Rätselhaftes Bermudadreieck Teil 1: Die Stoffeigenschaften von Gasen

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1 Rätselhaftes Bermudadreieck Teil 1: Die Stoffeigenschaften von Gasen Silke Schreiber, Neustadt (Wied) Niveau: Dauer: Sek. I 5 6 Unterrichtsstunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Fachwissen: Stoffeigenschaften Farbe, Brennbarkeit und Dichte am Beispiel der Gase Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid; Nachweisreaktionen von Sauerstoff und Wasserstoff; Problematik und Vorkommen natürlicher CO 2 -Ansammlungen; Explosion der Hindenburg Erkenntnisgewinnung: Durchführen und Protokollieren qualitativer Untersuchungen; Erkennen und Entwickeln von Fragestellungen, die mithilfe chemischer Kenntnisse und Untersuchungen, insbesondere durch chemische Experimente, zu beantworten sind (experimentelle Dichtebestimmung); Planen geeigneter Untersuchungen zur Überprüfung von Vermutungen und Hypothesen Kommunikation: Beschreiben, Veranschaulichen oder Erklären von Sachverhalten unter Verwendung der Fachsprache; Herstellen von Zusammenhängen zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen; Protokollieren; fachlich korrektes und folgerichtiges Argumentieren Bewertung: Erkennen von Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und Aufzeigen dieser Bezüge; Nutzen fachtypischer und vernetzter Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen; Entwicklung aktueller, lebensweltbezogener Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können Der Beitrag enthält Materialien für: offene Unterrichtsformen Schülerversuche Hausaufgaben Lehrerversuche fachübergreifenden Unterricht Hintergrundinformationen Im Bereich des Bermudadreiecks verschwanden immer wieder auf mysteriöse und spektakuläre Weise Schiffe und Flugzeuge mitsamt ihrer Besatzung trotz erfahrener Piloten bzw. Kapitäne, besten Wetterbedingungen und häufig noch kurz vor dem Unglück stattgefundenen Funkkontakten, die auf keinerlei Arten von Störungen hinwiesen. Viele Flugzeuge explodierten scheinbar grundlos in diesem Gebiet, oft wurde nicht ein einziges Wrackteil oder Besatzungsmitglied gefunden. Entführten Außerirdische diese Fahrzeuge mitsamt ihren Besatzungen? Ist das Bermudadreieck das Tor zu einer anderen Welt? Liegt hier die versunkene Insel Atlantis, von der gefährliche Kraftfelder ausgehen? Mitte der 1970er-Jahre war das Interesse an übersinnlichen Erklärungen dieser Phänomene besonders groß und unzählige Filme und Bücher wurden darüber geschrieben. Heute überwiegen wissenschaftliche Erklärungsversuche für die besonderen Unfälle im Bereich des Bermudadreiecks vielleicht hört man auch deswegen weniger über Unglücke in diesem Gebiet. Das Bermudadreieck liegt in einem Bereich der am meisten befahrenen Seegebiete der Welt. Rein statistisch gesehen wäre also eine erhöhte Anzahl an Unfällen nicht ungewöhnlich. Spannendere und logischere Erklärungsversuche im Vergleich zur statischen Betrachtung, die auch die Gründe plötzlich auftretender Explosionen von Flugzeugen und der Un-

2 s_dem_see.html Diese Website bietet Informationen zur Katastrophe am Nyos-See. Tml15-16_Nc.jpg Hier finden Sie eine farbige Luftaufnahme des Nyos-Sees acht Tage nach der Katastrophe. Gut zu erkennen ist ein braunes Gebiet oberhalb des Seeufers, in dem alle Pflanzen abgestorben sind. Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt mit Aufgaben D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch FoVo = Folienvorlage IR = Internetrecherche M 1 AB, FoVo Das rätselhafte Bermudadreieck M 2 LV, AB V: 5 min D: 2 min Stoffeigenschaften von Gasen:, und Wasserstoff-Druckgasflasche (H 2 ) Sauerstoff-Druckgasflasche (O 2 ) Feuerzeuge Luftballons in verschiedenen Farben M 3 SV, AB, IR Das große Gas-Rätsel: Wer ist wer? V: 20 min D: 10 min Wasserstoff-Druckgasflasche (H 2 ) Sauerstoff-Druckgasflasche (O 2 ) 24 Reagenzgläser Fäden/Kordel, je ca. 1 m Glimmspäne 3 Demo-Reagenzgläser mit 3 Gummistopfen 1 Demo-Reagenzglasständer Schutzbrille feuerfester Handschuh Schutzkittel 24 Reagenzglasstopfen 8 Reagenzglasständer 8 Glimmspäne 8 Feuerzeuge Folienstift M 4a SV, AB Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 1: Seifenblasen-Zauberei V: 2 min D: 5 min Pustefix (Seifenblasen) PC mit Internetanschluss 1 pneumatische Wanne (ca. 50 cm x 30 cm x 30 cm) Frischhalte- oder Alufolie

3 M 4b SV, AB Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 2: Die geheimnisvolle Kerzentreppe V: 20 min D: 15 min 1 pneumatische Wanne (ca. 2 3 l) 5 Teelichter 1 Stabfeuerzeug 1 Becherglas (50 ml) 1 Becherglas (100 ml) 1 Becherglas (250 ml) 1 Standzylinder oder Messkolben (2 3 l) Frischhalte- oder Alufolie M 4c SV, AB, IR Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 3: CO 2 -Ansammlungen in unserer Umwelt V: 10 min D: 5 min 4 Messzylinder (1 l) Frischhaltefolie langer Glimmspan 1 Feuerzeug Kolbenprober M 4d AB, IR Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 4: Der tragische Unfall der Hindenburg PC mit Internetanschluss PC mit Internetanschluss M 4e SV, AB Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 5: Kann man mit einer Zigarette schweißen? V: 15 min D: 1 min M 5 AB, IR Sauerstoff-Druckgasflasche (O 2 ), Zigarette destilliertes Wasser (ca. 150 ml) 2 Gaswaschflaschen PVC-Schläuche passend zu Gaswaschflasche (ca. 80 cm) Peleusball 2 Stative 2 Muffen 2 Klemmen 2 Metallfedern zum Befestigen der Deckel der Gaswaschflaschen Feuerzeug Tiegelzange Petrischale Abzug Gase unter der Lupe Abschlusstraining PC mit Internetanschluss Schutzbrille Schutzkittel Die Erläuterungen und Lösungen finden Sie hier.

4 M 1 Das rätselhafte Bermudadreieck In dieser Unterrichtsreihe begebt ihr euch auf eine spannende Reise, die euch vom mysteriösen Bermudadreieck bis hin zur möglichen Lösung unserer Energiekrise führt. Warum rätselhaft? In diesem Seegebiet sollen sich gehäuft Schiffs- und Flugzeugunglücke abgespielt haben: Flugzeuge explodierten aus unerklärlichen Gründen trotz erfahrenster Piloten und bester Wetterbedingungen, Schiffe versanken bei ruhiger See und oft verschwanden die Fahrzeuge mitsamt ihrer Besatzung spurlos, ohne dass je ein einziges Wrackteil gefunden werden konnte! Nur zwei der zahlreichen Beispiele: 5. Dezember 1945: Fünf amerikanische Bomber- und ein Suchflugzeug werden im Westen Floridas im Bereich des Bermudadreiecks vermisst und inklusive Besatzung nie wieder gefunden. An der Stelle, an der das Suchflugzeug wahrscheinlich abstürzte, wurde eine große Öllache gefunden, sonst nichts. Zeugen geben an, Explosionswolken am Himmel gesehen zu haben. Dieser Flug 19 ist unter all den Unfällen im Bermudadreieck besonders berühmt geworden, weil auf mysteriöse Weise gleich sechs Flugzeuge auf einmal und unabhängig voneinander verschwanden. 28. Dezember 1948: Die Passagiermaschine vom Typ Douglas DC-3 mit 37 Personen an Bord ist auf dem Weg von Puerto Rico nach Miami. Der Pilot setzt 50 Meilen südlich von Miami seinen letzten Funkspruch ab, in dem er angibt, die Lichter der Stadt schon sehen zu können. Kurze Zeit später verschwanden er, sein Flugzeug und die Passagiere spurlos. Das Bermudadreieck Das Bermudadreieck, das auch Teufelsdreieck genannt wird, ist ein Seegebiet, das sich im West-Atlantik nördlich der Karibik befindet. Die Ausrichtung und die Lage des Bermudadreiecks sind nicht genau definiert, es gelten hauptsächlich folgende Positionsangaben: nördlich ist das Bermudadreieck von den Bermuda-Inseln begrenzt, westlich von der in Florida liegenden Stadt Miami und südlich von der Stadt San Juan auf der Insel Puerto Rico.

5 M 4 Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 1: Seifenblasen-Zauberei Zaubern können nur echte Zauberer? Weit gefehlt! Denn bei diesem Experiment werdet ihr in die hohe Kunst der Zauberei eingeführt, und das ist gar nicht schwer: Schülerversuch: Seifenblasen-Zauberei V: 2 min D: 5 min Chemikalien / Gefahrenhinweise Pustefix (Seifenblasen) Geräte 1 pneumatische Wanne (ca. 50 cm x 30 cm x 30 cm) Frischhalte- oder Alufolie Achtung: Ihr dürft die CO 2 -Druckgasflasche nur nach Einweisung durch eine Lehrperson und nur unter deren Aufsicht bedienen! Versuchsdurchführung Befüllt unter Aufsicht eures Lehrers die pneumatische Wanne mit CO 2 aus der Druckgasflasche. Dabei dürft ihr den Gashahn nicht zu stark aufdrehen, damit das ausströmende Gas durch den hohen Druck nicht sofort wieder aus der Wanne herauswirbelt, sondern sich durch langsames Einfüllen in der Wanne sammelt. Stellt euch dann im Abstand von circa 1 m von der Wanne auf und versucht vorsichtig, Seifenblasen in die Wanne zu blasen. Aufgaben 1. Warum könnt ihr mit diesem Chemieversuch zu Zauberern werden? 2. Erklärt die chemischen Hintergründe dieses Zaubertricks. 3. Führt diesen Versuch den anderen Teams eurer Klasse vor: Bereitet den Versuch so vor, dass die Mitschüler, die euch besuchen, nicht sehen können, welches Gas ihr in die pneumatische Wanne füllt. Befüllt dazu die Wanne unter Aufsicht eures Lehrers und deckt die Wanne dann mit einem großen Stück Frischhalte- oder Alufolie ab, damit das CO 2 beim Transport nicht aus der Wanne gewirbelt wird. Nehmt am Experimentierplatz vorsichtig und langsam die Folie von der Wanne ab. Führt dann das Seifenblasen-Experiment vor. Lasst eure Mitschüler Hypothesen abgeben, was die chemischen Hintergründe des verblüffenden Experimentes sind. Löst dann die Hypothesen eurer Mitschüler auf und erklärt den Trick.

6 Hinweiskarten zu M 4 Teil 3 Wenn ihr nicht wisst, wie ihr das unsichtbare CO 2 -Volumen in den Messzylindern bestimmen sollt, helfen euch die folgenden Hinweise. Bearbeitet einen Fall aus vergangenen Zeiten (Hinweis 2) und überlegt, wie ihr dieses Wissen für euer Experiment anwenden könnt! Hinweis 1 Schaut euch noch einmal die besonderen Stoffeigenschaften von CO 2 an. Wie könnte man diese experimentell ausnutzen, um herauszufinden, wie viel CO 2 in den Messzylindern enthalten ist? Hinweis 2 Szene aus einem Weinkeller früherer Zeiten

7 M 4 Stoffeigenschaften der Gase mal anschaulich Teil 4: Der tragische Unfall der Hindenburg Eines der drei von euch untersuchten Gase diente früher Zeppelinen als Treibstoff und verursachte den spektakulären Unfall bei der Hindenburg : Die LZ 129 Hindenburg explodierte am 6. Mai 1937 in Lakehurst (New Jersey, USA). National Archief Aufgaben 1. Findet mithilfe einer Internetrecherche heraus, welches Gas die Hindenburg getankt hatte und was bei diesem Unfall passierte. 2. Bereitet euch auf eine Befragung der anderen Teams eurer Klasse zu diesem Unglücksfall vor: Erzählt euren Mitschülern zunächst die Geschichte des Zeppelins Hindenburg ohne zu erwähnen, welches Gas getankt wurde. Befragt eure Mitschüler, um welches Gas es sich handeln könnte. Diese Vermutungen sollen auch begründet werden.

8 Start Wie wirkt sich CO 2 auf Feuer aus? flammenerstickend Wozu wird CO 2 deshalb im Alltag eingesetzt? Feuerlöschmittel Wie ist die Dichte von CO 2? Die Dichte ist höher als die der Luft. Was passiert mit CO 2 in der Luft? Es sinkt zu Boden. Erstickungsgefahr In vulkanisch aktiven Gebieten wie am Laacher See (Eifel), der Hundsgrotte (Neapel) oder dem Nyos-See (Afrika). Wo kann es durch Gärungsprozesse zu gefährlichen CO 2 - Ansammlungen kommen? Wie kann man erkennen, ob sich viel CO 2 in einem Raum befindet? In Futtersilos oder Weinkellern. Indem man eine brennende Kerze mitnimmt: Erlischt sie, ist viel CO 2 vorhanden. Was besteht in diesen Räumen? Wo in der Umwelt können noch CO 2 - Ansammlungen auftreten? Glimmspanprobe Wie wirkt sich O 2 auf Feuer/Brände aus? Wie wirkt sich H 2 auf Feuer aus? Selbst brennt es nicht, es wirkt im Zusammenhang mit brennbaren Stoffen jedoch brandfördernd. Es verbrennt explosionsartig. Wie nennt man die Nachweis-Reaktion für Sauerstoff? Welchem Luftfahrzeug passierte ein tragischer Unfall, weil sich H 2 entzündete? Dem Zeppelin Hindenburg Wie nennt man die Nachweisprobe für H 2? Knallgasprobe Hat H 2 eine höhere oder eine geringe Dichte als Luft? H 2 hat eine geringere Dichte. Was passiert mit einem H 2 -Ballon in Luft? Er steigt nach oben. Geschafft!!!

9 Erläuterungen und Lösungen Erläuterung (M 1) Die zweite Seite von M 1 kann auf Folie kopiert und mit der Klasse diskutiert werden. Auf Seite 7 wird im letzten Absatz von einem Gas gesprochen. Gas ist in Anführungsstriche gesetzt, da Methan nicht im gasförmigen Zustand im Meeresboden vorkommt, sondern im Hydrat gebunden ist. An dieser Stelle von einem Gashydrat zu sprechen, ist jedoch noch zu früh. Erläuterung (M 2) Es bietet sich an, den ersten Teil des Experiments, die Präsentation der drei Gase in Ballons und Demonstrations-Reagenzgläsern, als stummen Impuls durchzuführen. Lehrerversuch: Eigenschaften von Gasen Vorbereitung: 5 min Durchführung: 2 min Chemikalien / Gefahrenhinweise Wasserstoff-Druckgasflasche (H 2 ) Sauerstoff-Druckgasflasche (O 2 ) Geräte 3 Luftballons in verschiedenen Farben 3 Fäden/Kordel, je ca. 1 m 1 Glimmspan 3 Demo-Reagenzgläser mit 3 Gummistopfen 1 Demo-Reagenzglasständer Feuerzeug Schutzbrille feuerfester Handschuh Schutzkittel Achtung: Den Wasserstoffballon nicht zu groß mit Wasserstoff aufblasen und mit Schutzkittel, feuerfesten Schutzhandschuhen und Schutzbrille mit dem ausgestreckten Arm und einem brennenden Glimmspan zünden. Dabei muss ein Fenster oder eine Tür zum Druckausgleich im Raum geöffnet sein und aus dem gleichen Grund sollten alle Anwesenden im Raum ihren Mund ein Stück weit öffnen, damit der Druck, der auf den Ohren entsteht, entweichen kann. Versuchsdurchführung Die drei Luftballons werden vor dem Unterricht möglichst gleich groß mit jeweils einem der drei Gase aus der Druckgasflasche aufgeblasen, zugeknotet und jeweils an einem Stück Kordel befestigt. Die drei Demo-Reagenzgläser werden auch vor dem Unterricht mit jeweils einem der drei Gase gefüllt und mit je einem Gummistopfen dicht verschlossen. Die drei verschiedenen Gasflaschen und die drei verschiedenen Ballons bleiben zunächst in der Sammlung. In einem Reagenzglasständer werden den Schülern die drei Gasproben präsentiert, Aufgabe 1 wird bearbeitet ( Welche Frage stellt sich beim Betrachten der Gase? ). Dann zeigt die Lehrperson die drei Ballons zunächst nebeneinander, indem die Kordel kurz gehalten werden, und sich alle Ballons in einer Ebene befinden. Dann werden die Ballons an die lange Leine gelassen : Der CO 2 -Ballon sinkt schnell, der O 2 -Ballon etwas langsamer und der H 2 -Ballon steigt nach oben.