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Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Inhaltsangabe Funktionsweise eines Eispacks.

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1 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Inhaltsangabe Funktionsweise eines Eispacks Inhaltsstoffe der Flüssigkeit Inhaltsstoffe des Feststoffs Nachweis der Inhaltsstoffe Funktionsweise eines Wärmekissens Wärmeerzeugung durch Kristallisation Wärmeerzeugung durch chemische Reaktion Hinweise zu den Versuchen

2 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Funktionsweise eines Eispacks Inhalt eines Eispacks (Sofort-Kälte-Kompresse, Instant Cold Pack) Der Inhalt eines Eispacks besteht aus einer Flüssigkeit, die sich in einem extra Kunststoff- beutel im Inneren des Eispacks befindet, und einem Feststoff in Form von kleinen Kügelchen. Bei der Flüssigkeit handelt es sich um ganz normales Trinkwasser. Bei dem Feststoff handelt es sich um einen handelsüblichen Gartendünger. (Kalkammonsalpeter) Anwendung: Eispacks werden durch einmaliges, festes Drücken aktiviert. Dadurch platzt der innenliegende Kunststoffbeutel und das Leitungswasser vermischt sich mit den Kügelchen. Es erfolgt eine sofortige Abkühlung.

3 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Funktionsweise eines Eispacks Inhaltsstoffe der Flüssigkeit im Eispack Was enthält Trinkwasser und nach welchen Kriterien wird die Qualität des Trinkwassers beurteilt? Hauptbestandteil des Leitungswassers: Wasser Nebenbestandteile des Wassers: Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium Sulfat, Chlorid bei Mineralwässern noch: Hydrogencarbonat Qualitätsüberprüfung von Wasser: Messung der Trübung Messung der Säurestärke (pH-Wert) Messung der Wasserhärte Weitere Qualitätsmerkmale: Gehalt Spurenstoffe Gehalt an Umweltschadstoffen Biologischer u. chemischer Sauerstoffbedarf, etc.

4 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Aus welchen Substanzen bestehen Düngemittel? Es gibt vier verschiedene Klassen von Düngemitteln: Stickstoffdünger Phosphatdünger Kalidünger Calcium-, Magnesium- und Schwefeldünger weitere Informationen zu den Düngemitteln und Düngerliste: Kalkammonsalpeter ist ein Stickstoffdünger, er enthält: Hauptbestandteil: Ammoniumnitrat Nebenbestandteile: Calcium- und Magnesiumcarbonat Calcium- und Magnesiumsulfat Enthält der Dünger mehr als 28 % (Gewichtsanteile) Stickstoffver- bindungen wie Ammoniumnitrat, so fällt er unter das Sprengstoffgesetz und muss dementsprechend gekennzeichnet werden! Funktionsweise eines Eispacks Inhaltsstoff des Feststoffs im Eispack

5 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Funktionsweise eines Eispacks Warum wird die Mischung Trinkwasser und Kalkammonsalpeter jetzt eigentlich kalt? Ammoniumnitrat, Calcium- und Magnesiumcarbonat, sowie Calcium- und Magnesiumsulfat sind Salze wie das Kochsalz (Natriumchlorid). Werden Salze in Wasser gelöst, so kühlt sich die Lösung ab. Wie stark sich die Lösung abkühlt, hängt ab von: der Menge des zugegebenen Salzes, der Art des Salzes (Ammoniumnitrat, Natriumchlorid, Magnesiumsulfat, etc.). Erklärung: Das Wasser hat die Aufgabe das Salz in Einzelbestandteile zu zerlegen, d.h. in Anionen und Kationen. Im Beispiel von Ammoniumchlorid erfolgt die Zerlegung in Chlorid (Anion, negativ geladenes Teilchen) und Ammonium (Kation, positiv geladenes Teilchen). Um diese Trennung zu erreichen, wird Energie benötigt, die dem Wasser entzogen wird. Dadurch kühlt sich die Lösung ab.

6 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Wie kann man nun überprüfen, ob es sich bei der Flüssigkeit um Trinkwasser und bei dem Feststoff um ein Düngemittel handelt? Stimmen die Angaben der Hersteller? Nachweis der Inhaltsstoffe der Flüssigkeit (Trinkwasser): Chlorid wird mit einer Silbernitratlösung nachgewiesen. Es bildet sich ein weißer Niederschlag (Silberchlorid). Sulfat wird mit einer Bariumchloridlösung nachgewiesen. Es bildet sich ein weißer Niederschlag (Bariumsulfat). Calcium wird mit einer Ammoniumoxalatlösung nachgewiesen. Es bildet sich ein weißer Niederschlag (Calciumoxalat). Magnesium wird mit Titangelb nachgewiesen. Es bildet sich ein roter Niederschlag. Nachweis der Inhaltsstoffe eines Eispacks

7 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Nachweis der Inhaltsstoffe des Feststoffs (Kalkammonsalpeter): Ammonium wird mit Natriumhydroxid nachgewiesen. Es bildet sich Ammoniak (Pferdestallgeruch). Dieser färbt Indikatorpapier blau. Nitrat wird mit Saltzmann-Reagenz und Zinkgranalien nachgewiesen. Die Lösung färbt sich rot. Calcium wird mit einer Ammoniumoxalatlösung nachgewiesen. Es bildet sich ein weißer Niederschlag (Calciumoxalat). Magnesium wird mit Titangelb nachgewiesen. Es bildet sich ein roter Niederschlag. Sulfat wird mit einer Bariumchloridlösung nachgewiesen. Es bildet sich ein weißer Niederschlag (Bariumsulfat). Carbonat wird mit Salzsäure nachgewiesen. Es bildet sich Kohlendioxid (deutliches Aufschäumen). Nachweis der Inhaltsstoffe eines Eispacks

8 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Funktionsweise eines Wärmekissens Wärmeerzeugung durch Kristallisation Bei käuflichen Handwärmern oder Wärmekissen handelt es sich um sogenannte Latentwärmespeicher. Ähnlich wie ein Akku Energie speichert, so speichern Wärmekissen Energie in Form von Wärme, die je nach Bedarf freigesetzt werden kann. Wärmespeicherung (Wärmeaufladevorgang) Der Inhaltsstoff eines Latentwärmekissens ist ein Salz: Natriumacetat-Trihydrat Durch äußere Wärmezufuhr wird das Salz in dem Wärmekissen gelöst. Die Lösung befindet sich nach Abkühlung des Wärme- kissens in einem metastabilen Zustand (übersättigte Lösung). Modellvorstellung: Kartenhaus, Gesellschaftsspiel Jenga

9 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Funktionsweise eines Wärmekissens Wärmeerzeugung durch Kristallisation Wärmeabgabe Da sich die Salzlösung in einem scheintoten Zustand befindet, kann der Kristallisationsvorgang (Umkehrung des Lösungsvorgangs) durch Drücken eines im Wärmekissen befindlichen Metallplättchens gestartet werden. Er kann auch durch Reibung oder durch Zugabe eines Impfkristalls eingeleitet werden. Für weitere Wärme sorgt die Bildungswärme aus der Reaktion von Natriumacetat mit Wasser zum Natriumacetat-Trihydrat. Foto / Quelle:

10 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Funktionsweise eines Wärmekissens Wärmeerzeugung durch chemische Reaktion Wärme kann auch chemisch erzeugt werden. Dazu wird Eisenpulver, Aktivkohle, Natriumchlorid und wenig Wasser benötigt. Werden die Bestandteile gemischt, wird Wärme erzeugt. Wird die Mischung allerdings luftdicht verpackt, so kühlt sie mit der Zeit aus. Erklärung: Innerhalb der Mischung laufen elektrochemische Reaktionen ab, die als Rosten oder Sauerstoffkorrosion bekannt sind. Die Mischung liefert so lange Wärme bis das Eisenpulver komplett gerostet ist. Die Aktivkohle wirkt als Katalysator (in diesem Fall als Sauerstoffüberträger) und das Natriumchlorid als Elektrolyt. Schließt man eine Batterie mit Hilfe eines Kupferdrahtes kurz (Verbindung von –Pol und +Pol), so erwärmt sich die Batterie. In einer Batterie befindet sich aber statt Eisen Zink (Zink-Kohle-Batterien). Es laufen zwar ebenfalls elektrochemische Reaktionen ab, aber die Batterie wird sehr viel wärmer und ist sehr schnell verbraucht. Bitte nicht ausprobieren!

11 Chemie braucht jeder: Eispacks und Wärmekissen PD Dr. Ursula Telgheder und PD Dr. Evelin Denkhaus / 06. Mai 2006 Hinweise zu den Versuchen Folgende Verhaltensregeln müssen während der Versuchsdurch- führung eingehalten werden: Es werden während des Experimentierens permanent Handschuhe, Schutzbrille und Kittel getragen. Vor Beginn der Versuche werden die Anleitungen gelesen. Erst wenn alle mit einem Versuch fertig sind, wird das nächste Experiment gestartet. Es wird nicht eigenmächtig mit den Chemikalien hantiert. Beim Umgang mit Säuren ist äußerste Vorsicht geboten. Nicht mit den Tropfflaschen rumspritzen. Bei Hautkontakt oder Augenkontakt sofort die Betreuer informieren. Das Gleiche gilt für die Lauge Natrium- hydroxid. Viel Spaß bei den Experimenten!


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