Reaktionen mit Gasen

Reaktionen mit Gasen

Unterricht Chemie | Ausgabe Nr. 157/2017

Gase bestimmen unser Leben ganz entscheidend, denken Sie an Sauerstoff zum Atmen, an Kohlenstoffdioxid und das Klima oder auch an Gesundheits- und Umweltprobleme durch „Abgase“. Für Schülerinnen und Schüler stellen sie eine Motivation und Hürde zugleich dar: Unsichtbares ist zunächst spannend und herausfordernd. 

Inhaltsverzeichnis
© Fotolia | nikkytok
Gase, Gasgesetzte, Kohlenstoffdioxid, Trockeneis
Gase – alltäglich, langweilig oder besondere Lerngegenstände?
Friedrich+ Kennzeichnung Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Gase gelten eher als unbeliebtes Thema im Chemieunterricht, häufige Assoziationen sind Gasgesetze, Rechnen, Stöchiometrie ... . Dabei haben jedoch gerade Gase eine enorm große Bedeutung für das Leben, für technische Prozesse und für die Forschung. Sollte sich dies nicht auch im Chemieunterricht widerspiegeln? Das Lernpotential rund um das Thema Gase wird allgemein erörtert und am Beispiel des Klimagases Kohlenstoffdioxid konkretisiert.

© André Reinke und Alfred Flint
Kohlenstoffdioxid, Aggregatzustände, Trockeneis
Experimente zu Aggregatzustandsänderungen von Kohlenstoffdioxid Kann Trockeneis einfach verschwinden?
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-9

Wieso verschwindet Trockeneis? Insbesondere bei "nicht sichtbaren" gasförmigen Stoffen fällt es Schülerinnen und Schülern schwer, sich nicht nur deren Existenz, sondern auch deren Teilchenstruktur vorzustellen und das Verhalten der gasförmigen Stoffe zu interpretieren. Die in diesem Artikel beschriebenen Experimente mit Trockeneis sind für Schülerinnen und Schüler verblüffend und dienen dem Abbau solcher Fehlvorstellungen.

© Gregor von Borstel
Spritzentechnik, Nachweisreaktionen, Dichte von Kohlenstoffdioxid
Einfache Darstellung und Nachweisreaktionen von Gasen in Kunststoffspritzen Spritzige Experimente mit Gasen
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 5-12

Für die Darstellung von und zahlreiche Reaktionen mit Gasen ist der der Einsatz von Kunststoffmaterialien aus der Medizintechnik besonders geeignet. Das Kernstück bilden dabei Kunststoffspritzen als gut zu beobachtende Behälter mit flexiblem Volumen. In Kombination mit Hähnen, Ventilen und Schläuchen sind Schülerexperimente mit minimalem Gefahrenpotenzial möglich, die geeignet sind, das Entstehen oder Verschwinden eines Gases deutlich sichtbar zu machen.

© Gregor von Borstel
Spritztechnik, Säure-Base-Reaktion
Qualitative und quantitative Versuche mit der Spritztechnik Reaktionen von Gasen genauer untersuchen
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-10

Bei chemischen Reaktionen mit Gasen kommt es darauf an, zum einen das Verschwinden von gasförmigen Ausgangsstoffen, zum anderen die Bildung gasförmiger Reaktionsprodukte sichtbar zu machen. Wie das gelingt, wird an den drei Praxisbeispielen "Kontext Saurer Reiniger: Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Säurekonzentration", "Kontext Antazida: Überprüfung des Wirkstoffgehalts einer Tablette gegen Sodbrennen", "Kontext Sprudelwasser: Das Prinzip von Le Chatelier" gezeigt.

Foto: NASA
Alternative Energien, Treibstoffgewinnung, Wasserstoff, Rohstoffgewinnung, Asteroidenbergbau
Wasserstoff, ein wichtiger Treibstoff Tankstellen im Wetall
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 8-9

Asteroiden als Tankstellen im Weltall? Auf vielen Asteroiden wurde Wasser in Form von Eis nachgewiesen. Ließe sich dieses Wasser auf den Asteroiden gewinnen und mithilfe von Solarenergie elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen, könnten Raumschiffe direkt vor Ort damit betankt werden. Solche fantastisch klingenden Überlegungen bieten einen hochinteressanten Anlass sich im Unterricht mit der Verwendung von Wasserstoff als Treibgas und seiner Gewinnung aus Wasser zu beschäftigen.

© Matthias Ducci
Säure-Base-Reaktionen, Redoxreaktionen, Alginatbällchen
Experimente mit Gasen und Alginatperlen Chemische Chamäleonbällchen
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 9-12

Chemische Chamäleonbällchen ändern ihre Farbe, je nach pH-Wert des umgebenden Mediums. Die Bällchen lassen sich einfach aus Natriumalginat-Lösung herstellen, in die ein Indikator eingeschleust wird. Gase wie z.B. Chlorwasserstoff und Ammoniak können durch den Calciumalginatmantel hindurch diffundieren und rufen so eine Farbänderung hervor. Mit den Alginatbällchen zu experimentieren ist für Schülerinnen und Schüler motivierend.

Gasgesetze belegen durch Experimente mit Kunststoffspritzen Die unbeliebten Gasgesetze – heute noch ein Muss?!!
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 9-12

Das Thema Gase und die Gasgesetze gehören im Chemieunterricht zu den eher unbeliebten Themen. In diesem Beitrag wird herausgestellt, welche Potenziale das Thema Gasgesetze dennoch in sich birgt und welche einfachen Mathematisierungsprozesse man sich bei diesem Beispiel für die Beschreibung zunutze machen kann. Experimentell lassen sich die Gasgesetze gut mit einfachen Experimenten mit leichtgängigen Kunststoffspritzen belegen.

Herstellung von Wasserstoff und Nachweis durch die Gaschromatographie Energien aus Zuckerrüben
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 10-12

Wasserstoff gilt als universeller Energieträger und die Herstellung von Biowasserstoff als Ausgangsprozess für eine nachhaltige Energieversorgung ist von großem Interesse. Im Artikel wird ein Experiment beschrieben, mit dem man unter schulischen Bedingungen Biowasserstoff gewinnen kann. Dabei werden Zuckerrübenschnitzel mit Gartenerde, Kalk und heißem Wasser in einem selbstgebauten Bioreaktor gemischt. Mithilfe der Gaschromatografie kann das Gas qualitativ analysiert und belegt werden, dass es sich tatsächlich um Wasserstoff handelt.

© Thomas Roßbegalle und Bernd Ralle
Ozonschicht, Luftschadstoffe, Kohlenstoffdioxid, Stickoxide, Treibhauseffekt
Ein Vorschlag zur Unterscheidung von Luftschadstoffen im Kontext atmosphärischer Phänomene Abgase sind nicht gleich Abgase!
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 9-10

Abgase sind nicht gleich Abgase: Die USA werden einerseits als einer der weltweit größten Klima-Sünder hinsichtlich ihrer Kohlenstoffdioxidemissionen angesehen. Andererseits sind sie für ihre besonders strengen Grenzwerte für Stickoxidemissionen bei Autoabgasen bekannt. Wie lässt sich dieser scheinbare Widerspruch erklären? Im Artikel wird ein Ansatz zur Thematisierung verschiedener Luftschadstoffe im Chemieunterricht vorgestellt. Dabei werden Alltagsvorstellungen der Schülerinnen und Schüler aufgegriffen und aufgezeigt, wie diese mithilfe der Basiskonzepte der Chemie zu einem propädeutischen Verständnis weiter entwickelt werden können.