TU BRAUNSCHWEIG

Stoffkreisläufe

Im Rahmen eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projektes „Nachhaltige Chemie im Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor – Neue pädagogische Angebote zu Stoffkreisläufen und Ressourcenschonung“ haben wir in enger Zusammenarbeit mit der RS Maschstraße Experimente zum Thema „Stoffkreisläufe“ entwickelt. Vor dem Hintergrund der Klimaproblematik und endlicher fossiler Ressourcen ist dies ein wichtiges gesellschaftliches Thema.

Die Versuche zum Thema Stoffkreisläufe wurden zwischen 2010 und 2012 in enger Zusammenarbeit mit den FachlehrerInnen der RS Maschstraße entwickelt und erprobt. Die Erfahrungen fließen zurück in unsere Arbeit. Der Besuch des Agnes-Pockels-Labors zu diesen Themen ist fester Bestandteil des Lehrplans der RS Maschstraße.

Ein Flyer gibt eine Übersicht über das Thema „Stoffkreisläufe“, das auch am Beispiel des Kohlenstoffkreislaufs, des Brauchwassers („Abwasserreinigung“) und von (Bio)polymeren („Recycling/Kompostierung“) behandelt wird.

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Der Kohlenstoffkreislauf

Angebot

Die SchülerInnen können im Labor Versuche zum Thema "Kreislauf des Kohlenstoffs" durchführen. Diese behandeln den Zusammenhang von Biomassebildung durch Fotosynthese unter Bildung von Sauerstoff, sowie die Verbrennung zu CO2 und Wasser. Auch die Möglichkeiten, Produkte des Kreislaufs zu deponieren, z.B. CO2 in Form von Carbonaten oder Glucose in Form von Stärke, werden experimentell bearbeitet.
Die Versuche  umfassen eine Reihe von Nachweisreaktionen und stellen Zusammenhänge zu Energiefragen und Ernährung her.

Geeignet z.B. für Sek I,
   → Biologie/ ab Klasse 8, Fotosynthese, Ernährung
   → Chemie/ ab Klasse 8, Luft, Verbrennung, Klima

Versuche

   → Nachweis von CO2 (bei Verbrennung und Atmung)
   → Speicherung von CO2 (z.B. in Kalkstein, Muscheln)
   → Eigenschaften von CO2 (Treibhausgas)
   → Sauerstoffbildung durch Wasserpest und Nachweis mit der Glimmspanprobe
   → oder mit Indigocarmin
   → Stärke und Zuchernachweis in grünen Blättern
   → Abbau von Stärke durch Speichel und Zuckernachweis

Der Kreislauf des Kohlenstoffs

Woher kommt die Biomasse, die wir als Nahrung, als chemische Energie brauchen? Gibt es „CO2-Neutralität“? Stoffe verschwinden nicht einfach, sondern unterliegen Umwandlungen, die immer auch mit Energieumwandlungen verknüpft sind. Am Beispiel von Fotosynthese und Atmung/Verbrennung wird experimentell verfolgt, wie sich die Umwandlung von CO2 und Wasser in Biomasse und Sauerstoff und deren Rückbildung zu einem Kreislauf zusammenfügen, der die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie („Brennstoffe“, Lebensmittel) ermöglicht. Dabei wird auch die unterschiedliche Geschwindigkeit der Teilschritte thematisiert, die eine Speichermöglichkeit von Zwischenprodukten erfordert. So wird deutlich, dass dieser Kreislauf wiederum an andere Kreisläufe gekoppelt ist.

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Abwasserreinigung

Angebot

Die SchülerInnen können im Labor Versuche zum Thema der „Kreislauf des Wassers“ mit dem Schwerpunkt auf der Abwasserreinigung durchführen. Anhand eines Modellabwassers lernen Sie die physikalischen, chemischen und biologischen Reinigungsschritte kennen und kontrollieren mit Nachweisreaktionen den Erfolg

Geeignet für Sek I, ab Klasse 6

  → Trinkwassergewinnung/ Abwasserreinigung
  → Nutzung von Stoffeigenschaften zur Stofftrennung
  → Trennoperationen und Nachweisreaktionen

Versuche

   → Mechanische und chemische Reinigung von Abwasser

  → Der Rechen
  → Das erste Absetzbecken (Sandfang)
  → Abschöpfen von Fetten
  → Das zweite Absetzbecken - chemische Reinigung und Filtration
  → Was passiert bei der chemischen Reinigung?
  → Der Büroklammertest
  → Stärkenachweis im Modellabwasser

   →Biologische Reinigung von Abwasser

  → Biologische Reinigungsstufe - Abbau des Zuckers
  → War die biologische Reinigung erfolgreich? - Nachweis von Glucose
   →(Fehling-Probe)

Die Abwasserreinigung als Teil des Wasserkreislaufs

Wie bekommt man aus einer dunklen Brühe mit festem Unrat wieder klares Wasser? – Um die Schritte in einem Klärwerk im Labor nachzustellen, wenden die SchülerInnen die mechanische (physikalische), die chemische und die biologische Reinigung auf ein Modell-Abwasser an. Den Erfolg ihrer Operationen überprüfen sie durch einfache Nachweisreaktionen. Sie nutzen die unterschiedlichen Eigenschaften der Stoffe, um sie abzutrennen (Filtration, Sedimentation, Dekantieren, Fällung, Flockung, mikrobieller Abbau).

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Recycling und Kompostierung

Angebot

Die SchülerInnen können im Labor Versuche zum Thema der „Recycling und Kompostierung“ durchführen. Kunststoffe und Biopolymere werden sortiert, physikalisch umgeformt (werkstoffliches Recycling) oder auch chemisch oder biologisch (Kompostierung) abgebaut. Wie immer enthält das Programm, aus dem man einzelne Experimente zusammen stellen kann, auch Nachweisreaktionen.

Geeignet u.a. Sek I, Chemie, Klasse 10

  → Werkstoffe, Abfallwirtschaft
  → Biopolymere, Kunststoffe

Versuche

   → Recycling

  → Umformung von Polystyrol und Herstellung einer Polystyrol-Folie
  → Wiederaufschäumen von Polystyrol
  → Synthese von Polymilchsäure (PLA) und Herstellung einer PLA-Folie
  → Abbau der PLA durch Hydrolyse
  → Herstellung einer Stärkefolie

   →Kompostierung

  → Kompostierbarkeit einer Polystyrol-, PLA- und Stärkefolie
  → Kompostierung einer Polystyrol-, PLA- und Stärkefolie und
   →anschließender CO2-Nachweis (beschleunigte Methode)

Recycling und Kompostierung

Was passiert eigentlich mit den gesammelten Kunststoffen in der Abfallwirtschaft? – Zum Thema „rohstoffliches Recycling“ werden Aufbau- und Abbaureaktionen  von Polymeren durchgeführt. Als Beispiele für „werkstoffliches Recycling“ werden z.B. Thermoplaste umgeformt. Die SchülerInnen lernen dabei auch, dass die Erscheinung und die Eigenschaften eines Stoffes nicht nur von der Chemie, sondern auch von der Anordnung der Moleküle abhängen. So kann aus geschäumtem Polystyrol (Styropor®) nach Lösen eine transparente Folie erhalten werden.

Bei der vergleichenden Kompostierung von Bio- und synthetischen Polymeren soll deutlich werden, dass der chemische Aufbau für die Abbaubarkeit entscheidend ist, nicht primär die Herkunft des Stoffes.

 


  last changed 03.05.2019
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