Arbeitsblatt: Kalk brennen und löschen

1 Dokumentation eines naturwissenschaftlichen Experimentes Kalk brennen und löschen 1 1. Inhaltsverzeichnis 2. Versuchsanleitung: Kalk brennen und löschen 3 3. Fachdidaktische Integration in den natw. Unterricht. 6 3.1. Alltagsbezug 7 4. Fachwissenschaftliche Hintergrundinformation 9 4.1. Interpretation „Brennen und „Löschen . 10 5. Quellenverzeichnis . 12 5.1. Literatur 12 5.2. Bilder 12 2 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen 2. Versuchsanleitung: Kalk brennen und löschen Themenbereich Stoffumwandlung Problemstellung Es soll der technische Kalkkreislauf experimentell durchgeführt werden. Chemikalien Kalkpulver CaCO3 (Calciumcarbonat) Kalkwasser ges. Ca(OH)2 (Calciumhydroxid-Lösung) Phenolphthalein Indikator Destilliertes Wasser H2O Material Feuerfeste Unterlage Stativ und Klemme Laborboy Feuerfestes Reagenzglas (Quarzglas) Glasrohr gewinkelt Gummistopfen Spatel Becherglas 2 Laborbrenner Glasstab 2 Porzellanschalen 1 Paar Hot Hand Gefahren Calciumhydroxid-Lösung Ca(OH)2 R38: Reizt die Haut S28: Bei Berührungen mit der Haut sofort mit viel Wasser abwaschen 3 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen Phenolphthaleinlösung 0.1% in Ethanol R11: Leichtentzündlich S7-16: Behälter dicht geschlossen halten. Von Zündquellen fernhalten – nicht rauchen Calciumcarbonat Kein Gefahrenblatt Fotografie Durchführung 1. Richte zuerst alle Materialien. 2. Gib ein Spatellöffel Kalkpulver in ein grosses Reagenzglas. 3. Drücke das Glasrohr durch das Loch des Gummistopfens und drücke anschliessend den Gummistopfen in das Reagenzglas. 4. Befestige das Reagenzglas an der Klemme am Stativ, sodass das gewinkelte Glasrohr nach unten führt. 5. Stell das Becherglas unter das Glasrohr. Fülle Kalkwasser in das Becherglas, bis sich die Öffnung des Glasrohrs im Kalkwasser befindet. 4 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen 6. Zünde die Laborbrenner an. Stell sie direkt unter das Reagenzglas, an die Stelle wo sich der Kalk befindet. (Tipp: damit der Laborbrenner etwas schräg liegt, siehe Abb., kann man eine kleine Porzellanschale unter die Brenner stellen) Nun musst du einige Minuten warten. 7. Nach etwa 7-10 Minuten (sobald die Lösung vom Becherglas ins Glasrohr nach oben gedrückt wird) entfernst du zuerst den Zapfen mit dem Glasrohr und schaltest erst dann die Bunsenbrenner aus. (Grund: die Lösung im Becherglas könnte in das heisse Reagenzglas zurückgezogen werden). 8. Nimm die Hot-Hand und entferne das Reagenzglas vom Stativ. 9. Gib den gebrannten Kalk aus dem Reagenzglas in eine Porzellanschale. Beträufle den Kalk anschliessend mit destilliertem Wasser und gib einige Tropfen Phenolphtalein hinzu. Du kannst die Lösung zusätzlich mit einem Glasstab verrühren. Beobachtungen -Beim Erhitzen von Kalkpulver entsteht ein Gas, welches das Kalkwasser trüb macht. -Nach ca. 7-10 min. erhitzen, wird die Lösung vom Becherglas ins Glasrohr nach oben gedrückt. -Der gebrannte Kalk reagiert mit Wasser, löst sich aber nicht vollständig. -Der Indikator ändert die Farbe des gebrannten Kalkes Entsorgung Die Produkte können mit viel Leitungswasser in den Abguss gegeben werden 5 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen 3. Fachdidaktische Integration in den natw. Unterricht Kalk liefert viele Bezüge zum Alltag: Kalkböden, Jurakalk, Kalkstein, Wasserhärte, Kreide, Knochensubstanz, Muschelschalen, Korallenriffe. Das Experiment „Kalk brennen und Löschen könnte z.B. in der Unterrichtseinheit „StoffumwandlungenKalk und einige Stoffe oder in Zusammenhang mit „Chemische Reaktionen gut ausarbeitet werden. In Verbindung mit dem Bauhandwerk oder Düngemassnahmen (Boden kalken) kann man den Kalkkreislauf anhand eines Kreisprozesses einfach darstellen. Eine Unterrichtseinheit zum Thema „Stoffumwandlungen-Kalk und einige Stoffe könnte etwa so aussehen: 1. Experiment „Kalk brennen und löschen als Lehrerdemo vorzeigen. 2. Kalkkreislauf ohne Formeln erklären.3. Experiment „Kalk brennen und löschen als Lehrerdemo mit Fragen an die Schüler, sodass gemeinsam das Resultat erarbeitet werden kann.4. Kalkkreislauf mit Formeln erklären. 5. Alltagsbezüge. Wird das Thema „Kalk brennen und löschen in die Unterrichtseinheit „Chemische Reaktionen eingebaut, sollte man auf die Begriffe „Brennen und „Löschen eingehen. Beim Brennen soll klar erläutert werden, dass es sich nicht um eine Verbrennung, sondern um ein starkes Erhitzen handelt. Hier könnte man Bezug auf das Brennen von Ziegeln, Porzellan oder Ton nehmen. Mit dem technischen Begriff „Löschen, kann man auf die exotherme Reaktion: gebrannter Kalk Wasser Löschkalk, eingehen. Zudem wird somit die Synthese eines wichtigen Hydroxids ermittelt. (siehe Punkt 6) 6 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen 3.1. Alltagsbezug Saurer Regen: Regenwasser nimmt Kohlendioxid aus der Luft auf. Es bildet sich dabei Kohlensäure: H2O CO2 H2CO3 Diese Kohlensäure löst Kalk auf und es bildet sich Calciumhydrogencarbonat: H2CO3 CaCO3 Ca(HCO3)2 Calciumhydrogencarbonat ist löslich und wird vom Wasser abtransportiert: Ca(HCO3)2 H2O CaCO3 H2O CO2 vorher nachher Tropfsteinhöhlen: Regenwasser nimmt aus der Luft Kohlendioxid auf: H2O CO2 H2CO3 Sobald das Regenwasser im Boden versickert, nimmt es organische Säuren auf. Dadurch kann aus Kalkstein, Calciumcarbonat (Kalk) im Wasser gelöst werden. Der gelöste Kalk verbindet sich mit dem Kohlendioxid zu Calciumhydrogencarbonat, was gut wasserlöslich ist: H2CO3 CaCO3 Ca(HCO3)2 Beim Erreichen der Höhlendecke, tropft diese Lösung durch vorhandene Felsspalten. Beim Zutritt von Luft (Feuchtigkeit), entweicht das Kohlendioxid und das 7 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen Calciumhydrogencarbonat wandelt sich wieder in das schwer wasserlösliche Calciumcarbonat (Kalk) um. Das Wasser verdunstet, übrig bleibt der Kalk, welcher im Laufe von Jahrtausenden die Tropfsteine bildet: Ca(HCO3)2 H2O CaCO3 H2O CO2 8 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen 4. Fachwissenschaftliche Hintergrundinformation Technischer Kalkkreislauf: Siehe Durchführung Natürlicher Kalkkreislauf: Wasserhärte, Tropfsteine Wasserhärte: Wenn sich am Wasserhahn dicke Kalkablagerungen gebildet haben und das Wasser nur noch als Rinnsal aus der Leitung fliesst, ist klar: Die Leitungen sind verkalkt. Die Ursache dafür ist hartes Wasser. Mehr dazu: Frühauf, D., Braunschweig, H. (2002). Blickpunkt Chemie. 188, 189 S. Hannover: Schroedel Verlag. Tropfsteinhöhle: Beginn einer Tropfsteinhöhle am Wasserhahn Verfasst von Peter Bützer: Kalk- und Kohlenstoffkreislauf: Chemische Reaktion: Die beiden technischen Begriffe „Brennen und „Löschen. Beim Begriff Löschen wird zugleich die Synthese eines wichtigen Hydroxids ermittelt: CaO H2O Calciumoxid, Branntkalk Ca(OH)2 65 kJ Calciumhydroxid, Löschkalk Mehr dazu: Stäudel, Dr. L., Parchmann, Prof. Dr. I. (2008). Naturwissenschaften im Unterricht Chemie.16-19 S. Seelze: Friedrich Verlag. Kalkmörtel: Ausgangsstoff für die Herstellung von Kalkmörtel ist Kalkstein (Calciumcarbonat). Mehr dazu: Asselborn, W., Jäckel, M., Risch, Dr. K. (2001). Chemie heute – Sekundarbereich 1. 254, 255 S. Hannover: Schroedel Verlag. 9 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen Phenolphthalein- Indikator: Reines Phenolphthalein ist ein geruchloses, weißes Pulver, das sich in Wasser nur ganz wenig, in Ethanol und alkalischen Lösungen gut löst. Im sauren und neutralen Bereich liegt das Phenolphthalein in der lactoiden Form vor. Bei Zugabe von Alkalien öffnet sich der Lactonring und man erhält die chinoide Form. Bei einem pH-Wert von 8,2 erfolgt ein Farbumschlag von farblos nach rosa. Durch Zugabe von Säure wird der Farbumschlag wieder rückgängig gemacht. Aus diesem Grund eignet sich Phenolphthalein als Indikator zur Identifikation von Basen oder bei der Titration von Basen. Bei einem sehr hohen pH-Wert nahe 14 wird es wieder farblos. Bei einem ganz niedrigen pH-Wert kleiner als Null färbt sich der Indikator orange. Mehr dazu: 4.1. Interpretation „Brennen und „Löschen Brennen: Beim Erhitzen (Brennen) von Kalkpulver, zerfällt das Kalkpulver und es entsteht ein Gas: Kohlenstoffdioxidgas. ACHTUNG: Stark erhitztes Reagenzglas kann zerstört werden. Kalkpulver CaCO3 (s) gebrannter Kalk Kohlenstoffdioxidgas CaO (s) CO2 (g) Löschen: Beim Löschen des gebrannten Kalkes mit destilliertem Wasser entsteht Calciumhydroxid Ca(OH)2. Calciumhydroxid ist basisch. Durch Zugabe des Indikators Phenolphthalein ändert sich die matt-weisse Farbe vom Calciumhydroxid in eine rötlich-pinke Farbe. Somit ist der Nachweis einer alkalischen Lösung bekräftigt worden. ACHTUNG: Kalk löschen ist nicht ungefährlich! Bildung von ätzenden Stoffen! Gebrannter Kalk Wasser Calciumhydroxid CaO H2O Ca(OH)2 basisch Druckausgleich im Glasrohr: Bei der Erhitzung von Kalk entsteht das Gas CO2. Dieses Gas übt einen Druck aus, welcher durch das Reagenzglas und Glasrohr, in das Kalkwasser im Becherglas 10 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen expandiert. Gleichzeitig wirkt jedoch der Luftdruck von aussen auf das Kalkwasser. Dieser Luftdruck ist stärker als der Druck des Gases. Folglich wird durch Druckausgleich das Kalkwasser durch das Glasrohr nach oben gedrückt. Mit der Zeit wird durch das Erhitzen immer mehr CO2 frei, was gleichzeitig bedeutet, dass ein immer grösserer Bestandteil des Kalkpulvers zu gebranntem Kalk umgewandelt wird und somit der Druckausgleich – das Steigen des Kalkwassers – immer deutlicher wird. Dies ist demnach ein Zeichen, dass das Kalkpulver nun genug lange erhitzt wurde und mehrheitlich zu gebranntem Kalk umgewandelt wurde. 11 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen 5. Quellenverzeichnis 5.1. Literatur M, Rüter. (2008). Entstehung von Tropfsteinhöhlen. Online unter: (16.12.2009) Word Press. (2006). Tropfsteinhöhlen. Online unter: (16.12.2009) Harzhilfe. (2000).Entstehung der Höhlen und der Tropfsteine. Online unter: (16.12.2009) Chemie-Master. (?). Kalk in der Natur. Online unter: (15.12.2009) Stäudel, Dr. L., Parchmann, Prof. Dr. I. (2008). Naturwissenschaften im Unterricht Chemie.16-19 S. Seelze: Friedrich Verlag. 5.2. Bilder Tropfsteinhöhle: (15.12.2009) Gefahrensymbole: gif (17.01.2010) Apostel nachher: aueren%20und%20Laugen/saurer2.jpg (30.04.2010) Apostel vorher: aueren%20und%20Laugen/saurer3.jpg (30.04.2010) 12 Dokumentation des Versuchs Kalk brennen und löschen