Umgang mit Energie - Gasbrenner

Für das chemische Arbeiten ist das Wissen um die sicheren Benutzung von Gasbrennern wichtig. Schülerinnen und Schüler können die Funktionsweise durch Zerlegen und Vergleichen verschiedener Brennertypen erschließen. Darüber hinaus können sie am Beispiel des Gasbrenners lernen, dass alle mit Energie betriebenen Geräte nach der gleichen Weise ein- bzw. ausgeschaltet werden müssen.

Der Gasbrenner ist eine wichtige Quelle zur Erzeugung hoher Temperaturen. Unter anderem werden Gasbrenner zur Herstellung der Glasgeräte für das Chemielabor eingesetzt. Bei vielen Versuchen werden Reaktionsbedingungen benötigt, die zur Zerstörung der Glasgeräte führen. Dazu zählen im Anfangsunterricht die thermische Zersetzung von Holz, Kupfersulfat und die Reaktionen von Wasserdampf mit Magnesium und Krackversuche von Erdöl. In diesem Falle müssen Glührohre für den einmaligen Gebrauch selbst hergestellt werden.

Für die Herstellung von einfachen Glasgeräten wie Glührohre, Glühkugel und gewinkelten Glasrohren sind Grundkenntnisse im "Glasblasen" erforderlich. Neben dem Spaß, den die Herstellung von eigenen Geräten bringt, ist der Aufbau von Wertvorstellungen gegenüber Glasgeräten zu nennen, die für den weiteren Umgang mit Laborgeräten nützlich sind.

Kinder entdecken ihre Umwelt durch "Begreifen". Dabei zeigt sich häufig ein geschlechtsspezifische Verhalten. Während Jungen häufiger Gegenstände auseinander nehmen, ohne große Bedenken, ob sie sie auch wieder zusammensetzen können, zeigen Mädchen mehr das ein Verhalten, das einigermaßen treffend mit "bewahrend" bezeichnet kann. Demzufolge ist es für Jungen wichtig, zu lernen, dass man die Geräte pfleglich behandeln muss, müssen Mädchen mehr angehalten werden, durch "Zerlegen" die Funktion von Geräten zu erforschen.

Hierfür eignet sich der Gasbrenner in besonderem Maße, weil er einerseits ein einfach gebautes Laborgerät ist, andererseits allen Kindern unterschwellig die Gefährlichkeit von "Gas" bekannt ist.

Erwähnenswert ist noch der Hinweis für Schülerübungen, dass beim Experimentieren mit offenem Feuer bei langen Haaren das Tragen von Haarspangen oder ähnlichem erforderlich ist. Dieser Hinweis wird auch in den Betriebsanweisungen für Schüler aufgenommen. Die Betriebsanweisungen müssen den Schülerinnen und Schülern in jedem Jahr zur Kenntnis gebracht werden und im Klassenbuch vermerkt werden.

Nach der Klärung der Bestandteile und Funktion der Teile eines Gasbrenners wird exemplarisch für alle mit Energie betriebenen Geräte das In-Betrieb-nehmen und das Außer-Betrieb-setzen.

Vor
dem In-Betrieb-Nehmen überprüft man, ob das Gerät ordnungsgemäß außer Betrieb gesetzt wurde.

Das In-Betrieb-Nehmen
geschieht in der Richtung des Energieflusses:
von der Energiequelle
zur Energienutzung.

Das Außer-Betrieb-Setzen
geschieht entgegen der Richtung des Energieflusses:
von der Energienutzung
zur .Energiequelle.

Diese Prinzipen werden bei allen, auch den zukünftigen, Geräten gelten, da sie von allen Techniker als Sicherheitsregeln anerkannt sind und angewendet werden.

Gasbrenner werden eingesetzt, um Glas zu schmelzen. Gläser sind aber keine Reinstoffe, sondern unterkühlte Schmelzen, was sich durch den sogenannten Erweichungsbereich zu erkennen gibt. Anders als Reinstoffe besitzen Gläser einen Erweichungbereich.

Glasblasen ist ein besonders geeigneter Bereich für Schülerübungen. Einerseits geht von der Fähigkeit gestaltend zu wirken ein besonderer Reiz ausgeht. Andererseits steigert es das Selbstwertgefühl der Schülerinnen und Schüler, wenn die selbstgefertigten Glasgeräte dann auch wirklich in ChemieExperimenten eingesetzt werden.

Beim Glasbearbeiten treten eine Vielzahl von Gefahrenquellen auf, die mit ebenso grundsätzlichen Regeln beherrscht werden können.

Der Verursacher einer Gefahrenquelle hat diese auch wieder zu beseitigen.
(Verursacherprinzip)

Der Verursacher einer Gefahrenquelle hat diese kenntlich zu machen,
solange er diese nicht beseitigen kann.
(Informationspflicht)

Für die Einzelheiten zum Glasblasen werden etwa drei bis vier Unterrichtsstunden zu veranschlagen sein, die der Sorgfalt im Umgang mit Glasgeräten zu Nutzen kommen.

Die Ausbildung im Fach Chemie dient dem sicheren Arbeiten mit Geräten. Das Gelernte geht damit über die bloßen Fertigkeiten hinaus. Um diese Aspekte überprüfen zu können, bietet sich Kontrollfragen an, bei denen die Begründung für das Handeln abgefragt wird.

Werden die Fragen als Test zur Notenfindung benutzt, gibt man die Seite als Prüfungsblatt aus.

Schülerinnen und Schüler, die nicht am Unterricht teilnehmen konnten, kann aber auch so die Möglichkeit gegeben werden, die kognitiven Lerninhalte nachzulernen.

Bei der Pyrolyse von Holz fallen verschiedene Produkte an, die zunächst nach dem Aggregatzustand getrennt werden. Die elementare Zusammensetzung von Holz und die stoffliche Zusammensetzung der Spaltprodukte Holzgeist, Holzteer und Holzkohle lassen vermuten, dass zu Beginn der chemischen Industrialisierung Holz eine bedeutende Rohstoffquelle darstellte und auch heute noch darstellt. So ist allen Schülerinnen und Schülern die Holzkohle zum Grillen bekannt. Bei genauer Betrachtung lassen sich noch die Jahresringe der Bäume erkennen.

Die Pyrolyseprodukte von Kohle sind vergleichbar denen von Holz und Tabak, der Grund ist die gemeinsame pflanzliche Herkunft. Sie unterscheiden sich durch den unterschiedlichen Grad des Inkohlungsprozesses, der von Holz über Torf, Braunkohle zur Steinkohle ansteigt.
Die Pyrolyse selbst ist ein technisch bedeutsames Verfahren zur Koksherstellung und der Gewinnung von wertvollen Ausgangsstoffen der chemischen Industrie wie Ammoniak, Benzol und andere Aromaten z.B. Phenole und Anilin.

Der Versuch zur Pyrolyse von Holz unterliegt bereits Umgangsbeschränkungen gemäß SiNTU I 3 . Der Umgang mit krebserregenden Stoffen ist verboten . Es gibt jedoch eine Reihe von Versuchen, bei denen Stoffe entstehen, die krebserregend sind ( Tabelle1 ). Werden jedoch geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen, so können diese Versuche, bei denen krebserregende Stoffe aus Reaktionsprodukte entstehen, in Schülerübungen durchgeführt werden.