Experimentalvortrag „Lebensquell Wasser“ Referentin: Anne Wehner 10.05.07

Inhalt Wasser – ohne geht nichts Wasser unter der Lupe Wasser und Eis Rund ums Trinkwasser Wasserhärte Wassersynthese Qualitativer Wassernachweis Mangelware: Wasser Schulbezug

1. Wasser – ohne geht nichts Die wichtigste Substanz der Welt klare, geschmacks- und geruchslose, farblose Flüssigkeit hohe Lichtdurchlässigkeit bedeckt 70% unserer Erde (97% Salz- und 3% Süßwasser) flüssig bei 0°C bis 100°C

Experiment 1: Tanzender Wassertropfen Wasser – ohne geht nichts Experiment 1: Tanzender Wassertropfen Erklärung: Wasser siedet bei 100 °C und geht dabei in Wasserdampf über. Wassertropfen auf Herdplatte (> 100 °C)  Sieden an Berührungszone Dampf hebt Tropfen hoch Tropfen fährt wie Luftkissenboot auf Herdplatte herum - angetrieben vom Dampf Dampf entweicht  Tropfen sinkt wieder ab Tropfen bildet wieder etwas Dampf und hebt sich wieder - und so weiter.

Bestandteil aller Lebewesen (Mensch: 75%; Qualle: 99%) Wasser – ohne geht nichts Bestandteil aller Lebewesen (Mensch: 75%; Qualle: 99%) guter Wärmespeicher (Bsp.: Bodensee - Zitrusfrüchte Insel Mainau, Treibhausgas – erhöht in Atm. (5 Vol-%) Temp. von –18 auf 15°C) gutes Lösungsmittel für Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe (z.B.: Salze für Nährstofftransport, Sauerstoff für Atmung von Fischen)

Experiment 2: In Wasser löst sich Luft Wasser – ohne geht nichts Experiment 2: In Wasser löst sich Luft Info Fische benötigen zum Leben Luft In 100 mL Wasser lösen sich bei 0 °C 4,91 ml, bei 20 °C 3,11 mL Sauerstoff bzw. Luft. je höher die Temperatur, um so weniger Sauerstoff löst sich  Im Sommer sterben oft Fische an Sauerstoffmangel Sauerstoff: Bildung von Wasserpflanzen und Algen Lösen aus Luft an Wasseroberfläche Versuchsaufbau

Wasser liefert Sauerstoff für Pflanzen und Bakterien bei Photosynthese Wasser – ohne geht nichts Wasser liefert Sauerstoff für Pflanzen und Bakterien bei Photosynthese natürliche Umwelt: Verteilungs- und Transportmittel

Demonstration 1: Pflanzenfärben Wasser – ohne geht nichts Demonstration 1: Pflanzenfärben Was ist passiert? Blumen verfärben sich  mit Wasser haben sie auch Farbpartikel durch Stengel aufgesogen Deutung: Pflanzen brauchen Wasser zum Leben, z.B. für Photosynthese Wasser ist Transportmittel für wichtige Nährstoffe Versuchsaufbau

Experiment 3: Leitet Wasser den Strom? Wasser – ohne geht nichts Experiment 3: Leitet Wasser den Strom? Ergebnis: - reines Wasser leitet elektrischen Strom nicht - minimale Mengen von gelöstem Salz machen es leitend

Zitterrochen (oben) und Zitteraal (rechts) Wasser – ohne geht nichts Alltagsbezug: Mensch: Salz in unserem Körper wichtig für Funktion von Nerven und Muskeln – Nerven = elektrischer Leiter, Blut = Salzlösung  elektrische Ströme und Spannungsschwankungen Körperschweiß, Leitungswasser = Salzlösung  Achtung! Mit Netzspannung betriebe elektrische Geräte (Fön, Radio, Lampen usw.) niemals in Nähe von offenem Wasser (Badewanne, Dusche, Waschbecken) Fische (z.B. Zitteraal, Zitterrochen): Aufbau von elektrischer Spannung in Nerven und Muskeln  Verjagung von Feinden und Beutefang mit elektrischen Stromschlägen Zitterrochen (oben) und Zitteraal (rechts)

Im Wasser laufen ständig Säure/Base- Reaktionen ab Wasser – ohne geht nichts Im Wasser laufen ständig Säure/Base- Reaktionen ab Beispiele für chemische Reaktionen mit Wasser als Reaktionspartner: Photosynthese:  6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2     Auflösen von Kalk:   CaCO3 + CO2 + H2O  Ca (HCO3)2 Saurer Regen:      SO2 + 2H2O  H3O+ + (HSO3)- Bildung von Mineralwasser: CO2 + 2H2O  H3O+  + (HCO3)-

Experiment 4: Brausepulver Wasser – ohne geht nichts Experiment 4: Brausepulver Zitronensäure hat 3 COOH-Gruppen  Bildung von 3 H3O+- Ionen: H3O+- Ionen reagieren mit HCO3– Ionen des Soda unter Bildung von CO2  und H2O: H3O+  +    HCO3-     H2O  +  CO2  (Schaum) Bildung von Kohlensäure: H2O + CO2 H2CO3 Gesamtreaktion: NaHCO3 + C6H8O7 → NaC6H7O7+ H2O + CO2 Kälte Wärme

Wasser hat viele Gesichter Wasser – ohne geht nichts Wasser hat viele Gesichter Einzige Substanz, die in allen drei Aggregatzuständen vorkommt

Experiment 5: Gasförmiges Wasser Wasser – ohne geht nichts Experiment 5: Gasförmiges Wasser Erklärung: Austritt von Wasserdampf  Luft verdrängt und durch Wasserdampf von 100° C ersetzt Kontakt mit kaltem Wasser  Kondensation Wasserdampf  Bildung Unterdruck  Implodierung der Dose   Da das Wasser eine träge Masse darstellt, wird es nur untergeordnet in die Dose eingesogen Alltag: Wechselspiel von überhitztem Wasser und Wasserdampf ist Funktionsprinzip eines Geysirs. Geysir

Warme, feuchtigkeitstragende Luft steigt auf, kühlt ab und kondensiert Wasser – ohne geht nichts Wasserkreislauf durch Verdunstung (haupts. Meeresoberfläche) gelangt Wasser als Luftfeuchtigkeit in Atmosphäre Warme, feuchtigkeitstragende Luft steigt auf, kühlt ab und kondensiert Wolkenbildung  Niederschlag in Form von Regen oder Schnee (Süßwasser) Verdunstung oder Versickerung im Boden  Anreicherung mit Salzen versickertes Wasser gelangt über pflanzliche Transpiration in Erdatmosphäre oder dient zur Grundwasserbildung Niederschlag gelangt über Grundwasserstrom, Bäche und Flüsse wieder in die Meere

2. Wasser unter der Lupe besteht aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff Abkürzung: H2O Atome in Dreiecksform angeordnet – Winkel 104,5° Teilladung: Sauerstoff (O) negativ, Wasserstoff (H) positiv  Dipol Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen Wassermolekül Wasserstoffbrückenbindung

Oberflächenspannung des Wassers Wasser unter der Lupe Oberflächenspannung des Wassers Wasserinnere: Wirken von Anziehungskräften zwischen Molekülen aus allen Richtungen insgesamt Addition zu Null Wasseroberfläche: keine Anziehungskräfte nach oben  gerichtete Kraft ins Innere; Grenzfläche Wasser – Luft vergleichbar mit dünner, elastischer Haut

Experiment 6: Oberflächenspannung Wasser unter der Lupe Experiment 6: Oberflächenspannung Experiment 6 a) Beobachtung: Es läuft kein Wasser heraus. Erklärung: Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung und zieht die Karte an sich Luftdruck ist größer als das Gewicht des Wassers  Luft drückt somit von unten gegen die Karte und hält sie am Glas fest.

Beobachtung: feingewebte Stoffe halten Wassertropfen zurück Wasser unter der Lupe Experiment 6 b) Beobachtung: feingewebte Stoffe halten Wassertropfen zurück Darauf beruht zum Beispiel die wasserabweisende Wirkung von Zeltstoff Alltagsbezug: Wasserläufer: Nutzer der Oberflächenspannung des Wassers in der Natur  kann ohne Mühe auf dem Wasser laufen, ohne unterzugehen Wasserläufer

Etwas Geschichte: Wasser – Element oder Verbindung? Wasser unter der Lupe Etwas Geschichte: Wasser – Element oder Verbindung? 600 v.u.Z.: wurde in China als Element angesehen, Unterscheidung von Elementen Wasser, Feuer, Holz, Metall, Erde 624-544 v.u.Z.: griech. Philosoph Thales – wichtigster Grundstoff; „Prinzip aller Dinge, aus dem alles ist und zu dem alles zurückkehrt“ 484-430 v.u.Z.: Empedokles – erkannte Feuer (= Energie), Wasser (= Flüss.), Luft (= Gas)und Erde (= Feststoff) als „Elemente“ an Die vier "alten Elemente" (Quelle: Cornelsen)

Wasser unter der Lupe 427-347 v.u.Z.: Plato – kleine, regelmäßig geformte Teilchen; ordnete den Elementen bestimmte reguläre Vielecke („platonische Körper“) zu: Feuer = Tetraeder Erde = Würfel Luft = Oktaeder Wasser = Ikosaeder 1784: Brit. Naturforscher Henry Cavendish (1731-1810) erkennt Zusammensetzung des Wassers aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom  Wasser kein Element, sondern Verbindung

3. Wasser und Eis größte Dichte und geringstes Volumen des Wassers liegt bei 4°C Gewichtsvergleich: 1 Liter Wasser bei 4°C  1kg 1 Liter Eis  917g Wassermoleküle in Eiskristall weit gepackt, starre Ordnung (vs. Schmelze: dichte Lagerung, Moleküle beweglich) Struktureinheit Eis: OH4-Tetraeder Eis Wasser

Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus  Druckausübung Wasser und Eis Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus  Druckausübung Bsp.: Platzen von Wasserflasche in Gefriertruhe Bersten von Wasserrohren im Winter Experiment: Eis sprengt Glas Eis schmilzt unter Druck Bsp.: Schlittschuh- und Skiläufer Experiment: Eiswürfel

Experiment 7: Eis sprengt Glas Wasser und Eis Experiment 7: Eis sprengt Glas Kältemischung: ca. ¼ Kochsalz und ¾ fein zerstoßenes Eis  bis -21°C Warum?  Schmelztemperaturen von Gemischen liegen meist niedriger als die der Reinstoffe (Alltag: Salzstreuung auf vereiste Straßen) Vorgang: Salz geht in Lösung  Eis muss anteilig flüssig werden  Benötigung von Wärme Da keine Wärme von außen zugefügt wird, holt sich Gemisch die "Wärme" aus dem Eis selbst  Abkühlung. Versuchsaufbau

Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus  Druckausübung Wasser und Eis Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 9% aus  Druckausübung Bsp.: Platzen von Wasserflasche in Gefriertruhe Bersten von Waserrohren im Winter Experiment: Eis sprengt Glas Eis schmilzt unter Druck Bsp.: Schlittschuh- und Skiläufer Experiment: Eiswürfel

Demonstration 2: Eiswürfel Wasser und Eis Demonstration 2: Eiswürfel Erklärung: Eis verhält sich plastisch bei Druckausübung Beim Gefrieren dehnt sich Wasser um etwa 1/10 aus. Wenn man Eis also presst, schmilzt es Alltag: Schlittschuh- oder Skifahren  Druckausübung auf Eis  Entstehung Flüssigkeitsfilm  Rutschen

Dichteanomalie des Wassers am Beispiel „See“ Wasser und Eis Dichteanomalie des Wassers am Beispiel „See“ Winter: See gefriert von oben nach unten – jedoch nie bis zum Grund Eisdecke schwimmt aufgrund geringerer Dichte an Wasseroberfläche  Kälteschutz, lichtdurchlässig (günstig für Photosynthese)  Wassertiere und Wasserpflanzen können in tieferen „wärmeren“ Schichten überleben Unter Eisdecke steigt Temp. bis 4°C an (keine T- Veränderung mehr, da durch großen Eigendruck Minimalvolumen erreicht)

Demonstration 3: Dichte Eisberg Wasser und Eis Demonstration 3: Dichte Eisberg Modell Eisberg Beobachtung: Eis schwimmt auf Wasser, beim Schmelzen keine Veränderung des Wasserspiegels Erklärung: Eis besitzt geringere Dichte als Wasser

4. Rund ums Trinkwasser Wieviel Wasser braucht der Mensch? Mensch kann max. 4 Tage ohne Wasser überleben Wasserverlust: 10%  Mangelerscheinungen, 20%  eventuell Tod Wasseraufnahme pro Tag: Jugendlicher (50 kg)  2 – 2,5 L Erwachsener (75 kg)  2,6 – 3,4 L

Körper besteht zu ca. 2/3 aus Wasser Rund ums Trinkwasser Ohne Wasser kein Leben Körper besteht zu ca. 2/3 aus Wasser wichtiges Transport- und Lösemittel für Menschen verdünnt Magensäure spaltet und transportiert Salze im Körper löst Hormone, Proteine, Vitamine und Zuckermoleküle Versorgung von Geweben und Zellen mit Nährstoffen und Sauerstoff Körper erzeugt durch Oxidation von Zucker, Proteinen und Fett eigenes destilliertes Wasser reguliert Körpertemp.  Verdunstung an Hautoberfläche Blut: 92% Wasser, Gehirn: 90% Wasser, Muskeln: 75%, Leber: 69%, Knochen: 22%

Wieviel Wasser (ver)braucht der Mensch? Rund ums Trinkwasser Unser täglich Wasser ... Wieviel Wasser (ver)braucht der Mensch?  Dtl.: durchschn. 127 L reinstes Trinkwasser pro Tag Hygiene (Duschen und Baden): 46 L/ Tag Toilettenspülung: 34 L/ Tag Wäsche waschen: 12,7 L/ Tag Garten und Auto: 8,9 L/ Tag Geschirrspüler: 7,6 L/ Tag Kochen und Trinken: 5 L/ Tag Sonstiger Verbrauch: 13 L / Tag

Woher kommt unser Trinkwasser? Rund ums Trinkwasser Woher kommt unser Trinkwasser? Oberflächenwasser 26% aus Seen, Talsperren, Flüsse, Uferfiltrat; Wasserwerke entfernen Schadstoffe (Nitrate, Nitrite, Pestizide, Keime, Bakterien) nach Richtlinien der Trinkwasserverordnung; Gesetz: „keimfrei, farblos und geruchlos“ Grundwasser geeigneter, jedoch auch Entfernung von Verunreinigungen (Eisen, Mangan, Pestizide, Nitrat, Hormone, Antibiotika, chem. Verbindungen aus der Kunststoffindustrie)

Die Aufgabe der Wasserwerke Rund ums Trinkwasser Die Aufgabe der Wasserwerke Aufbereiten des Rohwassers mit technischen Verfahren ( z.B.: Entfernen von Eisen und Mangan durch Oxidation mit Sauerstoff) Fließen in riesigen Filteranlagen durch Mehrschichtfilter aus Kies, Sand und Blähton Entfernung der organischen Inhaltsstoffe durch Einleitung von Ozon ( Aufbrechen von langkettigen Kohlenwasserstoffketten) Abtöten von Krankheitserregern durch Ozon  Wasserwerke müssen 70% weniger Chlor einsetzen Neutralisierung unerwünschter Geschmacksstoffe durch Aktivkohlefilter Zusatz von Chlor zur Desinfektion, Ausschluss der Verunreinigung auf dem Weg in die Haushalte

Wasserleitungen unter der Lupe Rund ums Trinkwasser Wasserleitungen unter der Lupe Menge und Art der Schadstoffe im Wasser sind abhängig von Material der Wasserrohre Kupferrohre: in Dtl. 60% erst bei hoher Konzentration gesundheitsschädlich Trinkwasserverordnung erlaubt 2 mg Cu / L Wasser mit der Zeit Bildung einer Schicht aus Kupfercarbonat und anderen Verbindungen  verhindert weitere Lösung von Cu in saurem Wasser löst sich besonders viel Cu  sobald pH-Wert unter 7, sind Kupferrohre verboten

Verzinkte Eisenrohre: Rund ums Trinkwasser Verzinkte Eisenrohre: abgestandenes Wasser in Leitung ist trüb und rostrot Eisen löst sich erst, wenn innere Zinkschicht beschädigt Beschädigung der Zinkschicht  Lösen von gesundheitsschädlichen Stoffen (Bsp.: Schwermetall Cadmium) Grenzwert Cd: 0,005 mg/ L  Anreicherung in Leber und Nierenrinde; kann zu Nierenversagen führen

dürfen in Dtl. seit 1973 nicht mehr eingebaut werden Rund ums Trinkwasser Bleirohre: dürfen in Dtl. seit 1973 nicht mehr eingebaut werden 10% der Häuser in nördlicher Hälfte Dtl. besitzen noch Bleirohre Bleiaufnahme  Beinträchtigung der Blutbildung und der Gehirnentwicklung (vor allem bei Ungeborenen, Säuglingen und Kleinkindern), Einlagerung in den Knochen bei Erwachsenen Grenzwert ab 2003: 0,025 mg Pb/ L Grenzwert ab 2013: 0,01 mg Pb/ L Was tun? Wasseranalyse: 20 - 50 Euro

Wasserfilter - Funktionsweise Wasser wird in Filterpratone gegossen Rund ums Trinkwasser Wasserfilter - Funktionsweise Wasser wird in Filterpratone gegossen Wasser sickert durch die Ionenaustauschermasse  Festhalten von Mineralien wie Kalzium, Magnesium, Blei, Kupfer  Enthärtung Wasser sickert durch Aktivkohle  Entfernung von Chlor und organischen Stoffen Abgabe von Silber ins Wasser  wirkt als „Bakteriengift“

Experiment 8: Feinreinigung durch Aktivkohlefilter Rund ums Trinkwasser Experiment 8: Feinreinigung durch Aktivkohlefilter Erklärung: Reinigungswirkung der Aktivkohle (besonders vorbehandelte Holzkohle) beruht auf großer Oberfläche (1 g etwa 1000 m² )  Absorption von z.B. Farbstoffteilchen Alltag: Gasmasken haben gekörnte Aktivkohlefüllung Versuchsaufbau

Mineralwasser und Co - „eine kleine Warenkunde“ Rund ums Trinkwasser Mineralwasser und Co - „eine kleine Warenkunde“ Marktanteil in Dtl.: 92% Herkunft: unterirdische, vor Verunreinigung geschützte Wasservorkommen enthält durch Erd-und Gesteinsschichten aufgenommene Mineralstoffe (meist über 1g/ L) Abfüllung muss an Quellort erfolgen Veränderung der Zusammensetzung verboten, Ausnahme: Befreiung von Schwefel, Eisen und Mangan sowie Zugabe oder Entzug von Kohlensäure erlaubt

mit Meerwasser oder Mineralstoffen versetztes Rund ums Trinkwasser Marktanteil in Dtl.: 5% mit Meerwasser oder Mineralstoffen versetztes Trink- oder Mineralwasser früher: „künstliches Mineralwasser“, da nach bestimmten Rezepten komponiert Befolgung der Mineral-und Tafelwasserverordnung und der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung

Sonderfall unter den Mineralwässern Rund ums Trinkwasser Marktanteil in Dtl.: 3% Sonderfall unter den Mineralwässern meist hohe Konzentrationen an Mineralstoffen heilende oder vorbeugende Wirkung unterliegen Arzneimittelgesetz (amtliche Zulassung nötig)

Herkunft: unterirdische Wasservorkommen Rund ums Trinkwasser Herkunft: unterirdische Wasservorkommen enthält deutlich weniger Mineralstoffe als Mineralwasser Flasche mit Bezeichnung „Quellwasser“ kann Wasser von verschiedenen Quellen enthalten

Wasser ist nicht gleich Wasser – es gibt „hartes“ und „weiches“ Wasser 5. Wasserhärte Wasser ist nicht gleich Wasser – es gibt „hartes“ und „weiches“ Wasser Je härter das Wasser, desto mehr Kalzium- und Magnesiumsalze gelöst Salze werden aus Gesteinen herausgelöst Wasserhärte ist von Region zu Region unterschiedlich Je mehr Regen fällt, desto weicher kann Wasser sein Wasser nach längerer Trockenheit meist härter, da sich mehr Mineralstoffe lösen

Demonstration 4: Sind Salze in Wasser gelöst? Wasserhärte Demonstration 4: Sind Salze in Wasser gelöst? Untersuchung verschiedener Sorten Wasser nach gelösten Salzen

absolut reines Wasser findet man kaum in Natur Wasserhärte Ergebnis: absolut reines Wasser findet man kaum in Natur Destilliertes Wasser: in geschlossener Apparatur aus Wasserdampf kondensiert  relativ rein Leitungswasser: enthält fast immer gelöste Salze  machen Wasserhärte (Salze des Calciums und des Magnesiums als Chloride, Sulfate und Hydrogencarbonate) aus

Je härter das Wasser, desto mehr Waschmittel wird benötigt Wasserhärte Waschmittel Je härter das Wasser, desto mehr Waschmittel wird benötigt Dosierungsempfehlung auf Packung Früher: Wasserhärte Problem – Seife reagierte mit Kalzium- und Magnesiumsalzen zu Kalkseife  unwirksam Heute: Waschmittel enthalten weniger Seife oder sind seifenfrei

"Gleiches mischt sich mit Gleichem": z.B. Öl mit Fett, Benzin mit Öl Wasserhärte Waschwirkung "Gleiches mischt sich mit Gleichem": z.B. Öl mit Fett, Benzin mit Öl Stoffe, die sich mit Öl mischen  lipophil Stoffe, die sich mit Wasser gut mischen  hydrophil Stoffe, die lipophil und hydrophil sind : z.B. Alkohol, Seife, Galle in unserem Körper, Tenside in den Waschmitteln und Schampoos

Experiment 9: Emulsionen Wasserhärte Experiment 9: Emulsionen Erklärung: Öl + Wasser  2-Phasenbildung, keine Mischung, da hydrophiler und lipophiler Stoff Öl + Wasser + Seife  milchige Emulsion – als Tröpfchen fein verteilt schwimmt eine der beiden Flüssigkeiten in der anderen Unterscheidung: „Wasser in Öl" ‑ oder "Öl in Wasser" Emulsionen Öltropfen auf Wasser Alltag: Bildung von Emulsion bei Waschwirkung von Seife und Waschpulver Körper: Verdauung des Speisefetts nur als Emulsion möglich

Seife: lange, hydrophobe Kohlenwasserstoffkette und polare, hydrophile Wasserhärte Seife: lange, hydrophobe Kohlenwasserstoffkette und polare, hydrophile Carboxylgruppe (-COO-) Micellenbildung: Kohlenwasserstoffketten lösen sich in Fetttropfen, polare Enden ragen nach außen ins Wasser  Umhüllung und Ablösung des Fetts  Bildung einer Emulsion  Abführung mit frischem Wasser Micellenbildung: Seifenmoleküle an Fetttropfen Ablösung einer Fettverschmutzung von einer Faser

Seifenmoleküle an Wasseroberfläche Wasserhärte Seifen auch an Wasseroberfläche  Senkung der Oberflächenspannung  Verbesserung der Reinigungswirkung des Wassers hartes Wasser  Calcium- und Magnesiumionen blockieren polare Enden der Seife und bilden unlösliche Kalkseifen  Vernichtung Waschwirkung 2 R-COO- + Ca2+ (Kalk) (R-COO)2Ca Seifenmoleküle an Wasseroberfläche

Experiment 10: Seifenwirkung Wasserhärte Experiment 10: Seifenwirkung Schwimmen der Büroklammer beruht auf Oberflächenspannung Um Molekül in Wasseroberfläche zu bringen, muss es gegen ziehende Kräfte an Oberfläche transportiert werden Jede Erweiterung der Oberfläche kostet damit Energie  Wasser "wehrt" gegen Vergrößerung  Büroklammer wird wie auf einer Gummi-Membran getragen wird. Spülmittel: „Seifenmoleküle“ lagern sich zwischen Wassermoleküle  Störung des Zusammenhalts  Reduzierung Oberflächenspannung  gleiche Effekt wie bei Waschwirkung von Seife und Spülmittel, indem sie Oberflächen besetzen (= grenzflächenaktive Stoffe)

6. Wassersynthese Verbrennungsprozesse von wasserstoffhaltigen Verbindungen (z.B. Glucose) C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O 2. Knallgasreaktion: Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff 2 H2 + O2 2 H2O (exotherm) Oxidation von Wasserstoff, Reduktion von Sauerstoff  Elektronenübertragungsreaktion.

Umweltschonende Energieumwandlung: Wassersynthese Erneuerbare Energien Umweltschonende Energieumwandlung: 1.) Elektrolyse: Zersetzung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff 2.) Rückreaktion: Reaktion von H2 und O2 als erneuerbare Energieträger zu Wasser (Elektronenabgabe und –aufnahme an getrennten Orten, um Knallgasreaktion zu verhindern)  Energiefreisetzung  Arbeitsleistung Verbrennung 2 H2 + O2 2 H2O + Energie Elektrolyse Anwendung: Brennstoffzelle, Wärmekraftwerke, Verbrennungsmotoren

Brennstoffzelle – Die gezähmte Knallgasreaktion Galvanisches Element Wassersynthese Brennstoffzelle – Die gezähmte Knallgasreaktion Galvanisches Element Umwandlung von chemischer in elektrische Energie katalytisch wirkende Elektroden aus Edelmetallen (z.B. Platin) Elektronenaufnahme und -abgabe an getrennten Orten  dazwischen fließt elektrischer Strom Redoxvorgänge: Minuspol: 2 H2 + 4 H2O 4 H3O+ + 4 e-   Pluspol: O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH- Gesamtreaktion: 2 H2 + 6 H2O + O2 4 H3O+ + 4 OH- Oxonium-Ionen H3O+ und Hydroxid-Ionen OH- reagieren zu Wasser Gesamtreaktion: 2 H2 + O2 2 H2O    /exotherm

7. Qualitativer Nachweis von Wasser Stoffe, die bei Kontakt mit Wasser Farbe ändern (Indikatoren): - wasserfreies, weißes Kupfer(II)-sulfat  Bildung von blaugrünen Kristallen ("Kupfervitriol") mit Wasser CuSO4 · H2O + 4 H2O [Cu(H2O)4]SO4 · H2O  Experiment: Wassernachweis mit Kupfersulfat wasserfreies, blaues Cobalt(II)-chlorid  Rosafärbung mit Wasser (Bsp. Trockengel).  Demonstration: Herstellen von Chloridpapier

Experiment 11: Wassernachweis mit Kupfersulfat Qualitativer Nachweis von Wasser Experiment 11: Wassernachweis mit Kupfersulfat Erklärung: Aufbau Kupfersulfat: Wassermoleküle bilden quadratisch-planare Struktur um das Kupfer-Ion herum (Aquakomplex)  Farbveränderung des Metall-Ion zu Blau Anordnung: vier der fünf Wassermoleküle in kovalenter Bindung um das Kupfer-Ion, fünfte über Wasserstoffbrücken an Sulfat-Ion gebunden Formel von wasserhaltigem Kupfersulfat so: [Cu(H2O)4]SO4 · H2O Erhitzen  Strukturzerstörung, Kupfersulfat in reiner, farblosen Form vor (Kupfer(II)-Ion)

Demonstration 5: Herstellen von Chloridpapier Qualitativer Nachweis von Wasser Demonstration 5: Herstellen von Chloridpapier Erklärung: blaues Cobaltchlorid-Papier: Nachweis für Wasser  Rosafärbung Cobaltchloridpapier enthält blaues Cobalt(II)-tetrachlorocobaltat(II)  mit Wasser Bildung des rosafarbenen Hexaquacobalt(II)-chlorid-Komplex: Co[CoCl4] + 12 H2O 2 [Co(H2O)6]Cl2 Wasserhaltiges und wasserfreies Cobaltchlorid

8. Mangelware: Wasser Weltgesundheitsorganisation (WHO): weltweit 1,1 Milliarden Menschen ohne verlässliche Versorgung mit sauberem Wasser besonders betroffen sind Entwicklungs- und Schwellenländer  nicht genügend Grundwasser, um Brunnen zu bohren reiche Länder beseitigen Probleme des Wassermangel durch Einsatz von finanziellen Mitteln

Wassertanks und Leitungen von der indischen Regierung Mangelware Wasser Alternative Methoden der Trinkwassergewinnung Saudi Arabien Gewinnung durch Meerwasserentsalzung Indien  Sammlung des Monsumregens in großen Becken, Tanks und künstlichen Seen Seewasser versickert  Grundwasser  Brunnen liefern in trockenen Monaten Wasser Chile  Aufstellen von Netzen zum Einfangen des Nebelwassers Nebel zieht durch Netz  Kondensation an Maschen aufgefangenes Wasser fließt über Rinne, Becken und Rohre ins Dorf 12.000 L Wasser/ Tag Wassertanks und Leitungen von der indischen Regierung

9. Schulbezug Lehrplan: Jahrgangsstufe 8, 2. Halbjahr, Thema: Wasser und Wasserstoff Unterthemen Eigenschaften und Bedeutung des Wassers Synthese von Wasser Eigenschaften von Wasserstoff; Katalysatoren Kreislauf des Wassers; Wasserstoff als Energieträger