massenanteile einer brausetablette

Chemie mit
medizintechnischem
Zubehör
Experimente mit ChemZ
Handbuch zu den Versuchen
Version 1.0
Stand 2008
© Gregor von Borstel

Liebe Kolleginnen und Kollegen,
ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
VORBEMERKUNG
seit Jahren entwickle ich im Team mit anderen Kollegen Bausteine für einen modernen
Experimentalunterricht und stelle diese allen Interessierten kostenlos zur Verfügung.
Für viele Versuche nutze ich dabei Geräte aus der Medizintechnik, auf die ich u. a. durch Arbeiten von
Herrn Obendrauf, Herrn Schwarz, Herrn Häusler oder Herrn Menzel erstmalig aufmerksam wurde.
All diese Autoren haben eigene Versuchsanleitungen entwickelt und vertreiben teilweise eigene, dazu
passende Versuchssets, die auf ihre Versuche abgestimmt sind und mit denen man diese Versuche am
besten durchführen kann!
Neu an unserem Ansatz ist, dass wir die Medizintechnik einsetzen, um Schüler selbst experimentelle
Lösungen zu Problemen finden zu lassen, ohne ihnen konkrete Anleitungen zu geben. Dafür
entwickelten wir einen eigenen Ansatz mit eigenen Sets.
Auf Wunsch zahlreicher Kolleginnen und Kollegen in Fortbildungen habe ich dafür in einem ersten
Handbuch die Versuche beschrieben, die ich mit ChemZ durchführe.
Dies ist eine reines „Versuchshandbuch“. Die Einbettung der Experimente in die konkreten Inhalte und
die Stundenbeschreibungen sowie finden Sie unter www.lncu.de.
Aus zahlreichen Jahren Unterrichtserfahrung in allen Jahrgangsstufen sowie aus diversen
Fortbildungen mit begeisterten Kollegien weiß ich, dass die Geräte geradezu zum Ausprobieren
herausfordern und kann sie Ihnen nur wärmstens ans Herz legen.
In den Jahren der Entwicklung und Erweiterung war ein Problem stets die Vielzahl der verschiedenen
Anbieter, aus deren Angebot wir uns die diversen Einzelteile mühsam zusammenstellen mussten.
Daher bin ich dankbar, dass sich mittlerweile mit der Fa. ChemZ [www.chemz.de] ein Anbieter gefunden
hat, der alle benötigten Geräte sehr preiswert aus einer Hand vertreibt. Gerne stelle ich daher der Fa.
dieses Handbuch kostenlos zur Verfügung.
Aber auch andere Firmen wie Hedinger [www.der-hedinger.de], Herr Häusler
[http://www.halbmikrotechnik.de] oder die Fa. Klüver & Schulz [http://www.klueverundschulz.de/] u. v. m.
bieten medizintechnische Komplettsets oder Einzelteile an.
Mir ist es an dieser Stelle wichtig zu betonen, dass ich in keiner Weise am Gewinn einer der genannten
Firmen beteiligt bin und es Ihnen natürlich offen steht, die Materialen auch anderweitig zu erstehen.
Beim Entdecken der Materialien oder Erfinden weiterer Versuche wünsche ich Ihnen viel Spaß und
stehe gerne für Rückfragen unter gregorvonborstel@lncu.de bereit.
Alfter 2008
Gregor von Borstel
Haftungsausschluss
Alle im folgenden beschriebenen Experimente sind sorgfältig erprobt worden und die Anleitungen wurden nach bestem
Wissen erstellt. Dennoch geschieht die Benutzung der hier vorliegenden Informationen vollkommen auf eigene
Verantwortung. Haftung für Schäden oder Verluste, die beim Umgang mit den hier beschriebenen Stoffen, Materialien oder
Geräten entstehen, ist ausgeschlossen; ebenso wie Schadensersatzforderungen oder Gewährleistungsansprüche aufgrund
falscher oder fehlender Angaben. Der Autor schließt somit jegliche unmittelbare oder mittelbare Haftung für Schäden, die
beim Gebrauch der Materialien entstehen, ausdrücklich aus.
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Inhaltsverzeichnis
„ChemZ – Nomenklatur“........................................................................................................................... 4
vor Gebrauch............................................................................................................................................ 5
Luer-Lock – ganz schön praktisch............................................................................................................ 6
Gas aus einer Druckgasflasche................................................................................................................ 7
... die Alternative....................................................................................................................................... 8
Gas entwickeln in der Spritze................................................................................................................... 9
... im Reagenzglas mit Ansatz................................................................................................................ 10
Gas umfüllen - aber bitte pneumatisch................................................................................................... 11
Nachweisreaktionen z.B. Kalkwasserprobe............................................................................................ 12
Dichtemessung....................................................................................................................................... 13
O2-Gehalt der Luft ohne Kolbenprober................................................................................................... 14
Untersuchung der Ausatemluft............................................................................................................... 15
Wie viel Gas kommt aus einer Brausetablette?...................................................................................... 16
Massenanteile einer Brausetablette ....................................................................................................... 17
... auch in der SII .................................................................................................................................... 18
Titrationen leicht gemacht ...................................................................................................................... 20
Der Feuerlöscher.................................................................................................................................... 21
Reduktion mit Wasserstoff...................................................................................................................... 22
der Springbrunnenversuch ..................................................................................................................... 23
Knallgas - klein aber Oho ....................................................................................................................... 24
Säurestärke schnell erfasst ................................................................................................................... 25
Ein Wasserzersetzer ............................................................................................................................. 26
Kinetik mit Magnesium und Salzsäure.................................................................................................... 27
Gleichgewichte einmal anders................................................................................................................ 28
Löslichkeit, Le Chatelier und Active O2................................................................................................... 29
Kalk in der Mittel- und Oberstufe ............................................................................................................ 30
Weitere Versuchsbeschreibungen, Anregungen oder Videos ................................................................ 31
ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
„CHEMZ – NOMENKLATUR“
Zu den Herzstücken von ChemZ – den Luer-Lock-Spritzen – gibt es weiteres
Zubehör, für das es ja nach Hersteller die verschiedensten Namen gibt.
Unter dem Bild finden Sie die Bezeichnungen, die ich in den Anleitungen
verwende.
Dreiwegehahn – auch als Absperrhahn
zu verwenden (Schrägstellung)
Verbindungsstück „männlich-männlich“
Kanüle
... 1mL bis 20mL
Heidelberger Verlängerung – verbindet
alle flexibel
Verbindungsstück zwischen zwei Spritzen
(„weiblich-weiblich“)
Kombistopfen (Rotkäppchen) als gasdichte
Verschlussstopfen.
Leichtgängige Luer-Lock Spritze (bis 60mL).
Kann mit Zubehör verschraubt werden
Hahnenbänke für viele Spritzen
Verbinder Gasflasche - Spritze
Einfache Luer Spritzen ...
Kleiner CO2-Spender Sauerstoffspender
Sonde mit Ansatz – für Gasentwickler
(Magen)Sonde mit Luer-Verbindung –
als flexible Kanüle für Spritzen
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
... AUSPACKEN
Manche Geräte sind steril verpackt, andere nicht. Häufig werden die Geräte
mit Transportkappen versendet. Diese Kappen können Sie entfernen und
verwerfen J .
Arbeitet man mit Kanülen, sollte man diese entschärfen, in dem man die
äußerste Spitze mit einer normalen Schere kappt. So quetscht man die
Kanüle nicht zu, kann sich aber nicht mehr daran stechen.
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
LUER-LOCK – GANZ SCHÖN PRAKTISCH
Neben den „normalen“ Luer-Anschlüssen gibt es auch die Luer-Lock-
Schraubverbindungen. Mit einer halben Umdrehung verbindet man alle Teile
so, dass sich die Verbindung auch bei Druck nicht löst. Allerdings braucht
man dafür in der Regel zwei Hände. Bei der Herstellung toxischer Gase, wo
man beim Wechseln von Spritzen u. U. nur eine Hand zur Verfügung hat,
bietet sich somit die Verwendung von Luer-Verbindungen an.
... einfach aufstecken ...
... und mit einer Umdrehung arretieren.
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
GAS AUS EINER DRUCKGASFLASCHE
Gase wie Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid lassen sich leicht aus
der Druckgasflache direkt in eine Spritze abfüllen.
ca. 10cm
Schlauch
zur
Gasflasche
o Kürzen Sie den Schlauch an der Flache auf ca. 10 cm um das Totvolumen klein zu halten
(ansonsten füllen Sie in die Spritze vielleicht nur Luft)
o Stecken Sie einen Verbinder Gasflasche - Spritze aus der Lehrkoffer in den Schlauch – auf die
andere Seite lässt sich gasdicht eine Luer-Lock-Spritze schrauben.
o Spülen Sie den Schlauch einmal kurz mit dem Gas der Flasche und schrauben Sie dann die zu
befüllende Spritze auf – füllt man mehrere Spritzen, kann das Spülen danach entfallen
o Sie können das Druckventil an der Flasche getrost schließen, der Inhalt zwischen den Ventilen
reicht aus, um mehrere Spritzen zu füllen
o Zum Befüllen der Spritzen den Stempel Richtung Boden halten (da er herausfliegen kann) und
durch vorsichtiges Öffnen des Entnahmeventils die Spritze langsam füllen
o Spritze nicht komplett füllen – Stempel läuft nach!
o Sollte der Stempel einmal herausgedrückt werden, Spritze zunächst wiederabschrauben,
Stempel einsetzen und von vorne beginnen.
Verbinder
Gasflasche - Spritze
30mL Luer-
Lock-Spritze
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
... DIE ALTERNATIVE
Für Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid habe ich zwei sehr leicht handhabbare
Alternativen gefunden – Gase in Kleinstmengen und mit wenig Druck, die
direkt in die Spritzen abfüllbar sind.
Da der Kohlenstoffdioxidspender „Anti-Dust-Mini“ bald nicht mehr produziert
wird, teste ich zur Zeit diverse Pumpen mit CO2-Kapseln.
Sauerstoff:
Preiswerte 15L Dose ursprünglich für die med.
Zahnpflege („O-pur-dent“). Der mitgelieferte
Schlauch der Dose passt direkt auf die Spritze
Kohlenstoffdioxid:
12g bis 16g Kartusche in einem Mini-Spender
zum gezielten Dosieren. Auch hier kann der
Anschluss direkt auf die Öffnung der Spritze
gesetzt werden kann. Im Bild ist noch ein
Dreiwegehahn zwischengeschaltet – auch das
ist möglich
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GAS ENTWICKELN IN DER SPRITZE
Einen einfachen Kippschen-Apparat baut man aus einer Spritze und einem
Hahn oder Stopfen.
In die Spritze bringt man zwei Stoffe (oft Feststoff und Flüssigkeit)
zusammen, bei deren Reaktion ein Gas entsteht. Das entstehende Gas
fängt man in der Spritze auf. Hat man genug gesammelt, hält man den
Hahn nach unten und öffnet ihn: die Flüssigkeit läuft ab.
1. Entfernen Sie kurz den Stempel der Spritze und geben Sie den Feststoff in den Kolben.
Schieben Sie den Stempel wieder zurück.
2. Ziehen Sie etwas Flüssigkeit hinzu und verschließen Sie die Spritze.
3. Hat sich genug Gas entwickelt, halten Sie die Spritze nach unten und öffnen Sie den Hahn.
Überschüssige Flüssigkeit wird automatisch herausgedrückt, die Reaktion erliegt. Wenn man
will, kann man das Gas in eine andere Spritze überführen.
Einsatz:
In der Spritze
gewünschtes Gas
entwickeln – dann
Entwicklung durch
Abdrücken der
Flüssigkeit beenden.
o Schnelltest: Welches Gas entsteht bei der Reaktion von Magnesium mit Säure?
o Schnelltest: Welches Gas entsteht bei der Reaktion von Kalk mit Säure?
o Schnelltest: Welches Gas entsteht beim Auflösen einer Brausetablette
o Darstellung von Kohlenstoffdioxid aus Brausetabletten und Wasser
o Darstellung von Wasserstoff aus verd. Säure und Magnesium
o Reaktionskinetik (s. u.)
o Vorversuch zur Verbrennung von Wasserstoff u. v. m.
s. auch: http://www.lehrer-online.de/freiarbeit-luft.php
Hahn zunächst
schließen – am
Ende öffnen!
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
... IM REAGENZGLAS MIT ANSATZ
Aus einen Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, einem mit einer Kanüle
durchbohrten Stopfen und einer Sonde mit Ansatz baut man schnell einen
Gasentwickler. Das Gas wird pneumatisch aufgefangen.
Der Entwickler kommt zum Einsatz, wenn bei der Gasentwicklung
Substanzen eingesetzt werden, die in der Spritze schwer zu handeln sind,
z.B. Trockenhefe, welchen die enge Öffnung der Spritze verstopfen kann.
Einsatz:
o Reaktion von Wasserstoffperoxidlösung mit Trockenhefe, Kartoffel oder Braunstein zur
Entwicklung von Sauerstoff.
o Entwicklung von Kohlenstoffdioxid, Knallgas ...
o Teil des Lernzirkel Luft
Achtung:
Wasserstoffperoxid
ca. 3%
Bei dieser Art der Gasherstellung ist zu Beginn noch Luft im Reagenzglas. Die ersten mL des
entstehenden Gases sind also zu verwerfen – bei der Entwicklung brennbarer Gase können explosive
Gemische entstehen.
Hefe
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
GAS UMFÜLLEN - ABER BITTE PNEUMATISCH
Will man Gase untersuchen, muss man sie oft aus der Spritze in ein
Reagenzglas umfüllen.
Um das Reagenzglas luftfrei zu haben, befüllt man es zunächst mit
Wasser und hält es mit der Öffnung nach unten in die
Wasserschüssel. Dann befestigt man die flexible Sonde an der
Spritze und drückt dadurch langsam das Gas in das Reagenzglas.
Dieses verdrängt nach und nach das Wasser.
Aus der Arbeit mit Grundschülern wissen wir, dass
man z. B. Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid auch
einfach in die Reagenzgläser spritzen kann. Die
üblichen Nachweise funktionieren davon
unbeschadet.
... und nichts anderes macht man beim
pneumatischen Umfüllen.
Einsatz:
... einfache Spiele wie „Wer kann den Taucher in
der Glocke retten?“ bringen die Kinder aber schnell
drauf, Luft von unten hinein zu blasen.
Hier mal im Bild.
o Nötiger Zwischenschritt bei allen Versuche, bei denen ich später z.B. die Brennbarkeit des
Gases teste (Nachweis Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff)
o Grundschule: Luft ist nicht „Nichts“
o Teil des Lernzirkels Luft - s. auch: http://www.lehrer-online.de/freiarbeit-luft.php
o ...
11

NACHWEISREAKTIONEN Z.B. KALKWASSERPROBE
Viele einfache Nachweisreaktionen kann man im kleinen Maßstab
durchführen, z.B. die Glimmspanprobe für Sauerstoff oder als Vortest auf
Stickstoff und Kohlenstoffdioxid.
Auch die Kalkwasserprobe gelingt mit wenigen mL Kalkwasser, durch die
man Kohlenstoffdioxid aus der Spritze per Sonde leitet
Einsatz:
o Nachweis Kohlenstoffdioxid
o Kalkkreislauf
o Le Chatelier
o Atemmessung
o Teil des Lernzirkels Luft s. auch: http://www.lehrer-online.de/freiarbeit-luft.php
o ...
ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
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DICHTE EINE KOMPLIZIERTERE MESSUNG
Die Dichtemessung verschiedener Gase wie Kohlenstoffdioxid lässt sich mit
einer präparierten Spritze durchführen. Die Masse von 50 mL des Gases
bestimmt man, in dem man zunächst die Gas gefüllte Spritze und dann das
Gewicht der leeren Spritze abzieht. Dazu muss man sie allerdings evakuiert
wiegen. Um das Vakuum zu halten, wird der Stempel der Spritze zuvor mit
einem Loch versehen, durch das man einen Nagel schieben kann.
Einsatz:
o Dichtebestimmung von Kohlenstoffdioxid
o Dichtebestimmung von Propan oder Butangas
o Teil des Lernzirkels Luft
o ...
Achtung:
Die präparierte Spritze braucht man z.B. auch, um einen Unterdruck in anderen Versuchen zu erreichen
(s. Springbrunnen und Le Chatelier)
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O2-GEHALT DER LUFT OHNE KOLBENPROBER
Ein dünnes Quarzrohr, das auch bei anderen Versuchen eingesetzt wird
und ein sehr geringes Innenvolumen hat, wird einfach über zwei Gummi-
oder Silikonschläuche mit zwei Spritzen anstelle von zwei Kolbenprobern
verbunden.
Diese sind nicht ganz so leichtgängig, dafür aber preiswert und bruchsicher!
In eine Spritze werden 50mL Luft gesaugt, die andere bleibt leer. Die Spritzen werden mit dem Glasrohr
gasdicht verbunden. Im Glasrohr ist ein Metallnetz (Eisenwolle oder Kupfer).
Man testet, ob die Apparatur dicht ist, in dem man die eine Spritze hineindrückt und die Luft vollständig
in die andere überführt. Mit dem Brenner wird das Quarzrohr am Metall erhitzt. Dann wird die Luft
zwischen den Spritzen einige Male hin und her geschoben.
Einsatz:
o Bestimmung des Anteils von Sauerstoff an der Raumluft – erste quantitative Experimente
o Verbrennung
o Oxidation von Metallen mit Sauerstoff
o Teil des Lernzirkels Luft s. auch: http://www.lehrer-online.de/freiarbeit-luft.php
o ...
Achtung:
o Besonders geeignet und einfach sind Blasen und Wundspritzen, da sie bereits über einen
konischen Ansatz verfügen. Die Spritzen sollte man nur lose im Stativ befestigen, um sie nicht
abzuquetschen
o Da die Spritzen nicht so leichtgängig sind, kann das Ergebnis schon einmal um einige mL vom
Sollwert abweichen – dafür kann man den Versuch als Schülerversuch durchführen
o Neben Kupferwolle (verändert die Farbe zum Kupferoxid hin deutlich!) eignet sich noch besser
Eisenwolle, da sie bei Reaktionsbeginn hell aufglüht und dann solange glüht, bis der meiste
Sauerstoff reagiert hat.
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UNTERSUCHEN DER AUSATEMLUFT
Im Rahmen der Freiarbeit erhalten die SuS die Aufgabe, zu zeigen, dass in
der Ausatemluft mehr Kohlenstoffdioxid enthalten ist, als in der Einatemluft.
Zur Lösung des Problems gilt es einige Schritte zu bewältigen – hier handelt
es sich schon um eine Egg-Race ähnliche Aufgabe J
o Zunächst müssen die SuS erkennen, dass sie die „normale“ Luft mit der Ausatemluft
vergleichen müssen – und zwar gleiche Volumina beider!
o Den Sauerstoffnachweis erbringt man z.B. über die Brenndauer von Kerzen – am besten mit
zeitgleichen Versuchen, bei denen man Gläser über brennende Kerzen stülpt.
o Der Kohlenstoffdioxidnachweis klappt hervorragend über unterschiedliche Trübungen von
Kalkwasser – Dichtevergleich ist denkbar, aber innerhalb der Messgenauigkeit mit großen
Fehlern behaftet – Wasserlöslichkeit ebenso
o Um gleiche Volumina aufzufangen, kann man in einen Ballon atmen und das Gas von dort in
eine Spritze überführen.
o Alternativ verbindet man 2 große Spritzen miteinander. Aus einer entfernt man den Stempel
und füllt sie pneumatisch mit Hilfe der anderen mit Wasser. Dann „beatmet“ man die Spritze mit
Hilfe eines Schlauchs oder Strohhalmes und zieht danach das so aufgefangene
Ausatemgasgemisch in die andere Spritze – voila
Einsatz:
o Teil des Lernzirkels Luft - s. auch: http://www.lehrer-online.de/freiarbeit-luft.php
o Luft – Gase die wir atmen
o ...
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
WIE VIEL GAS KOMMT AUS EINER
BRAUSETABLETTE?
Als kleine Knobelei oder aber auch in Verbindung mit der komplizierten Aufgabe,
wie groß der Natriumhydrogencarbonatanteil in einer Brausetablette ist, ist dies
ein toller Versuch mit ChemZ.
Das Volumen des Gases aus einer Brausetablette (bis zu 450mL) passt nicht in
eine Spritze. Der Aufbau muss nach den ersten Fehlschlägen so modifiziert
werden, dass man alles Gas (nach und nach) auffangen kann.
Einsatz:
o Wie viel Gas kommt aus einer Brausetablette?
o Teil des Lernzirkel Luft - s. auch: http://www.lehrer-online.de/freiarbeit-luft.php
o Analytik SI: Wie viel Natriumhydrogencarbonat ist in einer Brausetablette enthalten (s. u.)
o Analytik SII: Wie viel Natriumhydrogencarbonat und wie viel Säure sind in einer Brausetablette
enthalten (s. u.)
o ...
Achtung:
Es gibt viele Ansätze zur Lösung des Problems, hier die gängigsten:
o Mit zwei Spritzen arbeiten, diese über einen Dreiwegehahn verbinden. Wenn eine Spritze mit
Gas gefüllt ist, dann vom System abkoppeln, Gas entfernen, wieder aufsetzen und
weitermessen.
o Mit zwei Spritzen arbeiten, aber den Stempel einer Spritze entfernen und dafür hinten einen
Luftballon überstülpen. In der einen Spritze das Gas entwickeln, im Luftballon auffangen und
nach und nach über einen Dreiwegehahn kontrolliert entfernen und messen
o Hahnenbank verwenden – so hat man mehr Reservevolumen
Die Ergebnis der Messung hängt nicht nur von der Art der Tablette ab, sondern auch von der Menge an
Lösemittel, da Kohlenstoffdioxid mit 880ml/L bei Standardbedingungen ein sehr gut wasserlösliches
Gas ist. Auch das lässt sich hier zeigen!
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MASSENANTEILE EINER BRAUSETABLETTE
Passend zur Knobelei in der SI hier die komplizierte Aufgabe aus der Klasse 10
„Wie viel Gramm Natriumhydrogencarbonat sind in einer Brausetablette?“
... und für einen Kurs in der Oberstufe (Abschluss Analytik)
„Bestimmen Sie die Masse an Natriumhydrogencarbonat und Weinsäure
(Zitronensäure) in einer Brausetablette!“
Brausetabletten oder „Ahoj-Brause“ enthalten neben anderen Stoffen hauptsächlich
Natriumhydrogencarbonat und Zitronen- bzw. Weinsäure (im Überschuss).
Eine experimentell anspruchsvolle Aufgabe für die Schüler ist es, herauszufinden, wie groß der
Massenanteil an Natriumhydrogencarbonat ist. Im Leistungskurs habe ich zusätzlich noch den
Massenanteil an Zitronen- bzw. Weinsäure bestimmen lassen.
Zunächst kann in einem Vorversuch bewiesen werden, dass bei der Reaktion Kohlenstoffdioxid
entsteht. Den ganzen Versuch können die Schüler eigenständig planen und mit ChemZ durchführen.
Gemeinsam stellt man die Reaktionsgleichung auf, wobei darauf hingearbeitet wird, dass aus einem
Mol Natriumhydrogencarbonat ein Mol Kohlenstoffdioxid entsteht und das man dafür lediglich 1/3 Mol
Zitronen- bzw. ½ Mol Weinsäure benötig. Zudem wird geklärt, dass die Säure im Überschuss
vorhanden ist.
Nun sind folgende Experimente völlig eigenständig von den Schülern zu planen und auszuwerten:
1.) Wie viel Gas entsteht aus einer Brausetablette – welche Stoffmenge CO2 entspricht diesem
Volumen (all. Gasgleichung!)?
2.) Wie viel Überschuss an Säure ist vorhanden (schwache Säure, Zitronensäure zwar dreiprotonig
aber mit nur einem Äquivalenzpunkt. Dieser liegt im Alkalischen, geeigneter Indikator
Phenolphthalein – passt auch zur Eigenfarbe der Tablette, Farbstoff kann im Übrigen auch auf
pH-Wert reagieren)
3.) Wie viel Natriumhydrogencarbonat und Zitronen- bzw. Weinsäure sind nun insgesamt ermittelt
worden?
Zu 1)
Das Ermitteln des Volumens ist durchaus anspruchsvoll, da aus einer Brausetablette bis zu 450mL Gas
sprudeln – ja nach zugegebener Menge Wasser. Die Schüler werden den Versuch erfahrungsgemäß
mehrfach durchführen müssen und dabei auch optimieren (s. o.).
Um den Messfehler (Kohlenstoffdioxid löst sich mäßig in saurer Lösung) zu verringern, kann man mit
abgekochten Wasser arbeiten und dieses vor der Titration erneut kurz erwärmen. Dafür darf auch die
Spritze in ein Wasserbad gestellt und auf ca. 60°C erwärmt werden. Alternativ verwendet man eine
gesättigte Lösung (20mL Wasser und 20mL CO2 in eine Spritze geben, verschließen, schütteln,
Restgas verwerfen).
Der Fehler ist aber gering und kann vernachlässigt werden.
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
MASSENANTEILE EINER BRAUSETABLETTE
Hier noch zwei weitere denkbare Versuchsaufbauten ...
o ... mit einer Hahnenbank - gestartet wird durch das Hineinziehen des Wassers in die Spritze mit
der Brause
o ... in einem Gefäß, dass man dann direkt erwärmen und zum Titrieren verwenden kann
Kanülen,
Spitzen nach
dem
Durchbohren
abgekappt
Wasser
Brause
„Heidelberger
Verlängerung“
Auffanggefäße – ggf. über Hahn
rechts zwischendurch entleeren
18

zu 2) ... und dann Titrieren:
ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
MASSENANTEILE EINER BRAUSETABLETTE
Vor dem Titrieren kann die Lösung kurz aufgekocht
werden.
Hinweise zum Titrieren mit ChemZ finden Sie auf der
nächsten Seite
1ML
SPRITZE
19

... AUCH BEI SÄURE BASE TITRATIONEN SIND
SPRITZEN IDEAL
Mit ChemZ wird Titrieren ganz einfach. Die Spritzen sind ideale Messgeräte –
man braucht nur sehr wenig Maßlösung und kann schnell einfache Titrationen
durchführen. Will man sehr genau arbeiten, kann man auf 1mL Spritzen
ausweichen. Die Maßlösung kann man in einer beschrifteten 50mL bereitlegen
und über einen Dreiwegehahn abfüllen.
Luftblasen in den Spritzen entfernt man ungefährlich, in dem sie zurück in die
Spritze mit der Maßlösung drückt.
A) 10 ODER 20ML
SPRITZE
A und B)
Anstelle einer Bürette verwendet
man eine Spritze zum Eintropfen
der Maßlösung in die Probe.
Die Spritze wird in einem
Becherglas gefüllt.
Achtung: beim ersten Aufziehen
der Spritze hat man eine Luftblase
vorne im Kolben.
Zum Entfernen setzt man einen
Dreiwegehahn auf, um niemandem
durch versehentlich
herausgedrückte Säure/Lauge zu
gefährden, hält die Spritze anders
herum und drück die Luft in eine
andere Spritze.
Vorteil A: Man füllt die Spritze nur
einmal
Vorteil B: Messgenauigkeit ist
größer, man hat keine Luftblase
vorne, da der Stempel der 1mL
Spritze bis in die Spitze entleert
C
)
C) Der Klassiker: Stempel entfernen
und Hahn anschrauben – fertig ist
die Bürette. Will man die
Auslaufgeschwindigkeit verringern,
setzt man unten eine abgekappte
Kanüle an.
D)
In eine große Spritze (30 oder 50mL)
wird die Maßlösung eingefüllt und
von dort aus über einen
Dreiwegehahn blasenfrei in eine
1ml-Spritze umgefüllt
Durch Drehen des Hahnes kann
dann der 1mL in die Probenlösung
gegeben werden.
Achtung: Aufbau erfordert
anfängliches Einüben des
Umganges mit dem Dreiwegehahn
Vorteil D: Kombination von
Messgenauigkeit und blasenfreiem,
einfachem Umfüllen
Tipp: Neben „normalen“ Titrationen kann man untersuchen, wie viel Wirkstoff in Maloxan ist (www.lncu.de)
ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel 20
D)

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DER FEUERLÖSCHER
Der Bau eines Feuerlöschers – der Klassiker unter meinen Egg-Race
Aufgaben. Die ausführlichen Beschreibungen finden Sie unter bei den links.
o www.lncu.de
o GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Bau eines Schaumlöschers, in
NiU Chemie 14 2003 Nr. 75
o http://www.lehrer-online.de/feuerloescher.php
Die Schüler sollen eigenständig einen Feuerlöscher aus einer Brausetablette,
Wasser, Spülmittel und dem Spritzenmaterialien bauen. Ziel ist eine
Konstruktion, die viel Druck aufbaut und mit der man eine Kerze löschen kann
Einsatz:
o Luft und Verbrennung in der Grundschule
o Brände und Brandbekämpfung in der SI
Kleine Auswahl an bisherigen Lösungen:
o Alles in eine Spritze – verschließen – Druck aufbauen – löschen.
o Mehrere Spritzen mit allen Substanzen über Hähne verbinden und zusammenbringen
o Reagenzglas mit seitlichem Ansatz als Löscher nutzen. Wasser über durchbohrten Stopfen von
oben zu Tablette fügen, umdrehen, Öffnungen zuhalten, Druckaufbauen und aus der seitlichen
Öffnung löschen
o Dito, aber mit Luftballon als Reservevolumen ...
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
REDUKTION MIT WASSERSTOFF
Die Reduktion von Kupferoxid mit Wasserstoff ist in sofern nicht
ungefährlich, da man sicherstellen muss, dass die Apparatur luftfrei ist,
damit kein Knallgasgemisch entsteht.
Verwendet man ein sehr dünnes Quarzroh (ca. 200mmx10mm), so hat dies
ein derart geringes Innenvolumen, dass wenig Wasserstoff zu Beginn
ausreichen, die Apparatur zu spülen!
Einsatz:
o Wasserstoff als Reduktionsmittel
o Herstellung von Metallen
o Reduktion von Metalloxiden
o Ein ähnlicher Versuch ist schon lange von Herrn P. Menzel beschrieben worden – s. dazu auch
http://www.der-hedinger.de/ItemDetail_NAV.aspx?ItemID=LMP%201
Achtung:
o Mit Hilfe kurzer Schlauchstücke werden auf der einen Seite die ausgezogene Spitze und auf
der anderen Seite ein konischer Adapter an das mit Kupferoxid gefüllte Quarzrohr gasdicht
angeschlossen.
o Als Rückschlagsicherung wird in die Spitze und am Ende des Quarzrohres Eisenwolle
eingebracht.
o Am besten verwendet man insgesamt ca. 120mL Wasserstoff, also zwei Spritzen.
o Die Apparatur wird mit Wasserstoff gespült und dann mit einem Brenner in der Mitte unter dem
Quarzrohr erhitzt. Dabei drückt man fortwährend wenig Wasserstoff hinein.
o Unverbrauchten Wasserstoff kann man an der Spitze abfackeln.
o Sobald sich in der Mitte gut sichtbares, rotes Kupfer bildet, unterbricht man die Wärmezufuhr
und kühlt die Apparatur im verbliebenen Wasserstoffstrom ab.
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
DER SPRINGBRUNNENVERSUCH
Die Löslichkeit von z. B. Chlorwasserstoff HCl in Wasser lässt sich nicht nur
eindrucksvoll demonstrieren. Zugleich kann man an diesem Demoversuch auch die
Entstehung von sauren Lösungen erklären.
Diesen Versuch kann man ebenso auch mit NH3 durchführen.
Die ein Spritze wird mit Lackmuslösung gefüllt, die andere mit frisch entwickeltem Chlorwasserstoffgas
(s.o.).
In Variante A) wird wenig Flüssigkeit in die Spritze mit dem Gas gespritzt. Augenblicklich schlägt der
Stempel bis vorne an, da sich nahezu das gesamte Gas in der Lackmuslösung löst – zudem verfärbt
diese sich rot.
In Variante B) ist der Stempel der Spritze mit dem Gas durch einen Nagel arretiert und kann nicht
hineingezogen werden. Führt man den Versuch nun durch, wird in kürzester Zeit die gesamte Lösung in
die Spritze mit dem Gas gezogen („Springbrunnen“). Auch hierbei verfärbt sich die Lackmuslösung rot.
Einsatz:
o Säuren sind wässrige Lösungen, z.B. HCl in Wasser
o ...Laugen dito , z.B. NH3 in Wasser
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
KNALLGAS - KLEIN ABER OHO
Nicht überall sind die ganz großen Knalleffekte erlaubt oder erwünscht –es
geht aber auch klein, schnell, einfach und trotzdem eindrucksvoll J .
Der Versuch klappt mit äußerst wenig Aufwand. Die entsprechenden
Mengen an Gasen kann man schon einige Zeit vorher in die Spritzen füllen
– ansonsten aber auch direkt vor dem Versuch, da es mit ChemZ sehr
schnell geht J .
In je einer Spritze werden 20mL Wasserstoff und 10mL Sauerstoff eingefüllt und über einen
Dreiwegehahn in einer Spritze gemischt.
Das Knallgasgemisch wird in eine Petrischale mit Seifenlauge gebracht und die Seifenblasen werden
mit einem Glimmspann zur Explosion gebracht.
Einsatz:
o Verbrennung von Wasserstoff im Vergleich zur Verbrennung eines Knallgasgemisches
o Stoffe brennen besser wenn ... (Zerteilungsgrad)
o Explosive Gemische und ihre Gefahren
Achtung:
o Es empfiehlt sich das Tragen von Gehörschutz!
o Als Vorversuch kann man nur Wasserstoff einspritzen und abbrennen – um so
eindruckvoller ist das Knallgasgemisch.
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
SÄURESTÄRKE SCHNELL ERFASST
Der Begriff der Säurestärke kann einfach veranschaulicht werden:
Eine Spritze wird mit einem 2cm langen Stück Magnesium befüllt und über einen Dreiwegehahn mit
einer weiteren Spritze mit 15mL Salzsäure [1mol/L] verbunden.
Eine weitere Apparatur wird genauso aufgebaut, allerdings mit Essigsäure [1mol/L].
Bringt man die Säuren zum Magnesium, so setzt in beiden Spritzen eine Gasentwicklung ein. Allerdings
liegt die schwächere Essigsäure trotz gleicher Konzentration im Vergleich zur Salzsäure weniger
dissoziiert vor und somit entsteht hier in gleicher Zeit auch viel weniger Wasserstoff!
In Variante A werden zu ca. 2cm Magnesium 15mL Salzsäure [1mol/L] gegeben, in Variante B
verwendet man 15mL Essigsäure [1mol/l]
Einsatz:
o Einführung und Verdeutlichung der Säurestärke
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EIN WASSERZERSETZER
Eine ganz einfache Variante des Wasserzersetzers haben wir schon
2004 erfolgreich getestet. In zwei umgekehrten Spritzen ohne
Stempel führt man abgestumpfte Edelstahlkanülen als Elektroden ein
und elektrolysiert mit verd. Schwefelsäure angesäuertes Wasser.
Die Lösung zieht man dazu mit Hilfe einer dritten Spritze in die
Schenkel und verschließt diese oben mit einem Hahn.
Das entstehende Gas kann man dann wiederum nach oben abziehen
und weiter untersuchen.
Einsatz:
o Wasser – Element oder Verbindung?
o Analyse und Synthese einer Verbindung
o Endotherme und exotherme Reaktionen
Achtung:
o Als Kathode kann man einfach
abisolierten Kupferdraht
verwenden
o Dies geht an der Anode nicht,
der Draht dann zu Kupferoxid
oxidiert werden würde.
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KINETIK MIT MAGNESIUM UND SALZSÄURE
Die Gasentwicklung bei der Reaktion von Magnesium mit Säure kann man auch
zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Konzentrationen
der beteiligten Stoffe nutzen. Ebenso kann man verdeutlichen, wie die
Reaktionsgeschwindigkeit mit der Reaktionszeit abnimmt.
Das entstehende Gas fängt man in einer Spritze auf und bestimmt so das
Volumen.
Achtung:
15ml Salzsäure [1mol/L] werden zu
einen Streifen Magnesium (5 cm)
gegeben.
Da die Spritzen nicht so leichtgängig sind, dass das Gasvolumen kontinuierlich zunimmt, empfiehlt es
sich, für jede Volumenmessung die Reaktion kurz zu unterbrechen, in dem man die Flüssigkeit wieder
zurück in die andere Spritze drückt. Dann wird das entstandene Volumen abgelesen und die Reaktion
weitergeführt.
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GLEICHGEWICHTE EINMAL ANDERS
Über die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid, allen Schülern vom Mineralwasser her
bekannt, lässt sich nach der Reaktionsgeschwindigkeit das Prinzip von Le Chatelier
einführen. Dazu werden der Einfluss von Druck, Temperatur und Konzentration mit
Hilfe von Indikatoren und Volumenmessungen ermittelt.
Weitere Informationen und Downloadmöglichkeiten unter:
o http://www.lncu.de/
o http://www.lehrer-online.de/url/le-chatelier
V1: Bestimmung der Löslichkeit von Kohlestoffdioxid in Wasser (abgekocht, ca. 20°C)
s. Löslichkeit von Sauerstoff (s. unten Active O2).
V2: Einfluss der Temperatur auf die Löslichkeit von Kohlestoffdioxid
Wie V1 – mit verschieden warmem Wasser – kein Wasser der Temperatur >50°C verwenden -
Verbrühungsgefahr. (Tipp: Spritze mit Isolierung für Kupferleitungen überziehen)
Alternativ kann eine Spritze halb mit Sprudelwasser (übersättigte Kohlestoffdioxidlösung) gefüllt werden.
Dann verschließt man sie und stellt sie nacheinander in Gefäße mit Wasser unterschiedlicher
Temperatur. Es ist drauf zu achten, dass das Gas nicht mit im Wasserbad steht, das es sich bei
Erwärmung ausdehnt.
V3: Einfluss des Drucks auf die Löslichkeit von Kohlestoffdioxid
In eine Spritze mit durchbohrtem
Stempel füllt man 20 mL mit Indikator
versetztes Wasser – aus einer weiteren
Spritze lässt man durch die Lösung CO2
sprudeln, bis die Farbe des Indikators
umschlägt.
Die Hälfte der Lösung gibt man in eine
andere Spritze und bewahrt diese zum
Farbvergleich auf. Die Spritze mit dem
durchbohrten Stempel wird verschlossen
und durch kräftiges Ziehen am Stempel
ein Unterdruck erzeugt. Der Stempel
kann durch das Loch mit einem Nagel
fixiert werden. Man sieht ein deutliches Ausgasen und zugleich einen Farbumschlag des Indikators.
V4: Einfluss des pH-Wertes des Lösemittels auf die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid
Wie V1, nur werden anstelle von Wasser 1 molare Salzsäure oder Natronlauge verwenden.
Einsatz:
o Einführung des Prinzips von Le Chatelier
o Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid
o Vorversuche zum Kalkkreislauf
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
LÖSLICHKEIT, LE CHATELIER UND ACTIVE O2
Das bekannte Getränk Active O2 wird daraufhin untersucht, wie viel Sauerstoff
tatsächlich darin gelöst sind. Ausgehend vom Werbespot, den man im Internet erhält,
kann man eine Reihe einfacher Experimente durchführen, die allesamt zu dem
Ergebnis kommen, das der Genuss sicherlich nicht schadet – aber eben auch
„sportlich“ keine Leistungssteigerung bringen kann .-).
Die Beschreibung der gesamten Stunde und aller Materialien finden Sie unter:
o www.lncu.de
o http://www.lehrer-online.de/le-chatelier.php
Einsatz:
Wie viel mL eines Gases lösen sich in einem Liter Wasser?
In eine Spritze gibt man eine definierte Menge zuvor abgekochtes und wieder
abgekühltes Wasser, in die andere Spritze eine definierte Menge des zu
untersuchenden Gases, hier Sauerstoff.
Dann schiebt man das Gas zum Wasser und schüttelt die Spritzen solange, bis sich
das Volumen des überstehenden Gases nicht mehr ändert.
Parallel dazu kann man zum Einen eine Flasche Active O2 auskochen und das
entstehende Gas in Spritzen auffangen und untersuchen. Zum Anderen kann man
überschlagen, wie viel Sauerstoff man mit einem Atemzug über den dafür
vorgesehenen Lungentrakt aufnehmen kann.
In der Oberstufe kann man hinterfragen, wie der Hersteller die angegebene Menge
Sauerstoff überhaupt in einem Liter Wasser lösen kann, was damit beim Konsum
passiert und zudem eine Stellungnahme zur Weltneuheit des Sauerstoffspenders – ein
Wassersprudler auf Sauerstoffbasis mit angeblich
wahnsinnig positiven
Auswirkungen auf Körper und
Geist - einfordern
o Vergleich der Löslichkeit von Gasen
o Kiemenatmung – wie viel Sauerstoff geht eigentlich in Wasser?
o Active O2 – Powerstoff mit Sauerstoff – Hinterfragen von Werbeaussagen
o Le Chatelier einmal anders
o Anwendungsbeispiel des Prinzips von Le Chatelier
Achtung:
o Mit dem Versuch erhält man annähernd Literaturwerte. Sauerstoff ist extrem schlecht
wasserlöslich (ca. 40mL/L bei Normalbedingungen), Kohlenstoffdioxid hingegen sehr gut (ca.
880mL/L)
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
KALK IN DER MITTEL- UND OBERSTUFE
Der Kalkkreislauf (Lösen und Ausfallen) lässt sich im Experiment selbst
entdecken. Die komplette Stundenbeschreibungen mit allen Folien etc.
finden Sie unter www.lncu.de - Hier der Versuch dazu
Mögliche Geräte:
2 Luer-Lock-Spritzen 30mL, Verbindungsstück oder Dreiwegehahn, Stopfen, flexibler Schlauch mit
passendem Anschluss, Reagenzglas, Reagenzglasständer, Brenner
Chemikalien:
Kohlenstoffdioxid
Calciumhydroxidlösung (Kalkwasser)
o reizend xi,
o R 38 (Reizt die Haut), S 22 (Staub nicht einatmen) – 28 (Bei Berührung mit der Haut
sofort abwaschen mit viel Wasser)
Möglicher Aufbau:
Durchführungsvarianten
Eine Spritze wird aus einem kleinen Spender oder über einen Adapter aus der Gasflasche
mit Kohlenstoffdioxid befüllt. Anschließend wird das Kohlenstoffdioxid über einen Verbinder
(A) oder Dreiwegehahn (B) in eine weitere Spritze mit wenig Kalkwasser gesprudelt oder
alternativ über einen Schlauch (C) in ein Reagenzglas mit wenig Kalkwasser
Zu erwartende Beobachtungen:
Es setzt direkt eine Trübung ein. Nach kurzer Zeit – Spritze evt. schütteln – verwindet die Trübung.
Entsorgung/weiterer Versuch:
Die entstandene Calciumhydroxidlösung wird nicht verworfen, sondern in einem anschließenden
Versuch in ein Reagenzglas gefüllt und kurz im Brenner erhitzt. Kohlenstoffdioxid gast aus und Kalk
setzt sich ab.
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ChemZ-Handbuch Version 1.0 Stand 2008 © Gregor von Borstel
WEITERE VERSUCHSBESCHREIBUNGEN,
ANREGUNGEN ODER VIDEOS
Die folgende Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit!
Viktor Obendrauf
http://schulen.eduhi.at/Chemie/reduk.htm
http://pluslucis.univie.ac.at/fbw2003/Obendrauf.htm
http://schulen.eduhi.at/chemie/chlor1.htm
http://www.die-bayerische-chemie.de/pdf/Katalog/GasExperimente.pdf
http://www.chemie-und-schule.at/dokumente/cus_2004-3_obendrauf_methan.pdf
http://www.dasan.de/lapaz/deutsch/Seminare/loxcost%20lima/lowcost.htm
Peter Menzels Versuchsset
s. dazu auch http://www.der-hedinger.de/ItemDetail_NAV.aspx?ItemID=LMP%201
Brand Chemie
http://www.hirsemedia.de/brandchemie/low-cost/medtech.html
Kappenberg
http://www.kappenberg.com/pages/mitmedizintechnik/selbstbau.htm
http://www.kappenberg.com/pages/mitmedizintechnik/uebersicht.htm
Bruce Madson
http://mattson.creighton.edu/Microscale_Gas_Chemistry.html
Peter Schwarz
http://www.microchem.de/
Gregor von Borstel
www.lncu.de
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Bau eines Schaumlöschers, NiU Chemie 14 2003 Nr. 75
H. J. GÄRTNER UND GREGOR VON BORSTEL, Kohlenstoffdioxid und Wettbewerb, NiU Chemie 78 2003
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Chemie mit Magensonde und Spritze, NiU Chemie 78 2003
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, ChemZ, NiU Chemie 78 2003, NiU Chemie Heft 81, 2004
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Chemieunterricht macht Spaß!, PdN 1/54, Januar 2005
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Le Chatelier einmal anders, NiU Chemie 96, 2006, S. 34-37
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Ein preiswerter Hofmannscher Zersetzungsapparat für
Schülerübungen, MnU 59/6 (1.9.2006) S. 362-364.
GREGOR VON BORSTEL UND ANDREAS BÖHM, Active O2 – Powerstoff mit Sauerstoff MnU 59/7 2006 S. 413-415.
GREGOR VON BORSTEL, Freiarbeit, in: JOACHIM KRANZ UND JENS SCHORN (HRSG.), Chemie Methodik,
Handbuch für die Sekundarstufe I und II, Berlin 2008, S. 53-64.
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