VORANSICHT III. Ohne Wasser kein Leben! Die physikalischen Eigenschaften von Wasser. Der Beitrag im Überblick

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1 1 von 14 Die physikalischen Eigenschaften von Wasser Sabine Nelke, Haltern Marie Emmerich-Barten, Nieder-Olm Wasser gehört zu unserem Alltag. Wir nutzen es in vielerlei Hinsicht: als Lebensmittel, zum Schwimmen, als Transportweg oder zur Energiegewinnung. Dabei denken wir kaum darüber nach, dass es ohne Wasser kein Leben auf der Erde geben würde und dass unsere Trinkwasservorräte nicht unerschöpflich sind. Ihre Schüler werden in dieser Unterrichtseinheit für das Thema Wasser sensibilisiert. Dabei sammeln sie zunächst, wozu wir Wasser brauchen. Dann beschäftigen sie sich mit den Aggregatzuständen des Wassers. Sie lernen, welche Vorgaben Trinkwasser erfüllen muss und wie man es gewinnt. Ohne Wasser kein Leben! Was macht unser Wasser zu Trinkwasser? Der Beitrag im Überblick Foto: Thinkstockphotos/iStockphoto Klasse: 5/6 Dauer: 6 Stunden Ihr Plus: ü Einfache Schülerversuche ü Fachübergreifende Einheit (Chemie, Nawi) ü Alltagsbezug Inhalt Wozu brauchen wir Wasser? Wie viel Wasser enthalten Pflanzen? Die Aggregatzustände des Wassers Die Funktion des Wassers im menschlichen Körper ph-wert, Nitrat, Wasserhärte Die Gewinnung von Trinkwasser

2 2 von 14 Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise Fachliche Hinweise Die physikalischen Eigenschaften des Wassers sind stark von der Temperatur und dem Druck abhängig. So nimmt die Oberflächenspannung mit zunehmender Temperatur ab. Im physikalischen Anfangsunterricht gehen Sie insbesondere auf die Aggregatzustände des Wassers (fest, flüssig, gasförmig) ein. In den unteren Klassen sind Experimente besonders wichtig. Sie bringen die Schüler zum Staunen und wecken Neugier. Die Schüler denken darüber nach, wie sich die untersuchten Phänomene erklären lassen. In leistungsstarken Klassen können Sie das Phasendiagramm für Wasser einführen: p Ablauf 221 bar 1 bar 0,006 bar Eis flüssiges Wasser Tripelpunkt Wasserdampf kritischer Punkt 0 0, T in C In Material M 1 listen Ihre Schüler Beispiele dafür auf, auf welch vielfältige Art und Weise Wasser genutzt wird. So wird ihnen klar, wie wichtig Wasser für unseren Alltag ist. Das Arbeitsblatt bietet sich zur Partnerarbeit an. Material M 2 zeigt Ihren Schülern, welch immense Bedeutung das Wasser für die Lebewesen auf der Erde hat. Exemplarisch werden hier Pflanzenteile bzw. Früchte auf ihren Wassergehalt hin untersucht. Es wird deutlich, dass Lebewesen zu einem sehr großen Anteil aus Wasser bestehen. Die Versuche sollten in Kleingruppen durchgeführt werden. Die physikalischen Eigenschaften des Wassers stellen den Kern dieses Beitrages dar. Material M 3 beschäftigt sich mit der Betrachtung der Aggregatzustände. Ihre Schüler erhitzen Wasser und erfahren, dass Wasser am Schmelzpunkt (0 C) gefriert und am Siedepunkt (100 C) verdampft. Das Arbeitsblatt regt Ihre Schüler dazu an, selbstständig Versuche zu diesem Thema durchzuführen. Versuchsskizzen sowie eine detaillierte Versuchsplanung werden im Heft festgehalten. Bevor die Schüler die Versuche durchführen, sollte geklärt werden, welches Material für die Versuche benötigt wird. Material M 3 eignet sich besonders für Gruppenarbeit. Der Lückentext in Material M 4 zeigt Ihren Schülern, welche Aufgaben Wasser im menschlichen Körper erfüllt. Material M 5 regt Ihre Schüler dazu an, zu überlegen, auf welche Art und Weise sie täglich Wasser einsparen können. Der Infotext M 6 macht Ihre Schüler mit den wichtigsten Parametern für Trinkwasser (ph-wert, Nitratgehalt und Wasserhärte) vertraut. Material M 7 beschäftigt sich mit der Frage, wie Trinkwasser gewonnen wird. Wikipedia, CC BY-SA 3.0

3 3 von 14 Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch Fo = Folie M 1 Ab Wozu brauchen wir Wasser? M 2 Ab, SV Wie viel Wasser enthalten Pflanzen? V: 10 min D: 2 h 20 min r 3 Aluminiumschalen r 1 Digitalwaage r 1 Messer r 1 Brettchen r 1 Kartoffel r 1 Apfel r 1 Stück Gurke r 1 Backblech r 1 Backofen M 3 Ab, SV Die drei Aggregatzustände des Wassers V: 15 min D: 1 Tag r 1 Reagenzglas (halb gefüllt mit Wasser) r 1 Reagenzglasständer r 1 Kochtopf mit Wasser r 1 Heizplatte r 1 Trockenschrank r 1 wasserfester Folienstift r 1 Gefrierschrank r 1 Thermometer M 4 Ab Welche Aufgaben erfüllt Wasser im menschlichen Körper? M 5 Ab Wie viel Wasser kannst du täglich einsparen? M 6 Infotext Trinkbar oder nicht? M 7 Ab, SV V: 5 min D: 5 min Mediathek Wie gewinnt man Trinkwasser? Internetauftritt der Berliner Wasserwerke mit vielen fächerübergreifenden Informationen rund um das Thema Wasser. Die Seiten richteten sich an unterschiedliche Adressaten, wie Kinder, Jugendliche, Lehrer und Erzieher. animation/index.htm Zum Thema Wasserkreislauf findet sich hier eine kleine Animation. Auf dieser Seite findet sich ein Wasserlexikon. Unter dieser Adresse können die Schulprojekte, die bei dem Wettbewerb Wasser macht Schule gewonnen haben, abgerufen werden.

4 4 von 14 M 1 Wozu brauchen wir Wasser? Aufgabe In der Tabelle sind verschiedene Möglichkeiten aufgelistet, wie man Wasser nutzen kann. Leider ist die Tabelle nicht vollständig ausgefüllt. Übertrage sie in dein Heft. Ergänze die fehlenden Möglichkeiten der Wassernutzung, die fehlenden Beispiele und die fehlenden Bilder. Dafür kann man Wasser nutzen: Körperpflege Beispiele: Abbildung: Reinigungsmittel Erholung Wäsche waschen Fußboden wischen Auto waschen spülen Mutter und Kind beim Zähneputzen Mixa / Thinkstock Purestock / Thinkstock Badespaß mit der ganzen Familie Sport Ernährung schwimmen segeln surfen Wasserski Schiffe Flöße Fähren Containerschiffe Wasserkraftwerk

5 5 von 14 M 2 Wie viel Wasser enthalten Pflanzen? Das Wasser ist für die Lebewesen auf der Erde von großer Bedeutung. Der Körper von Menschen, Pflanzen und Tieren besteht zu einem großen Teil aus Wasser. Mit folgendem Versuch kannst du das Wasser in Pflanzen nachweisen. Schülerversuch Vorbereitung: 10 min Durchführung: 2 h 20 min Materialien r 3 Aluminiumschalen r 1 Digitalwaage r 1 Messer r 1 Brettchen r 1 Kartoffel Versuchsdurchführung r 1 Apfel r 1 Stück Gurke r 1 Backblech r 1 Backofen r 1 Trockenschrank 1. Schneide ein je 20 g schweres Stück von der Kartoffel, dem Apfel und der Gurke ab. Kartoffeln Apfel Gurke 2. Verteile die drei Stücke auf drei Schalen und zerschneide sie in den Schalen wiederum in möglichst kleine Stückchen. Achtung: Du musst die Stückchen so in den drei Schalen ausbreiten, dass sie möglichst nicht übereinanderliegen! 3. Schiebe die drei Schalen auf einem Blech in den Backofen oder Trocken schrank. 4. Trockne die drei Pflanzenproben nun für zwei Stunden bei 150 C. 5. Wiege die drei Proben nach dem Trocknen noch einmal und trage die Ergebnisse in die Tabelle unten ein. istock / Thinkstock 20 g wiegen nach dem Trocknen enthielten also Kartoffel Apfel Gurke g g Wasser g g Wasser g g Wasser Frage: Welche Probe hatte den größten Wassergehalt? Begründe deine Antwort im Heft.

6 8 von 14 M 6 Trinkbar oder nicht? Infotext Trinkwasser ist für den menschlichen Genuss bestimmt. Seine Güteanforderungen werden in Deutschland in der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) und der DIN 2000 (DIN: Deutsches Institut für Normung) festgelegt. Der Eingangs- und Leitsatz der DIN 2000 lautet: Trinkwasser ist das wichtigste Lebensmittel, es kann nicht ersetzt werden. Trinkwasser ist Süßwasser mit einem hohen Reinheitsgrad. Es darf keine krankheitserregenden Mikroorganismen enthalten. Trinkwasser sollte eine Mindestkonzentration an Mineralstoffen enthalten. Die Konzentrationen der gelösten Mineralstoffe werden summarisch als Gesamthärte oder Wasserhärte angegeben. Drei der wichtigsten Kriterien für Trinkwasser Was macht Wasser zu Trinkwasser? ph-wert (sagt aus, wie sauer oder alkalisch eine Lösung ist) Saure Lösungen haben einen ph-wert kleiner als 7, alkalische Lösungen haben Werte über 7. Lösungen mit dem ph-wert 7 sind neutral. Wasser muss laut Trinkwasserverordnung einen ph-wert von 6,5 9,5 haben. Nitrat Durch Düngen in der Landwirtschaft führen die Landwirte dem Boden Mineralstoffe zu auch das Nitrat. Wird dieses nicht von den Pflanzen aufgenommen (Winter, Überdüngung), gelangt es ins Grundwasser und von dort aus auch ins Trinkwasser. In unserem Körper wird Nitrat zum Teil zum giftigen Nitrit umgewandelt. Nitrite behindern den Sauerstofftransport im Körper (davon sind besonders Säuglinge betroffen!). Im Wasser dürfen sich daher laut Verordnung nur höchstens 50 mg Nitrat pro Liter Wasser befinden. Blend Images / Thinkstock Wasserhärte (Gesamthärte) Oberflächen- und Grundwasser lösen aus dem Boden Mineralstoffe; unter anderem Calcium- und Magnesiumsalze, welche sich gut mit anderen Stoffen verbinden können. Sie fallen bei Hitze aus und bilden Ablagerungen, z. B. an Wasserhähnen, Kaffeemaschinen und Kochtöpfen. Die Wasserhärte ist ein Maß für den Gehalt an Calcium- und Magnesiumsalzen im Wasser. Sie wird in die Härtestufen weich (1), mittel (2), hart (3) eingeteilt: istockphoto / Thinkstock Härtestufe mmol/l* dh* weich < 1,5 < 8,4 mittel 1,5 2,5 8,4 14 hart > 2,5 > 14 * Der Calcium- und Magnesiumgehalt wird in mmol/l ( Millimol pro Liter ) oder in dh ( Grad deutscher Härte ) angegeben. Anders als den oben genannten technischen Geräten schadet hartes Wasser dem menschlichen Körper nicht. Im Gegenteil: Viele der im Trinkwasser enthaltenen Stoffe benötigt unser Körper sogar!

7 10 von 14 Erläuterungen und Lösungen M 1 Wozu brauchen wir Wasser? Dafür kann man Wasser nutzen: Körperpflege Reinigungsmittel Erholung Beispiele: Zähne putzen baden duschen Haare waschen Wäsche waschen Fußboden wischen Auto waschen spülen Bootstour Strandtag Abbildung: Mutter und Kind beim Zähneputzen Putzmittel verdünnt man mit Wasser. Sport schwimmen segeln surfen Wasserski Badespaß mit der ganzen Familie Mixa / Thinkstock istock / Thinkstock Purestock / Thinkstock Amana Images / Thinkstock Surfer