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Experimentalvortrag „Lebensquell Wasser“

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Experimentalvortrag „Lebensquell Wasser“. Referentin: Anne Wehner. 10.05.07. Inhalt. Wasser – ohne geht nichts Wasser unter der Lupe Wasser und Eis Rund ums Trinkwasser Wasserhärte Wassersynthese Qualitativer Wassernachweis Mangelware: Wasser Schulbezug. 1. Wasser – ohne geht nichts.

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Presentation Transcript
experimentalvortrag lebensquell wasser
Experimentalvortrag„Lebensquell Wasser“

Referentin: Anne Wehner

10.05.07

inhalt
Inhalt
  • Wasser – ohne geht nichts
  • Wasser unter der Lupe
  • Wasser und Eis
  • Rund ums Trinkwasser
  • Wasserhärte
  • Wassersynthese
  • Qualitativer Wassernachweis
  • Mangelware: Wasser
  • Schulbezug
1 wasser ohne geht nichts
1. Wasser – ohne geht nichts

Die wichtigste Substanz der Welt

  • klare, geschmacks- und geruchslose, farblose Flüssigkeit
  • hohe Lichtdurchlässigkeit
  • bedeckt 70% unserer Erde (97% Salz- und 3% Süßwasser)
  • flüssig bei 0°C bis 100°C
experiment 1 tanzender wassertropfen

Wasser – ohne geht nichts

Experiment 1: Tanzender Wassertropfen
  • Erklärung:
  • Wasser siedet bei 100 °C und geht dabei in Wasserdampf über.
  • Wassertropfen auf Herdplatte (> 100 °C)  Sieden an Berührungszone
  • Dampf hebt Tropfen hoch
  • Tropfen fährt wie Luftkissenboot auf Herdplatte herum - angetrieben vom Dampf
  • Dampf entweicht  Tropfen sinkt wieder ab
  • Tropfen bildet wieder etwas Dampf und hebt sich wieder - und so weiter.
slide5

Wasser – ohne geht nichts

  • Bestandteil aller Lebewesen (Mensch: 75%; Qualle: 99%)
  • guter Wärmespeicher (Bsp.: Bodensee - Zitrusfrüchte Insel Mainau,
  • Treibhausgas – erhöht in Atm. (5 Vol-%) Temp. von –18 auf 15°C)
  • gutes Lösungsmittel für Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe
  • (z.B.: Salze für Nährstofftransport, Sauerstoff für Atmung von Fischen)
experiment 2 in wasser l st sich luft

Wasser – ohne geht nichts

Experiment 2: In Wasser löst sich Luft

Info

Fische benötigen zum Leben Luft

In 100 mL Wasser lösen sich bei 0 °C 4,91 ml, bei 20 °C 3,11 mL Sauerstoff bzw. Luft.

je höher die Temperatur, um so weniger Sauerstoff löst sich  Im Sommer sterben oft Fische an Sauerstoffmangel

Sauerstoff: Bildung von Wasserpflanzen und Algen

Lösen aus Luft an Wasseroberfläche

Versuchsaufbau

slide7

Wasser – ohne geht nichts

  • Wasser liefert Sauerstoff für Pflanzen und Bakterien bei Photosynthese
  • natürliche Umwelt: Verteilungs- und Transportmittel
demonstration 1 pflanzenf rben

Wasser – ohne geht nichts

Demonstration 1: Pflanzenfärben

Was ist passiert?

Blumen verfärben sich  mit Wasser haben sie auch Farbpartikel durch Stengel aufgesogen

Deutung:

Pflanzen brauchen Wasser zum Leben, z.B. für Photosynthese

Wasser ist Transportmittel für wichtige Nährstoffe

Versuchsaufbau

experiment 3 leitet wasser den strom

Wasser – ohne geht nichts

Experiment 3: Leitet Wasser den Strom?

Ergebnis:- reines Wasser leitet elektrischen Strom nicht

- minimale Mengen von gelöstem Salz machen es leitend

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Wasser – ohne geht nichts

Alltagsbezug:

Mensch: Salz in unserem Körper wichtig für Funktion von Nerven und Muskeln – Nerven = elektrischer Leiter, Blut = Salzlösung  elektrische Ströme und Spannungsschwankungen

Körperschweiß, Leitungswasser = Salzlösung  Achtung! Mit Netzspannung betriebe elektrische Geräte (Fön, Radio, Lampen usw.) niemals in Nähe von offenem Wasser (Badewanne, Dusche, Waschbecken)

Fische (z.B. Zitteraal, Zitterrochen): Aufbau von elektrischer Spannung in Nerven und Muskeln  Verjagung von Feinden und Beutefang mit elektrischen Stromschlägen

Zitterrochen (oben) und Zitteraal (rechts)

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Wasser – ohne geht nichts

  • Im Wasser laufen ständig Säure/Base- Reaktionen ab
  • Beispiele für chemische Reaktionen mit Wasser als Reaktionspartner:
  • Photosynthese:  6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2
  • Auflösen von Kalk:   CaCO3 + CO2 + H2O  Ca (HCO3)2
  • Saurer Regen:      SO2 + 2H2O  H3O+ + (HSO3)-
  • Bildung von Mineralwasser: CO2 + 2H2O  H3O+  + (HCO3)-
experiment 4 brausepulver

Wasser – ohne geht nichts

Experiment 4: Brausepulver

Zitronensäure hat 3 COOH-Gruppen  Bildung von 3 H3O+- Ionen:

H3O+- Ionen reagieren mit HCO3– Ionen des Soda unter Bildung von CO2  und H2O:

H3O+  +    HCO3-H2O  +  CO2  (Schaum)

Bildung von Kohlensäure: H2O + CO2 H2CO3

Gesamtreaktion: NaHCO3 + C6H8O7 → NaC6H7O7+ H2O + CO2

Kälte

Wärme

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Wasser – ohne geht nichts

Wasser hat viele Gesichter

Einzige Substanz, die in allen drei Aggregatzuständen vorkommt

experiment 5 gasf rmiges wasser

Wasser – ohne geht nichts

Experiment 5: Gasförmiges Wasser

Erklärung:

Austritt von Wasserdampf  Luft verdrängt und durch Wasserdampf von 100° C ersetzt

Kontakt mit kaltem Wasser  Kondensation Wasserdampf  Bildung Unterdruck  Implodierung der Dose

Da das Wasser eine träge Masse darstellt, wird es nur untergeordnet in die Dose eingesogen

Alltag:

Wechselspiel von überhitztem Wasser und Wasserdampf ist Funktionsprinzip eines Geysirs.

Geysir

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Wasser – ohne geht nichts

  • Wasserkreislauf
  • durch Verdunstung (haupts. Meeresoberfläche) gelangt Wasser als Luftfeuchtigkeit in Atmosphäre
  • Warme, feuchtigkeitstragende Luft steigt auf, kühlt ab und kondensiert
  • Wolkenbildung  Niederschlag in Form von Regen oder Schnee (Süßwasser)
  • Verdunstung oder Versickerung im Boden  Anreicherung mit Salzen
  • versickertes Wasser gelangt über pflanzliche Transpiration in Erdatmosphäre oder dient zur Grundwasserbildung
  • Niederschlag gelangt über Grundwasserstrom, Bäche und Flüsse wieder in die Meere
2 wasser unter der lupe
2. Wasser unter der Lupe
  • besteht aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff
  • Abkürzung: H2O
  • Atome in Dreiecksform angeordnet – Winkel 104,5°
  • Teilladung: Sauerstoff (O) negativ, Wasserstoff (H) positiv  Dipol
  • Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen

Wassermolekül

Wasserstoffbrückenbindung

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Wasser unter der Lupe

Oberflächenspannung des Wassers

  • Wasserinnere: Wirken von Anziehungskräften zwischen Molekülen aus allen Richtungen insgesamt Addition zu Null
  • Wasseroberfläche: keine Anziehungskräfte nach oben  gerichtete Kraft ins Innere; Grenzfläche Wasser – Luft vergleichbar mit dünner, elastischer Haut
experiment 6 oberfl chenspannung

Wasser unter der Lupe

Experiment 6: Oberflächenspannung
  • Experiment 6 a)
  • Beobachtung: Es läuft kein Wasser heraus.
  • Erklärung:
  • Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung und zieht die Karte an sich
  • Luftdruck ist größer als das Gewicht des Wassers  Luft drückt somit von unten gegen die Karte und hält sie am Glas fest.
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Wasser unter der Lupe

Experiment 6 b)

Beobachtung: feingewebte Stoffe halten Wassertropfen zurück

Darauf beruht zum Beispiel die wasserabweisende Wirkung von Zeltstoff

Alltagsbezug:

Wasserläufer: Nutzer der Oberflächenspannung des Wassers in der Natur  kann ohne Mühe auf dem Wasser laufen, ohne unterzugehen

Wasserläufer

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Die vier "alten Elemente" (Quelle: Cornelsen)

Wasser unter der Lupe

Etwas Geschichte: Wasser – Element oder Verbindung?

  • 600 v.u.Z.: wurde in China als Element angesehen, Unterscheidung von Elementen Wasser, Feuer, Holz, Metall, Erde
  • 624-544 v.u.Z.: griech. Philosoph Thales – wichtigster Grundstoff; „Prinzip aller Dinge, aus dem alles ist und zu dem alles zurückkehrt“
  • 484-430 v.u.Z.: Empedokles – erkannte Feuer (= Energie), Wasser (= Flüss.), Luft (= Gas)und Erde (= Feststoff) als „Elemente“ an
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Wasser unter der Lupe

  • 427-347 v.u.Z.: Plato – kleine, regelmäßig geformte Teilchen; ordnete den Elementen bestimmte reguläre Vielecke („platonische Körper“) zu:
  • Feuer = Tetraeder
  • Erde = Würfel
  • Luft = Oktaeder
  • Wasser = Ikosaeder
  • 1784: Brit. Naturforscher Henry Cavendish (1731-1810) erkennt Zusammensetzung des Wassers aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom  Wasser kein Element, sondern Verbindung
3 wasser und eis
3. Wasser und Eis
  • größte Dichte und geringstes Volumen des Wassers liegt bei 4°C
  • Gewichtsvergleich: 1 Liter Wasser bei 4°C  1kg
  • 1 Liter Eis  917g
  • Wassermoleküle in Eiskristall weit gepackt, starre Ordnung (vs.
  • Schmelze: dichte Lagerung, Moleküle beweglich)
  • Struktureinheit Eis: OH4-Tetraeder

Eis

Wasser

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Wasser und Eis

  • Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus  Druckausübung
  • Bsp.: Platzen von Wasserflasche in Gefriertruhe
  • Bersten von Wasserrohren im Winter
  • Experiment: Eis sprengt Glas
  • Eis schmilzt unter Druck
  • Bsp.: Schlittschuh- und Skiläufer
  • Experiment: Eiswürfel
experiment 7 eis sprengt glas

Wasser und Eis

Experiment 7: Eis sprengt Glas

Kältemischung:

ca. ¼ Kochsalz und ¾ fein zerstoßenes Eis  bis -21°C

Warum?  Schmelztemperaturen von Gemischen liegen meist niedriger als die der Reinstoffe (Alltag: Salzstreuung auf vereiste Straßen)

Vorgang: Salz geht in Lösung  Eis muss anteilig flüssig werden  Benötigung von Wärme

Da keine Wärme von außen zugefügt wird, holt sich Gemisch die "Wärme" aus dem Eis selbst  Abkühlung.

Versuchsaufbau

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Wasser und Eis

  • Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus  Druckausübung
  • Bsp.: Platzen von Wasserflasche in Gefriertruhe
  • Bersten von Waserrohren im Winter
  • Experiment: Eis sprengt Glas
  • Eis schmilzt unter Druck
  • Bsp.: Schlittschuh- und Skiläufer
  • Experiment: Eiswürfel
demonstration 2 eisw rfel

Wasser und Eis

Demonstration 2: Eiswürfel

Erklärung:Eis verhält sich plastisch bei Druckausübung

Beim Gefrieren dehnt sich Wasser um etwa 1/10 aus. Wenn man Eis also presst, schmilzt es

Alltag: Schlittschuh- oder Skifahren  Druckausübung auf Eis  Entstehung Flüssigkeitsfilm  Rutschen

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Wasser und Eis

Dichteanomalie des Wassers am Beispiel „See“

  • Winter: See gefriert von oben nach unten – jedoch nie bis zum Grund
  • Eisdecke schwimmt aufgrund geringerer Dichte an Wasseroberfläche
  •  Kälteschutz, lichtdurchlässig (günstig für Photosynthese)
  •  Wassertiere und Wasserpflanzen können in tieferen „wärmeren“ Schichten überleben
  • Unter Eisdecke steigt Temp. bis 4°C an (keine T- Veränderung mehr,
  • da durch großen Eigendruck Minimalvolumen erreicht)
demonstration 3 dichte eisberg

Wasser und Eis

Demonstration 3: Dichte Eisberg

Modell Eisberg

Beobachtung: Eis schwimmt auf Wasser, beim Schmelzen keine Veränderung des Wasserspiegels

Erklärung: Eis besitzt geringere Dichte als Wasser

4 rund ums trinkwasser
4. Rund ums Trinkwasser
  • Wieviel Wasser braucht der Mensch?
  • Mensch kann max. 4 Tage ohne Wasser überleben
  • Wasserverlust: 10%  Mangelerscheinungen, 20%  eventuell Tod
  • Wasseraufnahme pro Tag: Jugendlicher (50 kg)  2 – 2,5 L
  • Erwachsener (75 kg)  2,6 – 3,4 L
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Rund ums Trinkwasser

  • Ohne Wasser kein Leben
  • Körper besteht zu ca. 2/3 aus Wasser
  • wichtiges Transport- und Lösemittel für Menschen
  • verdünnt Magensäure
  • spaltet und transportiert Salze im Körper
  • löst Hormone, Proteine, Vitamine und Zuckermoleküle
  • Versorgung von Geweben und Zellen mit Nährstoffen
  • und Sauerstoff
  • Körper erzeugt durch Oxidation von Zucker, Proteinen
  • und Fett eigenes destilliertes Wasser
  • reguliert Körpertemp.  Verdunstung an Hautoberfläche
  • Blut: 92% Wasser, Gehirn: 90% Wasser, Muskeln: 75%,
  • Leber: 69%, Knochen: 22%
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Rund ums Trinkwasser

Unser täglich Wasser ...

Wieviel Wasser (ver)braucht der Mensch?

 Dtl.: durchschn. 127 L reinstes Trinkwasser pro Tag

Hygiene (Duschen und Baden): 46 L/ Tag

Toilettenspülung: 34 L/ Tag

Wäsche waschen: 12,7 L/ Tag

Garten und Auto: 8,9 L/ Tag

Geschirrspüler: 7,6 L/ Tag

Kochen und Trinken: 5 L/ Tag

Sonstiger Verbrauch: 13 L / Tag

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Rund ums Trinkwasser

  • Woher kommt unser Trinkwasser?
  • Oberflächenwasser 26% aus Seen, Talsperren, Flüsse, Uferfiltrat; Wasserwerke entfernen Schadstoffe (Nitrate, Nitrite, Pestizide, Keime, Bakterien) nach Richtlinien der Trinkwasserverordnung; Gesetz: „keimfrei, farblos und geruchlos“
  • Grundwasser geeigneter, jedoch auch Entfernung von Verunreinigungen (Eisen, Mangan, Pestizide, Nitrat, Hormone, Antibiotika, chem. Verbindungen aus der Kunststoffindustrie)
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Rund ums Trinkwasser

  • Die Aufgabe der Wasserwerke
  • Aufbereiten des Rohwassers mit technischen Verfahren ( z.B.: Entfernen von Eisen und Mangan durch Oxidation mit Sauerstoff)
  • Fließen in riesigen Filteranlagen durch Mehrschichtfilter aus Kies, Sand und Blähton
  • Entfernung der organischen Inhaltsstoffe durch Einleitung von Ozon ( Aufbrechen von langkettigen Kohlenwasserstoffketten)
  • Abtöten von Krankheitserregern durch Ozon  Wasserwerke müssen 70% weniger Chlor einsetzen
  • Neutralisierung unerwünschter Geschmacksstoffe durch Aktivkohlefilter
  • Zusatz von Chlor zur Desinfektion, Ausschluss der Verunreinigung auf dem Weg in die Haushalte
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Rund ums Trinkwasser

  • Wasserleitungen unter der Lupe
  • Menge und Art der Schadstoffe im Wasser sind abhängig von Material der Wasserrohre
  • Kupferrohre:
  • in Dtl. 60%
  • erst bei hoher Konzentration gesundheitsschädlich
  • Trinkwasserverordnung erlaubt 2 mg Cu / L Wasser
  • mit der Zeit Bildung einer Schicht aus Kupfercarbonat und anderen
  • Verbindungen  verhindert weitere Lösung von Cu
  • in saurem Wasser löst sich besonders viel Cu  sobald pH-Wert unter 7,
  • sind Kupferrohre verboten
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Rund ums Trinkwasser

  • Verzinkte Eisenrohre:
  • abgestandenes Wasser in Leitung ist trüb und rostrot
  • Eisen löst sich erst, wenn innere Zinkschicht beschädigt
  • Beschädigung der Zinkschicht  Lösen von gesundheitsschädlichen
  • Stoffen (Bsp.: Schwermetall Cadmium)
  • Grenzwert Cd: 0,005 mg/ L  Anreicherung in Leber und Nierenrinde;
  • kann zu Nierenversagen führen
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Rund ums Trinkwasser

  • Bleirohre:
  • dürfen in Dtl. seit 1973 nicht mehr eingebaut werden
  • 10% der Häuser in nördlicher Hälfte Dtl. besitzen noch Bleirohre
  • Bleiaufnahme  Beinträchtigung der Blutbildung und der
  • Gehirnentwicklung (vor allem bei Ungeborenen, Säuglingen und
  • Kleinkindern), Einlagerung in den Knochen bei Erwachsenen
  • Grenzwert ab 2003: 0,025 mg Pb/ L
  • Grenzwert ab 2013: 0,01 mg Pb/ L
  • Was tun?
  • Wasseranalyse: 20 - 50 Euro
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Rund ums Trinkwasser

  • Wasserfilter - Funktionsweise
  • Wasser wird in Filterpratone gegossen
  • Wasser sickert durch die Ionenaustauschermasse  Festhalten von Mineralien wie Kalzium, Magnesium, Blei, Kupfer  Enthärtung
  • Wasser sickert durch Aktivkohle  Entfernung von Chlor und organischen Stoffen
  • Abgabe von Silber ins Wasser  wirkt als „Bakteriengift“
experiment 8 feinreinigung durch aktivkohlefilter

Rund ums Trinkwasser

Experiment 8: Feinreinigung durch Aktivkohlefilter

Erklärung: Reinigungswirkung der Aktivkohle (besonders vorbehandelte Holzkohle) beruht auf großer Oberfläche (1 g etwa 1000 m² )  Absorption von z.B. Farbstoffteilchen

Alltag: Gasmasken haben gekörnte Aktivkohlefüllung

Versuchsaufbau

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Rund ums Trinkwasser

Mineralwasser und Co - „eine kleine Warenkunde“

  • Marktanteil in Dtl.: 92%
  • Herkunft: unterirdische, vor Verunreinigung geschützte Wasservorkommen
  • enthält durch Erd-und Gesteinsschichten aufgenommene Mineralstoffe
  • (meist über 1g/ L)
  • Abfüllung muss an Quellort erfolgen
  • Veränderung der Zusammensetzung verboten, Ausnahme: Befreiung von
  • Schwefel, Eisen und Mangan sowie Zugabe oder Entzug von Kohlensäure
  • erlaubt
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Rund ums Trinkwasser

  • Marktanteil in Dtl.: 5%
  • mit Meerwasser oder Mineralstoffen versetztes
  • Trink- oder Mineralwasser
  • früher: „künstliches Mineralwasser“, da nach
  • bestimmten Rezepten komponiert
  • Befolgung der Mineral-und Tafelwasserverordnung
  • und der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung
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Rund ums Trinkwasser

  • Marktanteil in Dtl.: 3%
  • Sonderfall unter den Mineralwässern
  • meist hohe Konzentrationen an Mineralstoffen
  • heilende oder vorbeugende Wirkung
  • unterliegen Arzneimittelgesetz (amtliche Zulassung nötig)
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Rund ums Trinkwasser

  • Herkunft: unterirdische Wasservorkommen
  • enthält deutlich weniger Mineralstoffe als Mineralwasser
  • Flasche mit Bezeichnung „Quellwasser“ kann Wasser von verschiedenen
  • Quellen enthalten
5 wasserh rte
5. Wasserhärte

Wasser ist nicht gleich Wasser – es gibt „hartes“ und „weiches“ Wasser

  • Je härter das Wasser, desto mehr Kalzium- und Magnesiumsalze gelöst
  • Salze werden aus Gesteinen herausgelöst
  • Wasserhärte ist von Region zu Region unterschiedlich
  • Je mehr Regen fällt, desto weicher kann Wasser sein
  • Wasser nach längerer Trockenheit meist härter, da sich mehr
  • Mineralstoffe lösen
demonstration 4 sind salze in wasser gel st

Wasserhärte

Demonstration 4: Sind Salze in Wasser gelöst?

Untersuchung verschiedener Sorten Wasser nach gelösten Salzen

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Wasserhärte

  • Ergebnis:
  • absolut reines Wasser findet man kaum in Natur
  • Destilliertes Wasser: in geschlossener
  • Apparatur aus Wasserdampf kondensiert
  •  relativ rein
  • Leitungswasser: enthält fast immer gelöste
  • Salze  machen Wasserhärte (Salze des
  • Calciums und des Magnesiums als Chloride,
  • Sulfate und Hydrogencarbonate) aus
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Wasserhärte

  • Waschmittel
  • Je härter das Wasser, desto mehr Waschmittel wird benötigt
  • Dosierungsempfehlung auf Packung
  • Früher: Wasserhärte Problem – Seife reagierte mit Kalzium- und
  • Magnesiumsalzen zu Kalkseife  unwirksam
  • Heute: Waschmittel enthalten weniger Seife oder sind seifenfrei
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Wasserhärte

  • Waschwirkung
  • "Gleiches mischt sich mit Gleichem": z.B. Öl mit
  • Fett, Benzin mit Öl
  • Stoffe, die sich mit Öl mischen  lipophil
  • Stoffe, die sich mit Wasser gut mischen  hydrophil
  • Stoffe, die lipophil und hydrophil sind : z.B. Alkohol,
  • Seife, Galle in unserem Körper, Tenside in den
  • Waschmitteln und Schampoos
experiment 9 emulsionen

Wasserhärte

Experiment 9: Emulsionen
  • Erklärung:
  • Öl + Wasser  2-Phasenbildung, keine
  • Mischung, da hydrophiler und lipophiler Stoff
  • Öl + Wasser + Seife  milchige Emulsion –
  • als Tröpfchen fein verteilt schwimmt eine
  • der beiden Flüssigkeiten in der anderen
  • Unterscheidung: „Wasser in Öl" ‑ oder "Öl
  • in Wasser" Emulsionen

Öltropfen auf Wasser

Alltag:

Bildung von Emulsion bei Waschwirkung von Seife und Waschpulver

Körper: Verdauung des Speisefetts nur als Emulsion möglich

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Wasserhärte

  • Seife: lange, hydrophobe Kohlenwasserstoffkette und polare, hydrophile
  • Carboxylgruppe (-COO-)
  • Micellenbildung: Kohlenwasserstoffketten lösen sich in Fetttropfen, polare
  • Enden ragen nach außen ins Wasser  Umhüllung und Ablösung des
  • Fetts  Bildung einer Emulsion  Abführung mit frischem Wasser

Micellenbildung: Seifenmoleküle an Fetttropfen

Ablösung einer Fettverschmutzung von einer Faser

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Wasserhärte

  • Seifen auch an Wasseroberfläche  Senkung der Oberflächenspannung
  •  Verbesserung der Reinigungswirkung des Wassers
  • hartes Wasser  Calcium- und Magnesiumionen blockieren polare Enden
  • der Seife und bilden unlösliche Kalkseifen  Vernichtung Waschwirkung
  • 2 R-COO- + Ca2+ (Kalk) (R-COO)2Ca

Seifenmoleküle an Wasseroberfläche

experiment 10 seifenwirkung

Wasserhärte

Experiment 10: Seifenwirkung
  • Schwimmen der Büroklammer beruht auf Oberflächenspannung
  • Um Molekül in Wasseroberfläche zu bringen, muss es gegen ziehende Kräfte an Oberfläche transportiert werden
  • Jede Erweiterung der Oberfläche kostet damit Energie  Wasser "wehrt" gegen Vergrößerung  Büroklammer wird wie auf einer Gummi-Membran getragen wird.
  • Spülmittel: „Seifenmoleküle“ lagern sich zwischen Wassermoleküle  Störung des Zusammenhalts  Reduzierung Oberflächenspannung
  •  gleiche Effekt wie bei Waschwirkung von Seife und Spülmittel, indem sie Oberflächen besetzen (= grenzflächenaktive Stoffe)
6 wassersynthese
6. Wassersynthese
  • Verbrennungsprozesse von wasserstoffhaltigen Verbindungen (z.B. Glucose)
  • C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O
  • 2. Knallgasreaktion: Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff
  • 2 H2 + O2 2 H2O (exotherm)
  • Oxidation vonWasserstoff, Reduktion von Sauerstoff
  •  Elektronenübertragungsreaktion.
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Wassersynthese

Erneuerbare Energien

Umweltschonende Energieumwandlung:

1.) Elektrolyse: Zersetzung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff

2.) Rückreaktion: Reaktion von H2 und O2 als erneuerbare Energieträger

zu Wasser (Elektronenabgabe und –aufnahme an getrennten Orten, um

Knallgasreaktion zu verhindern)  Energiefreisetzung  Arbeitsleistung

Verbrennung

2 H2 + O2 2 H2O + Energie

Elektrolyse

Anwendung: Brennstoffzelle, Wärmekraftwerke, Verbrennungsmotoren

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Wassersynthese

  • Brennstoffzelle – Die gezähmte Knallgasreaktion
  • Galvanisches Element
  • Umwandlung von chemischer in elektrische Energie
  • katalytisch wirkende Elektroden aus Edelmetallen (z.B. Platin)
  • Elektronenaufnahme und -abgabe an getrennten Orten
  •  dazwischen fließt elektrischer Strom
  • Redoxvorgänge:
  • Minuspol: 2 H2 + 4 H2O 4 H3O+ + 4 e-
  • Pluspol: O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-
  • Gesamtreaktion: 2 H2 + 6 H2O + O2 4 H3O+ + 4 OH-
  • Oxonium-Ionen H3O+ und Hydroxid-Ionen OH- reagieren zu Wasser
  • Gesamtreaktion: 2 H2 + O2 2 H2O    /exotherm
7 qualitativer nachweis von wasser
7. Qualitativer Nachweis von Wasser
  • Stoffe, die bei Kontakt mit Wasser Farbe ändern (Indikatoren):
  • - wasserfreies, weißes Kupfer(II)-sulfat Bildung von
  • blaugrünen Kristallen ("Kupfervitriol") mit Wasser
  • CuSO4· H2O + 4 H2O [Cu(H2O)4]SO4· H2O
  •  Experiment: Wassernachweis mit Kupfersulfat
  • wasserfreies, blaues Cobalt(II)-chlorid Rosafärbung mit Wasser
  • (Bsp. Trockengel).
  •  Demonstration: Herstellen von Chloridpapier
experiment 11 wassernachweis mit kupfersulfat

Qualitativer Nachweis von Wasser

Experiment 11: Wassernachweis mit Kupfersulfat

Erklärung:

Aufbau Kupfersulfat: Wassermoleküle bilden quadratisch-planare Struktur um das Kupfer-Ion herum (Aquakomplex)  Farbveränderung des Metall-Ion zu Blau

Anordnung: vier der fünf Wassermoleküle in kovalenter Bindung um das Kupfer-Ion, fünfte über Wasserstoffbrücken an Sulfat-Ion gebunden

Formel von wasserhaltigem Kupfersulfat so: [Cu(H2O)4]SO4· H2O

Erhitzen  Strukturzerstörung, Kupfersulfat in reiner, farblosen Form vor (Kupfer(II)-Ion)

demonstration 5 herstellen von chloridpapier

Qualitativer Nachweis von Wasser

Demonstration 5: Herstellen von Chloridpapier

Erklärung:blaues Cobaltchlorid-Papier: Nachweis für Wasser  Rosafärbung

Cobaltchloridpapier enthält blaues Cobalt(II)-tetrachlorocobaltat(II)  mit Wasser Bildung des rosafarbenen Hexaquacobalt(II)-chlorid-Komplex:

Co[CoCl4] + 12 H2O 2 [Co(H2O)6]Cl2

Wasserhaltiges und wasserfreies Cobaltchlorid

8 mangelware wasser
8. Mangelware: Wasser
  • Weltgesundheitsorganisation (WHO): weltweit 1,1 Milliarden Menschen
  • ohne verlässliche Versorgung mit sauberem Wasser
  • besonders betroffen sind Entwicklungs- und Schwellenländer
  •  nicht genügend Grundwasser, um Brunnen zu bohren
  • reiche Länder beseitigen Probleme des Wassermangel durch Einsatz
  • von finanziellen Mitteln
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Mangelware Wasser

  • Alternative Methoden der Trinkwassergewinnung
  • Saudi Arabien
  • Gewinnung durch Meerwasserentsalzung
  • Indien

 Sammlung des Monsumregens in großen Becken, Tanks und künstlichen Seen

  • Seewasser versickert  Grundwasser  Brunnen liefern in trockenen Monaten Wasser
  • Chile
  •  Aufstellen von Netzen zum Einfangen des Nebelwassers Nebel zieht durch Netz  Kondensation an Maschen aufgefangenes Wasser fließt über Rinne, Becken und Rohre ins Dorf
  • 12.000 L Wasser/ Tag

Wassertanks und Leitungen von der indischen Regierung

9 schulbezug
9. Schulbezug

Lehrplan: Jahrgangsstufe 8, 2. Halbjahr, Thema: Wasser und Wasserstoff

  • Unterthemen
  • Eigenschaften und Bedeutung des
  • Wassers
  • Synthese von Wasser
  • Eigenschaften von Wasserstoff;
  • Katalysatoren
  • Kreislauf des Wassers; Wasserstoff
  • als Energieträger