"Holz - Verkokung "

Inhalt:

1. Ziel und Zweck
2. Vorwissen
3. Experiment
  3.1. Skizze
  3.2. Geräte
  3.3. Chemikalien
  3.4. Sonstige Hilfsmittel
  3.5. Aufbau, Sicherheit und Entsorgung
4. Durchführung und Beobachtung
5. Auswertung
6. Ergebnis
7. Folgerung
8. Ausblick
9. Literatur

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1. Ziel und Zweck:

Sägespäne oder Tabakblätter werde unter Luftabschluss erhitzt, um die Zersetzungsprodukte kennenzulernen 

 

 

2. Vorwissen:

Pflanzen benötigt zum Entstehen in der Regel den Erdboden, Wasser, Luft und Energie in Form von Licht. Dabei entstehen unter anderem Blätter, Holz und Früchte. In den Pflanzenteilen ist die Energie gespeichert. Deshalb lassen sich Pflanzen mit dem Luftsauerstoff verbrennen. Dabei wird die Energie wieder frei.

Es soll untersucht werden, ob man durch Glühen von trockenen Pflanzenteilen die gespeicherte Energie auch auf andere Weise freisetzen kann.
Was geschieht, wenn man Tabak einer Zigarette erhitzt, ohne dass ausreichend Luft vorhanden ist?

 

 

3. Experiment:

 

3.1. Skizze:

Bild 1: Zersetzung von Sägespänen od er Tabak durch Erhitzen unter Luftabschluss

 

 

 

3.2. Geräte:

A Glühkugel (AR-Glas)
B Kühlfalle
C Verbindungsstück
D Gasableitungsrohr mit Rückschlagsicherung (Kupferspäne oder Eisenwolle)
E Gasbrenner

 

3.3 Chemikalien und Hilfsstoffe:

1 Sägespäne
2 Kondensat
3 Holzgas

3.4 Sonstiges:

F Gasbrenner und Feuerzeug / Streichhölzer
Ohne Abbildung: kleines Gefäß (Uhrgläschen) mit Wasser für die Probe auf Dichtigkeit

 

3.5. Aufbau:

Die Apparatur besteht aus einer Glühkugel (A), einer Kühlfalle (B) und einem Gasableitungsrohr (C). Da das Glührohr sehr stark erhitzt werden muss, sollte man eine selbst geblasene Glühkugel aus AR-Glas einsetzen, weil es danach nicht mehr wiederzuverwenden ist. Auf eine Kühlung der Kühlfalle (B) von außen kann verzichtet werden. Die entstehenden Gase sollen die Apparatur am Gasableitungsrohr (D) verlassen. Da ein brennbares Gasgemisch erwartet wird, sollte das Glasrohr mit einer Rückschlagsicherung nach Davy (Kupferdrehspäne oder Eisenwolle in (D) versehen sein.

Alle Apparaturteile werden entsprechend der Versuchskizze (Bild 1) auf dem Tisch bereitgelegt. Anschließend werden die Dichtungen in den Schraubkappen auf Unversehrtheit geprüft und nötigenfalls ausgetauscht. Danach werden zuerst alle Schraubkappen lose auf die Glasgewinde gedreht. Die Apparaturteile werden auf dem Tisch liegend zur Apparatur zusammengebaut.
Anschließend wird die gesamte Apparatur von der Rückseite her mit Federklammern (runde Kunststoffseite) versehen. In die Stahlseite der Federklammern wird das Alu-Vierkantrohr eingelegt bis die Federklammern einrasten.
Zuletzt wird die komplette, an dem Alu-Vierkantrohr hängende Apparatur mit einer Vierkantmuffe an einem Bunsenstativ aufgehängt.

Als nächstes erfolgt die Probe auf Dichtigkeit. Dazu wird bei der leere Apparatur das Gasableitungsrohr nach unten gedreht und unter die Stitze ein Uhrgläschen mit Wasser gehalten. Die Apparatur ist dicht, wenn man die Glühkugel (A) ein wenig in die Kühlfalle schiebt und dabei Luft aus dem Gasableitungsrohr entweicht.

Sicherheit:

Beim Umgang mit unbekannten Chemikalien und Zweifelsfällen muss wie mit sehr giftigen Chemikalien gearbeitet werden!
Persönliche Schutzmaßnahmen: Beim Umgang mit Gefahrstoffen ist immer eine Schutzbrille zu tragen.
Es ist vorteilhaft, einen Schutzkittel zu tragen.
Bei Notwendigkeit sind Schutzhandschuhe zu tragen. Die Schutzhandschuhe müssen dem Durchdringungsvermögen der Chemikalien angepasst sein.

Einfüllen der Chemikalien:

Man füllt Substanz (1) in den Apparaturteil (A). Das Glührohr (1) wird randvoll mit Sägespänen gefüllt. (siehe Bild 2)

Bild 2: Das Glührohr wird mit Sägespänen gefüllt (Bild in hoher Auflösung )

Alternativ kann man statt Sägespänen auch getrocknete Blätter oder Tabak nehmen.

Abb. 3: Glührohr nach dem Füllen mit Tabak (Großes Bild)

Entsorgung:

Die  Gefäße werden mit Seifenlösung (Softreiniger) und Bürste von dem übelriechenden Teer und dem Kondensat gereinigt.

Die entstandene Holzkohle kann in das das Gefäß für festen Abfall gegeben werden.

 

 

4. Durchführung und Beobachtung:
Anmerkung: rot geschrieben sind Links zu Bildern

1. Man glüht erst vorsichtig, dann kräftig mit der rauschender Brennerflamme.

Die Sägespäne verändern ihre Farbe über braun nach schwarz. Es bildet ein weißlich gelber Qualm, der brennbar ist.

Der Qualm verbrennt ohne Rückstand mit leuchtender Flamme .

Zurück bleiben in der Kühlfalle eine gelbliche, übelriechende Flüssigkeit und in der Glühkugel. ein schwarzer Feststoff.

2. Nach dem Umwickeln der Glühkugel mit Papier wird diese mit einem festen Gegenstand zerschlagen.

Der Inhalt besteht aus schwarzen Krümeln, die die Struktur der Sägespäne aufweisen. Diese Holzkohle verbrennt auf einem Keramikdrahtnetz ohne Flamme und hinterlässt nur Spuren grauer Asche.

 

 

5. Auswertung:

Holzprodukte zersetzen sich beim Erhitzen unter Luftausschluss in schwarzen Feststoff, ein übelriechendes gelbliches Kondensat und einen weißlichen erstickend riechenden Qualm.

 

 

6. Ergebnis:

Wärmeenergie zersetzt Holz in Holzgas, Holzteer und Holzkohle.

Holzkohle enthält keine flüchtigen Bestandteile mehr.

Holzteeer ist eine übelriechende Flüssigkeit,

Die gasförmigen Zersetzungsprodukte (Holzgas) sind brennbar.

 
 

7. Folgerung:

Es sollten sich spezielle Verwendungszwecke für Holzkohle, Holzteer und Holzgas finden lassen, da nach der Trennung Stoffe mit unterschiedlichen Aggregatzustand entstanden sind. Dazu muss man weitere Eigenschaften der Produkte herausfinden.

 

 

8. Ausblick:

Wie kann man sich die Zersetzung durch Wärme mit einem mechanischen Bild erklären.?
Welche Eigenschaften hat Holzteer?
Worin besteht der Unterschied zwischen dem Glühen von Sägespänen und Tabak bei den Produkten?
Wieso räuchert man Lebensmittel (Fisch, Schinken)?
Warum nimmt man Holzkohle und nicht Holz zum Grillen?
Warum legt man das Grillgut (Wurst, Fleisch usw. erst auf den Rost des Grills, nachdem die Holzkohle richtig durchgeglüht ist?
Kann man Grillwürstchen, die zu heiß geworden sind und schwarz aussehen, unbedenklich essen?

Wohin "verschwindet" der Qualm, wenn er verbrennt?

 

9. Literatur:

Holzkohle-Herstellung im Wald durch den "Köhler";

weiterführende Links:

Anleitung zum Glasblasen einer Glühkugel in Schülerübungen ;

Holz und seine Brenzprodukte;

Carbolineum (Steinkohlenteer);

Bilder zum Versuch (14 Bilder und Text zusammen ca. 1MB);

Holzgas als Kraftstoff für Verbrennungsmotore;