Liste der Versuche:
1. Der Spülschleier und die Pilsprobe
2. Wasserhärte Bestimmen
3. Kesselstein
4. Neptuns Ostfriesentee
5. Seifenwirkung
Eine Aufgabe am Schreibtisch: Wort erfinden
6. Wasserenthärtung
Versuch 1 Im Wasser stecken Salze
Der Spülschleier und die Pilsprobe
Aus der Werbung kennen wir die Bilder von den glitzernden Gläsern, in denen sich die Sonne und die Schachtel mit dem Weichspüler spiegelt. Probieren wir den Glanz aus:
Geräte und Materialien
Drei Trinkgläser
Seewasser, Trinkwasser
Spülmittel
Destilliertes Wasser (Regenwasser)
Pils-Bier
Uhr, cm - Maß
Arbeitsanleitung
3 Gläser werden gespült:
das erste mit Seewasser,
das zweite mit Wasser und Spülmittel (10 Tropfen pro Glasfüllung)
und ein drittes mit destilliertem Wasser (oder notfalls Regenwasser)
Stelle sie dann nass und umgekehrt in den Trockenschrank.
Den Trockenschrank vorher auf 130 °C aufheizen.
Beobachte und notiere:
Wie lange brauchen sie zum Trocknen?
Welches trocknet schneller?
Wie unterscheiden sich die Gläser nach dem Trocknen?
Das Pils im Glas
Die Salze im Leitungswasser sind sichtbar geworden.
Schädlich für die Ernährung sind sie jedoch nicht.
Die Seife hat da schon andere Wirkungen für unsere Verdauung.
Eine kleine Ahnung können wir davon bekommen, wenn wir in die drei (erkalteten) Gläser Pils-Bier einfüllen ( Nur ein Viertel voll machen) .
Achte auf die Menge der Schaumbildung und auf die Zeitdauer in der dieser Schaum zusammenfällt. Der Schaum gilt als zusammengefallen, wenn freie Flüssigkeit von oben zu erkennen ist.
Schreibe die Schaumhöhe in cm nach dem Eingießen auf.
Notiere deine Beobachtungen:
Frage in einer Gaststätte nach, ob dort Biergläser mit Seife gespült werden.
Versuch 2 Bestimmung der Wasserhärte
Natürlich können wir die Wasserhärte auch messen. Dazu benutzen wir ein chemisches Reagenz und einen Farbindikator.
Geräte und Materialien
Testsatz für Aquarien z.B. der Firma TETRA
Wasserproben:
Regenwasser, Leitungswasser, Selterswasser, Seewasser,
Grabenwasser, usw.
Arbeitanleitung
Für diese Maßanalyse kannst Du den Wasserhärtetest von Tetra verwenden.
Andere Testsätze sind auch gut und haben alle dieselbe chemische Grundlage.
Lies zunächst genau die Gebrauchsanweisung des Testes durch.
Welche Probemenge wird benötigt?
Wie ist die Reihenfolge der Handgriffe?
Wodurch ist das Ergebnis zu erkennen?
Welche Umrechnungen sind nötig?
Probiere den Test nun mit Leitungswasser aus.
Stelle dir in zwei Probegläsern die Lösung mit der Farbe vor dem Umschlag und nach dem Farbumschlag hin. Diese beiden Lösungen sind für die anderen Messungen dein Farbvergleich.
Der Farbindikator und das Reagens sind gemischt, das ist in der Analytik sonst unüblich, hier aber aus technischen Gründen sinnvoll. Dadurch wird die Farbtiefe des Indikators bei der Zugebe mehrerer Tropfen erst so gut, dass der Farbumschlag dann deutlich zu erkennen ist.
Untersuche nun verschiedene Wasserproben:
Art der Probe Tropfenzahl Ergebnis
Leitungswasser
Selterswasser
Regenwasser
Seewasser
1 : 20 verdünnt
Grabenwasser
anderes
Versuch 3 Beobachtungen an Kesselstein
Wir haben noch einen alten Wasserkessel auf dem Küchenherd stehen.
Außen ist er nicht so blank wie zu den Zeiten, als die Küchenhilfen noch alles scheuern und putzen mussten. Aber innen sieht er so aus wie immer: mit einer leichten Schicht Kesselstein überzogen.
Etwas von dem Kesselstein löst sich gelegendlich ab und dadurch raschelt es im Wasserkessel, wenn du ihn schüttelst.
Geräte und Materialien
Wasserkessel oder Kesselstein
verd. Salzsäure
100ml Erlenmeyerkolben
Holzstab (Schaschlikstäbe)
Zündhölzer
Arbeitsanleitungen
Kratze etwas Kesselstein aus dem Wasserkessel und gib die Bröckchen in den Erlenmeyerkolben. Dann gieße soviel Salzsäure darauf, dass sie bedeckt sind.
Was kannst du beobachten?
Das entweichende Gas können wir untersuchen.
Auf die Verbrennung haben Gase allgemein drei Möglichkeiten zu wirken:
Gase können selber brennen,
die Verbrennung fördern oder
die Verbrennung ersticken.
Alle drei Wirkungen untersuchen wir mit
einem glimmenden Holzspan, den wir oben in das Glas halten.
Was passiert in diesem Fall?
Das Gas ist Kohlendioxid und erstickt die Verbrennung.
Es wird auch in Feuerlöschern benutzt.
Du kannst hier sehen, woraus der Kesselstein besteht - in ihm steckt Carbonat, aus dem das Gas Kohlendioxid entweicht, wenn Du Säure darauf gibst.
Deshalb kannst Du mit Säuren (Zitronensaft oder Essig) auch den Kesselstein aus dem Wasserkessel oder dem Wasserkocher entfernen.
Versuch 4 Neptuns Ostfriesentee
Manche Gäste haben in Ostfriesland den schwarzen Tee kennen gelernt. Er hat ihnen so gut geschmeckt, daß sie sich einige Päckchen der "Ostfriesenmischung" mitnehmen. Aber in Hessen oder Thüringen wird der Tee nichts. Liegt es am Land des Tees ? Wir wissen schon, es liegt an der Wasserhärte.
In Ostfriesland gibt kein mineralreiches Grundwasser, dafür aber genug Regen. Nur weiches Oberflächenwasser steht für Trinkwasser zur Verfügung.
Warum wird denn der Tee mit harten Wasser nichts?
Geräte und Materialien
4 Teetassen, Teekandiszucker
Schwarzer Tee
3 Bechergläser 400 ml
3 Teefilter
Gasbrenner, Dreifuß, Ceranplatte
Leitungswasser, Seewasser, ges. Kalklösung
Arbeitsanleitung
Wir kochen den schwarzen Tee "Ostfriesische Mischung" mit:
1. Normalen Leitungswasser
2. Seewasser
3. Einer gesättigten Lösung von Kalk (CaCO ) in Wasser.
Beobachte:
Farbe Geschmack Oberfläche
nach 1 Stunde
Normaltee
Seewasser
Kalkwasser
Rettet der gute Kandiszucker (Kluntje) was am Geschmack?
Versuch 5 Untersuchungen mit Seife
Manche Touristen versuchen sich an der See die Hände mit Seife zu waschen. Sie sind dann überrascht, weil die Seife nicht funktioniert. Statt dem sanften weichen Seifengefühl liegt sie stumpf in der Hand und glitscht nicht. Ist die Seife falsch?
Geräte und Materialien
Kernseife
6 Reagensgläser
cm Lineal
Teitungswaser, Seewasser, Regenwasser,
Mineralwasser und Kondenswasser aus einer Brennwerttherme
Kondenswasser aus dem Kühlschrank
Dusch-Shampoo
Apfelessig
Arbeitsanleitung
Fülle in jedes Reagenzglas je eine Wasserprobe etwa 5 cm hoch.
Gib dann etwas Kernseife zu den 6 Wasserproben. Verschließe nacheinamder jedes Reagenzglas mit dem Daumen und schüttel 5 mal kräftig.
Wieviel Schaum bildet sich?
Kannst Du das auf die Wasserhärte zurückführen?
Schaumhöhe in cm
Leitungswasser,
Regenwasser,
Seewasser
Mineralwasser
Kondenswasser
aus dem Brenner
Kondenswasser aus
dem Kühlschrank
Viele Leute kenn die Wirkung der Seif aus eigenen Erfahrungen.
Probiere jetzt den Ernstfall:
Wasche deine Haare mit Seewasser und Kernseife.
Wie fühlen sie sich an?
Versuche es mit handelsüblichen Dusch-Shampoo.
Bildet das Dusch-Shampoo trotzdem Schaum?
Notiere deine Beobachtungen
Nun müssen die Haare aber nicht so bleiben, wir können sie ganz einfach mit einer verdünnten Essiglösung "Weichspülen". Nimm dazu Obstessig, der ist auch für die Hautkosmetik gut.
Wer die Haare schon gewaschen hat der kann den Versuch auch auf der hohlen Hand machen:
Nimm etwas Seewasser in die Hand und gib etwas Kernseife dazu.
Es fühlt sich stumpf an.
Gib nun einige Tropfen Essig darauf und du wirst eine Veränderung spüren.
Zwei Aufgaben sollten wir am Schreibtisch lösen:
A - 1
Welche Härte hat das Wasser aus der Wasserleitung nach Angaben der Trinkwasserversorgung. Suche in den Informationen nach Angaben.
Versorgungsunternehmen:
Versorgungsgebiet:
Der Wasserbrunnen, der uns am Nächsten liegt:
Wasserhärtebereich: Wasserhärte:
A - 2
"Wasserhärte" ist ein merkwürdiger Begriff.
Suche in der Literatur oder Erfinde andere Bezeichnungen für das Phänomen. Schreibe deine Vorschläge hier auf:
Wasserstumpfe
......................
......................
etc
Versuch 6 Wasserenthärtung in der Praxis
In der Technik und im Haushalt wollen wir oft nicht so hartes Wasser haben.
Deswegen gibt es im Handel einige Techniken, um Wasser zu "entkalken".
Geräte und Materialien
Wasserenthärter aus dem Handel
Wasserfilter
Arbeitsanleitung
Suche nach einem Wasserenthärter aus der Drogerie.
Wie ist er beschrieben.
Gibt es eine Gebrauchsanleitung.
Welche Stoffe sind darin enthalten.
Wie ist er verpackt?
Probiere die Wirkung an Seewasser aus.
Suche nach einem "Wasserfilter" für die Küche im Haushaltsgeschäft.
Welche Stoffe sind darin enthalten.
Wie ist seine Funktion beschrieben.
Gibt es eine Gebrauchsanleitung.
Wie ist er verpackt?
Probiere ihn aus.
(Vergleiche auch den Themenbereich Ionenaustausch.)
In der Küche finden wir destilliertes Wasser als Kondenswasser am Deckel des Kochtopfes oder an kalten Flächen. Dorthin gelangt es durch eine Destillation.
Untersuche seine Wasserhärte.
Auch im Kühlschrank gibt es eine Kondensation. Untersuche dieses Wasser auf die Wasserhärte.
Querverbindungen, Zusammenhänge, Zusatzinformationen
Suche zu diesen Stichworten aus den Büchern und Zeitschriften Beschreibungen, Erklärungen, Berichte oder Hinweise. Verwende dazu die Recherche-Formblätter
1. Stoffe, die Wasserhärte verursachen.
Kalkflecken
Calciumionen, Magnesiumionen
Carbonationen
Temporäre, permanente Härte
Berechnung der Wasserhärte in "Grad"
2. Nachweis von Kohlendioxid mit einem glimmenden Span
3. Wasserhärte und Ernährung
Das Calciumion, das wir im Wasser gefunden haben, ist lebensnotwendig. Wir benötigen es nämlich für den Aufbau von Knochen, die aus Calciumphosphat bestehen.
Oft essen wir zuviel Kochsalz, also Salze, die einfach positive Metallionen wie Natrium und Kalium enthalten. Das führt dazu, daß wir an zweifach positiven Ionen wie z.B. Calcium unterversorgt sind. Auf die Balance der Salze kommt es also an! Calcium steckt z.B. in Milch.
4. Bestimmung der Wasserhärte
Den Gehalt an Calcium und einem anderen zweifach positiven Ion, Magnesium, habt ihr mit der Titration in verschiedenen Wässern bestimmt. Das Ergebnis wird in Grad Deutscher Härte angegeben, das ist ein Maß für die Konzentration beider Ionen.
Bei der Titration habt ihr ein Reagens zugetropft, das mit den Metallionen eine feste Bindung eingeht, indem es sie von allen Seiten umgibt und an sechs Stellen eine Bindung zu den Ionen ausbildet (ein sogenannter Komplexbildner). Dieser Stoff, EDTA genannt, ist auch in Wasch- und Spülmitteln enthalten, um Calcium und Magnesium aus dem Wasser zu entfernen.
5. Kesselstein
Kesselexplosionen
Kesselwasseraufbereitung
Der Kesselstein, der sich aus Hydrogencarbonat bildet, wenn Wasser verdampft, kann nämlich Rohre verstopfen und sogar zu Explosionen führen.
Also ist Kesselstein explosiv? Nein, Kesselexplosionen können entstehen, wenn ein Kessel innen von einer dicken Schicht Kesselstein bedeckt ist. Wird der Kessel beheizt, heizt sich der Kesselstein nur wenig auf. Wenn der Kesselstein dann an einer Stelle reißt, gelangt relativ kaltes Wasser an die heiße Wand und verdampft schlagartig- eine Explosion ist die Folge.
6. Weitere Stichworte
Zeolithe
Deionisieren von Wasser
Waschmittel - Enthärter
"Britta" - Filter
Fallstudien
aus den Zeitschriften oder aus dem Alltag
Informiere dich zu folgenden Themen:
Schreibe einen Zeitungstitel und den Eingangsatz für eine Tageszeitung dazu.
oder
Erzähle eine Minute lang darüber
1. Kesselexplosionen
2. Kalkflecken in der Spülmittelwerbung
3. Waschmittelwerbung
4. Kalkablagerungen in Rohren, in der Natur und Verkalkung im Menschen
5. Muscheln und Kalkpanzer (vgl. Thema Kalk)
6. Bericht über Ostfriesentee in Süddeutschland aus OMA
Fragen
1) Was ist die Härtegruppe 1 bei den Angaben der Wasserwerke?
2) Ist hartes Wasser ungesund?
3) Welche Stoffe machen die permanente Härte aus?
4) Wenn ihr den Versuch zum Auflösen des Kesselsteins mit konzentrierter Essigsäure statt mit verdünnter Salzsäure wiederholt, könnt ihr dann noch den glimmenden Span benutzen, um Kohlendioxid zu erkennen?
5) Wie ist der Endpunkt der Titration bei der Maßanalyse mit Komplexen (komplexometrisch) zu erkennen?
6) Warum ist das Kondenswasser aus der "Brennwert"-Heizung so weich, obwohl es relativ sauer ist?
7) Warum enthalten unsere Nahrungsmittel zu wenig Ca2+/Mg2+ , so daß wir mit diesen Mineralien unterversorgt sind?
8) Können Muscheln in weichem Wasser überleben?
Antworten
1) 1 bis 4 Grad Deutscher Härte
2) Nein, hartes Wasser ist sogar gesunder als weiches. Es enthält nämlich besonders viel Calcium für die Knochen. Die Mengen sollten aber noch der Trinkwasserverordnung entsprechen.
3) Die permanente Härte wird durch Salze verursacht, die andere Anionen als Hydrogencarbonat enthalten, z.B. MgCl2. Diese bilden beim Verdampfen nämlich keinen Kesselstein.
4) Das wäre gefährlich- konzentrierte Essigsäure (Eisessig) ist nämlich bei Raumtemperatur brennbar, anders als die verdünnte Salzsäure.
5) Der Endpunkt ist an der Farbänderung zu erkennen. Die Farbänderung wird durch geringe Mengen einer weiteren Chemikalie verursacht, dem "Indikator". Dieser bildet ebenfalls einen Komplex mit Calcium und Magnesium, der genau dann zerfällt, wenn alle Metallionen in der Lösung durch das zugetropfte Reagens gebunden sind. Dabei ändert er seine Farbe.
6) Im Kondenswasser können keine Metallionen drin sein, weil es sich ja um wiederverflüssigten Dampf handelt, und die Metallionen können bei diesen Temperaturen nicht mit in den gasförmigen Zustand übergehen.
7) Weil wir oft zuviel mit NaCl salzen...
8) Nur kurzzeitig.