Gefahrstoffe

Toxische Stoffe für Mensch und Umwelt

Unterrichtsablauf

Grundlage der Unterrichtseinheit ist ein Arbeitsblatt mit den GHS-Piktogrammen. Bei der vorliegenden Wordversion kann man bei einer computerunterstützten Präsentation die über den Lösungen platzierten, weißen Textfelder anklicken und löschen. Im Unterricht wird zunächst Teil 2 besprochen.

Arbeitsblatt pdf Lösungen nur auf CD-ROM

Zum Einstieg sehen die Schülerinnen und Schülern das Totenkopf-Piktogramm. Gleichzeitig kann man drei Chemikalienflaschen mit den drei oben abgebildeten Stoffen auf den Tisch stellen. Die Schüler werden befragt:

Wo hast du eine solche Flasche gesehen? Wie wird sie aufbewahrt?
Was ist in der Flasche drin?
Hättest du Zugang zu der Flasche?
Stell dir vor, dein kleiner Bruder hätte aus der Flasche getrunken. Was wäre zu tun?
Wie würdest du die Flasche entsorgen?

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Aus den Fragen ergibt sich eine Diskussion, wobei die Probleme beim Umgang mit Gefahrstoffen verdeutlicht werden. Ein Gift, dass unmittelbar tödlich wirken kann, wirkt "akut toxisch". Dass sich Gifte in Bezug auf Ihre tödliche Dosis aber auch stark unterscheiden können, verdeutlicht die Tabelle "Minimale tödliche Dosis durch Verschlucken" (Berechnung der aktuellen Werte und Quellenangaben siehe Letale Dosis).

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Natriumchlorid ist Ausgangspunkt in der Tabelle. Das gewöhnliche Kochsalz kann in zu hoher Dosis tödlich wirken. Allerdings erzeugt es beim Essen einen starken Brechreiz.

Kaliumcyanid ist auch unter dem Namen "Cyankali" bekannt. Es wirkt akut toxisch. Die Aufnahme in den Körper erfolgt vor allem über Schleimhäute und Wunden, aber auch die Berührung mit der Haut ist sehr gefährlich, da die Säure auf der Haut sofort Blausäure bildet. Die Schüler kennen den Stoff vielleicht aus Agentenfilmen. Der Agent wird enttarnt und zerbeißt eine Kapsel mit Cyankali.

Bild vergrößern 140 mg werden als niedrigste tödliche Dosis angegeben.

Arsen(III)-oxid (Arsenik) wurde in der Vergangenheit als Mäusegift und als Mordgift verwendet. Erst nachdem James Marsh die Marsh-Probe zum Nachweis von Arsenverbindungen im Blut entwickelt hatte (siehe unter Arsen), ging der Einsatz für Giftmorde zurück. Bekannt ist das Gift aus dem Film "Arsen und Spitzenhäubchen". Dort bringen zwei angeblich liebenswerte, alte Damen ältere Männer mit einem Arsenikcocktail um.

Nicotin wirkt in kleineren Dosen anregend, und es unterdrückt den Hunger. In höheren Dosen kommt es zu Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, Schwindel, Durchfall und Atemnot. Es treten Sehstörungen und Halluzinationen auf, Atemlähmungen können zum Tod führen. Die minimale tödliche Dosis von 40mg ist bereits in 5 Zigaretten enthalten. Bei langfristigem Gebrauch können schwere Gesundheitsschäden auftreten, beispielsweise Lungenkrebs, Kehlkopfprobleme oder Raucherbeine.

Bild vergrößern Nicotin ist in der ganzen Tabakpflanze enthalten.

Ricin ist ein extrem toxisches Eiweiß, das im menschlichen Körper die Eiweiß-Synthese blockiert. Die Rizinusstaude (Ricinus communis) ist eine wertvolle Ölpflanze. Das aus den Samen durch Kaltpressen gewonnene Rizinusöl ist ein wichtiger Rohstoff für die Kosmetik- und Farbenindustrie. In der Medizin dient es als Abführmittel. Die Rückstände vom Pressen sind sehr toxisch, da sie das Ricin enthalten. Das Essen von 6 Samen der Rizinuspflanze kann tödlich wirken. Eine Vergiftung beginnt mit Brennen im Mund, Übelkeit, Durchfällen und Schwindel. Es folgen Darmkrämpfe, Nieren- und Leberentzündung. Der Tod tritt erst nach einigen Tagen durch Kreislaufkollaps und eine Harnvergiftung ein. Mit Ricin wurden schon Mordanschläge verübt. Beim sogenannten Regenschirmattentat auf den bulgarischen Schriftsteller und Dissidenten Georgi Markow wurde ein kleines 1mm großes Platinkügelchen, das mit einer winzigen Menge Ricin präpariert war, mit Hilfe eines Regenschirmes in den Unterschenkel injiziert. Markow starb drei Tage danach. Ricin fällt unter die internationale Chemie- und Biowaffenkonvention.

Bild vergrößern Nach der Blüte bilden sich bei der Rizinuspflanze Kapseln mit den giftigen Samen.

Aconitin findet sich als Wirkstoff in einer der giftigsten Pflanzen Europas. Der Blaue Eisenhut (Aconitum napellus) diente zwar lange Zeit auch als Heilpflanze, aber das giftige Alkaloid ist in der ganzen Pflanze und besonders konzentriert in der Wurzel enthalten. Die Vergiftungssymptome beginnen bereits bei der Aufnahme der Pflanze oder des Wirkstoffes im Rachen. Nach einem anfänglichen Brennen und Prickeln wird der ganze Mund taub, und es tritt eine Lähmung der Zunge auf. Das Sprechen fällt schwer und das Kribbeln tritt dann an den Händen und an den Füßen auf. Der Vergiftete verspürt ein unerträgliches Kältegefühl und glaubt zu erfrieren. Es können auch Übelkeit, Erbrechen, Durchfälle und vermehrter Harndrang auftreten. Bei schweren Vergiftungen erfolgt der Tod durch Atemstillstand oder Herzversagen innerhalb der ersten Stunde. 2-5 Blätter des Blauen Eisenhuts wirken bei einem Erwachsenen tödlich.

Bild vergrößern Der Blaue Eisenhut ist eine der giftigsten Pflanzen Europas.

Dioxin (genauer 2,3,7,8-Tetrachlordibenzodioxin oder TCDD) ist eine der giftigsten, künstlich hergestellten Substanzen. Sie entsteht auch bei der Müllverbrennung und führt zu einer langfristigen Verseuchung der Umwelt, da sie sich nur sehr langsam abbaut. Bei der Chemiekatastrophe am 10. Juli 1976 im italienischen Seveso gelangten 2kg des Giftes in die Umwelt. Eine ganze Stadt wurde evakuiert und das Gebiet auf Jahrzehnte geschlossen. Die gesamte obere Erdschicht der Stadt und ihrer Umgebung wurde abgetragen und in aufwendigen Verfahren verbrannt. Der 2009 amtierende Präsident der Ukraine, Wiktor Juschtschenko, überlebte im Jahr 2004 einen Mordanschlag mit Dioxin. Als äußerlich sichtbares Symptom zeigte sein Gesicht die Symptome einer Chlorakne, im ganzen Verdauungsbereich traten Entzündungen auf. In einer langwierigen Prozedur wurde sein Körper danach entgiftet. TCDD war auch als Verunreinigung des im Vietnamkrieges versprühten Entlaubungsmittel "Agent Orange" enthalten. Einheimische, aber auch US-Soldaten erkrankten daran.

Bild vergrößern TCDD (Dioxin): Strukturformel

Von Tieren produzierte Gifte wie das Gift von Giftschlangen, Giftfröschen, Skorpionen, Giftspinnen, Giftfischen oder Giftquallen sind noch giftiger als die Pflanzen- oder die Pilzgifte (vgl. Gifte in Natur und Umwelt). Die mit Abstand toxischsten Verbindungen stellen aber die von Bakterien gebildeten Eiweiße dar.

Botulinustoxin bildet sich aus Bakterien, die auf verdorbenen Lebensmitteln vorkommen. Eine tödliches Dosis für den Menschen ist nur schwer abzuschätzen, in der Literatur schwanken die Werte stark. Der angegebene Wert bezieht sich auf den niedrigsten bisher ermittelten Wert in einem Tierversuch. In sehr stark verdünnter Form ist der Wirkstoff als Arzneimittel zugelassen. Er wird bei einer bestimmten Form von Bewegungsstörungen, beim Schielen oder bei Lidkrämpfen eingesetzt. In der kosmetischen Medizin kann man mit dem Medikament "Botox" Falten glätten.

Stoffe mit Gesundheitsgefahr und Umweltgefahr

Zur Erarbeitung der wichtigsten Begriffe der Toxikologie dient das Arbeitsblatt "Toxische Stoffe für Mensch und Umwelt. Der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) löst den früheren MAK-Wert ab. Bei der letalen Dosis kann diskutiert werden, ob es gerechtfertigt ist, dafür Daten aus Tierversuchen heranzuziehen. Beispiele für Stoffe mit Gesundheitsgefahr und Umweltgefahr finden sich im Beitrag Gifte in Natur und Umwelt.

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Lösungen nur auf CD-ROM

Zur Demonstration der Reizwirkung von Stoffen kann man Schüler vorsichtig an einem ammoniakhaltigen Glasreiniger oder an einer stark verdünnten Ammoniaklösung (ca. 3%) riechen lassen. Das Einatmen der konzentrierten Dämpfe reizt und verätzt die Schleimhäute und die Augen. Um eine Gefährdung der Testperson völlig auszuschließen, sind folgende Sicherheitsmaßnahmen notwendig:

Es darf keinesfalls konzentrierte Ammoniaklösung verwendet werden.
Die Testperson darf ihre Nase nicht über die Flaschenöffnung halten. Sie fächelt sich den Duft mit der breiten Hand vorsichtig von der Flaschenöffnung an die Nase.
Als Alternative wird ein Duftstäbchen (Filterpapier 1x10cm) mit einem Tropfen Ammoniaklösung beträufelt.

Das Demonstrieren der Vorsichtsmaßnahmen besitzt einen didaktischen Wert. Die Lehrkraft zeigt dabei, wie ein Chemiker einen Stoff vorsichtig auf seinen Geruch testet: Er fächelt sich den Duft von der Flasche mit der breiten Hand zu und hält niemals seine Nase direkt über eine Flasche. Bevor man dies aber tut, sollte man über die Toxizität Bescheid wissen, bei einem unbekannten Stoff könnte das ein großes Risiko sein. Bei diesem Versuch zeigt sich, dass manche Menschen empfindlich auf den Geruch reagieren (Husten), während andere kaum eine Reaktion zeigen. Manche Schülerinnen kennen den Geruch vom Frisör, wo Ammoniak bei der Herstellung einer Dauerwelle frei wird. Vielleicht haben sie es schon als Fensterputzmittel verwendet. Rettungssanitäter benützen zum Aufwecken aus einer Ohnmacht Riechstäbchen mit einer verdünnten Ammoniaklösung.

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Zweiter Teil der Unterrichtseinheit