diesbezüglich gerade als Vorteil, durch die
Vielfältigkeit chemischer Abfallstoffe auch die Vielfältigkeit möglicher Aufarbeitungsmethoden
kennen lernen zu können. Hierzu protestierte die Gruppe jedoch, die
Entsorgungsproblematik dürfe nicht Mittel zum Zweck werden. Oberstes Gebot müsse
es sein, die Abfallengen und die Anzahl der Abfallkategorien möglichst klein zu halten;
Vermeidung gehe immer vor Entsorgung. Die Richtigkeit und Wichtigkeit dieser
Aussage konnte an keiner anderen Stelle des Tutoriums so anschaulich verdeutlicht
werden.
Mit dem Arbeitsblatt 4 sollte noch einmal das Verursacherprinzip angesprochen
werden. Es war in jedem Falle als schlechteste Lösung des geschilderten Problems die
Möglichkeit genannt worden, die entstandenen Versuchsreste an die Müllverbrennung
abzugeben, da dies zu teuer sei und man außerdem wichtige Lehrinhalte von sich
schiebe. Einigkeit bestand in der Auffassung, die Aufarbeitungen angefallener
Versuchsreste müssten im Praktikum selbst oder zumindest im Fachbereich vorgenommen
werden, da dieser als Abfallerzeuger auch für eine entsprechende Entsorgung
verantwortlich sei. Als Vorschlag wurde genannt, die Studierenden sollten die Abfallentsorgung
- soweit dies technisch und zeitlich zu vertreten sei - selbst vornehmen, und
für die aufwendigeren und wenig lehrreichen Aufarbeitungsschritte müsse ein
Laboringenieur eingestellt werden.
Mit dem Arbeitsblatt 5 wurde das Minimierungsprinzip angesprochen. Soll als
Lernziel „Verstehen des Löslichkeitsproduktes“ oder „qualitativ-analytisches Arbeiten“
vermittelt werden, so ist nur der chemiekaliensparende Versuch im Halbmikromaßstab
zu verantworten, bei dem nur winzige Restmengen anfallen. Soll jedoch das präparative
Arbeiten oder das für angehende Chemieingenieure später im Beruf wichtige Scale-Up
von Versuchen geübt werden, so ist der Großansatz gerechtfertigt. Ein solcher sollte
aber möglichst mit ökologisch unbedenklichen oder zumindest gut recycelbaren Stoffen
auskommen, wie dies im vorliegenden Beispiel der Fall ist.
Die bei der Besprechung der Arbeitsblätter diskutierten Umweltschutzaspekte und
einige zusätzliche Hinweise zum Entgiften bestimmter Chemikalien und Gase wurden
abschließend auf einer Folie an die Wand projiziert und den Studierenden als Merkblatt
mitgegeben (s. Abb. 31).

106
Umweltschutz-Prinzipien
(1) Verursacherprinzip
Die Verantwortung für die vorschriftsmäßige Entsorgung oder Aufarbeitung anfallender Reststoffe
obliegt den Studierenden selbst. Das Laborpersonal gibt Hilfestellungen.
Grundsätzlich hat Abfallvermeidung Vorrang vor Abfallverminderung und -verwertung.
(2) Ersatzstoffprinzip
Soweit möglich sollen für die Vermittlung entsprechender Lehrinhalte giftige und umweltgefährdende
Stoffe durch ungiftige und ökologisch unbedenkliche Stoffe ersetzt werden. Dies liegt in der Regel nicht
im Ermessen der Studierenden, sondern der Laborleitung.
(3) Minimierungsprinzip
Es sollen möglichst kleine Ansätze gewählt und dadurch Chemikalien gespart werden. Entsprechend
fallen weniger Abfälle an.
(4) Verwertungs- und Recycling-Prinzip
Wenn möglich, sollen Versuche so konzipiert sein, dass Versuchsprodukte als Edukte eines
Folgeversuchs eingesetzt werden können. Dies reduziert Abfallmengen und spart Chemikalien. Getrenntes
Sammeln von Resten ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Aufarbeitung auf wiedereinsetzbare
Wertstoffe. Aufbereitungen haben stets unter Berücksichtigung von Ökobilanzen zu erfolgen und dürfen
nicht zu Problemverlagerungen führen. Aufbereitete Produkte sind Qualitätskontrollen zu unterziehen, die
Aufschluss geben über ihre Reinheit und Wiederverwertbarkeit.
(5) Sonstige Grundlagen umweltorientierten Arbeitens in Praktikum und Labor
Giftige und umweltgefährdende Stoffe sollen vor einer weiteren Behandlung in mindergiftige und
umweltfreundlichere übergeführt (z.B. Nitrit zu Nitrat oxidiert oder Iod zu Iodid reduziert) und giftige
und umweltbedenkliche Gase - soweit möglich - absorbiert werden. Grundsätzlich ist bei Aufarbeitungen
der aufzuwendende Energieeinsatz zu berücksichtigen (Ökobilanzen).
Abb. 31: Folie und Merkblatt „Umweltschutz-Prinzipien“
2.10.8.2 AUT II: Quantitativ-Analytisches Praktikum
Mit Beginn des Quantitativen Praktikums nehmen die Studierenden an dem zweiten
Arbeits- und Umweltschutz-Tutorium teil. Sie sollten zunächst frei heraus äußern, was
Ihnen im vorangegangenen Einführungspraktikum am meisten oder am wenigsten Spaß
machte und was ihrer Meinung nach fehlte oder zu kurz kam. Insgesamt erfuhr der erste
Praktikumsteil eine positive Beurteilung. Als besonders gut wurde bewertet, daß der
Umweltschutz in starkem Maße im Praktikum vertreten war; man lerne gleich, daß
„Umweltschutz irgendwie dazugehört“, dass er „nicht nur Ballast behandelter Stoffe,
sondern im Gegenteil selbst Stoff“ sein könne. Darüber hinaus wurde des öfteren
geäußert, es mache sehr viel Spaß und es sei besonders lehrreich, Versuche ganzheitlich
zu betrachten, also auch die Frage zu berücksichtigen, was mit den entstandenen
Reststoffen geschehen solle. So sei man schließlich auch gut vorbereitet, wenn in der
Industrie später ähnliche Betrachtungen anzustellen seien.
Die hier gesammelten Äußerungen lassen also den Schluss zu, dass Umweltschutz
bereits nach Absolvieren des Einführungspraktikums als voll integrierter und völlig
gleichberechtigter Lehrinhalt verstanden wird (vgl. 3).
Anschließend an die erste und sehr aufschlussreiche Phase der Veranstaltung
wurden arbeitsschutzspezifische Inhalte des AUT I noch einmal aufgegriffen und kurz
erläutert, bevor die hierbei genannten Punkte um speziell den Quantitativen

107
Praktikumsteil betreffende Inhalte erweitert wurden, z. B. Umgang mit Pipetten,
Büretten, Exsikkatoren, Tiegeln etc.
Etwa nach der Hälfte der zur Verfügung stehenden Zeit wurde mit der Frage nach
dem Aussehen eines Entsorgungskonzeptes für das Quantitative Praktikum zum Thema
Umweltschutz übergeleitet. Anhand dieser Frage sollte indirekt überprüft werden,
inwieweit wichtige Umweltschutz-Prinzipien aus dem Einführungspraktikums reproduziert
werden konnten. Wider Erwarten war die Beteiligung in dieser Phase des
Gesprächs gering. Viele der in Abbildung 29 aufgeführten Punkte wurden entweder gar
nicht genannt oder erst, nachdem Hilfestellungen gegeben worden waren. Offensichtlich
hatten sich die Studenten auf das AUT II nicht vorbereitet und sich mit den Anleitungen
zum Quantitativen Praktikum bis zum Zeitpunkt des Gespräches auch noch nicht vertieft
auseinandergesetzt. Bei der Aufforderung, konkrete Beispiele der quantitativen Analyse
im Hinblick auf die Entsorgungsproblematik einmal durchzugehen (s. Abb. 32) und
dabei auch an den ersten Teil des Anorganischen Praktikums zu denken, wurden aber
doch viele richtige Antworten spontan genannt (vgl. 2.10.5).
Reste aus der Quantitativen Analyse
Frage:
Antwort:
„Wie / zu welchen Stoffen kann ...
aufgearbeitet werden
CuI-Reste aus der iodometrischen Oxidation mit H 2 SO 4 /H 2 O 2 zu CuSO 4 und I 2
Cu-Bestimmung
Ba 2+ -haltige Filtrate aus der
gravimetrischen Sulfat-Bestimmung
8-Hydroxichinolin-haltige Filtrate aus
der gravimetrischen Mg-Bestimmung
[Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ -Lösungen aus der
fotometrischen Cu-Bestimmung
Ag + -haltige Reste aus der
potentiometrischen Halogenid-Bestimmung
Fällen als BaCO 3 , Filtration
Adsorption der organischen Wasserinhaltsstoffe an
Aktivkohle
Zementation von elementarem Kupfer mit Eisen im
sauren Medium
Fällen als AgCl, dann Aufbereiten auf Silbernitrat
Abb. 32: Aufarbeitungsmöglichkeiten von Resten aus der Quantitativen Analyse
2.10.8.3 AUT III: Organisch-Chemisches Praktikum
Bei der Terminvereinbarung zum AUT III wurde zur Vorbereitung jeder Teilnehmer mit
einer der folgenden Aufgaben betraut:
- Recherche wichtiger Begriffe / Abkürzungen aus dem Bereich des Arbeits- und
Umweltschutzes und deren Erklärung (z.B. MAK-Wert, R- und S-Sätze,
Flammpunkt, Wassergefährdungsklassen)
- Anfertigung eines Kurzreferates zum sachgerechten Umgang mit DIN-
Sicherheits-datenblättern, Erläuterungen
- Erstellung einer Betriebsanweisung gemäß GefStoffV bzw. TRGS 451 zu
einzelnen Stoffen oder Stoffgruppen, Erläuterungen
- Anfertigung eines Kurzreferates zur Toxikologie einer im Praktikum
verwendeten Substanz bzw. Substanzklasse

108
- Anfertigung eines Kurzreferates zur Aufarbeitungsmöglichkeit anorganischer
Reste aus der Organischen Synthese
Durch das Delegieren derartiger Arbeitsaufträge an die Studierenden wurde von
vornherein deutlich gemacht, dass es sich beim AUT III um eine seminarähnliche
Veranstaltung handelt, deren Verlauf und Ergiebigkeit entscheidend vom Mitwirken der
Studierenden abhängt. Außerdem mussten sich die Veranstaltungsteilnehmer durch diese
„Hausaufgaben“ schon vorab mit im Tutorium dann eingehend zu behandelnden und zu
vertiefenden Inhalten auseinandersetzen, was das Niveau der Veranstaltung insgesamt
steigern sollte.
Das AUT III wurde wie auch die beiden vorangegangenen Tutorien mit der
Sammlung und Reflexion arbeitsschutzspezifischer Prinzipien nach der Brain-Storm-
Methode eingeleitet. Daran anschließend erfolgte die Erarbeitung der Relevanz der
genannten Punkte für das Organische Praktikum. Von den Studierenden nicht genannte
Punkte wurden vom Veranstaltungsleiter ergänzt und erläutert, abschließend auf einer
Folie präsentiert und den Teilnehmern als Merkblatt mitgegeben (s. Abb. 33).
Arbeitsschutz im Organischen Praktikum
Versuchsplanung und -vorbereitung
- Informationen über die zu benutzenden Geräte und Chemikalien einholen (R- und S-Sätze,
Flammpunkte, Explosionsgrenzen, MAK-Werte, Wassergefährdungsklassen,
Entsorgungshinweise)
Laborinterne Arbeitsschutzeinrichtungen
- Brandschutz: Feuerlöscheinrichtungen (Feuerlöscher, Fluchtwege, Notduschen: Wo?
Bedienung?), Verhalten bei Bränden; Natrium-Brände nur mit Sand löschen! Ölbadbrände
unter Aufsicht abbrennen lassen, Pulverlöscher bereithalten
Persönliche Arbeitsschutzmaßnahmen
- Handschutz: Aufgrund der guten Hautresorption vieler organischer Stoffe (vor allem
Lösungsmittel) sind im OC-Praktikum grundsätzlich Handschuhe zu tragen!
- Augenschutz
- Schutzkittel
Sicheres Arbeiten
- mit brennbaren Lösungsmitteln getränkte Feststoffe (Trockenmittel) sowie Filterkuchen
gebrauchter Katalysatoren nicht direkt zu den in Feststoffabfällen geben (Brandgefahr!)
- als Etherersatz wenn möglich Cyclohexan/Essigester-Mischungen verwenden
- bei Arbeiten mit Ether Kollegen informieren (keine offenen Flammen!)
- vor Destillationen sind diverse Stoffe (vor allem Ether) auf Peroxide zu testen
- bei Tischbränden sofort sämtliche Gashähne schließen und Stecker ziehen
- Vorsicht bei der Reinigung nicht etikettierter Gefäße mit unbekanntem Inhalt!
- Arbeiten mit Heizpilzen: Erhitzen nur reiner Lösungsmittel; Kolben bis zur Höhe des
Heizpilzrandes mit Flüssigkeit füllen
- Natriumreste mit Ethanol in offener Schale vernichten
- Ölbäder nicht über 180 °C erhitzen
- wenn überhaupt, nur Aceton (kleine Mengen) als organisches Reinigungsmittel verwenden
- Vakuumdestillation: Informieren über Arbeiten unter vermindertem Druck
Abb. 33: Folie und Merkblatt „Arbeitsschutz im Organischen Praktikum“

109
Die Hausaufgaben „Umgang mit bzw. Erstellen von DIN-Sicherheitsdatenblättern
und Betriebsanweisungen anhand ausgewählter Beispiele“ wurden präsentiert und mit
der Gruppe diskutiert. An alle Studenten wurde ein DIN-Sicherheitsdatenblatt (Merck),
ein Merkblatt „Gefährliche Arbeitsstoffe“ (Kühn · Birett) und die Broschüre „Umgang
mit Gefahrstoffen an der Fachhochschule Darmstadt“ ausgehändigt und auf die in den
Laborräumen ausliegende oder bei der Laborleitung einseh- und ausleihbare
arbeitsschutzrelevante Schriften verwiesen. Um das Kapitel Arbeitsschutz abzuschließen
und die Veranstaltung aufzulockern, wurden - wie bereits beim AUT I - Dias vorgeführt,
die jetzt ausschließlich organisch-chemische Themen zum Inhalt hatten.
Als Übergang vom Arbeits- zum Umweltschutz bot sich die Behandlung der
Thematik Toxikologie an. Ein Referent stellte eine ausgewählte Praktikumchemikalie
(Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Nitrit) oder eine häufig benutzte Stoffgruppe
(Aromaten, halogenierte Kohlenwasserstoffe) mit ihrer toxischen Wirkung auf den
Menschen vor, zeigte Möglichkeiten der Therapie auf und gab Gelegenheit zur
Diskussion und Weiterentwicklung der vorgestellten Fakten anhand einfacher
(bio)chemischer Überlegungen (vgl. 2.9). Hieraus resultierte fast immer ein hohes Maß
an Motivation, und meist wurde nach weiteren Beispielen zur Toxikolgie praktikumrelevanter
Substanzen gesucht. Es ist daher wenig erstaunlich, dass das Thema
Toxikologie nur in den wenigsten Fällen ohne größere Mühe wieder zu verlassen war.
Der Punkt Umweltschutz wurde mit der Vorstellung der an der Fachhochschule
Darmstadt vorhandenen Abfallkategorien eingeleitet, wobei die „Betriebsanweisung zur
Behandlung und Entsorgung von Sonderabfällen“ als Vorlage diente. Die Studenten
erkannten schnell, dass ein Großteil Abfall schon alleine dadurch vermieden werden
kann, dass Lösungsmittel durch einfache Destillation am Rotavapor zurückgewonnen
werden (vgl. 2.7.2). Besonders thematisiert wurde die Problematik halogenierter
Kohlenwasserstoffe, die unter keinen Umständen ins Abwasser gelangen dürfen, worauf
vor allem beim Ausspülen der Reaktionsgefäße nach Abschluss eines Versuches zu
achten ist.
Anschließend wurde von einem Studierenden referiert, dass in der Organischen
Synthese auch zahlreiche anorganische Stoffe als Reduktions- und Oxidationsmittel
sowie Katalysatoren zum Einsatz kommen, die Abwasserprobleme bereiten, so dass
entsprechende Entsorgungsmaßnahmen oder Recycling-Arbeiten erforderlich werden.
Hier konnte direkt an die Inhalte des Anorganischen Praktikums angeknüpft und z.B.
erarbeitet werden, dass resultierende Cr 3+ -Ionen aus Jones-Oxidationen durch eine
Hydroxidfällung dem Abwasser entzogen, restliches KMnO 4 aus Oxidationsprozessen
zu ungiftigem Braunstein reduziert oder Iodid-Reste aus Williamsonschen Ethersynthesen
mit H 2 O 2 auf direkt im Organischen Praktikum wiederverwertbares
elementares Iod aufbereitet werden können. Kleine Mengen wässriger aluminium- bzw.
zinkhaltiger Reste aus Friedel-Crafts-Reaktionen bzw. Clemmensen-Reduktionen
können an das Einführungspraktikum weitergegeben werden. Dort werden die
Metallkationen dann ausgefällt und mit Cobaltverbindungen zu den Pigmenten Thénards
Blau bzw. Rinmanns Grün pyrolysiert. Besonders beeindruckend war es für die
Studenten zu erkennen, dass eine Verknüpfung der Stoffflüsse des Organischen und des
Anorganischen Praktikums einen erheblichen Beitrag zum Umweltschutz im Fachbereich
leisten kann, womit gleichzeitig Gesichtspunkte des in der Industrie zunehmend
wichtigen produktions-integrierten Umweltschutzes widergespiegelt werden (vgl. 2.6.3).

110
3 Evaluation des Einführungpraktiums an der
Fachhochschule Darmstadt [61]
Zweifellos vereinfacht das neue Ausbildungskonzept an der Universität Zürich und an
der Fachhochschule Darmstadt die gesetzlich vorgeschriebene Umsetzung der
Gefahrstoff-verordnung, führt zum Einsparen von Ausgangschemikalien und vor allem
zu einer erheblichen Reduktion (über 90 %) der Abfallmenge, womit dem Budget des
Fach-bereichs und der Umwelt gleichermaßen gedient ist. Schon allein aus diesen
Gründen ist es einem Praktikum, in dem anfallende Versuchsreste lediglich nach
verschiedenen Kategorien sortiert und dann als Sondermüll verbrannt werden,
überlegen. Es erhebt aber auch - wie bereits mehrfach erwähnt - den Anspruch, den
Studenten klarzumachen, dass Chemie und Umweltschutz heute untrennbar
zusammengehören und das jeder Chemiker, der Reste produziert, sich im Sinne des
Verursacherprinzips auch darum kümmern muss (affektive Lernziele), und ihnen
außerdem das nötige Fachwissen zum Lösen von Umweltproblemen zu liefern
(kognitive Lernziele), ohne dass tradierte Lernziele verloren gehen.
Dass diese Ziele erreicht werden, lässt sich dadurch belegen, dass sich viele
Studenten auch in späteren Praktika nicht nur konsequent an die Betriebsanweisungen
zum Umweltschutz und zur Entsorgung halten (ein gedankenloses Wegschütten von
Resten in den Ausguss ist bislang nicht beobachtet worden), sondern diese vor allem
auch in Hinblick auf Verbesserungsmöglichkeiten kritisch hinterfragen. Im praktikumbegleitenden
Kolloquien wurde außerdem festgestellt, dass die meisten Studenten Verfahren
zur Abwasserbehandlung, zum Recycling und Elemente einer
Kreislaufwirtschaft, also die zusätzlichen Lerninhalte, nennen und beschreiben können
und dabei die Grund-lagen klassischer Themen wie Komplexchemie oder
Trennungsgang nach wie vor beherrschen.
Um das Ausbildungskonzept weiter zu verbessern, wurde die Meinung der
Studenten dazu durch Fragebögen (s.u.) ermittelt.
Die gestellten Fragen sollten natürlich nicht auf Praktikumvergleiche abzielen, da
die befragten Studierenden nur ein Praktikum kennen, sondern vielmehr deren
Interessens-schwerpunkte (präparative Chemie, Analytik, Projektarbeiten, Umweltchemie)
vor und nach dem Praktikum, Erwartungshaltungen bezüglich der
Praktikuminhalte vor Praktikumbeginn und danach, in wie weit die Erwartungen im
Praktikum erfüllt wurden, Meinungen zum Praktikumkonzept und zu den schriftlichen
Anleitungen und insbesondere zum Umweltschutz in Industrie, Ausbildung und Beruf
eruieren.
Zu berücksichtigen ist, dass alle Darmstädter Fachhochschul-Studenten das Fach
Chemische Technologie studieren, der kleinere Teil (etwa ein Viertel) der Zürcher
Universitäts-Studenten (promovierter) Diplom-Chemiker werden möchte, während die
meisten Zürcher Studenten sich mit Chemie als Nebenfach beschäftigen und später vor
allem in der Biologie tätig sein werden.

111
3.1 Fragebögen vor Praktikumbeginn
Vor Praktikumbeginn im 2. Semester erwarteten die Darmstädter Studenten (Zürcher
Studenten wurden nicht befragt), dass sich die Inhalte der Vorlesungen im ersten
Semester bezüglich präparativer Chemie (77 %), analytischer Chemie (89 %),
Stöchiometrie (89 %), Toxikologie (83 %) und Umweltschutz (83 %) im Praktikum
widerspiegeln. Ihre Erwartungshaltung ist berechtigt, denn die Vorlesungen sollen nach
Intention des verantwortlichen Dozenten die Studenten in der Tat auf das Praktikum
vorbereiten. Das Bestehen der Abschlussklausuren ist sogar Voraussetzung, um zum
Praktikum zugelassen zu werden.
Dass die Studenten im Praktikum nicht ganz so viel Synthese- wie analytische
Chemie erwarten, ist verständlich, da sich die zahlreichen in der Vorlesung über
anorganische Chemie vorgestellten großtechnischen Syntheseprozesse, z. B. Ammoniak-
, Chlor- oder Schwefelsäureproduktion, im Praktikum gar nicht realisieren lassen, die
qualitativen Analysen hingegen in vollem Umfang durchführbar sind. Da bereits in der
Experimentalvorlesung konsequent auf die Aufbereitung anfallender Versuchsreste
hingewiesen wird oder diese zum Teil direkt vorgeführt wird (s. 2.10.3), ist die
Erwartungshaltung der Studenten bezüglich Gesichtspunkten des Umweltschutzes im
Praktikum sehr hoch. Ihre ebenfalls hohe Erwartungshaltung bezüglich Elementen der
Toxikologie (s. 2.9) im Praktikum wird allerdings erst im Fortgeschrittenenpraktikum
erfüllt.
Vor Praktikumbeginn dominiert bei den Auszubildenden das Interesse an Fragen zur
Umweltchemie (49 %) deutlich vor dem an präparativer (15 %) und analytischer Chemie
(19 %).
Von der chemischen Industrie haben die Studenten vor Praktikumbeginn die
schlechte Meinung, dass sie nur in befriedigendem bis ausreichenden Maße (3.5) dem
Umweltschutz Rechnung trägt. Die Hälfte der Studenten sieht die Zukunft für
Umwelt/Umweltschutz eher optimistisch (52 %), ein Viertel eher pessimistisch (26 %),
und zwei Drittel der Studenten meint, später im Beruf zum Umweltschutz beitragen zu
können, und wünscht sich dies auch, wie aus einer Frage nach dem gewünschten
Einsatzbereich nach Abschluss des Studiums klar hervorgeht.
Die Studenten gehen wenig vorbereitet ins Praktikum. Mit der ihnen im ersten
Semester ausgehändigten Betriebsanweisung und den im Labor hängenden Wandtafeln
zum sicheren und umweltgerechten Arbeiten haben sie sich praktisch nicht auseinandergesetzt.
Lediglich die vom Laborleiter sehr witzig und humorvoll geschriebenen
Richtlinien zum Experimentieren sind von einigen Studenten gelesen worden, ein Indiz
dafür, dass trockene Gesetze und Verordnungen nur dann eine Chance haben, bewusst
aufgenommen zu werden, wenn sie anschaulich und spannend aufbereitet sind. Das
Defizit der Studenten im Kennen von Sicherheits- und Umweltschutzauflagen und im
Umgang mit Betriebsanweisungen kann durch ein kurzes Seminar zu Beginn des
Praktikums beseitigt werden, in dem in Gruppen von jeweils 5-6 Studenten nach der
Brain-Storm-Methode Grundbegriffe zum Arbeits- und Umweltschutz erarbeitet und in
Hinblick auf das Praktikum kritisch reflektiert werden (s. 2.10.8.1). Die neue Veranstaltung
wurde von den Studenten mit großer Mehrheit als die bislang beste zu dem
Themenkomplex bezeichnet.
Auch die Anleitungen zu den anstehenden Experimenten sind kaum einstudiert
worden. Dies darf nicht sein, so dass die Studenten in Zukunft durch Antestate oder eine
Vorbesprechung im Rahmen des praktikumbegleitenden Seminars zum intensiveren
Befassen mit der Theorie und Praxis der Versuche vor deren Beginn angehalten werden
müssen. Auch das von Tietze und Eicher vorgeschlagene Erfassen der Stoffflüsse von

112
Versuchen in Fließdiagrammen [62] kann hier hilfreich sein. Schließlich müssen
chemische Reaktionen sorgfältig geplant werden, vor allem auch in Hinblick auf
umweltrelevante Fragestellungen!
3.2 Fragebögen am Ende des Praktikums
Besonders interessant ist es, ob sich die Erwartungen der Studenten am Praktikumende
erfüllt und ob sich ihre Interessensschwerpunkte und Meinungen bezüglich
Umweltschutz in Industrie, Studium und Beruf geändert haben.
Der Praktikumstoff war für die Darmstädter Studenten bezüglich Umfang,
Vorwissen, Theorie und Praxis gut zu verkraften. Die meisten Zürcher Studenten fühlten
sich hingegen schon leicht überfordert. Dies ist verständlich, da - wie eingangs erwähnt -
der Großteil der Teilnehmer am Zürcher Praktikum Chemie als Nebenfach studiert und
daher geringere Vorkenntnisse mitbringt. Das Zürcher Praktikum ist daher gerade für
diesen Personenkreis besonders anspruchsvoll.
Die Erwartungen der Studierenden bezüglich theoretischer Lehrinhalte im
Praktikum wurde in Darmstadt gut, in Zürich befriedigend erfüllt. Die schlechtere
Beurteilung durch die Zürcher Studenten liegt wahrscheinlich daran, dass die vielen
Nebenfächler an chemietypischen Lehrinhalten weniger Interesse haben.
Mit dem Erlernen handwerklicher Dinge sind die Darmstädter Studenten
unzufriedener als die Zürcher. Dies kann sowohl an einer zu schlechten Platzausrüstung
in Darmstadt, die von 61 % der Studenten als weniger gut und von 28 % der Studenten
sogar als schlecht bezeichnet wurde, liegen, als auch daran, dass einfache handwerkliche
Operationen vom Aufsichtspersonal nicht richtig vermittelt wurden, was auch mehrmals
von Studenten in Gesprächen und als Kommentare auf dem Fragebogen geäußert wurde.
Hier sollte Abhilfe geschaffen werden können: Für das folgende Semester wurde die
Ausrüstung der Arbeitsplätze um einige Geräte ergänzt; außerdem wurde ein eintägiges
Vorpraktikum konzipiert, in dem elementare handwerkliche Dinge vorgeführt und geübt
werden.
Die Betreuung im Praktikum wurde als gut bewertet. Nach Kriterien für eine gute
Betreuung gefragt, nannten die Studenten die stete Ansprechbarkeit des Personals bei
Fragen aller Art an erster Stelle, knapp vor der fachlichen Kompetenz des Personals und
deutlich vor dessen pädagogisch-psychologischen Fähigkeiten.
Die Erwartung der Studenten bezüglich Umweltschutz im Praktikum ist voll erfüllt
worden und korreliert mit der Meinung, dass das Praktikumkonzept dem Umweltschutz
gut Rechnung trägt (Korrelationskoeffizient 0.54). Diese Anerkennung kann nicht hoch
genug bewertet werden in Anbetracht der häufigen Klagen von Studenten in anders
organisierten Praktika, wo Ausgangsstoffe nicht recycelt oder Reste nicht aufbereitet,
sondern lediglich gesammelt und verbrannt werden.
Die Erwartung bezüglich des Erlernens eines sicheren Umgangs mit Gefahrstoffen
wurde bei den Studenten gut, aber nicht ganz so gut erfüllt wie bezüglich des
Umweltschutzes. Entsprechend fallen auch die Noten bei den Fragen, ob das Praktikumkonzept
der Gefahrstoffverordnung bzw. dem Arbeitsschutz ausreichend Rechnung
trägt, etwas schlechter, aber immer noch durchaus gut, aus. Dass die Beurteilung der
Belange des Arbeitsschutzes in Darmstadt schlechter ausfällt als in Zürich, korreliert mit
der Tatsache, dass die Raumluft in Darmstädter Praktikum als viel schlechter bezeichnet
wird und dass sich im Darmstädter Praktikum deshalb auch deutlich mehr Studenten
gefährdet fühlen als im Zürcher. Dies ist auf den geringen Arbeitsplatz pro Student und
vor allem auf die kleinere Abzugskapazität und das in Evaluations-zeitraum mehrmalige

113
Ausfallen der Abzuganlage in Darmstadt gegenüber Zürich zurückzuführen. Außerdem
ist es für die Studenten unschwer zu erkennen, dass die Umsetzung der
Gefahrstoffverordnung in Darmstadt noch nicht so weit fortgeschritten ist wie in Zürich.
Es fehlen z. B. ausreichend Spezialschränke für Säuren und Laugen sowie
Sicherheitsschränke für andere Chemikalien. Erst wenn diese Defizite behoben sind -
was Finanzmittel erfordert - ist mit einer besseren Beurteilung des gesamten Praktikums
durch die Studierenden zu rechnen.
Die schriftlichen Praktikumunterlagen werden von den Studierenden nur als gut bis
befriedigend angesehen. Dies ist zunächst überraschend, zumal die Studenten die
Versuche in der Regel problemlos nach den Vorschriften durchführen können und in
Gesprächen auch immer wieder betonen, dass die Vorschriften klappen. Uns ist auch
nicht bekannt, dass an anderen Universitäten bei der Nacharbeitung ausgewählter
Vorschriften Probleme auftraten. Nicht ganz klar ist es, welche Erwartungen die
Studenten an die Praktikumunterlagen haben. Die in Darmstadt sind kurz gehalten, fast
ohne Theorie und ohne Arbeitsblätter, die in Zürich erhalten hingegen auch ausführliche
Kapitel zur Theorie und von den Studenten auszufüllende Arbeitsblätter. Obwohl in
ihrer äußeren Form unterschiedlich, werden die Begleitmaterialien in Darmstadt und
Zürich in etwa gleich und nicht viel besser als befriedigend beurteilt. Vermutlich liegt es
daran, dass die Studenten noch keine anderen Praktikumunterlagen kennen. Studenten in
Praktika, in denen z.B. nach Standardlehrbüchern oder nach Vorschriften aus der
chemischen Primärliteratur gearbeitet wird, klagen nämlich häufig darüber, dass sie mit
diesen Unterlagen allein nicht zurecht kommen. Offensichtlich ist eine Unzufriedenheit
mit dem Praktikumskript auch auf ein mangelndes Verständnis der theoretischen
Hintergründe der Versuche zurückzuführen. Bei einer gezielten Befragung beurteilten
nämlich die leistungsschwächeren Studenten tendenziell die Anleitungen schlechter als
ihre leistungs-stärkeren Kommilitonen.
Zum Thema „Was hat Ihnen am meisten Spaß gemacht?“ wurden zwei Fragen
gestellt. In der einen war zu differenzieren zwischen „Präparate“ (38 %), „Analysen“ (38
%), „Recycling/Abwasserbehandlung“ (14 %) und „indifferent“ (11 %), in der anderen
zwischen „Standardprogramm Präparate“ (11 %), „Qualitative Analysen“ (22 %),
„Demonstrationskurse zur IR-, UV/VIS- und AAS-Spektroskopie“ (14 %) und
„Projektarbeit“ (53 %).
Im Sommersemester 1994 führten die Praktikanten in Darmstadt erstmals selbstgewählte
Projekte, zum größten Teil mit Umweltchemie-Aspekten, im Umfang von etwa
10 % der gesamten Praktikumzeit durch [63]. Da hier vor allem Eigeninitiative und
persönliches Identifizieren mit dem gewählten Projekt gefordert waren, verwundert es
nicht, dass die Projektarbeit von den meisten Studenten besonders positiv bewertet
wurde. Auch die im Sommersemester 1994 erstmals durchgeführten
Demonstrationskurse in instrumenteller Analytik schneiden in der Beurteilung der
Studenten positiv ab, obwohl sie nur einen kleinen Teil der Praktikumzeit in Anspruch
nahmen. Auf jeden Fall sollten die Demonstrationskurse und eine kleine Projektarbeit
zur Bereicherung des Praktikums in Zukunft erhalten bleiben.
An Versuchen zum Recycling und zur Abwasserbehandlung haben nur 14 % der
Studenten besonderen Spaß. Präparative und analytische Arbeiten werden viel lieber
durchgeführt (jeweils 38 %). Dies bedeutet nicht, dass die Studenten von der
Notwendigkeit des Recyclings und der Abwasserbehandlung nicht überzeugt sind, denn
sonst hätten sie die Frage, ob das Praktikumkonzept dem Umweltschutz ausreichend
Rechnung trägt, nicht so positiv beurteilt (s.o.). Es ist aber nachzuvollziehen, dass die
Studenten wenig Spaß daran finden, eine übel riechende, dunkle und trübe Brühe mit
Natriumsulfid zu versetzten, um Schwermetallionen als Sulfide auszufällen,
abzufiltrieren und so dem Wasser zu entziehen, selbst wenn ein klares, schadstofffreies

114
Filtrat abläuft, das bedenkenlos verworfen werden kann. Sonderlich attraktiv ist es auch
nicht, aus einem bräunlichen Manganhydroxidschlamm wiederverwertbares
Mangansulfat zu recyceln. Optisch ansprechender ist es sicherlich, zertifizierte
Ausgangschemikalien aus dem Chemikalienschrank zu entnehmen und in sauberen
Apparaturen in andere Stoffe umzu-wandeln, genauso wie es im Berufsleben
angenehmer ist, im Vorfeld des Umweltschutzes in akkreditierten und mit High-Tech-
Geräten ausgerüsteten Laboratorien Abwasser-proben zu analysierten, als in einer
Kläranlage Filterpressen zu installieren und zu reinigen und dadurch aktiven
Umweltschutz zu betreiben. Während es für den Schulunterricht eher gilt, „schöne“
Versuche zu zeigen, welche die Schüler optisch ansprechen und motivieren, müssen
Chemiestudenten hingegen auch lernen, dass Chemie oft alles andere als „schön“
aussieht. Vermutlich hat die Aufbereitung anfallender Reste den Studenten etwas von
ihrer idealistischen Vorstellung genommen, dass Umweltchemie „saubere“ Chemie ist.
Hier lernen sie die Wirklichkeit kennen, dass Umweltchemie, insbesondere die
Abwasserchemie, sich im Gegenteil meistens mit schmutzigen und hochkontaminierten
Stoffen beschäftigt (vgl. 2.1.1).
Die meisten Studenten geben an, sich an die Arbeits- und Sicherheitsvorschriften
und die Umweltschutzauflagen gehalten zu haben, was auch mit den Beobachtungen des
Laborpersonals in Einklang steht. Warum beurteilen die Studenten Ihr Verhalten aber
nur mit „gut“ und nicht mit „sehr gut“? Haben sie vielleicht ein schlechtes Gewissen, die
eine oder andere unbekannte Probe nicht wie vorgesehen systematisch nach dem
Trennungs-gang bearbeitet, sondern nur schnell durch Vorproben analysiert und doch
einmal Ammoniak oder Salzsäure am Platz, und nicht wie vorgeschrieben unter dem
Abzug abgefüllt zu haben? Haben sie wirklich jeden Reagenzglasinhalt aus den
qualitativen Analysen in ihr Sammelgefäß zwecks anschließender
Abwasserkonditionierung und nicht gelegentlich in das Entsorgungsgefäß für
unverwertbare Abfälle gegeben? Es muß wohl so sein, denn die Laborsünderkasse, in
die jeder, der gegen die Laborordnung verstößt, einen kleinen Obulus zu entrichten hat,
war am Ende des Praktikums auch nicht ganz leer. Aus der Sicht der Laborleitung ist das
i.a. aber sehr disziplinierte Verhalten der Studierenden zu loben, grob fahrlässige
Verstöße gegen Sicherheits- und Umweltschutz-auflagen kamen nicht vor.
Erfreulich ist auch, dass das Praktikum bei den meisten Auszubildenden das
Interesse am weiteren Studium gefördert hat. Die Studenten sehen einen direkten
Zusammenhang zwischen Praktikum, weiterem Studium und späterem Beruf
(Korrelationskoeffizient 0.64). Dies ist besonders positiv zu werten, vor allem, wenn
man die häufig geäußerte Meinung von Studenten in Praktika, in denen ein halbes Jahr
lang in tradierter Form nur qualitative Analysen gekocht werden, bedenkt, dass diese Art
der Chemie nicht mehr ganz zeitgemäß sei. Darmstädter Studenten haben offensichtlich
erkannt, dass die im Praktikum integrierten Recycling- und Abwasserbehandlungsmethoden
und Elemente einer Kreislaufwirtschaft sich nicht nur wie ein
roter Faden durch ihre weitere Ausbildung ziehen, sondern auch in der industriellen
Chemie und anderen Zweigen unserer Industrie-gesellschaft hochaktuell sind. Die
Vernetzung einiger Stoffflüsse des Darmstädter Anfängerpraktikums mit anderen
Praktika trägt dazu bei, dass die Studierenden in anderen Stadien ihrer Ausbildung in der
Tat öfters an das Grundpraktikum zurückdenken werden. Wenn sie z. B. im organischen
Praktikum Friedel-Crafts-Reaktionen durchführen, sollten sie sich daran erinnern, dass
ein Teil der anfallenden aluminiumhaltigen wässrigen Reste als Edukt für das
Blaupigment CoAl 2 O 4 im Grundpraktikum dient, oder wenn sie im anorganischen
Fortgeschrittenenpraktikum Ferrocen herstellen, sollte ihnen das dafür nötige Edukt
Eisentrisacetylacetonat aus dem Grundpraktikum bekannt vorkommen, wo sie es selbst
synthetisiert haben (vgl. 2.6.1.1).

115
Die Zürcher Studenten sehen den Zusammenhang zwischen Praktikum, weiterem
Studium und Beruf nicht so deutlich wie die Darmstädter. Dies ist verständlich, da - wie
bereits erwähnt - viele von ihnen Chemie als Nebenfach studieren.
Der letzte Themenblock des Fragebogens versucht zu eruieren, ob sich das Umweltbewusstsein
der Studierenden, ihre Einstellung zum Umweltschutz in Industrie und
Beruf und ihre Interessensschwerpunkte an den verschiedenen Teilgebieten der Chemie
im Laufe des Praktikums geändert haben.
Die Darmstädter Studenten stimmen der Frage zu, ob das Praktikum ihr Umweltbewusstsein
beeinflusst hat, die Zürcher Studenten sind unentschieden. Der Unterschied
ist dadurch zu erklären, dass die Darmstädter Studenten im Sinne des
Verursacherprinzips stärker in die Verantwortung für die Aufbereitung anfallender Reste
genommen werden als die Zürcher, die sich zwar streng an das getrennte Sammeln der
Reste halten, von denen aber nur knapp jeder zweite Student selbst einen Versuch zur
Chemikalienrückgewinnung durchgeführt hat. (Es fallen einfach nicht genügend Reste
an, um allen Studenten eine entsprechende Aufgabe zuteilen zu können!) Als
Praktikuminhalte, die ihr ökologisches Bewusstsein besonders beeinflusst haben, nennen
36 % der Darmstädter Studenten die Recyclingversuche, 17 % die
Abwasserkonditionierung und 8 % Gesichtspunkte des Arbeitsschutzes und der
Toxikologie.
Auf die gezielte Frage, was sie unter „Chemie und Umwelt“ verstehen, gaben
einzelne Studenten folgende Antworten: verantwortungsvoller Umgang mit Chemikalien
und Energie, Vermeiden von Abfällen bzw. deren fachgerechte Entsorgung, Recycling,
Optimieren von chemischen Prozessen in Hinblick auf ihre Umweltverträglichkeit,
Abwasseranalytik, Forschung für den Umweltschutz, Verständnis für und Aufklärung
über die Auswirkungen der Chemie auf die Umwelt. Aus der Sicht des Laborleiters ist es
erfreulich, dass die Antworten umfassend und genau die angestrebten Lernziele
benennen.
Die Zukunft von Umwelt und Umweltschutz wird am Ende des Praktikums von den
Studenten deutlich optimistischer gesehen als zu Praktikumbeginn, und auch die
Meinung von der chemischen Industrie in Hinblick auf das Beachten des
Umweltschutzes ist etwas besser geworden (3.3). Offensichtlich haben die Studenten
gelernt, dass die Chemie erheblich zum Umweltschutz beitragen kann, weil einfach viele
Methoden zum Umweltschutz chemische sind. Das Interesse an der Umweltchemie ist
zwar noch groß (36 %), hat aber doch signifikant nachgelassen gegenüber dem
Zeitpunkt des Praktikumbeginns (49 %). Damit korreliert auch, dass etwas weniger
Studenten als zu Anfang gute Möglichkeiten zum persönlichen Beitrag zum
Umweltschutz im späteren Beruf sehen. Dies ist vermutlich mit dem bereits genannten
Argument zu begründen, daß viele Studenten eingesehen haben, dass eine Arbeit im
Umweltschutzbereich zwar unbedingt notwendig und ehrenhaft, aber auch nicht die
angenehmste ist.
Die Zürcher, vermutlich besonders die Biologie-Studenten, sind bezüglich der
Zukunft von Umwelt und Umweltschutz deutlich pessimistischer als die Darmstädter
Studenten, beurteilen die Möglichkeit, im Beruf zum Umweltschutz beitragen zu können
aber viel besser, da die meisten Einsatzgebiete für Biologen von der Sache her
umweltnäher sind als die der Chemiker und Chemieingenieure.
Insgesamt sind die Darmstädter Studenten mit ihrer bisherigen Umweltbildung nach
zwei Semestern zufrieden, was im wesentlichen auf das Praktikum zurückzuführen ist,
denn die anderen Lehrveranstaltungen im ersten und zweiten Semester thematisieren
Aspekte des Umweltschutzes nur am Rande. Dies ist nicht schlimm, da noch zahlreiche
Lehrveranstaltungen mit Umweltbezug folgen werden. Schwerpunkte sollten nach
Meinung von 17 % der Studierenden die Abwassertechnik und nach 25 % der

116
Studierenden auch andere technische Verfahren zum Umweltschutz, z.B.
Luftreinhaltung, sein (und sind es auch).
3.3 „Anerkannte“
Studenten mit einer abgeschlossenen Ausbildung als Chemielaborant, Chemotechniker
oder Chemisch-Technischer Assistent brauchen an der Fachhochschule Darmstadt im
Grundpraktikum keine experimentellen Arbeiten durchzuführen, müssen aber am
praktikumbegleitenden Seminar teilnehmen und die Kolloquien ablegen. Interessant war
es, die Meinung dieses Personenkreises bezüglich der Lehrinhalte des Praktikums im
Vergleich zu denen in ihrer Berufsausbildung und die Einstellung zu Industrie, Beruf
und Umwellschutz zu erfahren.
Bei der Beurteilung von Umweltschutzgesichtspunkten und der Umsetzung der
Gefahrstoffverordnung im Praktikum schneidet das Darmstädter viel besser bzw. etwas
besser ab als die Praktika in der Berufsausbildung. Dies ist zunächst überraschend, da
sich in der chemischen Industrie die Berufsgenossenschaft besonders für den
Arbeitsschutz einsetzt und es für eine Firma insgesamt ausgesprochen nachteilig ist,
wenn dem Umweltschutz nicht vorbildlich Rechnung getragen wird. Unsere
Beobachtungen bei häufigen Exkursionen ist, dass die Ausbildungslaboratorien in der
chemischen Industrie in der Tat eine in Hinblick auf Arbeits- und Umweltschutz besser
ausgerichtete Infrastruktur besitzen, als unsere Fachhochschule. Dies fällt den
Auszubildenden aber offensichtlich nicht so sehr auf wie Lehrinhalte des Praktikums
selbst. Dass das Darmstädter Praktikumprogramm Aspekte des Arbeits- und vor allem
des Umweltschutzes viel stärker betont als die Programme in der beruflichen
Ausbildung, sehen die Studenten auch so.
Mehr mit industrieller Chemie vertraut, meinen die „Anerkannten“ anders als ihre
Kommilitonen im Praktikum (3.3), dass die chemische Industrie dem Umweltschutz gut
(2.1) Rechnung trägt. Die Zukunft von Umwelt und Umweltschutz beurteilen sie etwas
pessimistischer, die Möglichkeit, später im Beruf selbst zum Umweltschutz beitragen zu
können, hingegen etwas optimistischer als ihre Mitstudierenden im Praktikum.
3.4 Zusammenfassung
Von den Studenten wird gewürdigt, dass das Zürcher Modell und seine
Weiterentwicklung in Darmstadt dem Umweltschutz in besonderem Maße Rechnung
trägt. Dass die Auszubildenden einen deutlichen Zusammenhang zwischen Praktikum,
weiterem Studium und späterem Beruf sehen, ist auf die aktuellen, praxis- und
lebensnahen Lehrinhalte zurückzuführen. Mit dominierendem Interesse an umweltrelevanten
Fragestellungen ins Praktikum gegangen, werden die Studierenden dort aber
auch für klassische präparative und analytische Chemie interessiert, die keineswegs zu
kurz kommt. Die gelernten und im Sinne des Verursacherprinzips selbst durchgeführten
Recycling- und Abwasserbehandlungsmethoden, überzeugen die Studenten davon, dass
die Chemie erhebliche Beiträge zum Umweltschutz leisten kann und auch leistet, so dass
sie die Zukunft von Umwelt und Umweltschutz am Ende des Praktikums optimistischer
als zu Praktikumbeginn sehen. Sie wissen jetzt auch, was aktiver Umweltschutz wirklich
bedeutet, nämlich: sich oft um hochkontaminierte, übel riechende und ästhetisch unansehliche
Reste zu kümmern. Diese Erkenntnis hat der anfänglichen Begeisterung

117
zahlreicher Studenten für den Umweltschutz zwar einen leichten Dämpfer versetzt, aber
bei Ihnen auch das Falschbild von Umweltchemie als besonders „sauberer“ Chemie
korrigiert, so dass die Studenten nun die Möglichkeiten zum Umweltschutz durch
Chemie fair beurteilen können.
3.5 Ergebnisse in Tabellenform
Im folgenden sind die hier diskutierten Fragen stichwortartig und die
Antworthäufigkeiten in % bzw. die Durchschnittsnoten (in Klammern: Ergebnisse aus
Zürich) angegeben. Darmstädter Studenten konnten Noten zwischen 1-5 erteilen, wobei
1 sehr gut und 5 sehr schlecht bedeutet, Zürcher Studenten orientierten sich an der in der
Schweiz üblichen Notengebung zwischen 1-6, wobei 1 sehr schlecht und 6 sehr gut
bedeutet.
In Darmstadt wurden 50, in Zürich 125 Studenten befragt. Die Rücklaufquote in
Darmstadt betrug 72 %.
Die Darmstädter Fragebögen wurden über das Computerprogramm Statgraphics
ausgewertet.
Befragung der Praktikumanfänger im Sommersemester 1994 in Darmstadt
1. Fragen zur Person (Alter, Geschlecht, Semesterzahl, berufliche Vorbildung)
2.1. Intensität der Vorbereitung auf das Praktikum
Skript: 3.7; Betriebsanweisungen: 3.9; Wandtafeln: 3.9;
Wiskamps Sicherheitsfibel: 3.2
2.2. Interessensschwerpunkt vor Praktikumbeginn
Analytik: 19 %; Präparate: 15 %; Umwelt: 49 %; indifferent: 17 %
2.3. Wie war der Vorlesungsstoff zu verkraften bezüglich
Umfang: 2.9; Vorwissen: 2.8; theoretischer Anforderung: 2.5
2.4. Erwarten Sie eine Widerspiegelung der Vorlesungsinhalte im Praktikum (ja)
präparative Chemie: 77 %, analytische Chemie: 89 %, Stöchiometrie: 89 %
Toxikologie: 83 %; Umweltschutzaspekte: 83 %
3.1. Wie trägt die chemische Industrie dem Umweltschutz Rechnung: 3.5
3.2. Beurteilung der Zukunft von Umwelt/Umweltschutz
optimistisch: 52 %; pessimistisch: 26 %; indifferent: 22 %
3.3. Wie beurteilen Sie die Möglichkeit, im späteren Beruf zum Umweltschutz
beizutragen
optimistisch: 65 %; pessimistisch: 10 %; indifferent: 25 %

118
Befragung der Praktikumabsolventen 1994 in Darmstadt (in Zürich)
1. Fragen zur Person (Alter, Geschlecht, Semesterzahl, berufliche Vorbildung)
2.1. Betreuung: 2.3 (92 % kompetent)
2.2. Räumliche Bedingungen
a) Personenzahl:
angemessen: 81 % ( 69 %); zu groß: 8 % (11 %); zu klein 11 % (20 %)
b) Raumluft: gut: 3 % (47 %); weniger gut: 58 % (48 %); schlecht: 39 % (5 %)
c) Gefährdung Ihrer Person: stark: 3 % (2 %); mittel: 70 % (54 %); keine 28 % (44 %)
d) Platzausstattung
gut: 11 % (15 %); weniger gut: 61 % (71 %); schlecht: 28 % (14 %)
2.3. Schriftliche Praktikumanleitungen: 2.8 (4.6)
3.1. Zusammenhang zwischen Praktikum und
weiterem Studium: 2.3 (4.1); Prüfungen: 2.5 (4.0); Beruf: 2.8 (3.9)
3.2. Wie war das Praktikum zu verkraften bezüglich
Umfang: 2.3 (4.0); Vorwissen: 2.7 (3.6); Theorie: 2.4 (3.9); Praxis: 2.3 (4.6)
3.3. Haben sich Ihre Erwartungen erfüllt bezüglich
handwerklicher Dinge: 3.2 (4.7); Umweltschutz/Entsorgung: 1.9 (5.0);
Theorie: 2.3 (4.2); sicherer Umgang mit Gefahrstoffen: 2.6 (4.3)
3.4. Was hat mehr Spaß gemacht
Präparate: 38 % (22 %), Analysen: 38 % (37 %);
Recycling/Abwasserkonditionierung: 14 % (15 %); indifferent: 11 % (17 %)
(instrumentelle Versuche: 9 %)
3.5. Praktikumkonzept trägt dem Umweltschutz Rechnung: 2.1 (4.9)
3.6. Praktikumkonzept trägt der Gefahrstoffverordnung Rechnung: 2.5 (4.6)
3.7. Praktikumkonzept trägt dem Arbeitsschutz Rechnung: 2.6 (4.8)
3.8. Beurteilen Sie Ihr persönliches Verhalten bezüglich
Arbeiten nach Vorschrift: 2.2 (4.7)
Beachten der Sicherheitsvorschriften: 2.4 (4.6)
Beachten der Umweltschutzauflagen: 2.2 (4.8)
3.9. Haben Sie den sicheren und verantwortungsbewussten Umgang mit Chemikalien
gelernt: 2.2
3.10. Hat das Praktikum Ihr Interesse am weiteren Studium gefördert: 2.2
3.11. Interessensschwerpunkte am Ende des Praktikums:
Präparate: 21 %; Analytik: 27 %; Umweltchemie: 36 %; indifferent: 16 %
4.1. Hat das Praktikum Ihr Bewusstsein gegenüber der Umwelt beeinflusst: 2.2 (3.6)
4.2. Zufriedenheit mit der Umweltbildung im bisherigen Studium: 2.6 (3.7)
4.3. Wie trägt die chemische Industrie dem Umweltschutz Rechnung: 3.3 (2.9)
4.4. Zukunft von Umwelt/Umweltschutz
optimistisch: 69 % (24 %); pessimistisch: 11 % (57 %); indifferent: 19 % (19 %)
4.5. Wie beurteilen Sie die Möglichkeiten, im Beruf zum Umweltschutz beitragen zu
können: gut: 56 % (70 %), schlecht: 9 % (10 %); indifferent: 33 % (20 %)
5. Fragen zu den Projekten und Demonstrationskursen
6. Was hat mehr Spaß gemacht: Standardprogramm Präparate: 11 %;
Qualitative Analysen: 22 %; Demonstrationskurse: 14 %; Projekte: 53%

119
4 Zusammenfassung
Das Zürcher Modell eröffnet einen weiten Raum für Neuentwicklungen von Einzel- und
vernetzten Experimenten und ganzen Lehreinheiten für einen zeitgemäßen, ökologisch
orientierten Chemieunterricht auf verschiedenen Niveaus.
Für Schüler und Studenten gleichermaßen wichtig ist es zu erfahren, dass Umweltschutz
und Chemie untrennbar zusammengehören. Alle hier vorgestellten Versuche beinhalten
deshalb irgendeinen ökologischen Aspekt.
Der Umweltschutz zieht sich wie ein roter Faden durch die gesamte Chemieausbildung.
Wie eine Evaluation zeigt, wird dies auch von den Studenten in Zürich und
Darmstadt so gesehen und geschätzt. Auch an anderen Stellen findet das Zürcher und
Darmstädter Ausbildungskonzept inzwischen Beachtung. Erwähnt wurden z.B. unsere
Entwicklungsarbeiten für die Universität Tsukuba, Japan, und die Laborantenausbildung
bei Boehringer, Mannheim. Ergänzend möchte ich das neue Anorganische Praktikum an
der Universität Rostock nennen, in dem zahlreiche Versuche aus den Darmstädter
Praktika direkt übernommen wurden [64].
Die Studierenden, die sich im Rahmen von Projektarbeiten mit der Neugestaltung
von Versuchen beschäftigen, führen Forschung und Entwicklung für den Umweltschutz
durch. Die Ergebnisse der Arbeiten werden direkt im Chemiepraktikum oder Schulunterricht
für Ausbildungszwecke genutzt. So verwirklichen wir an der Fachhochschule
die Einheit von Forschung und Lehre im Humboldtschen Sinne [65].
Ein großer Teil der hier vorgestellten Experimente ist für die Fachhochschule
konzipiert und kommt dort zum Einsatz. Viel Industrie-Know How ist dabei in die Lehre
eingeflossen, z.B. die Anwendung eines Katalysators bei der Siliconölherstellung, die
Cofällung von Cobalt und Aluminium bzw. Zink zur Erzeugung kleinster Teilchen zur
anschließenden Herstellung hochwertiger Pigmente, die Standardmethoden zur Abwasserreinigung,
insbesondere die Wahl der richtigen Aktivkohle zur Farbstoffadsorption,
die Techniken zur weitergehenden Abwasserbehandlung wie fotochemische
Zerstörung von Inhaltsstoffen oder kupferkatalysierte Cyanidentgiftung, moderne
Verfahren zur Luftreinhaltung und Bodensanierung, neue Trends wie die Chemie der
nachwachsenden Rohstoffe (Naturstoffchemie) etc. Dem Bildungsauftrag der Fachhochschule
zur praxis- und industrieorientierten Ausbildung wird dadurch in besonderem
Maße Rechnung getragen.
Umweltschutz beginnt in der Seele des Menschen. Wer etwas in seiner Umwelt für
schön hält, wird es auch für schützenswert erachten und sich entsprechend verhalten.
Sicherlich hat ein Fach wie Biologie mehr Möglichkeiten, die Schönheit der Natur
aufzuzeigen als die Chemie, dennoch kann in keinster Weise abgestritten werden, dass
die hier beschriebenen umweltfreundlicheren Versuche und Konzepte unter
verschiedenen Gesichtspunkten einen großen Bildungswert besitzen:
• Sich mit ökologischen Gesichtpunkten in der Chemie zu beschäftigen, führt
automatisch zu einem vertieften Nachdenken über unsere Umwelt und damit zur
Menschenbildung im allgemeinen Sinne.
• Es sollte selbstverständlich sein, das jeder Mensch für das, was er tut, die
Verantwortung übernimmt. Kants kategorischer Imperativ wird in der Chemie mit
dem Wort Verursacherprinzip bezeichnet. Lehrer und Dozenten müssen in ihrem
Unterricht das Sorge-Tragen für die von ihnen verursachten Versuchsreste vorleben.
Schüler und Studenten müssen sich entsprechend um die Reste aus Schülerexperimenten
bzw. Praktikumversuchen kümmern, selbstverständlich nach

120
vorgegebenen Hilfestellungen. Verantwortliches Handeln ist also eine
Basisqualifikation, die der Chemieunterricht in besonderem Maße vermitteln kann.
• Wenn der Volksmund das Verursacherprinzip z.B. mit „Kümmere dich selbst um
deinen Mist“ umschreibt, sollte jeder Auszubildende hellhörig werden und sich die
Frage stellen, ob der „Mist“ nicht von vornherein vermeidbar ist. Mit diesem deftigen
Worten kann Schülern das Ersatzstoffprinzip überzeugend nahegebracht werden. Die
Motivation, nach Versuchen Ausschau zu halten, die abfallfrei sind, stellt geradezu
eine Herausforderung dar. In einer Zeit, in der unsere Gesellschaft an gewisse
Grenzen stößt, fördert das Ersatzstoffprinzip das kreative Suchen nach Neuem und
Besserem.
• Aufklärend ist das Arbeiten mit unansehlichen und stinkenden Versuchsresten in der
Hinsicht, dass deutlich herauskommt, was Umweltschutz sehr oft bedeutet: sich mit
Altlasten zu beschäftigen. Dies ist eine ausgesprochen wertvolle, aber nicht immer
angenehme Arbeit.
• Ist das, was bei einem Versuch übrig bleibt, wirklich „Abfall“ und nicht doch in
irgendeiner Weise verwertbar? In unsere Gesellschaft haben wir längst eine „Abfall“-
Wirtschaft. Das Weiterverwerten von Versuchsresten - im gleichen oder in einem
anderen Praktikum - fördert das kritische Hinterfragen der sog. Wegwerfgesellschaft
und zeigt vernünftige Alternativen auf.
• Vernetzendes Denken lässt sich anhand von Experimenten in geschlossenem Zyklen
üben. Die großen und perfekten Kreisläufe der Natur können natürlich nur stark
vereinfacht modelliert werden, zeigen aber Wesentliches, nämlich, dass die meisten
Prozesse umkehrbar sind, wenn nur die Randbedingungen stimmen. Wenn z.B. eine
Reaktion in die eine Richtung freiwillig abläuft, muss sie in die umgekehrte Richtung
unter (zum Teil erheblichem) Energieaufwand erzwungen werden. Kreisprozesse und
Recycling öffnen deshalb die Diskussion von Ökobilanzen.
• Die Qualitätskontrolle recycelter Stoffe dient vor allen der kritischen Betrachtung des
Begriffs Recycling. Meistens weisen „recycelte“ Stoffe nämlich eine verminderte
Qualität auf und müssen für limitierte Anwendungen spezifiziert werden. Anhand
der Qualitätskontrolle lässt sich das Verantwortungsbewusstsein der Auszubildenden
weiter fördern: Genauso wir ein Produzent für die Reste bei der Produktion (ein
Student für Reste im Praktikum) haftet, so haftet er auch für das eigentliche
Verkaufsprodukt (das an andere Studierende weiterzureichende Präparat).
• Chemie ist definitionsgemäß die Wissenschaft, die sich mit Stoffen, ihren Eigenschaften
und Umwandlungen beschäftigt. So wie der Siedepunkt und die Farbe für
einen Stoff charakteristisch sind, so sind es auch seine toxischen und ökotoxikologischen
Wirkungen. Die Chemie befasst sich naturgemäß auch mit giftigen und
umweltschädlichen Stoffen. Gefährlichkeit, wie auch immer geartet, ist eine Stoffeigenschaft,
die nicht ignoriert werden darf. Dies zu vermitteln, ist Aufgabe eines
fairen Chemieunterrichtes. Aus dem Gefahrenpotential bestimmter Stoffe ergibt sich
gerade die besondere und reizvolle Verantwortung des Chemikers. Er ist es, der am
meisten zum Umweltschutz beitragen kann. Er ist es, der die Fachkompetenz besitzt
und weiß, daß alle Verfahren der Wasser-, Luft- und Bodenreinhaltung auf
chemischen Prinzipien basieren. Wenn gerade Schülern überzeugend vermittelt wird,
dass die Chemie in der Tat sehr viel im Umweltschutz bewirkt, kann ein Beitrag zur
Ver-besserung der Akzeptanz dieser Wissenschaft in unsere stark chemieabhängigen
Industriegesellschaft geleistet werden. Der hier vorgestellte Ansatz bietet dazu eine
Hilfestellung.
• Für Studenten ist es ganz wichtig, daß sie Fachwissen erwerben, wie Chemie zum
Umweltschutz beitragen kann. Denn fundiertes Wissen (kognitive Lerninhalte) ist die

121
entscheidende Grundlage, um später im Beruf kompetent handeln zu können. Vor
allem durch Klausuren und Kolloquien wissen wir, dass unsere Studenten heute viel
mehr über Chemie und Umwelt wissen, als zur Zeit vor der Einführung der Zürcher
Praktikumrichtlinien.
• Eng verbunden mit Fragen des Umweltschutzes sind solche der Sicherheit und des
Gesundheitsschutzes. Wer sicheres Arbeiten im Chemieunterricht gelernt hat und
Gefahren für sich und die Umwelt erkennen und deshalb Vorsichtsmaßnahmen
treffen kann, ist automatisch auch für Gefahren im täglichen Leben, speziell im
Haushalt, sensibilisiert. Z.B. wird jemand, der mit heißen Ölbädern korrekt umgehen
kann, auch beim Frittieren in der Küche vorsichtig sein! Aspekte der Toxikologie in
eine ökologisch orientierte Chemieausbildung zu integrieren, fördert das Transferdenken.
Denn die schädlichen Wirkungen bestimmter Stoffe auf den menschlichen
Organismus lassen sich mit den gleichen chemischen Prinzipien (Redoxprozesse,
Säure/Base-Wechselwirkungen, Komplexchemie etc.) erklären wie ihre schädliche
Wirkung auf die Umwelt (denn der Mensch ist Teil davon!). Querbeziehungen
zwischen Medizin und Umweltschutz lassen sich mühelos aufzeigen: Medizin ist in
starkem Maße Chemie zur Heilung bzw. Verhütung von Schäden am menschlichen
Körper; für den Umwelt-schutz gilt analog, dass er sich die Chemie zu Nutze macht
zur Beseitigung bzw. Vermeidung von Schäden an Natur und Umwelt.

122
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Schulunterricht häufig verwendeter bzw. besprochener Stoffe. -
NiU-Chemie 7/Nr.31 (1996) 35-37
[44] H. Kruse: Laborfibel. - 2. Aufl. - VCH, Weinheim, 1989
[45] P. Menzel: Versuche mit Adsorptionsstopfen. - Chem. Sch. 42 (1995) 151-152
[46] V. Wiskamp, W. Proske: Modellversuch zur Bildung und Vermeidung von Karies. -
NiU-Chemie 8 (1997) 29-30
[47] V. Wiskamp, W. Proske: Das erprobte Experiment: Die toxische Wirkung von
Nitrit, „aufhebbar“ durch Vitamin C. - Chem. Sch. 43 (1996) 285-286
[48] V. Wiskamp, W. Proske:
Modellversuche zur Therapie bei Schwermetallvergiftungen. - CLB 48 (1997)
[49] V. Wiskamp, , V. Kramb, A. Nintschew, W. Proske:
Modellversuche zur Luftreinhaltung. - Chem. & Sch. 4/1995 16-19
[50] V. Wiskamp, P. Fischer, S. Hüttenhain, V. Kramb: Ein Umweltchemie-Praktikum
an der Fachhochschule Darmstadt. - Chimia 48 (1994) 475-478
[51] V. Wiskamp, A. Nickel, V. Kramb: Das Experiment:
Silberrückgewinnung aus Röntgenfilmen. - Chemkon 1995, 113
[52] H.-J. Bader: PET. - NiU-Chemie 7 (1996)
[53] V. Wiskamp, S. Hüttenhain, R. Lehr, G. Paffrath: Bodensanierung. -
Chem. Sch., im Druck
[54] V. Wiskamp: Anorganische Chemie - ein praxisbezogenes Lehrbuch. -
Verlag Harri Deutsch, Frankfurt, 1996
[55] V. Wiskamp, W. Proske: Praktikables Konzept zur Aufarbeitung alter
Chemikalienbestände. - Chem. Sch. 43 (1996) 19-20
[56] V. Wiskamp, W. Klug, V. Kramb, M. Schröder:
Aspekte des Umweltschutzes in einem Praktikum ‘Quantitative Analyse’. -
CLB (Beilage Memory) 47 (1996) 9-11 und 33-35
[57] V. Wiskamp, V. Kramb, F. Mengler: - Der Ringversuch - ein neuer Lerninhalt in
der Chemieausbildung. - GIT Fachz. Lab. 39 (1995) 1055-1056
[58] V. Wiskamp, H. Lüdtke, R. Gruehn: Blei- und Kupfergewinnung im Rahmen eines
anorganischen Praktikums. - Chem. unserer Zeit 30 (1996) 19-22
[59] V. Wiskamp, J. Röder, W. Proske:
Umweltschutzorientiertes Praktikum zur Abiturvorbereitung. -
Chem. Sch. 44 (1997) 15-16 und 20, Arbeitsblätter: 36-38, 168-171, im Druck
[60] V. Wiskamp, V. Kramb: Ein Arbeits- und Umweltschutz-Tutorium für die
praktische Chemie-Grundausbildung“, GIT Fachz. Lab., im Druck
[61] V. Wiskamp, M. Deneke, V. Kramb: Praktikumsintegrierter Umweltschutz -
Evaluation eines neuen Konzeptes zur Ausbildung von Chemieanfängern. -
Das Hochschulwesen 1996/4 257-261
[62] T. Eicher, L. F. Tietze: Organisch-chemisches Grundpraktikum. -
Thieme Verlag, Stuttgart, 1993
[63] V. Wiskamp, V. Kramb, C. Buschmann, I. Kunte: Projektarbeiten im
Chemieanfängerpraktikum. - chimica didactica 21 (1995) 228-243
[64] H. Oehme, J. Stelter, P. Hansen: Allgemeines Anorganisch-Chemisches
Grundpraktikum, Teil 2 und Teil 2. - Universität Rostock, Rostock, 1995 bzw. 1996
[65] V. Wiskamp: Aspekte einer Einheit von Forschung und Lehre an Fachhochschulen.
Das Hochschulwesen 1995/1 47-48

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Danksagungen
An erster Stelle möchte ich Prof. Hanns Fischer danken. Er hat mich immer unterstützt
und sich sehr für meine Arbeiten interessiert. Am wichtigsten ist, dass er mich für sein
Zürcher Modell begeistert und mir damit ein Arbeitsgebiet geschenkt hat, dem ich mich
mit Engagement und mit innerer Überzeugung während eines nicht unerheblichen Teils
meines Berufslebens widmen durfte.
Die Vielzahl von Publikationen, auf denen die vorliegende Arbeit basiert, wäre ohne die
konstruktive Mithilfe und Unterstützung vieler Studenten, Kollegen und Freunde nicht
möglich gewesen. Allen Coautoren gilt deshalb mein aufrichtiger Dank.
Für sehr lange Zusammenarbeit danke ich dem Doktoranden Volker Kramb, dem
Lehramtsstudenten Harald Lüdkte, meinem Mitpreisträger Klaus Trageser sowie den
studentischen Hilfskräften Andreas Brietzke, Ralf Bauer, Alexander Nintschew und
Simone Zenker sowie dem Kern meines Projekteams Wolfgang Proske, Johannes Röder,
Bertram Schmidkonz und Viktor Obendrauf.
Meinen Kollegen an der Fachhochschule Darmstadt danke ich dafür, dass sie mir die
Möglichkeit für die vielseitigen und aufwendigen Entwicklungsarbeiten gegeben haben.
Weiterhin bin ich zahlreichen Chemikern in Industrie, Ökoinstituten und Wasserwerken,
Dozenten an Hochschulen, Chemiedidaktikern und -lehrern sowie Redakteuren
fachdidaktischer Zeitschriften und Verlage für vielseitige Unterstützung und Beratung
dankbar.
Dem Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst und der Deutschen
Bundesstiftung Umwelt danke ich für zusätzliche finanzielle Unterstützung in der
Größenordnung von 100.000 DM zur Durchführung der hier beschriebenen Projekte.
Der Universität Tsukuba, Japan, und der Lichtenbergschule in Darmstadt danke ich
dafür, mir die Gelegenheit zu Forschungs- und Praxissemestern gegeben zu haben.
Frau Prof. Christiane Reiners danke ich für die gute Zusammenarbeit von Seiten der
Universität zu Köln.
Schließlich danke ich meiner Familie für Geduld, Verständnis und Unterstützung.