S Salze - Experimente Biologie

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S Salze

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Salzgehalt von Gewässern                              zurück

Infos
Leitfähigkeitsmessungen:
Da die meisten Salze mehr oder weniger in Wasser dissoziieren, kann man mit der Leitfähigkeitsmessung einen ersten Hinweis auf die Salzbelastung erhalten, ohne eine chemische Analyse durchführen zu müssen. (Vgl  http://www.laborpraxis.vogel.de/analytik/titration/elektroden/articles/260783/)
 
       Leitfähigkeit bei 18 Grad Celsius:
    Substanz                                 Leitfähigkeit in Siemens:
    destilliertes Wasser            5 x 10-4 (fast schon nicht leitend)
   Leitungswasser                    5 x 10-3 (schwankend je nach Untergrund)
   Eisen                                       10 x 102
   Kupfer                                    58 x 1016
 
Für die weiteren hier genannten Bestimmungen gibt es käufliche Testbestecke.
 
Kalziumcarbonate    (= Wasserhärte)  Als Wasserhärte beschreibt man anschaulich das Verhalten des Wassers beim Waschvorgang: je "härter" das Wasser, umso mehr Seife benötigt man, um den gleichen Wascheffekt zu erzielen. Die Wasserhärte wird durch den Gehalt an Kalzium- und Magnesiumsalzen bewirkt. Das Kalziumcarbonat verursacht die sog. Karbonathärte, die durch Aufkochen des Wassers entfernt werden kann. In der Hitze fällt unlösliches Kalziumcarbonat als „Kesselstein“ aus. Die restliche Härte geht auf Kalziumsulfat oder Kalziumchlorid zurück, die wasserlöslich bleiben, aber eine sehr geringere Rolle spielen.
 
Sulfate  Sie sind kaum gesundheitsschädlich, wirken aber ab 250 ppm im Trinkwasser abführend. Diesen Effekt macht man sich bei "Wasserkuren" zunutze. Für das Bauwesen und die  Technik ist der Sulfatgehalt von größter Bedeutung: Mörtel, Beton und Zement werden schon bei Konzentrationen ab 150 ppm angegriffen. Dabei wird der feste Mörtel - bestehend aus Kalciumcarbonat - in das amorphe und bröckelige Kalziumsulfat umgewandelt: Ein aus Sandstein gebautes Bauwerk bricht auf lange Sicht bei „saurem“ Regen, der SO2 enthält, zusammen. Im biologischen Bereich deuten hohe Sulfatkonzentrationen auf eine Belastung mit Fäkalien hin, da der in den Eiweißen enthaltene Schwefel im Wasser in Sulfat oxydiert wird.

Chlorid Kochsalz Ein Erwachsener scheidet täglich im Harn etwa 10 bis 15g Kochsalz aus. Findet man einen Gehalt von mehr als 30 ppm im Flusswasser, so deutet dies auf eine Einleitung von Fäkalien hin.  Der Gehalt an Kochsalz kann durch Kläranlagen nicht verändert werden. Hohe Kochsalzkonzentrationen weisen also darauf hin, ob das Wasser schon durch eine Kläranlage gelaufen ist, auch wenn Nitrate und organische Bestandteile fehlen.

Phosphate In normalen Ökosystemen stellen Phosphatsalze Minimumfaktoren dar, die das Wachstum der Organismen einschränken.  Gelangen durch menschliche Fäkalien oder Überdüngung vermehrt  Phosphate in Gewässer, so steigt die Bioproduktion daher rapide an, mit dem Nachteil eines Sauerstoffdefizits im Wassern („Algenblüte“ bis Umkippen eines Gewässers). Ca. 50 % der Phosphate stammen aus Waschmitteln, aus Überdüngung 30%. In Kläranlagen müssen die Phosphatsalze umständlich und teuer mit Eisensalzen ausgefällt werden. Die einfachste Methode für gutes Wasser ist die Vermeidung.
 
Nitratsalze Nitrate sind die Salze der Salpetersäure. Sie sind in fast jedem Wasser in Mengen zwischen 5 und 10 ppm enthalten. Nitrate sind im Allgemeinen nicht gesundheitsschädlich, ein hoher Nitratgehalt deutet jedoch auf Belastung mit organischen Abwässern hin, hohe Nitratgehalte sind also hygienisch bedenklich. Nitrite sind wesentlich gefährlicher. Es sind dies die Salze der salpetrigen Säure. Sie können durch bakterielle Reduktion von Nitraten entstehen. Außerdem benutzt man Nitrit, um eine Rotfärbung der Wurst und des Fleisches zu erlangen. Durch Nitrite oder durch die Reduktion von Nitrat im Darm durch die Bakterienflora zu Nitriten können schwere Atmungsvergiftungen entstehen, da Nitrit das Hämoglobin der roten Blutkörperchen angreift (Blausucht bei Kleinkindern). Heute gelangt das allermeiste Nitrat durch Überdüngung in Trinkwasser bzw. in Gemüse und andere Nahrungsmittel.
Der Nitratgehalt im Trinkwasser der BRD
darf seit 1985 nicht über 25 ppm liegen! (EG-Richtwert).
Bis 2017 hält die BRD diese Werte nicht ein.

Ammoniak  Ammoniak (NH3) ist ein stechend riechendes Gas (Gülle!), das die Schleimhäute angreift und ein gefährliches Zellgift darstellt. Mit Wasser reagiert das Gas heftig zu Ammoniumionen: NH3  +  H2O -------> NH4+   +  OH-.  Die Prüfung auf Ammonium- Ionen ist deswegen interessant, weil das Gas Ammoniak die Endstufe des organischen Stickstoffabbaus ist. Ein Gehalt von Ammoniak in der Luft oder in der Wasserprobe lässt also auf das Vorhandensein von Eiweißverbindungen schließen, die meist auf die Einleitung von Fäkalien durch den Menschen zurückgehen (Ausnahme: Moorwasser!). Der Nachweis von Ammoniak ist der rascheste und sicherste Hinweis auf organische Verschmutzung.
 
TRINKWASSER DARF KEIN AMMONIAK ENTHALTEN!
 
Richtwerte für Ammoniak bzw. Nitrat: Bachwasser: unter 0,1 mg NH3 ppm ; Schmutzwasser:  0,1 bis 10 mg NH3 ppm
 

 
Salze  Gewässer Arbeitsunterlage 1 ---------------------------------------------------

Wasserhärte

Für die hier genannten Bestimmungen gibt es käufliche Testbestecke.
Teste nach den Vorschriften ein Bachwasser deiner Wahl und zum Vergleich Leitungswasser!
 
Wasserhärte:  (= Carbonatsalze)  Test nach Vorschrift (Testpack)
                                    
Bachwasser: _____________________ Leitungswasser ___________________.

Abschätzung für die menschliche Gesundheit: 

Sulfatsalze: 
Nachweis mit modernen Teststäbchen nach Arbeitsvorschrift: , vgl. Arbeitsvorschrift.
Nachweisreaktion:  Thorin- Ba  +  H2SO4  --->  BaSO4 (weiss) +  Thorin (gelb)
                                    Bachwasser: ……………..  Leitungswasser ……………..
Clorsalze:
Chloridionen gehen mit Quecksilber eine praktisch unlösliche Verbindung ein. überschüssige Chloridionen bilden dann mit einem zugesetzten Farbstoff einen blauvioletten Komplex (vgl. Packungsbeilage).
                                    Bachwasser: ……………..  Leitungswasser ……………..
 
Phosphatsalze:
Phosphate bilden mit Molybdänsäure einen gelben Komplex, der durch Re­duktion in einen blauen Komplex umgebaut werden kann. Die Blaufärbung ist ein Maß für die Menge des ursprünglich vorhandenen Phosphats (vgl. Testpack).
                                    Bachwasser: ……………..  Leitungswasser ……………..
Nitrat
Auf dem Teststäbchen wird auch Nitrit angezeigt. Das Nitrat wird zu Nitrit reduziert, die salpetrige Säure verbindet sich mit einem Farbstoff zu einem rot- violetten Farbstoffkomplex (Azo- verbindung).
Ammoniumsalze
Sie bilden mit Nesslers Reagenz eine typische Gelbfärbung. Der Test muss immer in saurem Milieu (pH Wert unter 6.0) vorgenommen werden, da nur dann sich im Wasser das Ammoniumion bildet. Das Testreagenz ist sehr g i f t i g!! Meist kann man auf den Test verzichten, denn Ammoniak ist leicht zu riechen (Geruch nach Gülle)
                                    Bachwasser: ……………..  Leitungswasser ……………..
 

 
 
 
Salze  Gewässer Arbeitsunterlage 2 ---------------------------------------------------

pH- Wert von wässrigen Lösungen

Zur Charakterisierung von Wasserproben hat sich der pH-Wert sehr gut bewährt. Er ist auch ökologisch von größter Bedeutung für die Überlebensfähigkeit der Lebewesen, da die meisten Lebewesen nur in einem kleinen „Fenster“ des pH-Werts überleben können. (Inzwischen kennt man aber einige Bakterien, die auch in extremen pH-Werten (um  pH1) leben und dort ihre maximale Vermehrungsrate haben)
pH-Wert-Skala:
                                                                                      sauer...                                neutral            .......       ......basisch.....
1       2       3       4      5        6        7       8      9     10     11     12     13    14
Leben möglich zwischen rund 5.5 und 7.8
 
Grundlagen: In sehr reinem Wasser findet man infolge der Selbstdissoziation etwa 10 -7 Mole Protonen (richtiger: Oxoniumionen) und entsprechend auch 10 -7 Mole Hydroxoniumionen in 1000 ml Wasser.  Gibt man eine Säure zu, so entstehen mehr Protonen und entsprechend weniger Hydroxoiumionen. Bei einer sog. "Lauge" ist das umgekehrt. Um nicht mit so sehr kleinen Zahlen rechnen zu müssen, hat man den pH-Wert eingeführt und definiert:
pH = -10log Konz (H3O+)
Der Begriff pH leitet sich von pondus Hydrogenii oder potentia Hydrogenii
(lat. pondus = Gewicht; lat. potentia = Kraft; lat. hydrogenium = Wasserstoff) ab. (http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Wert
einige pH-Werte:
           sauer:
Autobatterie: 0-1; Magensäure: 1-2;   Zitronensaft 2,5;  Essig 2,5 ;  Wein 4,0 ;    Saurer Regen 4 bis 5;
  Fast neutral: Meerwasser 7,5; Blut 7,4; Milch 6-8
                             Alkalisch: Darmsaft 8,3; Seife 9-10 ; Waschmittel: 8 ;
                                                          Bleichmittel 12.5 ; Beton 12,5;  Natronlauge um 13
Messung von pH-Werten
Am einfachsten misst man den pH-Wert mit sogenanntem Indikatorpapier. Das ist ein Papier, das mit einem Farbstoff getränkt ist, der bei einem bestimmten pH-Wert seine Farbe ändert.
Aufgabe1: Vergleiche verschiedene pH-Wert Papiere und stelle fest, ob man denselben pH-Wert ablesen kann.
Man kann den pH-Wert mit einem elektrischen Gerät sehr genau messen.
Aufgabe 2: Stelle den pH-Wert in verschiedenen wässrigen Lösungen fest:
  
 
 
Salze  Gewässer Arbeitsunterlage 3 ---------------------------------------------------

Chlorid
Kochsalz kommt praktisch in jedem Wasser vor, zwischen 10 und 100 ppm im Meerwasser. Ein Erwachsener scheidet täglich im Harn etwa 10 bis 15 g Kochsalz aus. Findet man einen Gehalt von mehr als 30 ppm im Flusswasser, so deutet dies auf eine Einleitung von Fäkalien hin.
Durch Kläranlagen wird der Kochsalzgehalt nicht verändert.  
Test:
Beschreibung auf der Packung mit den Teststäbchen:
Chloridionen gehen mit Quecksilber eine praktisch unlösliche Verbindung ein. überschüssige Chloridionen bilden dann mit einem Farbstoff einen blauvioletten Komplex.
Aufgabe:
Bestimmen Sie in verschiedenen Wasserproben den Chloridgehalt!
 

 
 
 
 
Salze  Gewässer Arbeitsunterlage 4 ---------------------------------------------------

Sulfat
 
Sulfate, die Salze der Schwefelsäure, kommen normalerweise nur in sehr geringen Mengen im Wasser vor. Werden Gipslagerstätten vom Wasserfluss berührt, steigen allerdings die Sulfatgehalte auf 1000 ppm an.
 
ppm = pars per million
ist die eingeführte Konzentrationsbezeichnung im Umweltschutz
Sulfate sind kaum gesundheitsschädlich, sie wirken aber ab 250 ppm im Trinkwasser abführend. Diesen Effekt macht man sich bei "Wasserkuren" zunutze.
 
Für die Technik ist der Sulfatgehalt allerdings von größter Bedeutung: Mörtel, Beton und Zement werden schon bei Konzentrationen ab 150 ppm angegriffen. Dabei wird der feste Mörtel - bestehend aus Calciumcarbonat - in das amorphe und bröckelige Kalziumsulfat umgewandelt: Das Bauwerk bricht auf lange Sicht zusammen (siehe Innenstadt Freiburg: Münsterdiskussion). Mit Spezialbeton wird versucht, die Schäden zu verhindern.
Im biologischen Bereich deuten hohe Sulfatkonzentrationen auf eine Belastung mit Fäkalien hin, da der in den Eiweißen enthaltene Schwefel im Wasser in Sulfat aufoxydiert wird.
Test:
Mit modernen Teststäbchen, vgl. Arbeitsvorschrift.
Die Zonen auf dem Teststäbchen enthalten einen roten Thorin- Barium- Komplex, der sich bei Berührung mit Sulfat aufspaltet und das gelbe Thorin freisetzt. Es entsteht dabei gleichzeitig das weiße Bariumsulfat.
Thorin- Ba     +    H2SO4          ------>           BaSO4    +  Thorin (gelb)
Versuch: Testen Sie Wasser aus einem Bach, aus einem Abwasserteich, aus dem Regenwasser und aus der Leitung!
Ergebnisse:



Salze  Gewässer Arbeitsunterlage 5 ---------------------------------------------------

Phosphat

Info:    "Umkippen" eines Gewässers:
Die Zunahme der Bioproduktion im Sommer hat vor allem im Herbst, wenn der größte Teil der Biomasse abstirbt,  eine verstärkte Sauerstoffzehrung zur Folge, da die abbauenden - veratmenden Lebewesen, die Destruenten - Sauerstoff benötigen. Dies führt auf dem Grunde der Seen zu einem akuten Sauerstoffmangel, da durch Diffusion alleine Sauerstoff aus der Luft zu wenig rasch nachgeliefert wird.
Die Konsumenten, die Sauerstoff benötigen, sterben und die anaerob lebenden Bakterien nehmen zu. Sie produzieren Methan, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, - alles für aerob lebende Organismen tödliche Gifte: Das Gewässer "kippt um": es bildet sich - unter Umständen irreversibel - ein neues, diesmal aber anaerobes Ökosystem, das sich selbst stabilisiert solange organisches Material nachgeliefert wird.

Aufgabe: Stellen Sie den Text als Gafik dar und betonen Sie die gegenseitigen Wirkungen.


Salze  Gewässer Arbeitsunterlage 6 ------------------------------------------------------------------

Phosphat  Test:

Reaktion: Phosphate bilden mit Molybdänsäure einen gelben Komplex, der durch Reduktion in einen blauen Komplex umgebaut werden kann. Die Blaufärbung ist ein Maß für die Menge des ursprünglich vorhandenen Phosphats (vgl. Testpack).
 
Aufgabe:  Bestimmen Sie den Phosphatgehalt in verschiedenen, sinnvoll ausgewählten Wasserproben:
 

 
 
 
 
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