slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Schulorientiertes Experimentieren Leitung: Prof. Dr. Harsch, Musli WS 2007/2008 Luftverschmutzung Ralf Brauer, Sonja Her PowerPoint Presentation
Download Presentation
Schulorientiertes Experimentieren Leitung: Prof. Dr. Harsch, Musli WS 2007/2008 Luftverschmutzung Ralf Brauer, Sonja Her

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 56

Schulorientiertes Experimentieren Leitung: Prof. Dr. Harsch, Musli WS 2007/2008 Luftverschmutzung Ralf Brauer, Sonja Her - PowerPoint PPT Presentation


  • 311 Views
  • Uploaded on

Schulorientiertes Experimentieren Leitung: Prof. Dr. Harsch, Musli WS 2007/2008 Luftverschmutzung Ralf Brauer, Sonja Herglotz. Eingliederung der Unterrichtseinheit. Eingliederung in die Klassenstufe 10/11 Es sollten bekannt sein: Zusammensetzung der Luft (Aufbau der Erdatmosphäre)

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Schulorientiertes Experimentieren Leitung: Prof. Dr. Harsch, Musli WS 2007/2008 Luftverschmutzung Ralf Brauer, Sonja Her' - olesia


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Schulorientiertes ExperimentierenLeitung: Prof. Dr. Harsch, MusliWS 2007/2008LuftverschmutzungRalf Brauer, Sonja Herglotz

eingliederung der unterrichtseinheit
Eingliederung der Unterrichtseinheit
  • Eingliederung in die Klassenstufe 10/11
  • Es sollten bekannt sein:
    • Zusammensetzung der Luft
    • (Aufbau der Erdatmosphäre)
    • Atome und Moleküle
    • Redox-Reaktionen
    • Säure-Base-Reaktionen
aufbau der unterrichtseinheit
Aufbau der Unterrichtseinheit
  • Einstieg in die Unterrichtseinheit
  • Hauptverursacher der Luftverschmutzung
  • Vorstellung der Luftschadstoffe
  • Folgen der Luftverschmutzung
  • Verminderung der Luftverschmutzung
hauptverursacher
Hauptverursacher

Bei den Luftverunreinigungen wird zwischen Emissionen und Immissionen unterschieden:

  • Luftschadstoffe gelangen als Emissionen in die Atmosphäre (lat. emissio: das Herausschicken, Ausströmen lassen).
  • Sie wandeln sich in der Luft um und verteilen sich durch den Transport in der Luft über Ländergrenzen hinaus, wo sie weit von ihrem Ursprung entfernt als Immissionen nieder gehen können (lat. immissio: das Hineinlassen)
quellen von emissionen
Quellen von Emissionen
  • Man unterschiedet natürliche und durch den Menschen verursachte Emissionen
  • Natürliche Emissionen
    • Vulkanismus
    • Gewitter
    • Stoffwechsel bei Tieren u. Pflanzen
    • Verwesung
    • Sandstürme uvm.
spezialisierung auf autoabgase
Spezialisierung auf Autoabgase

Forscherauftrag: Wie viel CO2 erzeugt unser Auto?

Fragt Eltern und Geschwister, wie viele Kilometer ihr Auto im vergangenen Jahr gefahren wurde (km/J) und wie viel Liter Benzin oder Diesel es pro 100 Kilometer durchschnittlich verbraucht hat (BV). Tragt die Werte in die Tabelle ein und ergänzt den Emissionswert (se) für den entsprechenden Motortyp!

Den CO2-Ausstoß errechnet ihr mit der Formel:

S = km/J  BV  seMotortyp/100

beispiele
Beispiele

Ottomotor: seOtto = 2,32 kg CO2/l,

Dieselmotor: seDiesel = 2,63 kg CO2/l,

Erdgasmotor: seErdgas = 2,23 kg CO2/kg Erdgas

Formel: S = km/J  BV  seMotortyp/100

nachweis von no x in auspuffgasen
Nachweis von NOx in Auspuffgasen
  • Geräte: Luftballon oder Plastiktüte, Kolben oder großes Reagenzglas mit durchbohrtem Stopfen und Glasrohr
  • Chemikalien: Saltzmann-Reagenz

(0,5 g Sulfanilsäure und 0,005 g N-(Naphthyl)-ethylendiamin-hydrochlorid in 5 ml Eisessig lösen, mit 100 ml dest. Wasser auffüllen)

  • Durchführung: Die Autoabgase werden in einem vorgedehnten Luftballon oder mit einer Plastiktüte aufgenommen und in einen Kolben mit dem entsprechenden Reagenz eingeleitet.
  • Beobachtung: Die Lösung färbt sich rosa.
luftschadstoffe
Luftschadstoffe

Die Abgase eines Autos bestehen vor allem aus Stickstoff, Wasserdampf, Sauerstoff und Wasserstoff. Von 100 L Abgas sind etwa 10 l Schadgase.

kohlenstoffdioxid
Kohlenstoffdioxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff

Summenformel CO2

Molare Masse 44 g/mol

Dichte 1,98 kg·m–3

Schmelzpunkt –56,6 °C

Siedepunkt –78,5 °C (Sublimation)

CO2 ist ein farbloses, geruchloses und ungiftiges Gas

CO2 ist nicht brennbar (Verwendung in Feuerlöschern)

Es entsteht durch die Verbrennung von Kohlenstoff

In Wasser löst es sich unter Bildung von Kohlensäure:   CO2  +  H2O → H2CO3

Nachweis: Kalkwasserprobe

CO2 + Ca(OH)2→ CaCO3 + H2O

Kohlenstoffdioxid
kohlenstoffdioxid1
Kohlenstoffdioxid
  • CO2 ist mit ca. 0,04% natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre
  • CO2 verhindert, dass die auf die Erdoberfläche einfallende Sonnenenergie wieder durch Wärme-abstrahlung in den Weltraum verloren geht
  • Die vom Menschen emittierten Treibhausgase verursachen eine nachteilige Verstärkung dieses Effekts → Treibhauseffekt
  • In verdünnter Form mit Luft ist Kohlenstoffdioxid völlig ungiftig. Zu hohe Gehalte in der Atemluft sind jedoch gefährlich.
kohlenstoffmonoxid
Kohlenstoffmonoxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff

Summenformel CO

Molare Masse 28 g/mol

Dichte 1,25 kg·m−3

Schmelzpunkt −205,07 °C

Siedepunkt −191,55 °C

CO ist ein farb- und geruchsloses Gas

Hochentzündlich + giftig

Es entsteht bei unvollständiger Verbrennung von organischen Verbindungen: CO selbst ist brennbar und verbrennt mit blauer Flamme zusammen mit Sauerstoff zu CO2

CO ist ein Atemgift, da es die Sauerstoffaufnahme des Blutes verhindert:

Es bindet etwa 210mal stärker an den roten Blutfarbstoff als Sauerstoff.

Kohlenstoffmonoxid
schwefeldioxid
Schwefeldioxid ist das Anhydrid der schwefligen Säure H2SO3

Summenformel SO2

Molare Masse 64 g/mol

Dichte 2,73 kg·m−3

Schmelzpunkt −75 °C

Siedepunkt -10°C

SO2 ist ein farbloses, stechend riechendes und sauer schmeckendes, giftiges Gas

SO2 entsteht vor allem bei der Verbrennung von schwefel-haltigen fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdölprodukten

SO2 trägt in erheblichem Maß zur Luftverschmutzung bei:

Es ist der Grund für sauren Regen

H2O + SO2→ SO2 (gelöst) → H2SO3

Schwefeldioxid
stickstoffdioxid
Stickstoffdioxid ist ein rotbraunes, stechend chlorähnlich riechendes Gas

Summenformel NO2

Molare Masse 46 g/mol

Dichte 3,66 g/l

Schmelzpunkt -11,2°C

Siedepunkt 21,2°C

NO2 ist ein rotbraunes, stechend chlorähnlich riechendes und sehr giftiges Gas

NO2 kommt als Spurengas in der Atmosphäre mit den höchsten Werten in Bodennähe vor (Ozon- und Smogbildung)

Entstehung des Sauren Regens: Bildung von Salpetersäure

2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

Reizung und Schädigung der Atmungsorgane, Inhibition der Atmungskette

Stickstoffdioxid
erweiterungen
Erweiterungen
  • Die Liste der Schadstoffe ist für größere Klassen oder Kurse erweiterbar durch
    • Kohlenwasserstoffe
    • Ozon
    • Feinstaub
    • ...
folgen der luftverschmutzung
Folgen der Luftverschmutzung
  • Die Unterrichtseinheit ist, ausgehend vom Grundthema „Luftverschmutzung“ und den bisher dargelegten Fakten, erweiterbar.
  • Mögliche Themenfelder ergeben sich aus der zu Beginn erstellten Mind-Map oder/und aus aktuellen Gründen.
themenfelder
Themenfelder
  • Ozon
    • In der Stratosphäre: Ozonloch
    • In der Troposphäre (bodennah): Sommersmog
  • Wintersmog
  • Feinstaub
  • Saurer Regen
  • Treibhauseffekt
slide28
Die Verbindung zu den vorigen Stunden führt über die bekannten Autoabgase Schwefeldioxid und die Stickoxide.
anthropogene quellen f r schwefeldioxid und stickoxide
Anthropogene Quellen für Schwefeldioxid und Stickoxide
  • Verbrennung von Kohle, Heizöl und Benzin
  • Der Straßenverkehr, die Schifffahrt und Flugzeuge.
experiment
Experiment

Bildung von schwefliger Säure

  • Geräte Apparatur zur Darstellung von Schwefeldioxid, Schlauchverbindungen, Waschflasche.
  • Chemikalien Natriumdisulfit (Xi), Schwefelsäure (w = 10 %) (C), Universalindikatorlösung.
  • Durchführung Waschflasche zu 1/3 mit Wasser füllen und Universal-indikatorlösung hinzugeben.→ grün, pH-Wert um 7
  • Einleiten von Schwefeldioxid. → hellrot

http://www.chemieunterricht.de/dc2/auto/so2_02.htm

slide31
Gelangt Schwefeldioxid in Wasser, bildet es eine saure Lösung, die Schweflige Säure:
  • Die Schwefelige Säure bildet in Wasser H+(aq)-Ionen und es entstehen zwei Arten von Säurerestanionen:
  • Schweflige Säure reagiert zu einem Proton und einem Hydrogensulfition.
  • Ein Hydrogensulfition reagiert zu einem Proton und einem Sulfition.
slide32
Bei der Verbrennung von Schwefel und auch bei Oxidationsreaktionen in der Luft entsteht nicht nur Schwefeldioxid, sondern auch Schwefeltrioxid.
  • Schwefeltrioxid bildet mit Wasser zunächst Schwefelsäure:
  • Auch die Schwefelsäure zerfällt bei Zugabe von weiterem Wasser in Protonen und Säurerestanionen.
  • Schwefelsäure reagiert zu einem Proton und einem Hydrogensulfation.
  • Ein Hydrogensulfation reagiert zu einem Proton und einem Sulfation.
slide33
Ähnliche Reaktionen finden auch mit Stickoxiden und Kohlenstoffdioxid statt:
  • Stickoxide:
  • Kohlenstoffdioxid:
  • Dadurch beträgt der pH-Wert des unbelasteten Regens bereits 5,6. Erst bei einem pH-Wert unter 5,6 kann man deshalb von Saurem Regen sprechen.
auswirkungen des sauren regens auf kalkstein
Auswirkungen des Sauren Regens auf Kalkstein
  • Geräte/Materialien:
  • Erlenmeyerkolben, Becherglas (100ml), Doppelwinkelrohr, durchbohrter Stopfen, Kalkstein (Marmorstückchen).
  • Chemikalien:
  • Verdünnte Schwefelsäure (etwa 5%ig), Kalkwasser
wirkung auf geb ude und statuen
Wirkung auf Gebäude und Statuen
  • Das Calciumcarbonat reagiert mit den gelösten Wasserstoffionen im sauren Regen:
  • CaCO3 + 2H+ → CO2 +H2O + Ca2+
  • Dann reagieren die Sulfationen der Schwefelsäure mit den Calciumionen und überziehen den Marmor oder Kalkstein mit einer weißen Schicht von Gips:
  • Ca2+ +SO42− + 2H2O → CaSO4 + 2H2O
auswirkungen von so 2 und no x auf kresse
Auswirkungen von SO2 und NOX auf Kresse
  • Geräte/Materialien:
  • Einmachglas, Kresse, Becherglas
  • Chemikalien:
  • Natriumhydrogensulfitlösung (etwa 1%ig)
  • Halbkonzentrierte Salpetersäure
  • Sauberes Kupferblech
slide38
SO2
  • Dringt SO2 durch die Spaltöffnungen ins innere der Pflanzen ein, reagiert es dort mit Wasser unter Bildung von Schwefliger Säure.
  • → wirkt sich u. a. negativ auf Enzymaktivitäten aus.
  • → insbesondere bei der CO2-Fixierung → Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase
  • Hinzu kommen sehr viele weitere komplizierte Wirkungen.
slide39
NOX
  • Stickoxide greifen u. a. Membranen der Pflanzen an und ändern somit ihre Durchlässigkeit.
  • Wie bei SO2 ist auch NOX für die Ansäuerung verschiedener Zellkompartimente verantwortlich, was Funktionsstörungen zur Folge hat.
slide43
Schwedische Chemiker Arrhenius (1896):
    • eine Atmosphäre, die nur aus Sauerstoff, Stickstoff und Edelgasen besteht, müsste durchschnittlich -18 °C kalt sein.
    • Erdoberfläche: durchschnittliche Temperatur +15 °C.
    • Unterschied = 33 °C.
  • Man unterscheidet einen "natürlichen" von einem "anthropogenen" Treibhauseffekt.
  • Die Verursacher des natürlichen Effekts von +33 °C sind:
wie ist das mit der sonne
Wie ist das mit der Sonne?
  • Arbeitsblatt: Ordne den Nummern den richtigen Text zu!
slide45
Die Rolle der Gase in der Atmosphäre kann mit dem Glas in einem Treibhaus verglichen werden.
  • Das Glas lässt das Sonnenlicht hinein und das Licht erwärmt Boden und Pflanzen im Treibhaus.
  • Diese geben Wärmestrahlung ab.
  • Erreicht die Wärmestrahlung das Glas, so kann sie nicht durchdringen, sondern das Glas sendet einen Teil der Strahlung zurück in das Treibhaus, in welchem es warm wird.
  • Schwächen des Modells??
slide46
Es sollte klar werden, dass
    • Glas ein Feststoff ist, Treibhausgase nicht.
    • Glas damit auch eine Barriere für warme Luftströme ist.
fragen aufgaben
Fragen/Aufgaben
  • Ordne die Treibhausgase nach ihrer Fähigkeit Wärmestrahlung zu absorbieren.
  • Wie sind diese Ergebnisse mit nebenstehender Tabelle in Einklang zu bringen?
drei wege katalysator
Drei-Wege-Katalysator
  • Der Katalysator ist dem Motor nachgeschaltet, dazwischen befindet sich eine Lambdasonde. Diese testet den Gehalt an unverbranntem Sauerstoff in den Abgasen.
  • Sie regelt die Luftzufuhr im Vergaser so, dass immer genauso viel Luft im Motor vorhanden ist , wie zur Verbrennung des Benzins benötigt wird.
drei wege katalysator1
Drei-Wege-Katalysator
  • Der Autokatalysator besteht aus einem Keramikeinsatz, der von winzigen, wabenförmigen Kanälen, welche mit Platin beschichtet sind, durchzogen ist. Das fein verteilte Platin wirkt als Katalysator.
drei wege katalysator2
Drei-Wege-Katalysator
  • Im Katalysator finden Redox-Reaktionen statt, bei denen die Schadstoffe zu unbedenklicheren Verbindungen reagieren
  • Bei einem Drei-Wege-Katalysator finden die Oxidation von CO und HmCn sowie die Reduktion von NOx parallel zueinander statt:

2 CO + O2→ 2 CO2

2 NO + 2 CO → N2 + 2 CO2

2 C2H6 + 7 O2→ 4 CO2 + 6 H2O

experiment zum abgaskatalysator
Experiment zum Abgaskatalysator
  • In zwei Vorversuchen werden 10 ml Stickoxid und 90 ml Kohlenstoffmonoxid in Kolbenprobern bereitgestellt
  • Die Apparatur wird entsprechend zusammen gebaut
  • Man erhitzt den Katalysator so lange, bis er an einer Stelle schwach glüht und leitet dann langsam das Gasgemisch darüber
  • Entfärbung des Gasgemisches, Kohlenstoffmonoxid ist nicht mehr nachweisbar, dafür aber Kohlenstoffdioxid
verminderung von kfz abgasen
Verminderung von Kfz-Abgasen

Zur Verringerung der Schadstoffausstöße von Fahrzeugen

gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Die Abgase müssen -wie besprochen- katalytisch nachverbrannt werden
  • Die Verbrennungsbedingungen im Motor müssen so gestaltet bzw. verändert werden, dass bei der Verbrennung möglichst wenig Schadstoffe entstehen
  • Die Motoren müssen mit alternativen Energieträgern angetrieben werden, die wenige oder gar keine Schadstoffe produzieren
  • Eine Obergrenze für CO2-Ausstoß kann festgelegt werden; bei Nichteinhaltung drohen Strafen → „Innovationsfeuerwerk der Industrie“
  • Die öffentlichen Verkehrsmittel sollten mehr ausgebaut werden, damit sie eine Alternative zum Auto darstellen...
was kann ich tun
Was kann ich tun?
  • Bei kürzeren Strecken mit dem Fahrrad statt mit dem Auto fahren
  • Autos besser auslasten: Fahrgemeinschaften gründen
  • Wie viele Autos braucht eine vierköpfige Familie wirklich?
  • Bei längeren Strecken die Alternativen checken: Auto, Bahn oder Flugzeug (UmweltMobilCheck bei der Bahn)
  • ...