Bestimmung des Energiegehalts von Brot - Gute UnterrichtsPraxis

Bestimmung desEnergiegehalts von BrotVon Gudrun Franke-Braun, Lutz Stäudel und Holger WöhrmannH8Irn Prof Dr. Schmidkunz zum 75. Geburtstag gewidmetBei der Behandlung von Grundfragen derchemischen Energetik im Untenicht trägtdie Einbettung in einen sinnvollen Anwendungsbereich entscheidend dazubei, Schülerinnen und Schüler zu motivierenund Auseinandersetzungen mitdieser schwierigen Materie zu fördern.Daher liegt es nahe, Stoffe des täglichenBedarfs zu untersuchen, wozu insbesonderedie Lebensmittel gehören Brot bzwBackwaren in ihrer ganzen Vielfalt stehenals Grundnahrungsmittel des Menschenin der Regel täglich auf dem SpeiseplanDa auf den meisten Lebensmittelverpackungeneine Nährwerttabelle mitBrennwertangäben aufgelistet ist, stellt eseine Herausforderung dar, solche Brennwertangabenzu überprüfen und mit Literaturwerten[1,2] zu vergleichen Fachübergreifendzur Biologie kann aufStoffwechselvorgänge und die Ausnutzungder Energiegehalte von Lebensmitteln zur Aufrechterhaltung von Körperfunktionen eingegangen werden.Experimente zur Bestimmung von Verbrennungsenthalpienkönnen z. B. beider Einführung in eine UnterrichtseinheitEnergeUk eingesetzt werden. In einemVerbrennungskalorimeter werdenflüssige oder feste brennbare Stoffe oxidiert.Aus der dabei freigesetzten Wärmemengelässt sich die Verbrennungsenthalpie,hier der Brennwert einesLebensmittels, bestimmen.Gummistopfen, durch den ein Glasrohrgeführt wird, verschlossen. Durch dasGlasrohr wird aus einer Gasflasche Sauerstofffür die Verbrennur;g eingeleitet(Abb,l)Die gesamte Apparatur wird in einenmit 400 mL Wasser gefüllten Kunststoffbecher,der zur besseren Isolierung mit einem zweiten Kunststoffbecher umgebenist, auf einen Magnetrührer gestellt. EinRührkern sorgt für eine gleichmäßigeDurchmischung In das Wasser wird einThermometer mit 1110-Grad-Einteilunggetaucht (Abb 1) Für eme emfacheWeiterverarbeitung der Messergebnisseeignet sich auch ein digitales Thermometer,das über eine Schnittstelle mit einempe verknüpft wird.Die gesamte Apparatur kann selbstangefertigt werden und führt zu gutenund vor allem auch reproduzierbaren experimentellenErgebnissen.Der Brennwert von BrotBrot eignet sich besonders gut zur Untersuchung'da es wegen seiner porösenDie experimentelle Bestimmungvon BrennwertenEine einfache Apparatur für kalorimetrisehe Messungen ist in [31 vorgestellt Siebesteht im Wesentlichen aus einem Reagenzglasmit Seitenarm, das über ein kur­;ces Stück Silikonschlauch mit einer dasGlas umgebenden Kupferspirale verbundenist Das Reagenzglas wird mit einemAbb, 1: Einfache Appara tur für kalorimetrische MessungenUnterricht Chemie" 16 .. 2005 .. Nr. 85 (325) .. 25

: y~ RSUC I-fl,...,',.~..,~~Der Brennwert von Brot.... MATERIAL1 Scheibe Roggenmischbrot, 400 mL Wasser, Sauerstoffflasche,Filterpapier, Analysenwaage, Exsikkator, Reagenzglasmit Seitenarm, kurzes SilikonschlauchstücK, Kupferspirale,Gasbrenner, Thermometer, Magnetrührer, 2 Kunststoffbecher(400 mL-Partybecher).... DURCHFÜHRUNG Bestimmung der Trockensubstanz Eine Brotscheibe wird zunächst in kleine Würfel von ca. 0,5cm Kantenlänge geschnit:en Sowohl die Krus:e als auch dieKrume werden verwendet :::lie Masse der Brotstücke wirdmithilfe der Analysenwaage bestimmt Dann werden dieBrotstücke bei 105°C getrocknet und anschließend dieTrockenmasse, ebenfalls mithilfe der Analysenwaage, bestimmt.Aus den beiden Werten lässt sich der prozentuale Anteilder Trockensubstanz berechnenm (BrotwX:ke) 100 [% 1TS [%] = m (Brotnicht trocken)Bestimmung des BrennwertesDie getrockneten Brotstückchen werden bis zur Durchführungdes Versuchs in einem geschlossenen Gefäß, möglichstim Exsikkator, aufbewahrtCa. 1 g trockenes Brot, das sind je nach Sorte b-9 Stükkchen,werden auf einem Stück Papier auf einer Analysenwaageauf 0,01 g genau eingewogen. ~in Stück w ird zurückbehalten,die übrigen Stücke werden in das Reagenzglasgegeben. Ein leichter Sauerstoffstrom wird eingestelltAn der Brennerflamme wird das zurückbehaltene Brotstückmithilfe einer Pinzette gezündet und sofort in das Reagenzglas gegeben. Das TIeagenzglas wird mit einem Stopfenleicht verschlossen. Durch Regulierung des Sauerstoffstromsist auf eine langsame und kontinuierliche Verbrennungzu achten. Infolge starker Gas- und Rauchentw ici

ZU DIESEM HEFT Liebe Leserinnen, liebe Leser,es ist hinreichend bekannt, dass chemischeUmsetzungen immer auch mit energetischenPhänomenen verbunden sind. Häufig werdensolche Reaktionen ausschließlich wege!' derdabei frei werdenden Wärmeenergie durchgeführt.So dienen in Mittel - und NordeuropaVerbrennungsprozesse ;Oxidation von organischenBrennstoffen) in großem Ausmaßzum Heizen von Wohnungen, BÜIoräumen undProduktionstsätten sowie zur Aufrechterhaitung des Verkehrs. Auch als Prozesswärme inder Industrie (z.B in Hochöfen und bei chemischenUmsetzungen) wird Energie benötigtEs ist deshalb begreiflich, dass nach alternativenEnergien gesucht wird, um dieAbhängigkeit von fossilen Brennstoffen weitgehend zu unterbinden.Der Zusammenhang von stofflichen Umsetzungenmit den gleichzeitigen Erscheinungsformen der Energie bereitet erfahrungsgemäßSchwierigkeiten In diesem Heft werden deshalbsowohl klassische Aspekte der Energie beichemischen Reaktionen (z.B in den Basisartikeln),als auch moderne Entwicklungen derEnergiespeicherung angesprochen Geradeder letztgenannte Gesichtspunkt ist Gegenstandder heutigen Forschung Einige interessanteErgebnisse dieser Entwicklung werdenhier im Kontext mit schulgerechten,einfachen Experimenten vorgestellt.Wir wünschen Ihnen viel Spaß und Energie beider Betrachtung der energetischen Aspektebei chemischen Reaktionen.Viel Spaß beim Lesen wünscht IhnenNaturwissenschaften imM[fO~[p{?Ö~[}OliHeft 85, Januar 2005, 16. JahrgangCwemieENERGIE BEICHEMISCHENREAKTIONENBASISARTIKELHerausgeber: Dietrich "3ütt'lerProf. Dr. Heinz Schmidkunz Aktivierungsenergie und Reaktionswärme 4Rol'W SchmutzlerDie Energetik chemischer Reaktionen 8UNTERRICHTSPRAXISThomas ZahnEnergieumsetzungen bei chemischen Reaktionen 14Ein experimenteller Einsti eg zur Klärung der GrundbegriffeFriedel Heumann und Vera BrendelReaktionsenergie sichtbar gemacht 19En ergetische Betrachtungen bei der Bildung von EisensulfidInge Frigge-Hagemann und Heinz SchmidkunzReaktionsenthalpie einfach bestimmt 22Gudru:'. ~ ra nke-B ra un , Lutz Stäudel und P olger WöhrmannBestimmung des Energiegehalts von Brot 25Heinz SchmidkunzDer Heizwert von Brennstoffen 28Berechnungen von BrennstoffenHeinz SchmidkunzWärmespeichersysteme in Gebäuden 30Heinz SÖmidkunzIntelligente Textilien 33Latentwärmespeicher in der Kleidu ngViktor ObendraufAluminothermische Bronze 36Mi t brisanter Gitterenergie zum alchimistischen GoldMAGAZININFORMATIONHeinz SchmidkunzSonnenöfen 42Hans-Jürgen BeckerFADOK als Energiequelle 45L-.;;,?- vi"*..-d_-:>Kurzfassungen und Jahresregister 2004 ietzL unter www.friedrich-verlag.de Unterricht Chemie" 16" 2005 .. Nr. 85ANREGUNGVERSUCHSKARTEIENUdo Hülsenbeck u:'.d Bernd LutzÜbermäßiger Lakritzgenuss ­was passiert im Körper? 46Simone Häberlein und Peter PfeiferExperimente zum Thema "Taschenwärmer" 49Rudolf BanhleVersuche rund ums Zündholz 51Simone Häberlein und Peter PfeiferHerstellung eines Taschenwärmers 51(303) .. 3