Ätzwirkung
von Stoffen
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Stoffe
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Schwefelsäure
konzentriert, Salzsäure rauchend,
Essigessenz, Spitzer aus Magnesium |
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Geräte
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Schutzbrillen, Arbeitshandschuhe,
Petrischale, diverse Pipetten mit Pipettierhilfen, Reagenzglas mit Gestell |
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Vorsicht beim Arbeiten mit
konzentrierten Säuren! Schutzbrille, Schutzhandschuhe und Pipette
verwenden! Salzsäuredämpfe nicht einatmen! Der Versuch von Zucker
mit Schwefelsäure darf nur in einem Abzug durchgeführt werden. |
Unterrichtsablauf
Als Arbeitsgrundlage
dient der erste Teil des Arbeitsblattes Gefahrstoffe
- GHS-Piktogramme. Das Arbeitsblatt wird von unten nach oben besprochen,
damit die interessantesten Stoffe zum Schluss an die Reihe kommen.
Die Schülerinnen
und Schüler kennen das Piktogramm mit dem Symbol Ätzwirkung vielleicht
aus ihrem Alltag und können eine ganze Reihe an ätzenden Stoffen
nennen. Beim Zeigen der Fotos mit den Haushaltsstoffen nennen sie einzelne
Säuren oder Laugen, die darin enhalten sind, beispielsweise Essigsäure
(Essig, Gurken), Milchsäure (Buttermilch, Joghurt), Phosphorsäure
(Coca Cola) oder Natronlauge (Abflussreiniger). Die meisten der Säuren
und Laugen in den Haushaltsprodukten sind allerdings so schwach oder so
stark verdünnt, dass sie als Gefahrstoff nicht ausgezeichnet werden
müssen.
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Haushaltsstoffe mit
Säuren
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Haushaltsstoffe mit
Laugen
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Danach werden zwei typische
Säuren des Chemielabors gezeigt. Bei der rauchenden Salzsäure
sind Dämpfe zu sehen, wenn man den Verschluss abnimmt. Nun stellt
sich die Frage, welche Sicherheitsvorkehrungen notwendig sind, wenn man
mit einer solchen Säure arbeiten möchte. Schutzbrille, Schutzhandschuhe
oder Atemschutz werden vielleicht von den Schülern genannt. In diesem
Zusammenhang erläutert die Lehrkraft die Funktion einer Pipette und
verweist auf das Arbeiten im Abzug. Dass auch Schüler mit Schutzbrillen
arbeiten müssen, wenn sie es mit Säuren zu tun haben, wird auf
eindringliche Art und Weise betont, denn Säurespritzer im Auge können
zu schweren Augenschäden oder sogar zur Erblindung führen!
In einem Demonstrationsexperiment
wird ein Stück Papier aus Zellstoff auf eine Petrischale gelegt. Die
Petrischale kann auf einen Overheadprojektor gestellt werden. Mit einer
Pipette gibt man 1ml konzentrierte Schwefelsäure
in die Mitte des Papiers, setzt den Schalen-Deckel auf und wartet ab. Nach
kurzer Zeit färbt sich das Papier schwarz, da die Schwefelsäure
organische Stoffe unter Kohlenstoffbildung zerstört. Nach einigen
Minuten ist das Taschentuch an den benetzten Stellen durchlöchert.
Dieser Versuch gelingt auch, wenn man heiße Phoshorsäure
nimmt (siehe dort). Ein ergänzender Versuch mit Zucker wird in der
Datenbank unter Schwefelsäure
beschrieben.
In einem weiteren Versuch
soll gezeigt werden, dass Metalle wie Magnesium
durch Säuren aufgelöst werden. Ein großes Reagenzglas wird
8cm hoch mit Essigessenz (25%ige Essigsäure)
oder mit 10%iger Salzsäure gefüllt.
Bei der Zugabe eines Magnesiumspitzers tritt eine lebhafte Gasentwicklung
ein (siehe Bild). Gelegentlich muss die Säure nachgefüllt werden.
Nach einer Stunde ist der Spitzer verschwunden, nur noch die Schraube und
das Messerblatt bleiben übrig. Die Entwicklung eines Gases kann durch
das Aufsetzen eines Ballons gezeigt werden. Ist der Ballon groß genug,
lässt sich der dabei entstehende Wasserstoff
mit einem langen Span entzünden (Vorsicht!). Auf die Bildung des Chlorids
soll hier jedoch nicht eingegangen werden. Säuren sind auch an der
Korrosion von Metallen beteiligt. Alternativ kann man zeigen, dass Natronlauge
eine Aluminiumfolie angreift (siehe Natronlauge).
Die als Demonstration
durchgeführten Versuche verdeutlichen in besonderem Maße das
Wirkungspotential der Säuren (und Laugen). Oft stellen Schüler
hier auch die Frage nach dem Unterschied zwischen einer Säure
und einer Lauge. Diese Frage kann zunächst
nicht befriedigend beantwortet werden. Von der sichtbaren Wirkung her sind
sie ähnlich, trotzdem unterscheiden sie sich in ihrer chemischen Funktion.
Vermischt man sie miteinander, heben sie sich in ihrer Wirkung gegenseitig
auf. Der Basenbegriff soll erst
später eingeführt werden.
Die starken Mineralsäuren
wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure werden in
ihrer Säurestärke von den sogenannten "Supersäuren" erheblich
übertroffen. Der beste Kanditat hierfür ist die Fluorsulfonsäure
(HSO3F). Ein Gemisch aus 10% Fluorsulfonsäure und 90% Antimon(V)-fluorid
(SbF5) soll eine Trillion (1015) mal stärker
sein als konzentrierte Schwefelsäure! Diese Säure wird auch als
"magische Säure" bezeichnet.
Für Schülerinnen
und Schüler ist auch faszinierend, dass im Tier- und Pflanzenreich
Säuren als Abwehrwaffen eingesetzt werden. Brennnesseln und Ameisen
benutzen dafür die Ameisensäure.
Der Bombardierkäfer stellt einen ätzenden Cocktail aus Hydrochinon
und Wasserstoffperoxid her. Fühlt er sich bedroht, mischt er diese
Stoffe, wobei eine explosionsartige Reaktion stattfindet. Mit einem Knall
verschießt er das Produkt auf den Angreifer (siehe bei Hydrochinon).
Dritter Teil
der Unterrichtseinheit
