Umweltbelastungen durch anorganische Substanzen

Gliederung Bildungsplanbezug Anorganische Schadstoffe Ozonbildung Abgase Treibhauseffekt Saurere Regen

1. Bildungsplanbezug Kompetenzerwerb: Ökologisch verantwortliches Handeln Die Schüler sind in der Lage: Den Stoffauf- und Stoffabbau mit Experimenten nachzuvollziehen und zu beschreiben Den Stoffkreislauf am Beispiel Kohlenstoff und Sauerstoff sowie den Fluss der Energie zu beschreiben An einem ausgewählten Beispiel die Problematik menschlicher Eingriffe in einem Ökosystem zu erkennen und Alternativen zu entwickeln  Ein besonderer Fach- oder Schulstufenbezug ist dabei nicht erkenntlich  Behandlung der Umweltproblematik ist verbindlich!

Didaktische Auswahlkriterien Inhalte aus der Lebenswelt der Schüler → motivierende Wirkung Neben chemischem Wissen auch Verhaltensmaximen bezüglich Umwelt → Verantwortliches Handeln Anknüpfungspunkte zu den Sozialwissenschaften und anderen Naturwissenschaften an → Fächerübergreifendes Arbeiten Anwendung in Forschung und Technik Wissenschafts-, Gesellschafts-, und Schülerrelevanz

Methodik des umweltbezogenen Chemie-Unterrichts Zusammenhänge der Umwelt- und Alltagschemie sind sehr komplex → durch didaktische Reduktion dem jeweiligen Niveau der Schule anpassen Beschäftigung mit dem Thema außerhalb der Schule → Exkursionen: Kraftwerke, Kläranlage, Müllverbrennungsanlage, chemische Fabriken Guter Chemieunterricht schließt Experimente ein → Im Vordergrund stehen Versuche, die die Bedeutung des jeweiligen Stoffes für die Umwelt deutlich machen

2. Emissionen Natürliche Emissionen: Aus natürlichen oder künstlichen Quellen abgegebene Stoffe, die in die Atmosphäre gelangen Natürliche Emissionen: z.B. Vulkane Anthropogene Emissionen: hauptsächlich aus Verbrennungsvorgängen

Kohlendioxid : CO2 Eigenschaften Vorkommen Auswirkungen auf Mensch und Farbloses, geruchloses Gas, nicht brennbar, schwerer als Luft, Dichte: 1,98 kg/cm3, erstickend Vorkommen Autoabgase, Atmung, Verbrennung Organischer Verbindungen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt Zu hoher CO2-Gehalt in der Atemluft führt zu Erstickung

Herstellung und Nachweis Verbrennung von Kohlenstoff liefert bei ausreichender Luftzufuhr CO2 Nachweis Einleiten des Gases in Kalkwasser  Trübung

Schwefeldioxid : SO2 Eigenschaften Vorkommen Farbloses, stechend riechendes Gas, nicht brennbar, Dichte: 2,927 kg/m-3, Reduktionsmittel (zu SO42-) Vorkommen Verbrennung von schwefelhaltigen fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl) oder Gummi, Rösten von Metallsulfiden Wirkungen auf Mensch und Umwelt Saurer Regen, Bildung von Schwefelsäure  Schädigung der Lungen

Herstellung und Nachweis Entwicklung aus Natriumdisulfit Na2S2O5 + H2SO4 ———> Na2SO4 + H2O + 2 SO2 Nachweis Entfärbung von Iod-Kaliumiodid-Lösung

Stickstoffdioxid : NO2 Eigenschaften Entstehung Braunrotes Gas, stechender Geruch, wirkt stark oxidierend Dichte: 1,45 kg/m-3 Entstehung Blitzschlag, Autoabgase, Fabrikabgase Wirkung auf Mensch und Umwelt Reizerscheinungen an Augen und Schleimhäuten, Genmutationen Waldsterben  saurer Regen

Herstellung Vorsichtiges Erhitzen von Bleinitrat 2 Pb(NO3)2  2 PbO  +  4 NO2  +  O2 Nachweis mit Lunges Reagenz Lunges Reagenz: Sulfanilsäure, α-Naphthylamin, Eisessig  Rotfärbung

Kohlenmonooxid : CO Eigenschaften Vorkommen Farb- und geruchloses Gas, wirkt reduzierend Dichte: 1,17 kg/m-3 Vorkommen Autoabgase, Entstehung beim Hochofenprozess, Zigarettenrauch Auswirkungen auf Mensch und Umwelt Bindet sich 200mal stärker an Hämoglobin als O2  Erstickung

Herstellung und Nachweis Einwirkung von Schwefelsäure auf Ameisensäure HCOOH  ---H2SO4--->  CO  +  H2O Nachweis Einleiten des Gases in ammoniak. AgNO3-Lösung Reduktion von Ag+ zu Ag,

3. Ozonbildung in der Stratosphäre O2 + UV-Licht   O* + O* O*+ O2   O3 Wirkung von O3 in der Stratosphäre  Abschirmung der UV-B Strahlung

Ozonbildung in der Troposphäre Folgende Faktoren begünstigen das Entstehen von Ozon in der Troposphäre Das Vorhandensein von Stickstoffoxiden und von org. Verbindungen (Kohlenwasserstoffe) aus Abgasen UV-Strahlung der Sonne Tag: NO2 + Licht    NO + O* O* + O2   O3 Nacht: NO + O3   NO2 + O2

Ozonbildung in der Troposphäre Wirkung von Ozon in der Troposphäre: Erbgutschäden, Lungenschäden Zerstört Pflanzen und Gummi (stark oxidativ) Treibhausgas

4. Abgase Kraftfahrzeuge verursachen 55%der gesamten NOx- Emission, 60% der gesamten CO-Emission und 30% der gesamten CH-Emission.

Die wichtigsten von Autos emittierten Abgase Zusammensetzung der schädlichen Auspuffgase   (Vol%) CO2 87,6 CO 10,3 NOx 0,6 (bei gemäßigtem Fahrstil) SO2 0,06 CH 1,07 (unverbrannte KWs) Aldehyde 0,4 Summe » 100

Der Auto-Katalysator CO CHx NOx CO2 N2 H2O CH4 + 2 NO2 CO2 + N2 + 2 H2O 4 CO + 2 NO2  4 CO2 + N2 2 CO + O2  2 CO2 CO CHx NOx CO2 N2 H2O

Katalysator - Fotos

Schadstoffe im Zigarettenrauch

5. Der Treibhauseffekt

Treibhausgase Beitrag der einzelnen Spurengase zum "Treibhauseffekt" Temperaturanstieg durch Spurengase 33 °C (von -18 °C auf +15 °C) · Konzentration in der Luft ppm Temperatur- anstieg °C Lebensdauer Jahre Spezifisches Treib- hauspotential jährlicher Zuwachs % Wasserdampf 2-3000 20,6 0,01 - Kohlenstoffdioxid (CO2) 350-370 7,2 5-200 1 0,4-1,7 bodennahes Ozon (O3) 0,2-10 2,4-2,7 0,08-0,5 1800-2000 0,5-2,0 Distickstoffoxid (N2O) 0,3 1,4 100-170 150-290 0,2-0,4 Methan (CH4) 1,7 16-150 3500-17000 3,0-7,0 Sonstige < 10 0,6 nicht bekannt

IR-Spektren wichtiger Treibhausgase

Verbrennungsprodukte = Säureanhydride 6. Saurer Regen Verbrennungsprodukte = Säureanhydride CO2 + H2O  H2CO3 SO2 + H2O  H2SO3 2 NO2 + H2O  HNO2 + HNO3 SO3 + H2O  H2SO4

Danke für Eure Aufmerksamkeit