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):

Wei­ter­le­sen

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.

Wei­ter­le­sen

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. 2x63,5u 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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