Experimente für Schulen Wasser eine kostbare Ressource Inhaltsverzeichnis A. Globales Wasserexperiment: ph of the Planet ph-wert-bestimmung einer Wasserprobe aus einem natürlichen Gewässer mit Bromthymolblau und m-kresolpurpur, Mittelwertbestimmung B. Trinkwasserqualität ja oder nein? Untersuchung von Trinkwasser und Oberflächenwasser 1. ph-wert 2. Elektrische Leitfähigkeit 3. Wasserhärte, Nitrat-, Nitrit- und Sulfatgehalt 4. Phosphatgehalt D. Reinigung eines Modellabwassers 1. Herstellung des Modellabwassers 2. Mechanische Reinigung 3. Chemische Reinigung E. Spannende Wasserversuche 1. Wasser löst Gas 2. Wasser läuft bergauf 3. Salze im Wasser 4. Trocken oder nass? C. Trinkwasserbereitung aus Oberflächenwasser 1. Belüftung und Koagulation 2. Desinfektion mit Chlorbleiche F. Zusätzliche Arbeitsunterlagen 1. Auswertetabelle für Schülerinnen und Schüler 2. Chemikalien- und Materialienliste 3. Inventarliste Dieses Material soll Sie als Lehrer /-in bei der Vorbereitung und Durchführung Ihres Chemieunterrichts unterstützen. Die BASF SE hat die beigefügten Informationen nach bestem Wissen und Gewissen mit großer Sorgfalt zusammengestellt. Wir übernehmen jedoch keine Gewähr weder ausdrücklich noch stillschweigend für die Vollständigkeit oder Richtigkeit dieser Informationen. Bitte berücksichtigen Sie, dass die übermittelten Materialien ausschließlich zur Unterstützung Ihres Chemieunterrichts bestimmt sind, in keiner Weise verändert oder einer kommerziellen Verwertung zugeführt werden dürfen. Auch sind Sie nicht von einer eigenen Prüfung der von uns übermittelten Materialien im Hinblick auf ihre Eignung für die beabsichtigte Verwendung befreit. Die Verwendung der Materialien erfolgt auf Ihre eigene Verantwortung. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 1 BASF SE, 2012
Globales Wasserexperiment Globales Experiment ph of the Planet Materialien: 3 Bechergläser 50 ml Weißes Papier 2 Farbskalen für Indikatoren 1 Glasstab 1 Einmalpipette Oberflächenwasserprobe Bromthymolblau-Lösung (besteht aus 0,1 g Bromthymolblau, 16 ml 0,01 M Natronlauge, 234 ml doppelt dest. Wasser) m-kresolpurpur-lösung (besteht 0,1 g m-kresolpurpur, 26 ml 0,01 M Natronlauge, 224 ml doppelt dest. Wasser) Durchführung: 1. Nummeriere die drei Bechergläser von 1 bis 3 und stelle sie auf das weiße Papier. 2. Pipettiere in die Bechergläser 1 bis 3 je 5 ml frisches Oberflächenwasser. 3. Gib jeweils 3 Tropfen Bromthymolblau-Lösung dazu und rühre mit dem Glasstab um. Reinige den Glasstab mit einem Küchenpapier, damit du ihn wieder verwenden kannst. 4. Vergleiche die Farben mit der Farbskala für Bromthymolblau und notiere die ph-werte. Berechne den Mittelwert. 5. Liegen die ph-werte bei 7,6 oder höher, wiederhole die Versuche mit m-kresolpurpur als Indikator. Benutze dazu die ausgespülten und getrockneten Bechergläser nochmals. 6. Schreibe die ph-werte (Mittelwerte) in eine Gesamttabelle. Aus den Messwerten aller Gruppen berechnen wir den Mittelwert. Entsorgung: Alle Lösungen werden im Behälter für Flüssigkeiten entsorgt. Entsorge die Einmalpipetten im Restmüll. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 2 BASF SE, 2012
Indikator Vergleichsskala Quelle: Globales Experiment im Internationalen Jahr der Chemie ph of the Planet http://www.chemistry2011 Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 3 BASF SE, 2012
Trinkwasserqualität ja oder nein? ph-wert Materialien: 3 Bechergläser 250 ml ph-meter Trinkwasser Oberflächenwasser aus See, Bach Wasser doppelt destilliert! Durchführung: 1. Nummeriere drei Bechergläser von 1 bis 3. 2. Gib in Becherglas 1 etwa 100 ml Trinkwasser. 3. Nimm das ph-meter aus der Aufbewahrungslösung. Spüle die Elektrode gut mit dest. Wasser ab und stelle das ph-meter in das Becherglas 1. Achte darauf, dass das ph-meter weit genug in die Lösung eintaucht.. 4. Lies den ph-wert ab, wenn sich der Wert im Display nicht mehr ändert. 5. Nimm das ph-meter aus dem Becherglas und spüle die Elektrode mit dest. Wasser ab. 6. Gib etwa 100 ml Oberflächenwasser in Becherglas 2 und miss den ph-wert wie oben. 7. Wiederhole die Messung mit 100 ml doppelt destilliertem Wasser in Becherglas 3. 8. Stelle das abgespülte ph-meter in die Aufbewahrungslösung zurück. 9. Notiere die Werte in der Tabelle. Die Wasserproben in den Bechergläsern 1 bis 3 benötigst du noch für die weiteren Untersuchungen. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 4 BASF SE, 2012
Trinkwasserqualität ja oder nein? Auf Grund seines Dipolcharakters ist Wasser ein hervorragendes Lösemittel für viele Gase, Flüssigkeiten und feste Stoffe. Bei seinem Weg durch verschiedene Erdschichten nimmt das Wasser unterschiedliche Stoffe auf, bevor es als Grundwasser, Quellwasser oder Oberflächenwasser zur Trinkwasserversorgung herangezogen wird. Damit es als Lebensmittel verwendet werden kann, wird das Wasser sorgfältig kontrolliert und notfalls aufbereitet. Welche Werte kontrolliert werden und wie hoch die Grenzwerte für bestimmte Stoffe sein dürfen, wird durch die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) festgelegt. Nach der TrinkwV muss Wasser für den menschlichen Gebrauch frei sein von Krankheitserregern, es muss genusstauglich sein und rein. Chemische Stoffe dürfen nicht in Konzentrationen enthalten sein, die gesundheitsschädlich sind. Im Wasser für den menschlichen Gebrauch müssen festgelegte Grenzwerte und Anforderungen für bestimmte Indikatorparameter eingehalten werden. Zu diesen gehören Färbung, Geruch, Trübung, elektrische Leitfähigkeit, ph-wert und Gehalt an Sulfationen. Diese Indikatorparameter müssen routinemäßig untersucht werden. Bei weiteren Parametern ist eine periodische Kontrolle ausreichend. Im Labor untersuchen wir die oben genannten Indikatorparameter, den Gehalt an Nitrat/Nitrit sowie an Phosphat und die Härte einer Trinkwasserprobe und einer Oberflächenwasserprobe. ph-wert Ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der Wasserqualität ist der ph-wert. Dieser ist ein Maß dafür, wie sauer oder wie basisch eine Wasserprobe ist. Die ph-wert-skala reicht von 0 (stark sauer, z. B. Salzsäure, Schwefelsäure) bis 14 (stark basisch, z. B. Natronlauge). Reines Wasser hat einen ph-wert von 7 (neutral), und auch Trinkwasser sollte einen ph-wert um den Neutralpunkt aufweisen. konzentrierte schwache neutral schwache starke Säure Säure Lauge Lauge Quelle: http://www.chemistry2011.org/system/documents/63/original/ph_experiment_1-12-2010.pdf Wasser hat die Eigenschaft, Kohlenstoffdioxid aus der Luft aufzunehmen und zu lösen. Die dabei entstehende Kohlensäure senkt den ph-wert des Wassers. H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O+ + HCO 3 HCO 3 + H 2 O H 3 O + + CO 3 2 Wasser, das mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft im Gleichgewicht steht, zeigt einen ph-wert von 5,6, reagiert also schwach sauer. Natürlich sich bildende Stickstoff- und Schwefeloxide können den ph-wert von Wasser bis auf 4,6 ph senken. Anthropogene Verunreinigungen können den Effekt noch verstärken, so dass ein ph-wert < 4 erreicht wird (saurer Regen). Zu saures Trinkwasser greift die Rohrleitungen an und wird durch herausgelöste Metallionen verunreinigt. Ist der ph-wert in den basischen Bereich (> 7) verschoben, so ist das ein Hinweis auf zu starkes Pflanzenwachstum im Ökosystem oder auf Verunreinigungen wie Waschlaugen. Art des Wassers ph-wert Regenwasser (mit SO 2 und NO x verunreinigt) 2,5 Grundwasser 5,0 7,5 Grenzwert in Trinkwasserverordnung 6,5 9,5 Trinkwasser Normalwert 6,5 8,5 Meerwasser 8,0 9,0 Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 5 BASF SE, 2012
Trinkwasserqualität ja oder nein? Elektrische Leitfähigkeit Materialien: 1 Becherglas 250 ml Leitfähigkeitsmessgerät Trinkwasserprobe (Becherglas 1) und Oberflächenwasserprobe (Becherglas 2) aus ph-wert-messung Kochsalzlösung 0,1%ig in Wasser Dest. Wasser in der Spritzflasche Durchführung: 1. Schalte das Leitfähigkeitsmessgerät ein. 2. Tauche das Messgerät in die Trinkwasserprobe in Becherglas 1. Achte darauf, dass die Elektrode weit genug eintaucht. 3. Lies den Wert [ms/cm] im Display ab, sobald er stabil ist. Notiere auch die angezeigte Temperatur. 4. Nimm das Messgerät aus dem Becherglas und spüle die Elektrode mit dest. Wasser aus der Spritzflasche ab. 5. Messe ebenso die Leitfähigkeit des Oberflächenwassers in Becherglas 2 und spüle die Elektrode erneut mit dest. Wasser ab. 6. Gib etwa 100 ml 0,1%ige Kochsalzlösung in ein neues Becherglas (beschrifte das Becherglas mit 4 ) und wiederhole die Leitfähigkeitsmessung. 7. Spüle die Elektrode mit dest. Wasser aus der Spritzflasche ab und stelle das Messgerät wieder in die Aufbewahrungslösung. 8. Notiere alle Werte in der Tabelle. Die Wasserproben 1 und 2 benötigst du noch für die weiteren Untersuchungen. Entsorgung: Gib das Spülwasser in den Abguss. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 6 BASF SE, 2012
Trinkwasserqualität ja oder nein? Wasserhärte, Nitrat-, Nitrit- und Sulfatgehalt Materialien: Stoppuhr 5 Bechergläser 50 ml Trinkwasserprobe und Oberflächenwasserprobe Dest. Wasser Kaliumnitrat-Testlösung (100 mg in 1 l Wasser) Natriumsulfat-Testlösung (1 g in 1 l Wasser) Teststäbchen für Wasserhärte, Teststäbchen für Nitrat/ Nitrit und Teststäbchen für Sulfat Durchführung: 1. Beschrifte die Bechergläser von 1 bis 5. 2. Teste 20 ml Trinkwasser (Becherglas 1), 20 ml Oberflächenwasser (Becherglas 2) und 20 ml dest. Wasser (Becherglas 3) mit den Wasserhärte-Teststäbchen. Gehe dabei vor, wie auf der Verpackung abgebildet. Notiere die Werte. 3. Teste 20 ml Trinkwasser (Becherglas 1), 20 ml Oberflächenwasser (Becherglas 2) und 20 ml Kaliumnitrat-Testlösung (Becherglas 4) mit den Nitrat/Nitrit-Teststäbchen. Gehe dabei vor, wie auf der Verpackung abgebildet. Notiere die beiden Werte für Nitrit und Nitrat in der Tabelle. 4. Teste 20 ml Trinkwasser (Becherglas 1), 20 ml Oberflächenwasser (Becherglas 2) und 20 ml Natriumsulfat-Testlösung (Becherglas 5) mit den Sulfat-Teststäbchen. Gehe dabei vor, wie auf der Verpackung abgebildet. Notiere die Werte. 5. Vergleiche die erhaltenen Werte mit den maximalen Werten aus der Trinkwasserverordnung. Die Wasserproben in den Bechergläsern 1 und 2 benötigst du noch für die nächste Untersuchung. Entsorgung: Leere die Bechergläser 3 bis 5 in den Abguss. Werfe die Teststäbchen in den Restmüll. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 7 BASF SE, 2012
Trinkwasserqualität ja oder nein? Phosphatgehalt Materialien: 3 Einmalpipetten Prüfgefäß 3 Bechergläser 50 ml Stoppuhr Weißes Papier Trinkwasserprobe (Becherglas 1) und Oberflächenwasserprobe (Becherglas 2) aus Nitrat- und Sulfatgehaltbestimmung Dinatriumhydrogenphosphat-Lösung 0,01 M als Standard Reagenz P-1 (Aquamerck) (reizend Xi) Reagenz P-2 (Aquamerck) (reizend Xi) Dest. Wasser aus der Spritzflasche Durchführung: 1. Fülle 10 ml Trinkwasser (aus Becherglas 1) mit einer Einwegpipette in ein neues Becherglas (beschriftet mit 1A) und lasse die Pipette im Becherglas stehen. 2. Fülle 10 ml Oberflächenwasser (aus Becherglas 2) mit einer neuen Einwegpipette in ein neues Becherglas (beschriftet mit 2A) und lasse die Pipette im Becherglas stehen. 3. Gib 10 ml Phosphat-Standard mit einer weiteren Einwegpipette in ein weiteres Becherglas, welches du vorher mit 3A beschriftet hast. Lasse die Pipette im Becherglas stehen. 4. Tropfe je 10 Tropfen Reagenz P-1 in die drei Bechergläser 1A, 2A und 3A und rühre mit den Einwegpipetten um. 5. Gib dann je 10 Tropfen Reagenz P-2 in die drei Bechergläser und verrühre erneut. Lass die drei Reagenzgläser 10 Minuten stehen (Stoppuhr!). 6. Gib mit der Einwegpipette den Inhalt des Becherglases 1A in das Prüfgefäß. Halte das weiße Papier hinter das Prüfgefäß und ordne die Farbe der Messlösung einer Farbzone der P-Skala zu. Lies den Messwert in ppm (mg/l) ab (Achtung: hierbei die richtige Skala verwenden!) oder schätze einen Zwischenwert ab. Um den Gehalt an Phosphat zu erhalten, multipliziere den Wert mit dem Faktor 1,34. Notiere den Wert. 7. Schütte das Wasser aus dem Prüfgefäß in den Abguss und spüle das Prüfgefäß mit dem dest. Wasser aus der Spritzflasche gut aus. 8. Gib nun mit der Einmalpipette das Oberflächenwasser (Becherglas 2A) in das Prüfgefäß und notiere auch hier wieder den abgelesenen Wert. Rechne um, wie unter Punkt 5 beschrieben. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 8 BASF SE, 2012
Durchführung: (Fortsetzung) 9. Zuletzt füllst du das Prüfgefäß noch mit der Dinatriumhydogenphosphat- Standardlösung aus Becherglas 3A und notierst den umgerechneten Wert. 10. Vergleiche die erhaltenen Werte mit den maximalen Werten aus der Trinkwasserverordnung. Entsorgung: Schütte die Flüssigkeiten in den Abguss. Spüle das Prüfgefäß gut mit dest. Wasser aus der Spritzflasche aus und stelle es zurück. Vergleiche alle erhaltenen Werte mit den Grenzwerten für Trinkwasser in der Trinkwasserverordnung (siehe Auswertetabelle). Hat das Oberflächenwasser Trinkwasserqualität? Welcher Reinigungsschritt wäre unbedingt noch erforderlich, bevor man das Wasser als Trinkwasser verwenden könnte? Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 9 BASF SE, 2012
Trinkwasserbereitung aus Oberflächenwasser Belüftung und Koagulation (Ausflockung) Materialien: Flasche 250 ml Trichter 3 Bechergläser 250 ml Spatel Filterpapier Glasstab ph-papier Schmutziges Oberflächenwasser Alaun Durchführung: 1. Gib 100 ml des schmutzigen Oberflächenwassers in die Flasche, verschließe sie und schüttle sie 30 Sekunden lang. 2. Gieße das durchgeschüttelte Oberflächenwasser in eines der beiden Bechergläser. Gieße es jetzt um in das andere Becherglas. Wiederhole diesen Vorgang insgesamt 10 Mal. Das Wasser sollte jetzt genügend Sauerstoff aufgenommen haben (Belüftung). 3. Gib eine kleine Spatelspitze Alaun zum belüfteten Wasser. Rühre mit dem Glasstab kurz um. 4. Prüfe den ph-wert. Er sollte zwischen 4 und 6 liegen. 5. Rühre das Gemisch 5 Minuten lang langsam mit dem Glasstab um. 6. Lasse das Wasser 10 Minuten stehen (Koagulation). 7. Filtriere die überstehende Lösung (ca. zwei Drittel) über einen Trichter mit Filterpapier in ein Becherglas. 8. Vergleiche das behandelte Oberflächenwasser mit dem ursprünglichen Wasser. Was beobachtest du? Das behandelte Wasser im Becherglas benötigst du noch für den nächsten Versuch. Entsorgung: Entsorge Filterpapier und ph-papier im Restmüll. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 10 BASF SE, 2012
Trinkwasserbereitung Aus Tiefbrunnen gefördertes Grundwasser ist normalerweise unbedenklich für unsere Gesundheit. Es kann aber, je nach Bodenbeschaffenheit, unerwünschte Stoffe wie Eisen oder Mangan enthalten. Eisenhaltiges Wasser ist braun gefärbt und schmeckt schlecht. Solche unerwünschten Stoffe werden bei der Trinkwasseraufbereitung abgetrennt. Oberflächenwasser aus Flüssen oder Seen muss einer aufwendigeren Aufarbeitung unterzogen werden. Je nach Beschaffenheit des Rohwassers werden verschiedene Reinigungsverfahren eingesetzt: Mechanische Reinigung des Rohwassers über Siebe und Rechen trennt Feststoffe über 1 mm Größe ab. Zugabe von Ozon zerstört Algen und tötet Krankheitserreger, organische Verbindungen werden abgebaut. Belüftung: Das Wasser wird fein zerstäubt und nimmt dadurch Sauerstoff auf. Dabei können im Wasser enthaltene übel riechende Gase entweichen und die nachfolgende Flockung wird verbessert. Flockung: Flockungsmittel (z. B. Alaun, Eisensalze) werden zugegeben. Die entstehenden Flocken binden Verunreinigungen wie Tonteilchen, Schwermetalle und Mikroorganismen. Die Flocken setzen sich ab (sedimentieren) und werden abgetrennt. Aktivkohlefilter wirken wie Schwämme und halten gesundheitsschädliche organische Stoffe zurück. Desinfektion: Durch Zugabe von Chlor werden im Wasser enthaltene gesundheitsschädliche Keime abgetötet. Wasserwerke setzen dem Trinkwasser so viel Chlor zu, dass nach Abtöten der Keime und Oxidation noch vorhandener organischer Verbindungen ein geringer Überschuss an freiem Chlor vorhanden ist, der das Wachstum von Bakterien in den Rohrleitungen beim Transport zum Verbraucher verhindert. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 11 BASF SE, 2012
Trinkwasserbereitung Desinfektion mit Chlorbleiche Materialien: Einmalpipetten Glasstab Becherglas 50 ml Küchenpapier Behandeltes Oberflächenwasser im Erlenmeyerkolben aus Belüftungs- und Koagulationsversuch Chlortesmo-Papier Natriumhypochlorit-Lösung (0,5% aktives Chlor) Gefahr Durchführung: 1. Gib 30 ml des behandelten Oberflächenwassers aus dem Erlenmeyerkolben in das Becherglas. 2. Gib 1 Tropfen Natriumhypochlorit-Lösung dazu und rühre mit dem Glasstab um. 3. Teste auf freies Chlor, indem du ein Stück Chlortesmo-Papier auf die Papierunterlage legst und kurz mit dem Glasstab zuerst in die Wasserprobe tauchst und dann auf das Chlortesmo-Papier tupfst. Wenn kein freies Chlor angezeigt wird (keine Blaufärbung), gib noch einen Tropfen Hypochlorit-Lösung zum Wasser, rühre um und teste erneut, indem du wieder einen Tropfen auf das Chlortesmo-Papier gibst. 4. Beende die Natriumhypochlorit-Zugabe, wenn das Chlortesmo-Papier freies Chlor anzeigt (je nach Konzentration Blau- oder Weißfärbung). Das Trinkwasser ist nun keimfrei. Entsorgung: Schütte alle Wasserreste in den Abguss. Entsorge die Einmalpipette und die Papierunterlage mit Chlortesmo-Papier im Restmüll. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 12 BASF SE, 2012
Reinigung eines Modellabwassers Herstellung eines Modellabwassers Trinkwasser ist nach Gebrauch meist verschmutzt und kann eine Vielzahl verschiedener Stoffe enthalten, z. B. Gelöste Stoffe: Feste Stoffe: Salze (Kochwasser), Phosphate (Waschmittel), Farbstoffe (Tinte, Gemüsewasser, Tee, Kaffee), Tenside (Spülmittel, Waschpulver), Öle und Fette (Küche) Sand, Erde, Holz, Laub, Teeblätter, Kaffeepulver, Nahrungsmittelreste, Papier, Kunststoffverpackungen, Haare Materialien: Becherglas 400 ml Glasstab Einmalpipette Becherglas 50 ml Spatel Dinatriumhydrogenphosphat-Lösung 0,01 M Sägespäne, Sand Kunststoffgranulat, Papierschnipsel Rapsöl Waschpulver E 133 Brilliantblau-Lösung (fertige Lösung: 0,1g /100 ml Wasser) Durchführung: 1. Gib 200 ml der Dinatriumhydrogenphosphat-Lösung in das 400-ml-Becherglas. 2. Pipettiere 10 ml Rapsöl mit der Einmalpipette dazu. 3. Benutze die bereitgestellten Materialien (siehe Liste), um ein Modellabwasser herzustellen. Verwende vom Waschpulver nur eine kleine Spatelspitze voll. 4. Gib einen Tropfen blaue Lebensmittelfarbe dazu, damit das Wasser hellblau gefärbt ist. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 13 BASF SE, 2012
Durchführung: (Fortsetzung) 5. Rühre das Modellabwasser mit dem Glasstab gut um. 6. Fülle ungefähr 20 ml davon in ein 50-ml-Becherglas ab, damit du nach allen Reinigungsschritten einen Vergleich hast. Beschrifte das Becherglas. 7. Mache vorsichtig eine Geruchsprobe. 8. Überlege, wie du die einzelnen Stoffe abtrennen kannst. Reinigungsmethode Abgetrennte Verschmutzungen Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 14 BASF SE, 2012
Reinigung eines Modellabwassers Mechanische Reinigung Materialien: 3 Bechergläser 250 ml Sieb und Glasstab Trichter mit Faltenfilter Scheidetrichter Modellabwasser Aktivkohle Durchführung: 1. Lasse das Modellabwasser absitzen und dekantiere die Flüssigkeit vorsichtig in ein 250-ml-Becherglas. Versuche dabei, die schwimmenden Feststoffe mit einem Glasstab zurückzuhalten. 2. Sind noch grobe Verschmutzungen im Modellabwasser enthalten, so gieße es durch ein grobes Sieb in ein neues Becherglas. 3. Gib das Abwasser in einen Scheidetrichter. Warte, bis sich zwei Phasen gebildet haben und lasse dann die untere Phase in ein neues Becherglas ablaufen. 4. Enthält das Abwasser noch Schwebstoffe (Trübung), dann filtriere es über den Trichter mit einem Faltenfilter in ein weiteres Becherglas. 5. Zeigt das Abwasser noch Verfärbungen, dann gib eine kleine Spatelspitze mit Aktivkohle dazu, rühre gut um und filtriere noch einmal in ein Becherglas. 6. Was ist jetzt noch im Modellabwasser vorhanden? 7. Wie riecht das Wasser jetzt? Das mechanisch gereinigte Abwasser wird noch benötigt und weiter chemisch aufgereinigt! Entsorgung: Filterpapiere und Feststoffe können im Restmüll entsorgt werden. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 15 BASF SE, 2012
Was wurde abgetrennt? Reinigungsmethode Abgetrennte Verschmutzungen Absetzen lassen und dekantieren Abrechen (Zurückhalten mit dem Glasstab) Sieben Abschöpfen oder Trennen im Scheidetrichter Filtrieren Behandlung mit Aktivkohle Was bleibt zurück? Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 16 BASF SE, 2012
Reinigung eines Modellabwassers Chemische Reinigung Materialien: 2 Bechergläser 250 ml Trichter Faltenfilter Glasstab ph-papier Modellabwasser nach mechanischer Reinigung Eisen(III)sulfat-Lösung (1%ig) Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung 0,1%ig) Durchführung: 1. Gib 100 ml mechanisch gereinigtes Modellabwasser in ein Becherglas. 2. Gib 10 ml Eisensulfat-Lösung dazu und schwenke das Becherglas leicht. Messe den ph-wert. Sollte dieser größer als ph 6 sein, gib noch 2 ml Eisensulfat-Lösung dazu und kontrolliere erneut. Lasse 5 Minuten absitzen. 3. Trenne den Niederschlag durch Filtrieren über einen Trichter mit Faltenfilter ab. 4. Prüfe den ph-wert im Filtrat. 5. Liegt der ph-wert unter einem Wert von 6, muss die Lösung neutralisiert werden. 6. Gib unter Rühren tropfenweise Kalkwasser dazu, bis ein ph-wert zwischen 6 und 7 erreicht ist. 7. Vergleiche Aussehen und Geruch des gereinigten Wassers mit dem ursprünglichen Modellabwasser. Das gereinigte Wasser könnte jetzt bspw. in einen See geleitet werden. Entsorgung: Alle Wasserreste mit festen Stoffen werden über ein Sieb in den Sammelbehälter für Flüssigkeiten geschüttet. Die Feststoffe kommen in den Feststoff-Sammelbehälter. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 17 BASF SE, 2012
Spannende Wasserexperimente Wasser löst Gas Wasser löst Gas Materialien: Erlenmeyerkolben 100 ml PET-Flasche 500 ml (oder anderes Gefäß mit schmaler Öffnung) Spatel Messzylinder 50 ml Luftballon Citronensäure-Lösung 0,5 M in Wasser Gefahr Natriumhydrogencarbonat (Natron) Bromthymolblau-Lösung (besteht aus 0,1 g Bromthymolblau, 16 ml 0,01 M Natronlauge, 234 ml doppelt dest. Wasser) Oberflächenwasserprobe Durchführung: 1. Fülle die PET-Flasche zu einem Drittel mit Trinkwasser. Gib fünf Tropfen Bromthymolblau-Lösung dazu. 2. Miss mit einem Messzylinder 30 ml Citronensäure-Lösung ab und fülle sie in den Erlenmeyerkolben. 3. Fülle 2 Spatel voll Natron in den Luftballon. Stülpe den Luftballon so über die Öffnung des Erlenmeyerkolbens, dass kein Natron in den Kolben fällt. 4. Hebe den Luftballon nun an, so dass das Natron in den Erlenmeyerkolben rieselt. Was geschieht? 5. Drehe den gefüllten Luftballon vorsichtig zu und nimm ihn von der Kolbenöffnung. 6. Lass das Gas aus dem Luftballon langsam in die PET-Flasche strömen. 7. Verschließe die PET-Flasche und schüttle sie einige Male kräftig. Was beobachtest du? Entsorgung: Alle Flüssigkeiten können in den Sammelbehälter für Flüssigkeiten geschüttet werden. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 18 BASF SE, 2012
Spannende Wasserexperimente Adhäsion Kohäsion Kapillareffekt Wasser läuft bergauf Materialien: Große Petrischale 2 Glasplatten Hebebühne Gummiband 2 Bechergläser 250 ml Trinkhalm, Zahnstocher E 133: Brilliantblau- Lösung (fertige Lösung: 0,1 g /100 ml Wasser) Trinkwasser Durchführung: Adhäsion 1. Fülle die Petrischale 1 cm hoch mit Wasser und gib einen Tropfen blaue Lebensmittelfarbe dazu. 2. Lege die Glasplatten aufeinander. Schiebe auf einer Seite einen Zahnstocher dazwischen und fixiere die Glasplatten mit dem Gummiband. 3. Stelle die Glasplatten senkrecht in die Petrischale. Was beobachtest du? Kohäsion 1. Fülle ein Becherglas mit etwa 200 ml Trinkwasser und stelle es auf die hochgedrehte Hebebühne. 2. Stelle das zweite Becherglas zum Auffangen des Wassers vor die Hebebühne. 3. Fülle nun den Trinkhalm mit Wasser, indem du ihn unter Wasser tauchst und die beiden Enden gleichzeitig mit den Fingern verschließt. Tauche die kürzere Seite des Trinkhalms in das Becherglas mit Wasser; die längere Trinkhalmseite ist auf das leere Becherglas gerichtet. Gib die Trinkhalmenden frei. Was beobachtest du? Entsorgung: Gieße die Farblösung in den Sammelbehälter für Flüssigkeiten. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 19 BASF SE, 2012
Spannende Wasserexperimente Nachweis von Wasser Trocken oder nass? Materialien: Becherglas 50 ml Einmalpipetten Spatel Kupfersulfat wasserfrei Wasser, Öl, Spülmittel, Seife Gemüse- und Obststücke, Laub, Lebensmittel Durchführung: 1. Gib etwas weißes Kupfersulfat in das Becherglas. 2. Tropfe mit einer Pipette etwas Wasser darauf. 3. Wiederhole die Schritte 1 und 2 mit den anderen Flüssigkeiten. 4. Lege ein kleines Stückchen Obst oder einen anderen Feststoff in das Becherglas. 5. Gib etwas Kupfersulfat auf den Feststoff. 6. Notiere die Ergebnisse in einer Tabelle. Entsorgung: Werfe alle Feststoffe in den Feststoffmüll. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 20 BASF SE, 2012
Spannende Wasserexperimente Salze im Wasser Salze im Wasser Materialien: 2 Abdampfschalen 1 Messzylinder 10 ml Vierfuß Magnesiastäbchen Feuerzeug Ceranplatte Siedesteine Bunsenbrenner Spatel Becherglas 50 ml Tüpfelplatte (oder andere Unterlage) Holzklammer Trinkwasserprobe (BG 1) und Oberflächenwasserprobe (BG 2) aus ph-messung Destilliertes Wasser Natriumsalz, Kaliumsalz, Abzug Durchführung: 1. Messe 10 ml Trinkwasser in eine Abdampfschale und gib einen Siedestein dazu. 2. Stelle die Schale auf die Ceranplatte mit Vierfuß. Stelle den Bunsenbrenner unter den Vierfuß. 3. Dampfe die Wasserprobe völlig ein. 4. Wiederhole die Schritte 1 bis 4 mit Oberflächenwasser. 5. Vergleiche die Rückstände. 6. Kratze die Rückstände jeweils vorsichtig zu einem kleinen Häufchen zusammen. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 21 BASF SE, 2012
Durchführung: (Fortsetzung) Flammenprobe 7. Gib in das 50-ml-Becherglas etwas destilliertes Wasser. 8. Gib etwas Natriumchlorid und Kaliumchlorid in je eine Vertiefung der Tüpfelplatte (oder andere Unterlage). 9. Erhitze ein Magnesiastäbchen (mit der Holzklammer halten!) in der heißesten Zone der Brennerflamme bis zur Rotglut. 10. Befeuchte das Magnesiastäbchen kurz im Becherglas mit destilliertem Wasser. Nimm dann eine kleine Portion Kaliumsalz damit auf und verbrenne sie in der Brennerflamme. 11. Wiederhole die Schritte 11 und 12 mit Natriumsalz und dann jeweils mit dem Rückstand der Trinkwasserprobe und der Oberflächenwasserprobe. 12. Notiere alle Ergebnisse in der Tabelle. Entsorgung: Alle Feststoffe können mit Wasser in der Spüle abgewaschen werden. Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 22 BASF SE, 2012
Auswertetabelle für Schülerinnen und Schüler Parameter Trinkwasser Normalwert Grenzwert in Oberflächen- Standard [Einheit] aus. Trinkwasser- wasser aus verordnung* ph-wert 6,5 8,5 6,5 9,5 Doppelt destilliertes Wasser Leitfähigkeit 0,4 2,5 Kochsalzlösung [ms/cm] Wasserhärte [ d] 5 15 Keine Kein Standard 1 d = 10 mg 0 8,4 : weich Angabe Calciumoxid pro 8,4 14: mittel Liter Wasser > 14: hart Nitrat [mg/l] 5 30 50 Kaliumnitratlösung Nitrit [mg/l] 0,5 Kein Standard Sulfat [mg/l] 10 60 240 Natriumsulfatlösung Phosphat [mg/l] < 0,03 6,7 Dinatriumhydrogenphosphatlösung * http://de.wikipedia.org/wiki/ Trinkwasserverordnung BASF Teens Lab / Experimente zum Thema Wasser 2012
Chemikalien und Materialien für das Wasserprojekt 1. Bromthymolblau-Lösung: 0,1g Bromthymolblau in 16 ml 0,01M Natronlauge lösen und mit 234 ml doppelt dest. Wasser auffüllen (Fluka Best.-Nr. 3271) 2. m-kresolpurpur-lösung: 0,1g m-kresolpurpur in 26 ml 0,01M Natronlauge lösen und mit 224 ml doppelt dest. Wasser auffüllen (Sigma-Aldrich Best- Nr. 857890) 3. Kochsalzlösung 0,1%ig 4. Kaliumnitratlösung: 100 mg in 1 l Wasser 5. Natriumsulfatlösung 1g in 1 l Wasser 6. Dinatriumhydrogenphosphat 0,01 molar 7. Alaun: pro Versuch nur eine Spatelspitze notwendig 8. Natriumhypochlorid-Lösung in Wasser: 0,5 %ig (z. B. im Haushaltsreiniger oder bei Sigma-Aldrich Best.-Nr. 239305) 9. E 133 Brilliantblaulösung: 0,1g in 100 ml Wasser (Brilliantblau = Erioglaucine Dinatriumsalz Sigma-Aldrich Best.-Nr. 861146) 10. Aktivkohle (auch Aktivkohletabletten aus der Apotheke möglich) 11. Eisen(III)-sulfat-Lösung 1%ig in Wasser 12. Kalkwasser 0,1%ig 13. Citronensäurelösung 0,5 molar in Wasser 14. Natriumhydrogencarbonat 15. 1,5-l-Trinkwasser- und 3-l-Oberflächenwasserprobe 16. Kupfersulfat wasserfrei 17. Phosphattest mit Reagenz P1 und P 2 (erhältlich unter www.merck-chemikals.com gemeinsam mit dem Sulfat-, Nitrat-, Nitrit-, Sauerstoff- und Aquadur-Tests im Kompaktlabor für Wasseruntersuchungen Aquamerck Best.-Nr. 111151 oder einzeln als Phosphattest Best.-Nr. 111138) 18. Sulfat-Teststäbchen (Best.-Nr. 110019 bei Merck) 19. Nitrat-Teststäbchen (Best.-Nr. 110092 bei Merck) 20. Aquadur-Testtstäbchen zur Bestimmung der Wasserhärte (Bestellung bei Macherey-Nagel und weiteren Herstellern über Internet möglich) 21. ph-papier (Streifen) 22. Chlortesmo-Papier (Bestellung z. B. bei Macherey-Nagel Best.-Nr. 90603 oder anderen Herstellern über Internet) 23. Natriumchlorid und Kaliumchlorid 24. Waschpulver, Spülmittel, Seife, Rapsöl, Sägespäne, Sand, Kunststoffgranulat, Konfetti, Gemüse, Obst, Laub, div. Lebensmittel 25. Wasser destilliert und doppelt destilliert Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 24 BASF SE, 2012
Inventarliste Wasserprojekt Um alle Versuche in einer Lerneinheit durchzuführen, benötigt man folgende Glasgeräte pro Gruppe: 5 Bechergläser 250 ml 5 Bechergläser 50 ml 1 Petrischale (Ø 9 cm) 1 ph-meter und Leitfähigkeitsmessgerät 1 ph-farbskala Bromthymolblau s. Skript 1 ph-farbskala m-kresolpurpur s. Skript 1 Stoppuhr 1 Erlenmeyerkolben (Enghals) 100 ml 1 Pulvertrichter klein 1 Trichter Kunststoff 3 Faltenfilter 1 Luftballons 1 Messzylinder 50 ml 1 Siebe 2 Glasplatten (6,5 x 9 cm) z. B. aus einem Bilderrahmen 1 Strohhalm 1 Gummiband 1 Zahnstocher 1 Vierfuß und Ceranplatte 1 Bunsenbrenner 1 Abdampfschale 1 Tüpfelplatte oder andere Unterlage 1 Magnesiastäbchen 1 Holzklammer 1 Glasstab, Spatel und Einwegpipetten 1 Flasche 250 ml 1 Becherglas 400 ml 1 Scheidetrichter 250 ml und Ringe/Muffen 1 Hebebühne 1 PET-Flaschen 500 ml 1 Spritzflaschen mit dest. Wasser Teens Lab /Experimente zum Thema Wasser Seite 25 BASF SE, 2012