Wasseruntersuchungen

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1 Wasseruntersuchungen Aufgabe 1 Die Härte des Wassers Gerda: Hartes Wasser? Was soll denn das sein? Hansi: Eis. Wenn das Wasser im Winter gefriert, wird es hart. Susi: Oder im Eiswürfelbehälter im Tiefkühlfach. Ebi: Wenn Du im Schwimmbad vom Zehnmeterturm springst, ist das flüssige Wasser aber auch ganz schön hart. Lene: Da gibt es so eine Zahl, sieben ist gut, glaube ich. Kristof: Du meinst den phwert, das ist etwas anderes. Der steht auf dem Haarshampoo drauf. Tobi: In der Fernsehwerbung zeigen sie immer den vergammelten Heizstab einer Waschmaschine. Dann heißt es dazu: Das kann hartes Wasser mit Ihrer Waschmaschine anstellen. Isabella: Wenn Wasser erhitzt wird, lagert sich Kalk ab. Das ist in der Kaffeemaschine ja auch so. Mein Papa lässt von Zeit zu Zeit Essig durchlaufen, dann stinkt die ganze Wohnung. a. Was versteht man unter der Härte des Wassers? o o o o o den Aggregatzustand bei tiefen Temperaturen den Widerstand, den das Wasser leistet, wenn man einen Gegenstand hineinwirft den Säuregehalt den Kalkgehalt die Höhe des Waschmittelverbrauchs Unter der Härte des Wassers versteht man grob gesprochen den Kalkgehalt. In einem Lexikon findet man die genauere Definition: Härte des Wassers: Im wesentlichen durch Calcium und Magnesiumsalze bewirkter Gehalt des Wassers an Erdalkalimetallionen. Die Härte des Wassers wird in Härtegraden angegeben. Die vor allem in Deutschland verwendete praktische Maßeinheit für die Härte wird als deutscher Härtegrad (Kurzzeichen dh) bezeichnet. Die Härte des Wassers bewirkt in Rohren und Kesseln, die Warmwasser enthalten, die Bildung von Kesselstein. Darüber hinaus bedingt sie durch Ausfällung fettsaurer Calcium oder Magnesiumsalze eine stark reduzierte Waschwirkung der auf Fettsäurebasis hergestellten Seifen. (Meyers großes Taschenlexikon in 24 Bänden (1987). Mannheim: Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG. Text adaptiert.) Seite 1

2 Kristof und Eberhard messen in der Chemiestunde die Härte des Leitungswassers in ihrer Heimatgemeinde mit Hilfe von Teststreifen. Dazu muss man den Streifen eine Sekunde lang in das Wasser eintauchen, das überschüssige Wasser abschütteln und nach einer Minute mit einer Farbkarte vergleichen. Je mehr Felder sich von Grün nach Rosa verfärben, desto härter ist das Wasser. > 25 dh > 20 dh > 15 dh > 10 dh > 5 dh < 3 dh Kristofs Streifen sieht so aus: b. Welche Aussage über die Härte des untersuchten Wassers ist sinnvoll? Das Wasser hat 10 dh. Das Wasser hat 10 C. Das Wasser hat den phwert 10. Das Wasser hat einen Härtegrad zwischen 10 dh und 15 dh. Das Wasser hat den Härtegrad 12,5 dh. Seite 2

3 c. Eberhard wohnt in Halbturn. Er hat nicht nur das Leitungswasser von zu Hause mitgenommen, sondern auf der Webseite des Wasserleitungsverbandes unter dem Stichwort Wasserqualität nachgesehen, welche Gesamthärte das Wasser in seiner Heimatgemeinde hat. Hole dir die Daten aus dem Internet, die auch Eberhard bekommen hat. Wie wird der Teststreifen nach der Untersuchung dieses Wassers vermutlich aussehen? d. Die Verwendung harten Wassers hat einige Nachteile: Wird hartes Wasser erhitzt, so bilden sich Kalkablagerungen. Das führt zu höheren Energiekosten und geringerer Lebensdauer der Geräte, wenn man gegen das Verkalken nichts unternimmt. In Industrieanlagen kann es zu Kesselexplosionen kommen. Kalk im Wasser macht Waschmittel zum Teil unwirksam. Das führt zu erhöhtem Waschmittelverbrauch. Hartes Wasser im Geschirrspüler verursacht Flecken auf den Gläsern. Wenn hartes Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, ergeben sich häufig Trübungen, weil die zu lösenden Stoffe mit dem Kalk reagieren. Je nach Verwendungszweck des Wassers werden unterschiedliche Verfahren der Wasserenthärtung eingesetzt: Abkochen: Durch Abkochen lässt sich der lösliche Kalk (= Calciumhydrogencarbonat) entfernen. Er wird dabei in unlöslichen Kalk (= Calciumcarbonat) umgewandelt, der sich am Boden des Gefäßes absetzt: Ca( ) 2 => CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Calciumhydrogencarbonat Calciumcarbonat Alle anderen Calcium und Magnesiumverbindungen bleiben im Wasser gelöst. Seite 3

4 Ionentausch: Kationentauscher sind Kunstharze, die an ihrer Oberfläche Ionen gebunden haben. Diese können sie gegen andere gleich geladene Ionen tauschen. In Geschirrspülern werden Calcium und MagnesiumIonen gegen NatriumIonen ausgetauscht, die nicht stören. Von Zeit zu Zeit muss man Natriumchlorid nachfüllen (Regeneriersalz). Die Anionen werden nicht ausgetauscht. Es gibt auch Mischbetttauscher, die Kationen gegen Wasserstoffionen und Anionen gegen HydroxidIonen tauschen. Dadurch sind alle Ionenverbindungen entfernt, weil Wasserstoffionen und HydroxidIonen sich zu Wassermolekülen verbinden. Das auf diese Weise gewonnene Wasser wird als deionisiertes Wasser oder kurz als Deionat bezeichnet. Destillieren: Die wirksamste und teuerste Methode. Dabei wird das Wasser vollständig verdampft und der Dampf wieder kondensiert. Alle gelösten Stoffe werden dadurch entfernt. Häufig verwendet man an Stelle von destilliertem Wasser deionisiertes, weil es billiger ist. Einsatz von Zeolithen: Zeolithe sind Bestandteil von Waschmitteln. Sie wirken wie Kationentauscher, werden aber nicht regeneriert, sondern mit der Waschlauge in die Kanalisation eingeleitet. In den folgenden Darstellungen sind jeweils auf der linken Seite Ionen, die im Leitungswasser enthalten sind, und auf der rechten Seite Ionen, die das Wasser nach der Enthärtung enthält, angegeben. Gib an, welches Verfahren zur Wasserenthärtung möglicherweise angewendet wurde! (Es können auch mehrere richtig sein.) Ionen im unbehandelten Leitungswasser angewendetes Verfahren (Kreuze an!) Ionen nach dem Enthärten des Wassers Ca 2+ SO 4 2 Abkochen Na + Na + SO 4 2 Ca 2+ Kationentauscher Mischbetttauscher Na + Na + Destillieren Zeolithe Seite 4

5 Ionen im unbehandelten Leitungswasser angewendetes Verfahren (Kreuze an!) Ionen nach dem Enthärten des Wassers Ca 2+ SO 4 2 Abkochen Ca 2+ Kationentauscher Mischbetttauscher SO 4 2 Destillieren Zeolithe Ca 2+ Ionen im unbehandelten Leitungswasser angewendetes Verfahren (Kreuze an!) Ionen nach dem Enthärten des Wassers Ca 2+ SO 4 2 Abkochen Ca 2+ Kationentauscher Mischbetttauscher Destillieren Zeolithe Seite 5

6 Aufgabe 2 Geeignete Versuchsanordnungen Die Schüler/innen der 4E führen Wasseruntersuchungen durch. Die erste Aufgabe besteht darin, einen Stromkreis zu bauen und damit zu untersuchen, welche Wasserprobe (Leitungswasser, Mineralwasser...) am besten elektrischen Strom leitet. Die Schüler/innen sollten auch den Versuchsaufbau zeichnen. Im Folgenden findest du einige dieser Zeichnungen. a. Gib zu jedem Aufbau an, ob er für die Untersuchung geeignet ist oder nicht! Ja Nein Ja Nein Seite 6

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10 b. Im Folgenden siehst du noch einmal einige ungeeignete Versuchsaufbauten. Begründe jeweils, warum man mit dieser Anordnung nicht feststellen kann, ob das Wasser elektrischen Strom leitet! Kreuze an! Diese Anordnung ist ungeeignet, weil... keine Stromquelle vorhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anordnung ist ungeeignet, weil... keine Stromquelle vorhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anordnung ist ungeeignet, weil... keine Stromquelle vorhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anordnung ist ungeeignet, weil... keine Stromquelle vorhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anordnung ist ungeeignet, weil... keine Stromquelle vorhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Seite 10

11 Aufgabe 3 Elektrische Leitfähigkeit Eine einfache Möglichkeit, die elektrischen Leitfähigkeiten verschiedener Flüssigkeiten zu vergleichen, besteht darin, unter gleichen Bedingungen bei konstanter Spannung Stromstärken zu messen. Jana und Pia haben vier Wasserarten untersucht und die gemessenen Stromstärken in eine Tabelle eingetragen: Art des Wassers ma... Milliampere Stromstärke [ma] Sie haben allerdings vergessen, welcher Messwert zu welchem Wasser gehört. a. Orden die Wasserarten den Messwerten zu, indem du sie in die Tabelle schreibst! Die untersuchten Wässer waren: normales Leitungswasser abgekochtes Leitungswasser Mineralwasser destilliertes Wasser b. Warum leiten Leitungswasser und Mineralwasser elektrischen Strom? c. Warum leitet abgekochtes Leitungswasser nicht so gut wie normales Leitungswasser? Seite 11

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