CSB-Wert: Massenäquivalente Sauerstoff berechnen

Der CSB-Wert dient dazu, Aus­sa­gen über den Umfang orga­ni­scher Ver­un­rei­ni­gun­gen von Was­ser zu tref­fen. Orga­ni­sche Ver­bin­dun­gen sind in der Regel gut oxi­dier­bar, damit liegt es nahe, die­se quan­ti­ta­tiv durch den Ein­satz eines star­ken Oxi­da­ti­ons­mit­tels wie etwa Kali­um­per­man­ga­nat oder Kali­um­dichro­mat zu bestim­men. In der Pra­xis macht man das dadurch, dass man vor­ge­be­ne­ne Volu­mi­na an Kali­um­dichro­mat- oder Kali­um­per­man­gan­anat­lö­sung mit bekann­ter ent­hal­te­ner Stoff­men­ge zusam­men mit einer Was­ser­pro­be unter Rück­fluss erhitzt und die Rest­men­ge an Oxi­da­ti­ons­mit­tel durch Titra­ti­on bestimmt – direkt oder gar durch Rück­ti­tra­ti­on. Somit kann man Aus­sa­gen über den Oxi­da­ti­ons­mit­tel­ver­brauch tref­fen.

Dum­mer­wei­se ist der CSB-Wert über den che­mi­schen Sauer­stoff­be­darf defi­niert, weil in Was­ser gelös­ter Sauer­stoff nor­ma­ler­wei­se beim Abbau orga­ni­scher Sub­stan­zen in der Natur zumin­dest indi­rekt als allei­ni­ger Ener­gie­lie­fe­rant für aero­be Mikro­or­ga­nis­men eine Rol­le spielt. Dar­aus ergibt sich die Not­wen­dig­keit, den Ver­brauch an Oxi­da­ti­ons­mit­tel in den fik­ti­ven Ver­brauch an Sauer­stoff umzu­rech­nen.

Kon­kret könn­te eine Fra­ge lau­ten:

Wie viel Mil­li­gramm Kaliumpermanganat/Kaliumdichromat ent­spre­chen dem Oxi­da­ti­on­ver­mö­gen von einem Mil­li­gramm Sauer­stoff?

Wei­ter­le­sen

Schülerdeutungen: Kupfer und Schwefel quantitativ

Lässt man Kup­fer und Schwe­fel in den ent­spre­chen­den Schul­ver­su­chen mit­ein­an­der reagie­ren, so fällt auf, dass das Kup­fer in der Regel nicht den gesam­ten Schwe­fel auf­nimmt. Tat­säch­lich sind es im Ver­hält­nis zum Kup­fer nur sehr gerin­ge Stoff­por­tio­nen, die not­wen­dig sind, um z.B. ein Kup­fer­blech voll­stän­dig zu Kup­fer­sul­fid umzu­set­zen.

Mei­ne SuS der 7. Klas­se hat­ten dazu eine aus­ge­zeich­ne­te Idee auf Basis ihres Wis­sens über das Kugel­teil­chen­mo­dell. In Anleh­nung an die Volu­men­kon­trak­ti­on bei der MIschung von Was­ser und Brenn­spi­ri­tus for­mu­lier­ten sie fol­gen­de Hypo­the­se:

Kupfer und Schwefel: Theorie 1

Kup­fer und Schwe­fel: Theo­rie 1

Zwi­schen den Kup­fer­ku­gel­teil­chen befin­den sich Lücken, deren Anzahl begrenzt ist. Sind alle Lücken von den Schwe­fel­teil­chen besetzt, so kann das Kup­fer kei­nen wei­te­ren Schwe­fel mehr auf­neh­men – eine abso­lut logi­sche Hypo­the­se, die gar nicht so ein­fach mit dem Kennt­nis­stand einer 7. Klas­se zu wider­le­gen ist.

Ich habe mich fol­gen­der­ma­ßen her­aus­ge­re­det:

Wenn die Hypo­the­se gilt, so dürf­ten sich die Eigen­schaf­ten von Kup­fer- und Schwe­fel­teil­chen dabei nicht ändern, da ja ledig­lich eine Art Gemisch ent­steht. Also müss­te das End­pro­dukt eine Misch­far­be aus Rot­braun (Kup­fer) und Gelb (Schwe­fel) auf­wei­sen. Außer­dem ist schwer zu erklä­ren, war­um Ener­gie bei die­ser Reak­ti­on frei wird (und das ist sicht­bar). Dann habe ich eine ande­re Theo­rie prä­sen­tiert:

Kupfer und Schwefel:Theorie 2

Kup­fer und Schwefel:Theorie 2

Kup­fer­teil­chen kön­nen nur eine begrenz­te Anzahl an Schwe­fel­teil­chen (oder umge­kehrt) auf­neh­men. Dabei ent­steht ein neu­er Stoff mit neu­en Eigen­schaf­ten, also eine Ver­bin­dung.

Die SuS haben berech­tigt ange­führt, dass sich ja auch hier die jewei­li­gen Teil­chen nicht ver­än­dern und die Far­big­keit so gese­hen auch nicht stimmt. Da sie es so genau wis­sen woll­ten, muss­te ich dann doch ein­räu­men, dass sich die Teil­chen sehr wohl ver­än­dern, wenn sie sich ver­bin­den und dadurch die Ener­gie­er­schei­nun­gen und die ande­ren Eigen­schaf­ten zu erklä­ren sind.

Das Gesetz der kon­stan­ten Pro­por­tio­nen erklä­ren jedoch bei­de Hypo­the­sen hin­rei­chend gut. Und wenn man sich die Orga­ni­sa­ti­on der Ionen im Kup­fer­sul­fid genau anschaut haben die SuS so Unrecht nun auch wie­der nicht.Ganz davon abge­se­hen: Metho­disch haben sie her­vor­ra­gend gear­bei­tet.

Der Über­gang vom Mas­sen- auf den Teil­chen­be­griff ist eben doch nicht so ganz ein­fach…