Menschenversuch zum dynamischen Gleichgewicht

Dabei werden zwei Gruppen benötigt, z.B. Mädchen und Jungen. Alle müssen zur betreffenden Unterrichtsstunde einen Tennisball mitbringen (Mandarinen oder Äpfel funktionieren definitiv nicht…). Danach benötigt man ein einfaches Spielfeld, wie es auf jedem Tartanplatz vorhanden ist:

Spiel zum dynamischen Gleichgewicht

Spiel zum dynamischen Gleichgewicht

Beide Gruppen dürfen gerne unterschiedlich groß oder „gut“ sein. Die Mädchen begeben sich in den einen Teil des Feldes, die Jungen in den anderen. Ziel ist es nun, die eigenen Tennisbälle in das Feld des Gegners zu rollen. Ankommende Bälle dürfen natürlich sofort wieder zurückgerollt werden. Das Werfen von Bällen ist verboten. Alle 15 Sekunden wird das Spiel unterbrochen und die Anzahl der Bälle für jedes Feld einzeln bestimmt. Dabei konnte ich z.B. folgende Werte ermitteln (16 Mädchen, neun Jungen):

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Wasserstoffblond?

Auch dass die Überschrift chemisch in keiner Weise stimmt, lässt sich mit einem kleinen Versuch zur Analytik zeigen: Es wird der Wasserstoffperoxidgehalt in Haarbleichmittel quantitativ bestimmt. Verantwortlich für die Bleichwirkung dieses Stoffes ist keinesfalls der in der Überschrift zu Unrecht beschuldigte Wasserstoff, sondern vielmehr der in der Oxidationsstufe -I vorliegende Sauerstoff, der die energetisch  für ihn erstmal viel günstigere Oxidationsstufe 0 anstrebt.

So sieht das dann aus:

H2O2 →  2H+ + O2 + 2e¯

Das Wasserstoffperoxid entzieht den Farbstoffen im Haarpigment Elektronen, wodurch diese oxidativ zerstört werden. Die Elektronen erhält dabei formal (und in Wirklichkeit wohl auch…) der Sauerstoff – nur seine Oxidationszahl ändert sich formal.

Durchführung:

Dieser Versuch ist ein Klassiker der Oberstufenexperimentiererei – man findet ihn in unterschiedlichsten Abwandlungen im Netz und Lehrbüchern. Die hier beschriebene Variante stammt im Wesentlichen aus dem Lehrwerk „Chemie heute“ (Sekundarbereich II), Schroedelverlag. Man benötigt dafür an Chemikalien:

  1. Haarbleichmittel
  2. Kaliumpermangananatlösung c(KMnO4)=0,01mol/l
  3. Schwefelsäure (ca. 20%ig zum Ansäuern)

Haarbleichmittel besteht in der Regel aus zwei verschiedenen Komponenten: Der eigentlichen Bleichlösung, die das Wasserstoffperoxid enthält und einer unterschiedlich gearteten Creme, die dafür sorgt, dass das Bleichmittel längere Zeit auf das Haar einwirken kann. Für den kosmetischen Einsatz vereinigt man beide Substanzen, für unseren Versuch reicht uns die Bleichlösung.

Die Maßlösung (Kaliumpermanganatlösung) bereite ich nicht mehr selbst vor, sondern SuS setzen sie „live“ vor dem Versuch an. Zwei SuS bereiten die Lösung dann in ausreichender Menge für alle vor. Daher brauche ich für den Versuch folgende Geräte:

  1. Messkolben (100ml)
  2. Pipetten (1ml/10ml)
  3. Pipettierhilfe
  4. Bürette
  5. Erlenmeyerkolen (250ml)
  6. Waage
  7. Filterpapier

In dem Messkolben füllen die SuS 1ml Bleichlösung mit Deionat (deionisiertes Wasser) auf 100ml auf und pipettieren 10ml der entstandenen Lösung in den Erlenmeyerkolben. Diese Lösung kann z.B. auch von zwei SuS für die Gesamte Lerngruppe vorbereitet werden. Mit der Waage und festem Kaliumpermanganat können zwei andere SuS die Maßlösung ansetzen, die in die Büretten gefüllt wird.

Nachdem die im Erlenmeyerkolben befindliche Probelösung mit Deionat auf ca. 50ml verdünnt und mit ca. 1-2ml der Schwefelsäurelösung versetzt wurde, kann so lange Kaliumpermanganatlösung hinzugetropft werden, bis sich die Probelösung leicht rosa färbt. Dabei ist natürlich immerzu zu schütteln.

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Versuch zum Treibhauseffekt

Es gibt eine Reihe von Mythen zum Treibhauseffekt. Da ist von an den Wolken reflektierter Wärmestrahlung die Rede, da werden Strahlung und Wärme ineinsgesetzt und, und, und…

Ein Versuch, den ich zum Ausgangspunkt für eine einigermaßen wissenschaftliche Beschreibung des Treibhauseffektes genommen habe, besaß folgenden Aufbau, den man in diversen Variationen in zahlreichen Lehrbüchern und auf noch mehr Internetseiten findet. Die „Rieckenversion“ tat ihren Dienst erwartungsgemäß und brav.

Modellversuch Treibhauseffekt

Modellversuch Treibhauseffekt

Ich habe einen Baustrahler (500W echtes Halogen) durch ein Schale mit Wasser auf zwei kleine Erdmodelle scheinen lassen: Eines mit dunklem Untergrund (Tonpapier – Landmasse), eines mit reflektierendem (Alufolie – Polkappen, Gletschereis). Dazu habe ich zwei PET-Flaschen geköpft und mit Cellophanfolie verschlossen. Ungefähr 3cm oberhalb des Untergrundes ist jeweils ein Temperaturfühler befestigt – der verwendete Alchimisst (Messgerät) besitzt freundlicherweise zwei unabhängige Temperaturanzeigen. Das Loch für den Fühler bahnt ein glühender Nagel. Undichtigkeiten versorgt Knetgummi oder aber auch Parafilm.

Beide Erdmodelle wurden über einen Zeitraum von 5 Minuten bestrahlt. Einmal waren sie mit Luft und das andere Mal mit Kohlenstoffdioxidgas gefüllt. Alle 30s wird die Temperatur notiert (das könnte auch ein Rechner machen).

Die Wasserschale unter dem Halogenstrahler dient als Filter: So heizt wirklich das Licht und nicht die massig abgegebene Wärmestrahlung.

Das Rohergebnis sieht damit folgendermaßen aus:

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Schülerversuch: Reaktion von Kupfer und Schwefel quantitativ

Dies ist ein sehr bekannter Versuch zum Nachweis vom Gesetz der konstanten Proportionen. Dazu lässt man ein Kupferblech mit bekannter Masse mit Schwefel reagieren und wiegt das Produkt erneut. Dabei ist das Massenverhältnis von Kupfer und Schwefel im Idealfall konstant, da folgende Reaktion abläuft:

2Cu + S → Cu2S

Es reagieren also 32u Schwefel  mit ca. 2×63,5u Kupfer (127u) (alle Werte gerundet), sodass man auf ein Massenverhältnis von ziemlich genau 4:1 ( m(Cu):m(S) ) kommt.

Dazu spannt man ein Reagenzglas mit wenig Schwefelpulver leicht schräg in ein Stativ ein. Jede Versuchsgruppe (je mehr Gruppen, desto besser), erhölt ein unterschiedlich großes Kupferblech. Dieses wird gewogen und so in das Reagenzglas eingeführt, dass es etwa 4-5cm über dem Schwefel zu liegen kommt. Dann werden sowohl der Schwefel als auch das Reagenzglas erhitzt. Man sollte den Ablauf dieses Experimentierteils einmal vorher mit den SuS üben (Vorstunde).

Durch eine vorbereitete Schülerhand kann der spannende Teil des Versuches so ablaufen:

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Reduktion von Kupferoxid quantitativ

Das Gesetz von den konstanten Proportionen (Gesetz der konstanten Massenverhältnisse) lässt sich experimentell auf verschiedenste Weise nachweisen. Oft macht man beim Klassiker im Schülerversuch (Bildung von Kupfersulfid) ein längeres Gesicht, weil die Werte nicht besonders gut hinhauen.

Immer funktioniert hingegen der folgende Versuch, auch wenn dieser etwas höhere Ansprüche an den Experimentator stellt und daher nur als Lehrerversuch sinnvoll ist. Dabei wird Kupfer(II)oxid (schwarz) mit Hilfe von Wasserstoff zu elementarem Kupfer und Wasser reduziert gemäß:

CuO + H2 → Cu + H2O

Das Wasser entsteht dabei in gasförmigem Aggregatzustand und „nimmt“ den Sauerstoff dadurch mit, sodass man durch Massenvergleich vor und nach der Reaktion das Massenverhältnis von Kupfer und Sauerstoff in der Verbindung Kupfer(II)oxid bestimmen kann.

Dazu verwende ich in der Luxusausstattung folgende Apparatur:

Reduktion von Kupferoxid

Reduktion von Kupferoxid

Legende:

  1. Magnesiaschiffchen mit unterschiedlichen Stoffportionsmassen von Kupferoxid
  2. Reaktionsrohr aus Quarzglas
  3. Gasbrenner
  4. Waschflasche
  5. Wasserbad
  6. Eisenwolle (locker gestopft)
  7. gewinkeltes Glasrohr
  8. Wasser oder Schwefelsäure (konz.) wenn der Wasserstoff getrocknet werden muss
  9. U-Rohr

Zunächst wird das Leergewicht aller Schiffchen auf der Feinwaage (d=0,01g) bestimmt. Danach füllt man jedes Schiffchen mit einer anderen Masse an Kupferoxid und wiegt erneut, sodass die Masse des eingefüllten Kupferoxids jeweils bekannt ist. Anschließend werden alle Schiffchen mit einer langen Pinzette in das schon waagerecht eingespannte Reaktionsrohr geschoben und die Apparatur verschlossen. Weiterlesen

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