- durch Bestimmung der Siedetemperatur
- in geschlossenen Apparaturen
- mit der Halbmikrotechnik
Bild: Apparatur zur Bestimmung der Siedetemperatur einer unbekannten Flüssigkeit in geschlossenen System unter Atmosphärendruck in Halbmikrotechnik.
Didaktik zur Entwicklung der Apparatur
Anmerkung: "Alkohol" -Thermometer zeigen in den Apparaturen der Halbmikrotechnik leicht 2-3 °C zu niedrige Temperaturen an. Ursache hierfür ist die deutlich größere Wärmekapazität der Thermometerflüssigkeit gegenüber Quecksilberthermometern. Durch die geringen Gasmengen dauert es erheblich länger, bis ein Sieden bei konstanter Temperatur erreicht wird. Abhilfe für schnelleres Arbeiten bieten elektronische Thermometer.
Schülerinnen und Schüler der Klasse 7 kennen nur wenige Flüssigkeiten. Üblicherweise werden genannt:
Wasser,
Benzin, Öl
Alkohol,
gelegentlich Essig und
Speiseöl.
Wegen der geringen Zahl an Flüssigkeiten und der guten Unterscheidbarkeit durch den Geruch besteht kaum Notwendigkeit für Schülerinnen und Schüler, diese Flüssigkeiten durch die Siedetemperatur zu bestimmen. Die vielseitige Verwendung unterschiedlicher Alkohole im täglichen Leben weckt jedoch Interesse. Die stark unterschiedliche Giftigkeit erfordert geeignete Maßnahmen, Alkohole unterscheiden zu können.
Tabelle mit wichtigen Daten von ausgesuchten Alkoholen
| Name | Schmelz- temperatur °C |
Siede- temperatur °C |
g/mL |
Brechungs- index n(D, 20°C) |
Gefahrensymbol |
| Methanol | - 98 | 65 | 0,74 | 1,3288 | T, F  |
| Ethanol | - 117,8 | 78 | 0,81 | 1,3614 | F |
| 1-Propanol | - 126 | 97 | 0,80 | 1,3853 | F |
| 1-Butanol | - 89 | 117 | 0,81 | 1,3993 | Xn |
| 1-Pentanol | - 79 | 138 | 0,81 | 1,4117(D, 15 °C) | Xn |
| 2-Propanol | - 89 | 82 | 0,78 | 1,3776 | F |
Wie kann man beim Umgang mit Alkoholen eigenverantwortliches Arbeiten anregen?
Die obige Tabelle wird den Schülerinnen und Schülern ohne die Zeile
des Propanol-(2) vorgelegt.
Erst müssen sie erkennen, dass sich zur Identifikation nur bestimmte Eigenschaften
eignen. Es sind die, die sich innerhalb der Stoffgruppe deutlich unterscheiden und im
Labor einfach bestimmt werden können.
Ferner ergibt sich die Notwendigkeit über Gefahrstoffsymbole zu reden. Die Überlegung, ob es sinnvoll ist im Anfangsunterricht Methanol auszugeben, sollte mit Schülerinnen und Schülern diskutiert werden. Sie kommen in der Regel mit den naheliegenden und zu verstärkenden Gründen, mit giftigen Stoffen umzugehen, sie zu gefährlich. Außerdem wüssten sie nicht, ob sie schon richtig mit den Apparaturen umgehen könnten. Der Lehrer könne nicht überall gleichzeitig aufpassen. Alle diese Argumente können in Laborregeln umgesetzt werden.
Zum Beispiel:
Mit gefährlichen Stoffen nicht allein im Labor hantieren,
Apparaturen auf Dichtigkeit überprüfen,
Versuchsapparaturen durch einen "Kundigen, Experten" abnehmen lassen,
Mit kleinstmöglichen Stoffportionen arbeiten,
Informationen über die mögliche Gefahren einholen.
Die Feuergefährlichkeit der Alkohole wird durch die Verwendung von nur 6-8 Tropfen berücksichtigt. Im Vergleich zum Inhalt eines handelsüblichen Flüssiggasfeuerzeuges ist das ungefährlich, so kleine Stoffportionen können daher mit der Sparflamme des Brenners erhitzt werden.
Auch kann das Auftreten der gesundheitsschädlichen Eigenschaft zum Unterrichtsgegenstand sicheren Umgangs mit Chemikalien werden. In höheren Jahrgangsstufen bieten sich Berechnungen zur Belastung bis zum MAK-Wert an. Bei einer Berechnung zeigt sich, dass im Falle eines plötzlichen unverbrannten Verdampfens selbst bei Methanol der MAK-Wert (260 mg*m-3) nur in der unmittelbaren Umgebung erreicht wird.
Wie verhält man sich bei einem "unerwarteten" Ergebnis?
Alle Schülergruppen erhalten Alkohole aus mit Nummern gekennzeichneten Gefäßen, um diese zu identifizieren. Eine Gruppe erhält Propanol-2 statt Propanol-1. Mit dieser Gruppe kann der (mühsame) Weg zur Erkenntnis erarbeitet werden, einen "neuen Stoff entdeckt" zu haben. - Wegen der stark abweichenden Siedetemperatur wird diese Gruppe zunächst eine falsche Zuordnung versuchen. Aus dem Vergleich mit den Messergebnissen der anderen Gruppen sollte die Notwendigkeit erkannt werden, den Versuch zu wiederholen. Wegen der Reproduzierbarkeit des Wertes muss man einen "Fehler" woanders suchen. Beim Nachschlagen in Tabellenwerken, z.B. dem "Chemikerkalender", findet man den Hinweis auf unterschiedliche Propanole. Hier können auch andere Tabellenwerke zum Einsatz kommen: z.B. "Dans-Lax: Taschenbuch für Chemiker", "Handbook of Chemistry and Physics". Das selbstständige Auffinden eines "neuen" Stoffes bestätigt die eigene Arbeitweise und schärft die Aufmerksamkeit zum buchstabengenauen Lesen von Chemikalien-Etiketten.
Wenn der Unterrichtende vorher so getan hat, als hätte er sich bei der Herausgabe der Alkohole vertan, sollte er nun unbedingt durch Aufdecken der letzten Spalte der Tabelle (2-Propanol) zeigen, dass hier Absicht vorlag, um keine Unsicherheit bei Schülerinnen und Schülern zu hinterlassen. Jedoch sollte man auch auf die Möglichkeit des Irrtums bei "Fachleuten, Experten" hinweisen, der man nur durch allgemeine Vorsichtsmaßnahmen begegnen kann.
Eine wesentliche Sicherheitsmaßnahme ist die Verwendung von geschlossenen Apparaturen. Kombiniert mit den kleinen Stoffportionen, die in der Halbmikrotechnik (Größenordnung 1-2 mmol) benötigt werden, ergibt ein Schutz, der auch beim Eintreten eines GAU´s (des Größten Anzunehmenden Unfalls) das Risiko der Untersuchung unbekannter Stoffe minimiert.
| Literatur und Bearbeitung | |
Autor: |
Klaus-G. Häusler;
 haeusler[at]muenster[dot]de |
| Quelle: | |
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