Experimentalvortrag „Lebensquell Wasser“
Referentin: Anne Wehner 10.05.07
Inhalt• Wasser – ohne geht nichts
• Wasser unter der Lupe
• Wasser und Eis
• Rund ums Trinkwasser
• Wasserhärte
• Wassersynthese
• Qualitativer Wassernachweis
• Mangelware: Wasser
• Schulbezug
1. Wasser – ohne geht nichts
• klare, geschmacks- und geruchslose, farblose Flüssigkeit
• hohe Lichtdurchlässigkeit
• bedeckt 70% unserer Erde (97% Salz- und 3% Süßwasser)
• flüssig bei 0°C bis 100°C
Die wichtigste Substanz der Welt
Experiment 1: Tanzender Wassertropfen
Erklärung:
Wasser siedet bei 100 °C und geht dabei in Wasserdampf über.
1. Wassertropfen auf Herdplatte (> 100 °C) Sieden an Berührungszone
2. Dampf hebt Tropfen hoch
3. Tropfen fährt wie Luftkissenboot auf Herdplatte herum - angetrieben vom Dampf
4. Dampf entweicht Tropfen sinkt wieder ab
5. Tropfen bildet wieder etwas Dampf und hebt sich wieder - und so weiter.
Wasser – ohne geht nichts
• Bestandteil aller Lebewesen (Mensch: 75%; Qualle: 99%)
• guter Wärmespeicher (Bsp.: Bodensee - Zitrusfrüchte Insel Mainau,
Treibhausgas – erhöht in Atm. (5 Vol-%) Temp. von –18 auf 15°C)
• gutes Lösungsmittel für Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe
(z.B.: Salze für Nährstofftransport, Sauerstoff für Atmung von Fischen)
Wasser – ohne geht nichts
Experiment 2: In Wasser löst sich Luft
Info
Fische benötigen zum Leben Luft
In 100 mL Wasser lösen sich bei 0 °C 4,91 ml, bei 20 °C 3,11 mL Sauerstoff bzw. Luft.
je höher die Temperatur, um so weniger Sauerstoff löst sich Im Sommer sterben oft Fische an Sauerstoffmangel
Sauerstoff: Bildung von Wasserpflanzen und Algen
Lösen aus Luft an Wasseroberfläche
Versuchsaufbau
Wasser – ohne geht nichts
• Wasser liefert Sauerstoff für Pflanzen und Bakterien bei Photosynthese
• natürliche Umwelt: Verteilungs- und Transportmittel
Wasser – ohne geht nichts
Demonstration 1: Pflanzenfärben
Was ist passiert?
Blumen verfärben sich mit Wasser haben sie auch Farbpartikel durch Stengel aufgesogen
Deutung:
Pflanzen brauchen Wasser zum Leben, z.B. für Photosynthese
Wasser ist Transportmittel für wichtige Nährstoffe
Versuchsaufbau
Wasser – ohne geht nichts
Experiment 3: Leitet Wasser den Strom?
Ergebnis: - reines Wasser leitet elektrischen Strom nicht
- minimale Mengen von gelöstem Salz machen es leitend
Wasser – ohne geht nichts
Alltagsbezug:
Mensch: Salz in unserem Körper wichtig für Funktion von Nerven und Muskeln – Nerven = elektrischer Leiter, Blut = Salzlösung elektrische Ströme und Spannungsschwankungen
Körperschweiß, Leitungswasser = Salzlösung Achtung! Mit Netzspannung betriebe elektrische Geräte (Fön, Radio, Lampen usw.) niemals in Nähe von offenem Wasser (Badewanne, Dusche, Waschbecken)
Fische (z.B. Zitteraal, Zitterrochen): Aufbau von elektrischer Spannung in Nerven und Muskeln Verjagung von Feinden und Beutefang mit elektrischen Stromschlägen
Zitterrochen (oben) und Zitteraal (rechts)
Wasser – ohne geht nichts
Im Wasser laufen ständig Säure/Base- Reaktionen ab
Beispiele für chemische Reaktionen mit Wasser als Reaktionspartner:
• Photosynthese: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
• Auflösen von Kalk: CaCO3 + CO2 + H2O Ca (HCO3)2
• Saurer Regen: SO2 + 2H2O H3O+ + (HSO3)-
• Bildung von Mineralwasser: CO2 + 2H2O H3O+ + (HCO3)-
Wasser – ohne geht nichts
Experiment 4: BrausepulverZitronensäure hat 3 COOH-Gruppen Bildung von 3 H3O+- Ionen:
H3O+- Ionen reagieren mit HCO3– Ionen des Soda unter Bildung von CO2
und H2O:
H3O+ + HCO3- H2O + CO2 (Schaum)
Bildung von Kohlensäure: H2O + CO2 H2CO3
Gesamtreaktion: NaHCO3 + C6H8O7 → NaC6H7O7+ H2O + CO2
Wärme
Kälte
Wasser – ohne geht nichts
Wasser hat viele Gesichter
Einzige Substanz, die in allen drei Aggregatzuständen vorkommt
Wasser – ohne geht nichts
Experiment 5: Gasförmiges Wasser
Erklärung:
Austritt von Wasserdampf Luft verdrängt und durch Wasserdampf von 100° C ersetzt
Kontakt mit kaltem Wasser Kondensation Wasserdampf Bildung Unterdruck Implodierung der Dose
Da das Wasser eine träge Masse darstellt, wird es nur untergeordnet in die Dose eingesogen
Alltag:
Wechselspiel von überhitztem Wasser und Wasserdampf ist Funktionsprinzip eines Geysirs.
Geysir
Wasser – ohne geht nichts
Wasserkreislauf
1. durch Verdunstung (haupts. Meeresoberfläche) gelangt Wasser als Luftfeuchtigkeit in Atmosphäre
2. Warme, feuchtigkeitstragende Luft steigt auf, kühlt ab und kondensiert
3. Wolkenbildung Niederschlag in Form von Regen oder Schnee (Süßwasser)
4. Verdunstung oder Versickerung im Boden Anreicherung mit Salzen
5. versickertes Wasser gelangt über pflanzliche Transpiration in Erdatmosphäre oder dient zur Grundwasserbildung
6. Niederschlag gelangt über Grundwasserstrom, Bäche und Flüsse wieder in die Meere
Wasser – ohne geht nichts
2. Wasser unter der Lupe• besteht aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff
• Abkürzung: H2O
• Atome in Dreiecksform angeordnet – Winkel 104,5°
• Teilladung: Sauerstoff (O) negativ, Wasserstoff (H) positiv Dipol
• Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen
Wassermolekül Wasserstoffbrückenbindung
Oberflächenspannung des Wassers
a) Wasserinnere: Wirken von Anziehungskräften zwischen Molekülen aus allen Richtungen insgesamt Addition zu Null
b) Wasseroberfläche: keine Anziehungskräfte nach oben gerichtete Kraft ins Innere; Grenzfläche Wasser – Luft vergleichbar mit dünner, elastischer Haut
Wasser unter der Lupe
Experiment 6: Oberflächenspannung
Experiment 6 a)
Beobachtung: Es läuft kein Wasser heraus.
Erklärung:
1. Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung und zieht die Karte an sich
2. Luftdruck ist größer als das Gewicht des Wassers Luft drückt somit von unten gegen die Karte und hält sie am Glas fest.
Wasser unter der Lupe
Experiment 6 b)
Beobachtung: feingewebte Stoffe halten Wassertropfen zurück
Darauf beruht zum Beispiel die wasserabweisende Wirkung von Zeltstoff
Alltagsbezug:
Wasserläufer: Nutzer der Oberflächenspannung des Wassers in der Natur kann ohne Mühe auf dem Wasser laufen, ohne unterzugehen
Wasserläufer
Wasser unter der Lupe
Etwas Geschichte: Wasser – Element oder Verbindung?• 600 v.u.Z.: wurde in China als Element angesehen, Unterscheidung
von Elementen Wasser, Feuer, Holz, Metall, Erde
• 624-544 v.u.Z.: griech. Philosoph Thales – wichtigster Grundstoff; „Prinzip aller Dinge, aus dem alles ist und zu dem alles zurückkehrt“
• 484-430 v.u.Z.: Empedokles – erkannte Feuer (= Energie), Wasser (= Flüss.), Luft (= Gas)und Erde (= Feststoff) als „Elemente“ an
Die vier "alten Elemente"
(Quelle: Cornelsen)
Wasser unter der Lupe
• 427-347 v.u.Z.: Plato – kleine, regelmäßig geformte Teilchen; ordnete den Elementen bestimmte reguläre Vielecke („platonische Körper“) zu:
Feuer = Tetraeder
Erde = Würfel
Luft = Oktaeder
Wasser = Ikosaeder
• 1784: Brit. Naturforscher Henry Cavendish (1731-1810) erkennt Zusammensetzung des Wassers aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom Wasser kein Element, sondern Verbindung
Wasser unter der Lupe
3. Wasser und Eis• größte Dichte und geringstes Volumen des Wassers liegt bei 4°C
Gewichtsvergleich: 1 Liter Wasser bei 4°C 1kg
1 Liter Eis 917g
• Wassermoleküle in Eiskristall weit gepackt, starre Ordnung (vs.
Schmelze: dichte Lagerung, Moleküle beweglich)
• Struktureinheit Eis: OH4-Tetraeder
Eis Wasser
• Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus Druckausübung
Bsp.: Platzen von Wasserflasche in Gefriertruhe
Bersten von Wasserrohren im Winter
Experiment: Eis sprengt Glas
• Eis schmilzt unter Druck
Bsp.: Schlittschuh- und Skiläufer
Experiment: Eiswürfel
Wasser und Eis
Experiment 7: Eis sprengt GlasKältemischung:
ca. ¼ Kochsalz und ¾ fein zerstoßenes Eis bis -21°C
Warum? Schmelztemperaturen von Gemischen liegen meist niedriger als die der Reinstoffe (Alltag: Salzstreuung auf vereiste Straßen)
Vorgang: Salz geht in Lösung Eis muss anteilig flüssig werden Benötigung von Wärme
Da keine Wärme von außen zugefügt wird, holt sich Gemisch die "Wärme" aus dem Eis selbst Abkühlung.
Versuchsaufbau
Wasser und Eis
• Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus Druckausübung
Bsp.: Platzen von Wasserflasche in Gefriertruhe
Bersten von Waserrohren im Winter
Experiment: Eis sprengt Glas
• Eis schmilzt unter Druck
Bsp.: Schlittschuh- und Skiläufer
Experiment: Eiswürfel
Wasser und Eis
Demonstration 2: EiswürfelErklärung: Eis verhält sich plastisch bei Druckausübung
Beim Gefrieren dehnt sich Wasser um etwa 1/10 aus. Wenn man Eis also presst, schmilzt es
Alltag: Schlittschuh- oder Skifahren Druckausübung auf Eis Entstehung Flüssigkeitsfilm Rutschen
Wasser und Eis
Dichteanomalie des Wassers am Beispiel „See“• Winter: See gefriert von oben nach unten – jedoch nie bis zum Grund
• Eisdecke schwimmt aufgrund geringerer Dichte an Wasseroberfläche
Kälteschutz, lichtdurchlässig (günstig für Photosynthese)
Wassertiere und Wasserpflanzen können in tieferen „wärmeren“ Schichten überleben
• Unter Eisdecke steigt Temp. bis 4°C an (keine T- Veränderung mehr,
da durch großen Eigendruck Minimalvolumen erreicht)
Wasser und Eis
Demonstration 3: Dichte Eisberg
Modell Eisberg
Beobachtung: Eis schwimmt auf Wasser, beim Schmelzen keine Veränderung des Wasserspiegels
Erklärung: Eis besitzt geringere Dichte als Wasser
Wasser und Eis
4. Rund ums Trinkwasser
Wieviel Wasser braucht der Mensch?
• Mensch kann max. 4 Tage ohne Wasser überleben
• Wasserverlust: 10% Mangelerscheinungen, 20% eventuell Tod
• Wasseraufnahme pro Tag: Jugendlicher (50 kg) 2 – 2,5 L
Erwachsener (75 kg) 2,6 – 3,4 L
Ohne Wasser kein Leben
• Körper besteht zu ca. 2/3 aus Wasser
• wichtiges Transport- und Lösemittel für Menschen
• verdünnt Magensäure
• spaltet und transportiert Salze im Körper
• löst Hormone, Proteine, Vitamine und Zuckermoleküle
• Versorgung von Geweben und Zellen mit Nährstoffen
und Sauerstoff
• Körper erzeugt durch Oxidation von Zucker, Proteinen
und Fett eigenes destilliertes Wasser
• reguliert Körpertemp. Verdunstung an Hautoberfläche
• Blut: 92% Wasser, Gehirn: 90% Wasser, Muskeln: 75%,
Leber: 69%, Knochen: 22%
Rund ums Trinkwasser
Unser täglich Wasser ...
Wieviel Wasser (ver)braucht der Mensch?
Dtl.: durchschn. 127 L reinstes Trinkwasser pro Tag
Hygiene (Duschen und Baden): 46 L/ Tag
Toilettenspülung: 34 L/ Tag
Wäsche waschen: 12,7 L/ Tag
Garten und Auto: 8,9 L/ Tag
Geschirrspüler: 7,6 L/ Tag
Kochen und Trinken: 5 L/ Tag
Sonstiger Verbrauch: 13 L / Tag
Rund ums Trinkwasser
Woher kommt unser Trinkwasser?
• Oberflächenwasser 26% aus Seen, Talsperren, Flüsse, Uferfiltrat; Wasserwerke
entfernen Schadstoffe (Nitrate, Nitrite, Pestizide, Keime, Bakterien) nach Richtlinien der
Trinkwasserverordnung; Gesetz: „keimfrei, farblos und geruchlos“
• Grundwasser geeigneter, jedoch auch Entfernung von Verunreinigungen (Eisen,
Mangan, Pestizide, Nitrat, Hormone, Antibiotika, chem. Verbindungen aus der Kunststoffindustrie)
Rund ums Trinkwasser
Die Aufgabe der Wasserwerke
1. Aufbereiten des Rohwassers mit technischen Verfahren ( z.B.: Entfernen von Eisen und Mangan durch Oxidation mit Sauerstoff)
2. Fließen in riesigen Filteranlagen durch Mehrschichtfilter aus Kies, Sand und Blähton
3. Entfernung der organischen Inhaltsstoffe durch Einleitung von Ozon ( Aufbrechen von langkettigen Kohlenwasserstoffketten)
4. Abtöten von Krankheitserregern durch Ozon Wasserwerke müssen 70% weniger Chlor einsetzen
5. Neutralisierung unerwünschter Geschmacksstoffe durch Aktivkohlefilter
6. Zusatz von Chlor zur Desinfektion, Ausschluss der Verunreinigung auf dem Weg in die Haushalte
Rund ums Trinkwasser
Wasserleitungen unter der Lupe
Menge und Art der Schadstoffe im Wasser sind abhängig von Material der Wasserrohre
Kupferrohre:
• in Dtl. 60%
• erst bei hoher Konzentration gesundheitsschädlich
• Trinkwasserverordnung erlaubt 2 mg Cu / L Wasser
• mit der Zeit Bildung einer Schicht aus Kupfercarbonat und anderen
Verbindungen verhindert weitere Lösung von Cu
• in saurem Wasser löst sich besonders viel Cu sobald pH-Wert unter 7,
sind Kupferrohre verboten
Rund ums Trinkwasser
Verzinkte Eisenrohre:
• abgestandenes Wasser in Leitung ist trüb und rostrot
• Eisen löst sich erst, wenn innere Zinkschicht beschädigt
• Beschädigung der Zinkschicht Lösen von gesundheitsschädlichen
Stoffen (Bsp.: Schwermetall Cadmium)
• Grenzwert Cd: 0,005 mg/ L Anreicherung in Leber und Nierenrinde;
kann zu Nierenversagen führen
Rund ums Trinkwasser
Bleirohre:
• dürfen in Dtl. seit 1973 nicht mehr eingebaut werden
• 10% der Häuser in nördlicher Hälfte Dtl. besitzen noch Bleirohre
• Bleiaufnahme Beinträchtigung der Blutbildung und der
Gehirnentwicklung (vor allem bei Ungeborenen, Säuglingen und
Kleinkindern), Einlagerung in den Knochen bei Erwachsenen
• Grenzwert ab 2003: 0,025 mg Pb/ L
• Grenzwert ab 2013: 0,01 mg Pb/ L
Was tun?
Wasseranalyse: 20 - 50 Euro
Rund ums Trinkwasser
Wasserfilter - Funktionsweise
1. Wasser wird in Filterpratone gegossen
2. Wasser sickert durch die Ionenaustauschermasse Festhalten von Mineralien wie Kalzium, Magnesium, Blei, Kupfer Enthärtung
3. Wasser sickert durch Aktivkohle Entfernung von Chlor und organischen Stoffen
4. Abgabe von Silber ins Wasser wirkt als „Bakteriengift“
Rund ums Trinkwasser
Experiment 8: Feinreinigung durch Aktivkohlefilter
Erklärung: Reinigungswirkung der Aktivkohle (besonders vorbehandelte Holzkohle) beruht auf großer Oberfläche (1 g etwa 1000 m² ) Absorption von z.B. Farbstoffteilchen
Alltag: Gasmasken haben gekörnte Aktivkohlefüllung
Versuchsaufbau
Rund ums Trinkwasser
• Marktanteil in Dtl.: 92%
• Herkunft: unterirdische, vor Verunreinigung geschützte Wasservorkommen
• enthält durch Erd-und Gesteinsschichten aufgenommene Mineralstoffe
(meist über 1g/ L)
• Abfüllung muss an Quellort erfolgen
• Veränderung der Zusammensetzung verboten, Ausnahme: Befreiung von
Schwefel, Eisen und Mangan sowie Zugabe oder Entzug von Kohlensäure
erlaubt
Mineralwasser und Co - „eine kleine Warenkunde“
Rund ums Trinkwasser
• Marktanteil in Dtl.: 5%
• mit Meerwasser oder Mineralstoffen versetztes
Trink- oder Mineralwasser
• früher: „künstliches Mineralwasser“, da nach
bestimmten Rezepten komponiert
• Befolgung der Mineral-und Tafelwasserverordnung
und der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung
Rund ums Trinkwasser
• Marktanteil in Dtl.: 3%
• Sonderfall unter den Mineralwässern
• meist hohe Konzentrationen an Mineralstoffen
• heilende oder vorbeugende Wirkung
• unterliegen Arzneimittelgesetz (amtliche Zulassung nötig)
Rund ums Trinkwasser
• Herkunft: unterirdische Wasservorkommen
• enthält deutlich weniger Mineralstoffe als Mineralwasser
• Flasche mit Bezeichnung „Quellwasser“ kann Wasser von verschiedenen
Quellen enthalten
Rund ums Trinkwasser
5. WasserhärteWasser ist nicht gleich Wasser – es gibt „hartes“ und „weiches“
Wasser• Je härter das Wasser, desto mehr Kalzium- und Magnesiumsalze gelöst
• Salze werden aus Gesteinen herausgelöst
• Wasserhärte ist von Region zu Region unterschiedlich
• Je mehr Regen fällt, desto weicher kann Wasser sein
• Wasser nach längerer Trockenheit meist härter, da sich mehr
Mineralstoffe lösen
Demonstration 4: Sind Salze in Wasser gelöst?
Untersuchung verschiedener Sorten Wasser nach gelösten Salzen
Wasserhärte
Ergebnis:
• absolut reines Wasser findet man kaum in Natur
• Destilliertes Wasser: in geschlossener
Apparatur aus Wasserdampf kondensiert
relativ rein
• Leitungswasser: enthält fast immer gelöste
Salze machen Wasserhärte (Salze des
Calciums und des Magnesiums als Chloride,
Sulfate und Hydrogencarbonate) aus
Wasserhärte
Waschmittel
• Je härter das Wasser, desto mehr Waschmittel wird benötigt
Dosierungsempfehlung auf Packung
• Früher: Wasserhärte Problem – Seife reagierte mit Kalzium- und
Magnesiumsalzen zu Kalkseife unwirksam
• Heute: Waschmittel enthalten weniger Seife oder sind seifenfrei
Wasserhärte
Waschwirkung
• "Gleiches mischt sich mit Gleichem": z.B. Öl mit
Fett, Benzin mit Öl
• Stoffe, die sich mit Öl mischen lipophil
• Stoffe, die sich mit Wasser gut mischen hydrophil
• Stoffe, die lipophil und hydrophil sind : z.B. Alkohol,
Seife, Galle in unserem Körper, Tenside in den
Waschmitteln und Schampoos
Wasserhärte
Experiment 9: EmulsionenErklärung:
• Öl + Wasser 2-Phasenbildung, keine
Mischung, da hydrophiler und lipophiler Stoff
• Öl + Wasser + Seife milchige Emulsion –
als Tröpfchen fein verteilt schwimmt eine
der beiden Flüssigkeiten in der anderen
• Unterscheidung: „Wasser in Öl" ‑ oder "Öl
in Wasser" Emulsionen Alltag:
Bildung von Emulsion bei Waschwirkung von Seife und Waschpulver
Körper: Verdauung des Speisefetts nur als Emulsion möglich
Öltropfen auf Wasser
Wasserhärte
• Seife: lange, hydrophobe Kohlenwasserstoffkette und polare, hydrophile
Carboxylgruppe (-COO-)
• Micellenbildung: Kohlenwasserstoffketten lösen sich in Fetttropfen, polare
Enden ragen nach außen ins Wasser Umhüllung und Ablösung des
Fetts Bildung einer Emulsion Abführung mit frischem Wasser
Ablösung einer Fettverschmutzung von einer Faser
Micellenbildung: Seifenmoleküle an
Fetttropfen
Wasserhärte
• Seifen auch an Wasseroberfläche Senkung der Oberflächenspannung
Verbesserung der Reinigungswirkung des Wassers
• hartes Wasser Calcium- und Magnesiumionen blockieren polare Enden
der Seife und bilden unlösliche Kalkseifen Vernichtung Waschwirkung
2 R-COO- + Ca2+ (Kalk) (R-COO)2Ca
Seifenmoleküle an Wasseroberfläche
Wasserhärte
Experiment 10: SeifenwirkungSchwimmen der Büroklammer beruht auf Oberflächenspannung
• Um Molekül in Wasseroberfläche zu bringen, muss es gegen ziehende Kräfte an Oberfläche transportiert werden
• Jede Erweiterung der Oberfläche kostet damit Energie Wasser "wehrt" gegen Vergrößerung Büroklammer wird wie auf einer Gummi-Membran getragen wird.
• Spülmittel: „Seifenmoleküle“ lagern sich zwischen Wassermoleküle Störung des Zusammenhalts Reduzierung Oberflächenspannung
gleiche Effekt wie bei Waschwirkung von Seife und Spülmittel, indem sie Oberflächen besetzen (= grenzflächenaktive Stoffe)
Wasserhärte
6. Wassersynthese1. Verbrennungsprozesse von wasserstoffhaltigen Verbindungen
(z.B. Glucose)
C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O
2. Knallgasreaktion: Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff
2 H2 + O2 2 H2O (exotherm)
Oxidation von Wasserstoff, Reduktion von Sauerstoff
Elektronenübertragungsreaktion.
Erneuerbare Energien
Umweltschonende Energieumwandlung:
1.) Elektrolyse: Zersetzung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff
2.) Rückreaktion: Reaktion von H2 und O2 als erneuerbare Energieträger
zu Wasser (Elektronenabgabe und –aufnahme an getrennten Orten, um
Knallgasreaktion zu verhindern) Energiefreisetzung Arbeitsleistung
Verbrennung
2 H2 + O2 2 H2O + Energie
Elektrolyse
Anwendung: Brennstoffzelle, Wärmekraftwerke, Verbrennungsmotoren
Wassersynthese
Brennstoffzelle – Die gezähmte Knallgasreaktion
• Galvanisches Element
• Umwandlung von chemischer in elektrische Energie
• katalytisch wirkende Elektroden aus Edelmetallen (z.B. Platin)
• Elektronenaufnahme und -abgabe an getrennten Orten
dazwischen fließt elektrischer Strom
• Redoxvorgänge:
Minuspol: 2 H2 + 4 H2O 4 H3O+ + 4 e-
Pluspol: O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-
Gesamtreaktion: 2 H2 + 6 H2O + O2 4 H3O+ + 4 OH-
• Oxonium-Ionen H3O+ und Hydroxid-Ionen OH- reagieren zu Wasser
• Gesamtreaktion: 2 H2 + O2 2 H2O /exotherm
Wassersynthese
7. Qualitativer Nachweis von Wasser
Stoffe, die bei Kontakt mit Wasser Farbe ändern (Indikatoren):
- wasserfreies, weißes Kupfer(II)-sulfat Bildung von
blaugrünen Kristallen ("Kupfervitriol") mit Wasser
CuSO4 · H2O + 4 H2O [Cu(H2O)4]SO4 · H2O
Experiment: Wassernachweis mit Kupfersulfat
- wasserfreies, blaues Cobalt(II)-chlorid Rosafärbung mit Wasser
(Bsp. Trockengel).
Demonstration: Herstellen von Chloridpapier
Experiment 11: Wassernachweis mit Kupfersulfat
Erklärung:
Aufbau Kupfersulfat: Wassermoleküle bilden quadratisch-planare Struktur um das Kupfer-Ion herum (Aquakomplex) Farbveränderung des Metall-Ion zu Blau
Anordnung: vier der fünf Wassermoleküle in kovalenter Bindung um das Kupfer-Ion, fünfte über Wasserstoffbrücken an Sulfat-Ion gebunden
Formel von wasserhaltigem Kupfersulfat so: [Cu(H2O)4]SO4 · H2O
Erhitzen Strukturzerstörung, Kupfersulfat in reiner, farblosen Form vor (Kupfer(II)-Ion)
Qualitativer Nachweis von Wasser
Demonstration 5: Herstellen von Chloridpapier
Erklärung: blaues Cobaltchlorid-Papier: Nachweis für Wasser Rosafärbung
Cobaltchloridpapier enthält blaues Cobalt(II)-tetrachlorocobaltat(II) mit Wasser Bildung des rosafarbenen Hexaquacobalt(II)-chlorid-Komplex:
Co[CoCl4] + 12 H2O 2 [Co(H2O)6]Cl2
Wasserhaltiges und wasserfreies Cobaltchlorid
Qualitativer Nachweis von Wasser
8. Mangelware: Wasser• Weltgesundheitsorganisation (WHO): weltweit 1,1 Milliarden Menschen
ohne verlässliche Versorgung mit sauberem Wasser
• besonders betroffen sind Entwicklungs- und Schwellenländer
nicht genügend Grundwasser, um Brunnen zu bohren
• reiche Länder beseitigen Probleme des Wassermangel durch Einsatz
von finanziellen Mitteln
Alternative Methoden der Trinkwassergewinnung
1. Saudi Arabien
Gewinnung durch Meerwasserentsalzung
2. Indien
Sammlung des Monsumregens in großen Becken, Tanks und künstlichen Seen
Seewasser versickert Grundwasser Brunnen liefern in trockenen Monaten Wasser
2. Chile
Aufstellen von Netzen zum Einfangen des Nebelwassers Nebel zieht durch Netz Kondensation an Maschen aufgefangenes Wasser fließt über Rinne, Becken und Rohre ins Dorf
12.000 L Wasser/ Tag
Mangelware Wasser
Wassertanks und Leitungen von der
indischen Regierung
9. Schulbezug
Unterthemen
• Eigenschaften und Bedeutung des
Wassers
• Synthese von Wasser
• Eigenschaften von Wasserstoff;
Katalysatoren
• Kreislauf des Wassers; Wasserstoff
als Energieträger
Lehrplan: Jahrgangsstufe 8, 2. Halbjahr, Thema: Wasser und Wasserstoff