Klaus Ruppersberg

Wie kann man Ammoniak aus Gartenerde nachweisen?

Säuren und Basen, Nachweis von Ammoniak, Schülerexperiment
Nachweis von Ammoniak in Gartenerde, © Klaus Ruppersberg

Klaus Ruppersberg

Zeit
15 min
Information
Wenn Ackerboden mit Gülle gedüngt wird, kann ein Teil des Düngers als Ammoniak in die Atmosphäre entweichen. Um dies im Versuch zu überprüfen, verwendest du einen Esslöffel voll Gartenerde, deren Düngezustand unbekannt ist. Die Probe wird auf zwei Gefäße A und B aufgeteilt. Probe B wird mit einem Spatel voll Harnstoff gedüngt. Bei niedrigen Temperaturen (10 – 30 °C) wird der Harnstoff von Bodenbakterien zersetzt; es gilt die RGT-Regel. Bei höheren Temperaturen (ab ca. 60 °C) werden die Enzyme inaktiv und es findet eine thermische Zersetzung des Harnstoffs statt. Schutzbrille tragen!
Geräte und Chemikalien
2 Erlenmeyerkolben (250mL), 2 Uhrgläser, Heizplatte oder warmes Wasser, Schutzbrille, Universalindikatorpapier, Esslöffel, Spatel, Gartenerde, Harnstoff, demineralisiertes Wasser, 100mL Natronlauge (c = 1 mol/L; GHS 05, 07)
Durchführung
1. Schlämme einen Esslöffel voll Gartenerde in 100 mL Wasser auf, das ca. 30 °C warm ist, und teile die Probe auf zwei Erlenmeyerkolben auf. In den zweiten der beiden Erlenmeyerkolben gibst du einen Spatel voll Harnstoff. Schwenke den Kolben vorsichtig, damit sich alles gut vermischt und lasse ihn bei 30 °C stehen.
2. Befeuchte einen ca. 10 cm langen Streifen Indikatorpapier mit demineralisiertem Wasser und hänge ihn in den ersten Erlenmeyerkolben, bedecke die Öffnung des Erlenmeyerkolbens mit einem Uhrglas und warte 5 min ab (Abb.1 ). Protokolliere die Farbe des Indikatorstreifens! Nun gibst du noch 50mL Natronlauge hinzu. Protokolliere erneut die Farbe des Indikatorstreifens.
3. Wiederhole das Experiment mit dem zweiten Erlenmeyerkolben, in den du zu Beginn einen Spatel voll Harnstoff gegeben hast. Protokolliere auch hier die Farbe des Indikatorsteifens vor und nach der Zugabe von Natronlauge.
4. Mache vorsichtig eine Geruchsprobe durch Zufächeln. Zu erwarten ist ein Geruch, den du vielleicht aus dem Pferdestall kennst.
Ergebnis und Diskussion
Je nach Bodenart und Düngezustand ist schon im ersten Versuch Ammoniak durch die alkalische Reaktion des Indikatorstreifens nachweisbar. Auf jeden Fall sollte im zweiten Versuch Ammoniak nachweisbar sein. Sollte dies ausnahmsweise nicht funktionieren, dann enthält der Boden keine ureasehaltigen Bakterien. In diesem Fall könnte die Zugabe von frischem Bohnenextrakt oder von Sojamehl ausprobiert werden; diese beiden enthalten auf jeden Fall Urease.
Viele Bakterien, die in der Gartenerde, Ackererde oder im Pferdestall vorkommen, besitzen das Enzym Urease, welches Harnstoff (lat. = Urea) zu Kohlenstoffdioxid und Ammoniak zersetzt. Weil Kohlenstoffdioxid geruchlos ist, muss der Geruch vom Ammoniak stammen.
(NH2)2CO + H2O 2 NH3 + CO2
Da Gartenerde manchmal leicht sauer ist, reagiert der Ammoniak zu Ammoniumionen. Diese können nicht in die Atmosphäre aufsteigen. Um die Bodenprobe alkalisch zu machen, wird Natronlauge benötigt:
NH4+ + OH H2O + NH3 ↑
Es handelt sich um eine Verdrängungsreaktion, die sich kurz wie folgt umschreiben lässt:
„Starke Basen vertreiben schwache aus ihren Salzen!
Konkret ist Natronlauge eine stärkere Base als Ammoniaklösung.
Hinweis
Manche Menschen vertragen Ammoniakgerüche nicht gut; in stärkerer Konzentration sind sie sogar giftig. Deshalb bitte gut lüften!
Entsorgung
Lösungen neutralisieren (Überprüfung mit pH-Papier!) und mit viel Wasser in den Ausguss (oder in die Toilette) kippen.

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 165 / 2018

Chemie in biologischen Kontexten

Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 9-12