Timm Wilke und Klaus Ruppersberg

Jede Schule besitzt Elektronikschrott

Metalle, Gold, Elektronikschrott, Recycling, Modellexperiment
Chemische Extraktion unedler Metalle, © Klaus Ruppersberg und Timm Wilke

Timm Wilke und Klaus Ruppersberg

Einfache Experimente zum Recycling von Gold aus Computern

In der fachdidaktischen Literatur wurden in den letzten Jahren zahlreiche Artikel zur Synthese von Gold-Nanopartikeln veröffentlicht, die nicht nur sehr schön anzusehen sind, sondern auch hohe Alltagsrelevanz besitzen und sich sehr gut als Einstieg in die Vermittlung des Themas „Nanotechnologie im Chemieunterricht eignen [1 – 3]. Der hohen Effektstärke und Gelingsi-cherheit bei kurzer Versuchsdauer steht allerdings die Anschaffung von Tetrachloridogold(III)-säure-Trihydrat („Goldsäure) gegenüber bereits ein Gramm dieser Chemikalie kostet etwa 100€. In vielen Schulen (und auch in Schülerlaboren und Hochschulen) führt dies dazu, dass von einer Bestellung abgesehen wird.
In diesem Beitrag soll daher eine andere kostengünstige Möglichkeit für die Beschaffung von Goldsäure vorgestellt werden, in der Elektronikschrott als Quelle dient. Über die Kosteneinsparung hinaus können die vorgestellten Experimente auch in einen kontextorientierten Unterricht eingebettet werden, der in Bezug auf Rohstoffe, Recycling und den Umgang mit vermeintlichem Müll zudem interessante Fakten und vielfältige Diskussionsmöglichkeiten beinhaltet.
Für die Gewinnung von Goldsäure werden in der gesamten, hier dargestellten Versuchsanleitung insgesamt 4mL Königswasser benötigt. Üblicherweise versucht man, derart hoch-konzentrierte Säuren im Chemieunterricht zu vermeiden, hier sind sie jedoch aus fachlichen Gründen nötig. Zur Gefahrenbegrenzung wird nur eine sehr geringe Menge eingesetzt, die bei entsprechender Ausbildung und Vorhandensein von üblichen Schutzeinrichtungen ein beherrschbares Risiko darstellt [4]. Darüber hinaus ist es ein pädagogisches Anliegen, die Schülerinnen und Schüler zur Urteilsbildung zu befähigen wenn ein Lehrerdemonstrationsexperiment mit 4mL Königswasser dazu beiträgt, ist ein wichtiges Ziel erreicht. Bezüglich der Arbeitsweise mit Königswasser und der entstehenden Produkte (nitrose Gase, naszierendes Chlor) sind die Angaben in der GESTIS-Stoffdatenbank zu beachten, u.a. ist eine Arbeitsweise am funktionierenden Abzug dringend vorgeschrieben [5].
Verwendung und Recycling von Metallen in Elektronik
Bereits 1965 beschrieb G. Moore, dass sich die Leistungsfähigkeit technischer Geräte durch Fortschritte bei der Komplexität integrierter Schaltkreise in regelmäßigen Abständen verdoppelt (Mooresches Gesetz) [6]. Eine wesentliche Konsequenz dieser heute noch gültigen Vorhersage ist allerdings, dass sie auch umso schneller veralten vor allem Geräte mit hoher Leistungsfähigkeit wie Smartphones, Laptops, Tablets und Computer sind hiervon besonders betroffen. Die Nutzungsdauer eines Smartphones beträgt heutzutage beispielsweise nur anderthalb bis zwei Jahre, die von Computern drei Jahre und die von Fernsehern sechs Jahre [7]. Diese Entwicklung wird in den kommenden Jahren durch die fortschreitende Digitalisierung eher noch zu- als abnehmen: Neben der Einführung immer neuer „Gadgets und „Wearables (Augmented Reality-Brillen, Smartwatches) sowie vernetzter Haushaltsgeräte (Smart Home) in den Industrieländern werden insbesondere Schwellen- und Entwicklungsländer vermehrt an der Digitalisierung teilhaben. In Zahlen ausgedrückt waren 2014 weltweit über 3,8 Milliarden eigenständige Geräte im Internet vernetzt. Bis 2020 sollen es weit mehr als 20 Milliarden sein, mit einem Marktvolumen von 1,71 Billionen US-Dollar [8].
Für die Produktion dieser Geräte wird neben Kunststoff und Epoxidharz vor allem eine Vielzahl von Metallen verwendet. Diese umfassen einerseits reichlich vorhandene Metalle wie Aluminium und Zinn, reichen aber auch über kritische Metalle (Tantal, Indium) bis hin zu den Edelmetallen Kupfer, Silber und Gold. Selbst wenn hierbei pro Gerät teilweise nur wenige Mikrogramm benötigt werden, stellt die riesige Anzahl der Produkte in Kombination mit deren kurzer Nutzungsdauer die Produktion vor große...
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 161 / 2017

Kritische Metalle

Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Experimente Schuljahr 7-12