S Schadgase - Experimente Biologie

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S Schadgase

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Schadgase in der Luft    
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Saurer Regen: Neben großen Mengen von Ruß und Staub sind es vor allem die gasförmigen Stoffe wie Schwefeldioxid SO2, den Hauptverursacher des "sauren Regens". Schwefelwasserstoff H2S, Stickoxide wie NO und NO2, Chlorwasserstoff HCl, Fluorwasserstoff HF kommen hinzu. Dies sind nur einige von etwa 500 verschiedenen in die Atemluft gelangenden Stoffen, die nicht natürlich sind.    
Die genannten Stoffe sind in bestimmten, oft schon sehr geringen Konzentrationen lebensbedrohend - durch die extreme Verdünnung in der Atmosphäre treten aber akute Gasvergiftungen sehr selten auf, vielmehr beobachtet man heute zunehmend chronische Erkrankungen und Langzeitschäden der Atemwege (vgl. auch Klöpfer, U: Schwefeldioxidwirkung auf Pflanzen, Exarb 1978. ) Dabei muss aber gesagt werden, dass die weitaus größten Schäden sich der Mensch durch den Tabakrauch selbst unmittelbar zufügt. Im Vergleich mit der Luft in einem Raucherzimmer sind die Luftverhältnisse selbst in Ballungsgebieten besser.
Der Versuch schildert exemplarisch die Wirkung von SO2   auf Getreidekeimlinge. Die Schadwirkung geht auf die Bildung von Schwefelsäure in den Zellen zurück. Dies führt zum Absterben einzelner Zellen und ganzer Gewebeteile (Nekrosenbildung)  
Ozon: Während die herkömmlichen Industrieabgase heute in Deutschland deutlich gesunken sind, wird die Bedrohung durch Ozon in Bodennähe aller Voraussicht nach noch erheblich zunehmen. Durch die FCKWs, die in große Höhen aufsteigen, wird die schützende Ozonhülle vermindert, so dass mehr UV bis zur Erdoberfläche durchdringt und hier zu Ozonbildung auslöst. Ozon wird bei Pflanzen ähnlich SO2.  
Kohlenstoffmonoxid: CO ist ein Geschmack- und geruchloses Gas, das bei unvollständiger Verbrennung entsteht. Es ist im Zigarettenrauch genau so enthalten wie bei einer Ofenfeuerung oder im offenen Kamin. Es wirkt schon in kleinen Konzentrationen tödlich. Im Zigarettenrauch kann es leicht mit dem Dräger- Gasspürgerät nachgewiesen werden. 
Kohlenstoffdioxid.  CO2   ist ebenfalls geruch- und geschmacklos. Es entsteht aus organischem Material bei jeder Verbrennung, wird also auch von Mensch und Tier ausgeatmet. Es wirkt in größeren Konzentrationen tödlich. In Klassenräumen steigt der Kohlenstoffdioxid derart an, dass die Schülerinnen und Schüler schläfrig werden und nicht mehr folgen können.
Konzentrationsmessung: Die Konzentration der Schadgase misst man in ppm (pars per million). Feste Stäube werden in g pro Quadratmeter und Tag angegeben.  MAK = maximale Arbeitsplatzkonzentration MIK = maximale Immissionskonzentration, Konzentration, die auf einen Menschen einwirken darf, ohne dass Schäden entstehen. MEK = Maximale Konzentration, die durch eine Fabrik abgegeben werden darf. MAK Werte: http://de.wikipedia.org/wiki/MAK-Wert

Lit: Ozon: http://www.wetter.info/umweltwetter/ozon/deutschland/17745468 
http://de.wikipedia.org/wiki/Ozon#Eigenschaften 
Chlor:  http://de.wikipedia.org/wiki/Chlorwasserstoff
Grenzwerte: http://www.arbeitsinspektion.gv.at/NR/rdonlyres/3940F571-521F-43EA-B56D-5D2B2DC996AE/0/4612020008_07.pdf 
 

Schadgase Arbeitsunterlage 1-----------------------------------------------------
Kohlenstoffdioxid in der Luft. 

Neben dem Test mit speziellen Teströhrchen (Drägermessgerät) lässt sich CO2 leicht mit „Kalkwasser“ nachweisen.
Vorbereitung:
Kalkwasser: Man schlämmt  Kalziumoxid (gebrannter Kalk)  in Wasser auf. Es löst sich wenig Kalziumhydroxid im Wasser in einer leicht trüben Lösung. Diese Lösung ist verschlossen monatelang haltbar.
CaO  +   2 H2O  ---->  Ca (OH)2   +  H2O
 
Bei Zusatz von CO2 :
CO2  +  H2O  ---->  H2CO3
H2CO3   +  Ca (OH)2   +   H2O    ---->  CaCO3 (unlöslich in Wasser – Trübung)

Vorbereitung der Luftpumpe: Bei einer möglichst einfach aufgebauten, aufschraubbaren Luftpumpe wird das Lederventil umgetauscht: 
die Luftpumpe verwandelt sich in eine Saugpumpe, die Luft ansaugt.
 
Test: Bei Einleiten von Sprudelgas oder Ausatemluft kommt es zu einer deutlichen Trübung. Es fällt unlösliches Kalziumcarbonat CaCO3 wieder aus. Man kann die Anzahl der Hübe mit der Saugpumpe, die bis zu einer deutlichen Trübung notwendig sind, als ein ungefähres Maß für den Gehalt des eingeführten Gases an CO2 im Vergleich mit normaler Außenluft nehmen.
 
Untersuchung:
1)    Die normale Ausatemluft eines Menschen (ausblasen durch die Nase und einsaugen über den Trichter).
2)    Die Ausatemluft eines Menschen nach 10 Kniebeugen (ausblasen durch die Nase und einsaugen über den Trichter).
3)    Die Luft im Klassenzimmer nach Lüftung
4)    Die Luft im Klassenzimmer nach dem Unterricht
5)    Die Luft an einer stark befahrenden Straße
6)    Die Luft in einer Baumallee am Morgen …..
 



Schadgase Arbeitsunterlage 2---------------------------------------------------------------------
Sauer Regen: Säuren in der Luft
Ebenso wie Kohlenmonoxid lassen sich mit speziellen Teströhrchen viele andere Gase nachweisen. Damit ist aber noch lange nicht gezeigt, dass das Schwefeldioxid sich an Wasser bindet und in Regentropfen, aber eben auch in der Lunge oder im Blatt sich zu Schwefelsäure umsetzt, die als Säure die Zellen abtötet und dadurch den Organismus schädigt.
 
Test 1:  Messung des pH- Werts von Regenwasser
Sammle etwas Regenwasser in einem sehr sauberen Becherglas und überprüfe mit pH- Papier den pH- Wert.
 
Test 2: Leitfähigkeit von Regenwasser:
Genauere Werte liefert die Untersuchung der Leitfähigkeit in Regenwasser. 
Reines Wasser leitet den Strom fast nicht. Regenwasser sollte, da es „von der Sonne destilliertes Wasser“ ist, ebenfalls nicht leiten. Nach folgender Tabelle lässt sich in etwa die Schwefeldioxidbelastung abschätzen:
 







Tabelle: Zusammenhang des Schwefelgehalts der Luft mit der Leitfähigkeit des Regenwassers:
Leitfähigkeit gemessen in mikroSimens

Ablauf der Messung:
1)    Halte die Sonde in die zu prüfende Regenprobe.
2)    Schalte das Gerät ein und halte den Messwert fest.
3)   Überprüfe die Messung, indem Du einen weiteren Test mit destilliertem und wieder abgekühltem Wasser machst. Die Leitfähigkeit muss wesentlich geringer sein.
 

 
 
Schadgase Arbeitsunterlage 3---------------------------------------------------------------------------------
Schadwirkung von Schwefeldioxid auf Pflanzen

Vorbereitung 1: Herstellung von Schwefeldioxid
Nach: R. Blume und D. Wiechoczek
 
Schwefelsäure ist stark ätzend! Nur unter dem Abzug arbeiten!

Geräte: Gasentwicklungsapparatur (Saugflasche oder Zweihalskolben mit Gasableitungsrohr und Tropftrichter, Schlauchverbindung), Stativmaterial, Korkstopfen
Chemikalien: Natriumdisulfit, Schwefelsäure, ca 10%ige Schwefelsäure

Durchführung:
Man tropft langsam Schwefelsäure auf das Disulfit. 
Es bildet sich Schwefeldioxid SO2.
 
 
Man saugt zuerst solange Luft in den Kolbenprober und entleert wieder, bis man sicher ist, dass der Kolben ganz mit Schwefeldioxid gefüllt ist. 
Dann nimmt man den gefüllten Kolbenprober von der Apparatur und verschließt mit einem Korkstopfen.
  




Vorbereitung 2: Versuchsaufbau: Material: Styroporplatte, Marmeladengläser oder Jogurtbecher, kurze, möglichst dünne Plastikschläuche (Aquarienhandel), Schlauchklemmen, plastische Knetmasse (Bastelgeschäft) zum Abdichten.
Unter dem Abzug aufstellen!
 




Test mit Pflanzen
 
Pflanzen:  Besonders geeignet sind Kulturgerste oder Kulturhafer. Die Keimlinge werden in kleinen Plastikschalen in Gartenerde angezogen bis sie ungefähr 4 cm groß sind. Geschädigte Pflanzen herausziehen. Die gesunden Pflänzchen plaziert man in den Plastikschalen unter die Becher. Diese werden mit dauerplastischer Masse (Basteltzbehör) vollständig abgedichtet.
 
Zugabe von SO2(Unter dem Abzug arbeiten!) in das Testgefäß
1) mit einer kleinen Plastikspritze werden 3 ml Gas aus dem geschlossenen Kolbenprober abgezogen und verworfen. Diese Menge Gas entspricht dem Gaszuleitungsrohr des Kolbenprobers und dem anschließenden Gummischlauchstück.
2)  Der Kolbenprober wird genau hinter der Absaugstelle abgeklemmt.
3) Mit der kleinen Plastikspritze die vorgesehene  SO2 Menge  aufgenommen.
4) Diese Menge wird durch den Schlauch in das Testgefäß mit den Pflanzen überführt und das SO2  langsam eingespritzt.
5) Anschließend wird noch 3 ml Luft mit einer anderen Spritze eingeführt, damit sich das SO2   aus dem Schlauch schneller verteilt.
-- In verschiedenen Ansätzen werden unterschiedliche Mengen SO2 Gas verwendet, die Schadkonzentrationen abzuschätzen. .
( SO2 Gas 10ml; SO2 Gas 30ml; SO2 Gas 60ml)  Die genaue Bestimmung des SO2 -Gehalts in der Testanordnung kann mit einem Dräger-Gasspürgerät durchgeführt werden.  
 
Beobachtung: Anzahl der Nekrosen (schwarze Bereichen auf den Blättchen) auf den Pflänzchen nach 5 Tagen. Nekrosen sind schwarz gefärbt. Sie bilden sich aus  Verletzungen einzelner Zellen, die absterben. 

Protokoll:
 
Folgerungen:
 
 
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