Umweltbelastungen durch anorganische Substanzen

Gliederung

1. Bildungsplanbezug

2. Anorganische Schadstoffe

3. Ozonbildung

4. Abgase

5. Treibhauseffekt

6. Saurere Regen

1. Bildungsplanbezug

Kompetenzerwerb: Ökologisch verantwortliches Handeln

Die Schüler sind in der Lage:

Den Stoffauf- und Stoffabbau mit Experimenten nachzuvollziehen und zu beschreiben

Den Stoffkreislauf am Beispiel Kohlenstoff und Sauerstoff sowie den Fluss der Energie zu beschreiben

An einem ausgewählten Beispiel die Problematik menschlicher Eingriffe in einem Ökosystem zu erkennen und Alternativen zu entwickeln

Ein besonderer Fach- oder Schulstufenbezug ist dabei nicht erkenntlich

Behandlung der Umweltproblematik ist verbindlich!

Didaktische Auswahlkriterien

Inhalte aus der Lebenswelt der Schüler

→ motivierende Wirkung

Neben chemischem Wissen auch Verhaltensmaximen bezüglich

Umwelt

→ Verantwortliches Handeln

Anknüpfungspunkte zu den Sozialwissenschaften und anderen

Naturwissenschaften an

→ Fächerübergreifendes Arbeiten

Anwendung in Forschung und Technik

Wissenschafts-, Gesellschafts-, und Schülerrelevanz

Methodik des umweltbezogenen Chemie-Unterrichts

Zusammenhänge der Umwelt- und Alltagschemie sind sehr komplex → durch didaktische Reduktion dem jeweiligen Niveau der

Schule anpassen

Beschäftigung mit dem Thema außerhalb der Schule→ Exkursionen: Kraftwerke, Kläranlage,

Müllverbrennungsanlage, chemische Fabriken

Guter Chemieunterricht schließt Experimente ein → Im Vordergrund stehen Versuche, die die Bedeutung des

jeweiligen Stoffes für die Umwelt deutlich machen

2. Emissionen

Aus natürlichen oder künstlichen Quellen abgegebene Stoffe, die in die Atmosphäre gelangen

Natürliche Emissionen: z.B. Vulkane

Anthropogene Emissionen: hauptsächlich aus Verbrennungsvorgängen

Kohlendioxid : CO2

EigenschaftenFarbloses, geruchloses Gas, nicht brennbar,schwerer als Luft, Dichte: 1,98 kg/cm3, erstickend

Vorkommen

Autoabgase, Atmung, Verbrennung

Organischer Verbindungen

Auswirkungen auf Mensch und

UmweltZu hoher CO2-Gehalt in der

Atemluft führt zu Erstickung

Herstellung und Nachweis

Herstellung

Verbrennung von Kohlenstoff liefert bei ausreichender Luftzufuhr CO2

Nachweis

Einleiten des Gases in Kalkwasser

Trübung

Schwefeldioxid : SO2

EigenschaftenFarbloses, stechend riechendes Gas, nicht brennbar, Dichte: 2,927 kg/m-3,

Reduktionsmittel (zu SO42-)

VorkommenVerbrennung von schwefelhaltigen

fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl) oder

Gummi, Rösten von Metallsulfiden

Wirkungen auf Mensch und UmweltSaurer Regen, Bildung von

Schwefelsäure Schädigung der

Lungen

Herstellung und Nachweis

Entwicklung aus Natriumdisulfit

Na2S2O5 + H2SO4 ———> Na2SO4 + H2O + 2 SO2

Nachweis

Entfärbung von Iod-Kaliumiodid-Lösung

Stickstoffdioxid : NO2

EigenschaftenBraunrotes Gas, stechender Geruch,

wirkt stark oxidierend

Dichte: 1,45 kg/m-3

EntstehungBlitzschlag, Autoabgase,

Fabrikabgase

Wirkung auf Mensch und UmweltReizerscheinungen an Augen und Schleimhäuten,

Genmutationen

Waldsterben saurer Regen

Herstellung

Vorsichtiges Erhitzen von Bleinitrat

2 Pb(NO3)2 2 PbO  +  4 NO2  +  O2

Nachweis mit Lunges Reagenz

Lunges Reagenz: Sulfanilsäure, α-Naphthylamin, Eisessig

Rotfärbung

Kohlenmonooxid : CO

EigenschaftenFarb- und geruchloses Gas, wirkt

reduzierend

Dichte: 1,17 kg/m-3

Vorkommen

Autoabgase, Entstehung beim

Hochofenprozess, Zigarettenrauch

Auswirkungen auf Mensch und Umwelt

Bindet sich 200mal stärker an Hämoglobin als O2

Erstickung

Herstellung und Nachweis

Herstellung

Einwirkung von Schwefelsäure auf Ameisensäure

HCOOH  ---H2SO4--->  CO  +  H2O

Nachweis

Einleiten des Gases in ammoniak. AgNO3-Lösung

Reduktion von Ag+ zu Ag,

3. Ozonbildung in der Stratosphäre

O2 + UV-Licht   O* + O*

O*+ O2   O3

Wirkung von O3 in der Stratosphäre

Abschirmung der UV-B Strahlung

Ozonbildung in der Troposphäre

Folgende Faktoren begünstigen das Entstehen von Ozon in derTroposphäre

1. Das Vorhandensein von Stickstoffoxiden und von org. Verbindungen (Kohlenwasserstoffe) aus Abgasen

2. UV-Strahlung der Sonne

Tag:

NO2 + Licht   NO + O* O* + O2   O3

Nacht:

NO + O3   NO2 + O2

Ozonbildung in der Troposphäre

Wirkung von Ozon in der Troposphäre: Erbgutschäden, Lungenschäden Zerstört Pflanzen und Gummi (stark oxidativ) Treibhausgas

4. Abgase

Kraftfahrzeuge verursachen 55%der gesamten NOx- Emission, 60% der gesamten CO-Emission und 30% der

gesamten CH-Emission.

Die wichtigsten von Autos emittierten Abgase

Zusammensetzung der schädlichen Auspuffgase

  (Vol%)

CO2 87,6

CO 10,3

NOx 0,6 (bei gemäßigtem Fahrstil)

SO2 0,06

CH 1,07 (unverbrannte KWs)

Aldehyde 0,4

Summe 100

Der Auto-Katalysator

CH4 + 2 NO2 CO2 + N2 + 2 H2O

4 CO + 2 NO2 4 CO2 + N2

2 CO + O2 2 CO2

CO

CHx

NOx

CO2

N2

H2O

Katalysator - Fotos

Schadstoffe im Zigarettenrauch

5. Der Treibhauseffekt

Treibhausgase

Beitrag der einzelnen Spurengase zum "Treibhauseffekt"

Temperaturanstieg durch Spurengase 33 °C (von -18 °C auf +15 °C)

·Konzentration

in der Luft ppm

Temperatur-anstieg

°C

LebensdauerJahre

Spezifisches Treib-hauspotential

jährlicherZuwachs

%

Wasserdampf 2-3000 20,6 0,01 - -

Kohlenstoffdioxid(CO2)

350-370 7,2 5-200 1 0,4-1,7

bodennahesOzon (O3)

0,2-10 2,4-2,7 0,08-0,5 1800-2000 0,5-2,0

Distickstoffoxid(N2O) 0,3 1,4 100-170 150-290 0,2-0,4

Methan (CH4) 1,7 - 16-150 3500-17000 3,0-7,0

Sonstige < 10 0,6 nicht bekannt nicht bekannt nicht bekannt

IR-Spektren wichtiger Treibhausgase

6. Saurer Regen

Verbrennungsprodukte = Säureanhydride

CO2 + H2O H2CO3

2 NO2 + H2O

HNO2 + HNO3

SO2 + H2O H2SO3

SO3 + H2O H2SO4

Danke für Eure

Aufmerksamkeit