doc - ChidS
Werbung
Dorit Fuhrmann Georg-Voigt-Str. 21 35039 Marburg [email protected] Experimentalvortrag 04.06.2008 Anorganik Sommersemester 2008 „Sicherheitsbelehrung einmal anders“ Hinweis: Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule). Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht heruntergeladen werden, unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende: http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html 1 Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung 3 2. Schutzmaßnahmen 3 Versuch 1: Schwefelsäure auf Zucker 4 Demo 1: Baumwollkittel oder Synthetische Fasern? 6 3. Feuer 7 Demo 2: Metallbrände 7 Versuch 2: Feuer durch Wasser 9 Demo 3: Modell eines CO2- Löschers 12 4. Verbote Versuch 3: Verunreinigte Bänke 5. Gefahrensymbole, R/S-Sätze Versuch 4: Wasserstofforgel 6. Wodurch passieren Unfälle- Verhalten bei einem Unfall 14 14 16 17 20 Versuch 5: Falsch beschriftete Flaschen 20 Demo 4: Nutzung von Peleusbällen 22 Demo 5: Etherbrücke 23 7. Entsorgung 26 8. Schulrelevanz und didaktische Analyse 27 9. Quellenangabe 28 2 1. Einleitung Zur Vereinfachung verwende ich in dieser Arbeit den Begriff „Schüler“ immer für Schülerinnen und Schüler. Die Sicherheitsbelehrung im Chemieunterricht ist verbindlicher Unterrichtsinhalt nach dem Hessischen Lehrplan G8. Unter dem Gliederungspunkt 7 G.1.1 steht: „Gefahren beim Umgang mit Chemikalien - Sicherheitsregeln für die Ausführung von Experimenten kennen lernen und beim Experimentieren anwenden (Gefahrensymbole, R/SSätze, Entsorgung, Schutzmaßnahmen)“ Lehrplan, Klasse 7 So ist es in jedem Jahr die Pflicht des Chemielehrers, eine Belehrung zum Verhalten in den Chemieräumen, sowie beim Arbeiten mit Chemikalien durchzuführen. Die Bedeutung von R/S-Sätzen muss genauso erklärt werden wie das Verhalten im Fall von ausbrechendem Feuer und Unfällen. Da das meist in einer Liste von „du darfst nicht…“ oder „du sollst niemals…“ endet, soll dieser Experimentalvortrag dazu beitragen, die Sicherheitsbelehrung etwas lebendiger und einprägsamer zu gestalten. Dazu ist es nötig Geschichten zu erzählen und eindrückliche Bilder zu zeigen oder Experimente durchzuführen, die den Schülern „unter die Haut gehen“ und sie durch den Chemieunterricht hindurch begleiten und davor warnen, nachlässig zu sein. 2. Schutzmaßnahmen Zu den allgemeinen Schutzmaßnahmen, die ein Schüler beim Arbeiten mit Chemikalien zu beachten hat, gehört das Tragen einer Schutzbrille, die die Augen komplett von vorne und von der Seite schützt, sowie das Tragen von Handschuhen und eines Schutzkittels aus Baumwolle. Zu diesen drei Schutzmaßnahmen habe ich die folgenden Bilder beziehungsweise Experimente ausgesucht: Bild 1: Brille mit Einschlag, Foto: Prof. R. Blume, Uni Bielefeld 3 Bei Handschuhen ist es wichtig die richtige Sorte für die richtige Arbeit auszuwählen. Man kann beim Arbeiten mit festen Chemikalien gut die dünnen Latexhandschuhe verwenden (siehe Bild 3). Beim Arbeiten mit starken Säuren oder Laugen sollte man allerdings darauf achten, Säureschutzhandschuhe (Bild 2) anzuziehen und diese regelmäßig zu wechseln. Bild 2: http://www.ibas-arbeitsschutz.de/html/gesamt-saeure.HTM Bild 3: Angela Herrmann Das Tragen von Handschuhen als notwendige Schutzmaßnahme soll der erste Versuch verdeutlichen. Versuch 1: Schwefelsäure auf Zucker Chemikalien: - Schwefelsäure (konz.) Gefahrensymbol: C Ätzend R 35 Verursacht schwere Verätzungen. S 1/2 Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren. S 26 Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren. S 30 Niemals Wasser hinzugießen. S 45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen (wenn möglich Etikett vorzeigen). - Haushaltszucker - Wasser Geräte: - Becherglas - Reagenzglasklammer - Demoreagenzglas - Spritzflasche - Pipette 4 Durchführung: In das Demoreagenzglas gibt man etwa 4 cm hoch Haushaltszucker und befeuchtet ein wenig mit Wasser aus der Spritzflasche. Anschließend tropft man vorsichtig etwas konzentrierte Schwefelsäure darauf und stellt das Reagenzglas in dem Becherglas ab. Beobachtung: Man sieht wie Rauch aus dem Reagenzglas aufsteigt und sich der Zucker schwarz färbt. Nach kurzer Zeit steigt eine schwarze Masse in dem Glas nach oben und erstarrt an der Luft zu einem festen schwarzen Schaum. Bild 4: Angela Herrmann Auswertung: Die konzentrierte Schwefelsäure wirkt stark Wasser entziehend. Sie verbrennt den Zucker schnell zu Kohlenstoff und solvatisiert dabei in ihre Ionen: OH H H2SO4(konz) + H OH H HO OH HO OH O H HO O H OH OH H OH Cn(s) + n SO42-(aq) + n H3O+(aq) Der dabei entstehende schwarze Schaum ist durch das Wasser aufgetriebener Kohlenstoff. Zucker als organische Substanz dient in diesem Versuch als Beispiel für die vielen organischen Verbindungen in der Haut des Menschen, die durch nur einen Tropfen konzentrierter Säuren, Laugen oder auch weniger konzentrierter Lösungen irreversibel 5 zerstört werden, wenn man nicht die richtigen Schutzmaßnahmen beim Arbeiten mit diesen Chemikalien ergreift. Entsorgung: Der schwarze Schaum kann nach Erkalten in die Feststoffabfälle gegeben werden. Das Reagenzglas sollte man gut mit Wasser ausspülen. Demo 1: Baumwollkittel oder synthetische Fasern? In dieser Demonstration soll gezeigt werden, dass das Tragen eines Baumwollkittels wie nach Vorschrift sehr sinnvoll ist. Chemikalien: - Baumwollkittelstück - Stück eines Nylonkittels Geräte: - Feuerzeug - feuerfeste Schüssel - Aufhängung aus Metallstangen - Bunsenbrenner Durchführung: An der Aufhängung befestigt man die beiden Stücke der brennbaren Materialien über der feuerfesten Schüssel und setzt beide anschließend mit dem Brenner in Brand. Beobachtung: Der Baumwollkittel verbrennt gut unter Verkohlung und ohne zu tropfen. Nylon schmilzt beim Verbrennen und tropft als brennende Tropfen in die Schüssel. Brennender Tropfen Bilder 5, 6: Angela Herrmann 6 Auswertung: Wie schon in der Beobachtung beschrieben verkohlt der Baumwollkittel, sodass nur leichte schwarze Flocken von Kohlenstoff übrig bleiben, die durch die Luft wirbeln. Nylon dagegen zeigt als Polyamid das typische Verhalten vieler synthetischer Stoffe. Es schmilzt zunächst, verbrennt dann und tropft durch das Schmelzen und Verbrennen in die feuerfeste Schale. Das würde auch bei einem Brand passieren, wobei sich dann das schmelzende Nylon mit der Haut verbindet und so schwere Verbrennungen verursacht. Baumwollkittel sind also in jedem Fall ein besserer Schutz vor Verletzungen als synthetische Fasern. Entsorgung: Die Reste können trocken und erkaltet in den Müll gegeben werden. 3. Feuer Das Thema Feuer ist ein sehr wichtiges im Chemieunterricht. Denn Feuer können leicht durch Unachtsamkeit ausbrechen oder sich schnell ausbreiten, wenn man nicht weiß, wie man damit umgehen soll. Wichtig ist es auch alle möglichen Reaktionen von den verwendeten Chemikalien zu kennen, da Feuer nicht immer mit Wasser gelöscht werden können - teilweise werden sie durch Wasser sogar verstärkt oder erst entzündet. Ein wichtiges Beispiel dafür bietet ein Metallbrand, der niemals durch Wasser gelöscht, sondern verstärkt wird, sodass es sogar zu einer Explosion kommen kann. Demo 2: Metallbrände Chemikalien: - Magnesiumspäne (grob, geölt) Gefahrensymbol: F Leichtentzündlich R 15 Reagiert mit Wasser unter Bildung leicht entzündlicher Gase. R 11 Leichtentzündlich. S2 Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. S 43 Zum Löschen Sand verwenden. (kein Wasser verwenden) S7/8 Behälter trocken und dicht geschlossen halten. 7 - Wasser Geräte: - feuerfeste Unterlage - Backsteine - Spatel - Spritzflasche - Bunsenbrenner Durchführung: Die geölten Magnesiumspäne werden mit dem Spatel auf die Backsteine in der feuerfesten Unterlage gelegt und mit dem Brenner vorsichtig entzündet. Anschließend kann man mit der Spritzflasche aus mindestens 1 m Entfernung ein paar Tropfen Wasser auf das brennende Magnesium spritzen. Dann lässt man alles abbrennen. Beobachtung: Die Magnesiumspäne verbrennen mit einem hell gleißenden Licht. Spritzt man Wasser darauf explodiert das ganze, bis es dann nach wenigen Minuten komplett verbrannt ist. Bilder 7, 8: Angela Herrmann Auswertung: Die geölten Magnesiumspäne werden zunächst mit dem Bunsenbrenner entzündet, da eine höhere Temperatur zur Entzündung notwenig ist. Sie verbrennen mit einem gleißend hellweißen Lichtschein schon sehr eindrucksvoll zu Magnesiumoxid (welches als Magnesia bekannt ist und zum Beispiel beim Sport zur Anwendung kommt) und zu Magnesiumnitrit, einem gelblichen Pulver. 2 Mg(s) + O2(g) 3 Mg(s) + N2(g) 2 MgO(s) (Magnesia) Mg3N2(s) 8 Gibt man aus Unwissenheit beim Löschen eines solchen Brandes Wasser hinzu, so laufen folgende Reaktionen ab, die das Ganze bis zur Explosion bringen können: Mg(s) + H2O Mg3N2(s) + 6 H2O Mg(OH)2(s) + H2(g) 2 NH3(g) + 3 Mg(OH)2(s) Der entstehende Wasserstoff ist der Grund für die Explosivität des Gemisches. Dieser Versuch sollte also zeigen, dass man sich im Voraus gut über die verschiedenen Stoffe informieren muss ehe man mit diesen arbeitet, um in einem Brandfall zu wissen welche Maßnahmen man ergreifen muss. Metallbrände können oft nur durch Sand oder allgemein durch den Entzug von Sauerstoff gelöscht werden, wobei auch Kohlenstoffdioxidlöscher nicht funktionieren, da der im CO2 enthaltene Sauerstoff auch für die Verbrennung von Metallen genutzt werden kann. Entsorgung: Das Pulvergemisch kann nach Abkühlung in die Feststoffabfälle gegeben werden. Auch bei einem Fettbrand, der leicht zu Hause ausbrechen kann, ist es wichtig richtig zu reagieren. Dieses Experiment wurde nicht gezeigt aber der folgende Artikel soll allen Schülern die Wichtigkeit des sachverständigen Umgangs mit Feuer verdeutlichen: Friteusenbrand Vorbildlich verhält sich ein 11jähriger Junge, der einen Friteusenbrand durch Abdecken mit seiner Jacke löscht. Zuvor hat es seine Mutter mit Wasser versucht. Bei diesem klassischen Fehlverhalten wird der Brand erst recht angefacht. Hinzu kommt, dass der Junge vor seinem Eingreifen noch die Feuerwehr alarmierte, die dann den Rest besorgte. (Gütersloh) http://www.chemieunterricht.de/dc2/gefahr/gef_lit.htm Ein zweiter Versuch soll verdeutlichen, dass Feuer auch durch Wasser „entstehen“ kann. Versuch 2: Feuer durch Wasser Chemikalien: - Ammoniumchlorid Gefahrensymbol: Xn Gesundheitsschädlich 9 R 22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken. R 36 Reizt die Augen. S 22 Staub nicht einatmen. - Ammoniumnitrat Gefahrensymbol: O Brandfördernd R8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen. R9 Explosionsgefahr bei Mischung mit brennbaren Stoffen. S 15 Vor Hitze schützen. S 16 Von Zündquellen fernhalten – Nicht rauchen. S 41 Explosions- und Brandgase nicht einatmen. - Zinkpulver Gefahrensymbol: N Umweltgefährlich R50/53 Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben. S 60 Dieses Produkt und sein Behälter sind als gefährlicher Abfall zu entsorgen. S 61 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen/Sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen. - Wasser Geräte: - Waage - Spatel - Pulverflasche - Backsteine - feuerfeste Unterlage - Pipette Durchführung: Man mischt 4 g Zinkpulver, 4 g Ammoniumnitrat und 1 g Ammoniumchlorid vorsichtig in der Pulverflasche. Das Gemisch gibt man auf die Backsteine in der feuerfesten Unterlage. Anschließend spritzt man vorsichtig Wasser mit Hilfe der Pipette auf die Mischung. Wichtiger Hinweis: Normalerweise sollte man diesen Versuch in der Schule in einem Abzug durchführen, in einem großen Hörsaal mit Abzugsanlage braucht man das nicht unbedingt. 10 Beobachtung: Es findet eine heftige Reaktion statt. Das Gemisch entzündet sich und es entwickelt sich starker Rauch. Bild 9: Angela Herrmann Auswertung: Zunächst reagiert Ammoniumchlorid mit Wasser in einer Säure-Base-Reaktion: NH4Cl (s) + H2O NH3 (g) + H3O+(aq) + Cl-(aq) Zink reagiert dann in einer stark exothermen Reaktion mit den entstandenen Oxoniumionen. 0 +1 +2 + Zn (s) + 2 H3O (aq) Zn 2+ +1 (aq) 0 + 2 H2O + H2 (g) ↑ ∆H << 0 Bei der Hauptreaktion wird Zink zu Zinkoxid oxidiert, dabei dient Nitrat als Oxidationsmittel: 0 Oxidation 1: +2 Zn (s) Zn2+(aq) + 2 e- -3 Oxidation 2: 2 NH4 0 + (aq) N2 (g) + 8 H+(aq) + 6 e- +5 NO3-(aq) 0 - + 10 e Reduktion: 2 Gesamt: Zn (s) + NH4(NO3) (aq) N2 (g) + 6 O2- ZnO (s) + N2 (g) + 4 H2O 11 Die Bildung des Zinkoxids ist im Endeffekt für die starke Rauchentwicklung verantwortlich. Dieser Versuch zeigt ganz deutlich, dass schon Spuren von Wasser, was im allgemeinen Verständnis der Schüler Feuer löscht, in diesem Fall Feuer erst hervorruft und bei größeren Mischungen explosiv sein kann. Entsorgung: Die Produkte werden in die Feststofftonne entsorgt. Um auf den Umgang mit Feuer gerüstet zu sein, wird in der nächsten Demonstration die Wirkungsweise eines Kohlenstoffdioxidlöschers gezeigt, welcher der am häufigsten in der Schule vorhandenen Löschmethode entspricht. Demo 3: Modell eines CO2- Löschers Chemikalien: - Natriumhydrogencarbonat (keine R/S-Sätze) - verdünnte HCl (c = 2 mol/L) Geräte: - Becherglas - Teelicht - Spatel - Feuerzeug - Pipette Durchführung: In das Becherglas gibt man einige Spatel voll Natriumhydrogencarbonat, so dass der Boden gut bedeckt ist. Nun stellt man ein brennendes Teelicht darauf. Anschließend gibt man vorsichtig die verdünnte Salzsäure mit der Pipette auf das Natriumhydrogencarbonat, ohne die Kerze durch die Flüssigkeit zu löschen. Das kann man am besten erreichen, indem man die Säure am Rand des Becherglases herablaufen lässt. Beobachtung: Die Kerze brennt zunächst sehr gut. Bei der Zugabe von Salzsäure kann man beobachten wie sie nach kurzer Zeit erlischt. 12 Bilder 10, 11: Angela Herrmann Auswertung: Nach Zugabe der verdünnten Salzsäure läuft die folgende Reaktion ab: NaHCO3 (s) + HCl(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + CO2(g) + H2O Das gebildete Kohlenstoffdioxid sammelt sich am Boden des Becherglases, da es schwerer als Luft ist, verdrängt damit den zum Brennen nötigen Sauerstoff und erstickt die Kerze, welche rauchend erlischt. Dieses Prinzip wird auch bei den in den Klassenräumen hängenden Feuerlöschern genutzt. Das Feuer wird mit Kohlenstoffdioxid besprüht und erlischt aus Mangel an Sauerstoff. Aus diesen ersten beiden wichtigen Abschnitten einer Belehrung kann man für und mit den Schülern folgende Verhaltensregeln ableiten, die man als Bild mit Piktogrammen oder als Liste in den Klassenraum hängen kann: • Schutzbrille tragen • lange Haare zusammenbinden • beim Arbeiten mit ätzenden oder giftigen Stoffen passende Handschuhe tragen • Baumwollkittel zum Experimentieren tragen • sich mit den Feuerlöschgeräten vertraut machen 13 4. Verbote Überall in der Schule gibt es Ge- und Verbote und besonders im Chemieunterricht muss man die Verbote bezüglich Essen, Trinken, Rauchen und Schminken strengstens beachten. Denn gerade im Chemieraum sind nicht nur Bakterien überall, sondern auch Chemikalien, die man zunächst vielleicht nicht sieht. Damit aber auch das nicht als unsinniges Verbot erscheint, kann man mit einem kleinen Versuch das Ganze sehr eindrücklich gestalten. Bild 12: http://www.autodino.de/autonews/2007/06/04/klimaanlage/ Versuch 3: Verunreinigte Bänke Chemikalien: - Iod-Kaliumiodid-Lösung Gefahrensymbol: Xn Gesundheitsschädlich N Umweltgefährlich R 20 Gesundheitsschädlich beim Einatmen. R 21 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut. R 50 Sehr giftig für Wasserorganismen. S: keine S-Sätze - ein Stück helles Brot Geräte: - Pipette 14 Durchführung: Bevor man die Belehrung durchführt oder irgendwann zwischendurch kann man unauffällig ein wenig Iod-Kaliumiodidlösung auf die Laborbank spritzen und leicht verwischen (zum Beispiel mit Toilettenpapier). Wenn man nun zu diesem Versuch kommt, legt man einfach das Brot auf die bespritzte Fläche und hebt es dann, nachdem man die Verpackung des Brotes weggeräumt hat auf, um es der Klasse zu zeigen. Beobachtung: Das Brot hat viele blau-schwarze Flecken und Streifen. Auswertung: Im Brot ist Stärke enthalten, wie auch in vielen anderen Lebensmitteln. Kommt diese Stärke nun in Kontakt mit nur Spuren von Iod- Kaliumiodidlösung, so läuft folgende Nachweisreaktion ab: Stärke(aq) + I3-(aq) Iod-Stärke (tiefdunkelblau) Charge-Transfer-Komplex Bilder 13, 14: http://images.google.de/images?ndsp=18&um=1&hl=de&q=bilder+explosion&start=90&sa=N Wie in der Abbildung verdeutlicht, besteht Stärke aus Makromolekülen von Glucosemolekülen, die helical gewunden sind. In diese Windungen lagern sich nun Polyiodidionen ein, wie zum Beispiel das Triiodid, und bilden mit der Stärke einen tiefdunkelblauen Charge-Transfer-Komplex, der auch als Nachweis für Stärke fungiert. So kann man deutlich zeigen, dass das Essen, wie auch Trinken, Schminken und Rauchen aus einem guten Grund im Chemieraum verboten ist: Es gibt überall auf den Bänken und Böden Chemikalien, die zum Teil giftig sind und die man nicht sieht. Und schon das einmalige Ablegen des Brotes kann eine Vergiftung verursachen. In diesem Beispielversuch kann man erläutern, dass vielleicht gerade in der vorangegangenen Stunde eine Klasse den 15 Stärkenachweis durchgeführt und am Ende nicht ordentlich genug geputzt hat, sodass Reste der Chemikalien auf den Bänken verblieben sind. So kann man aus diesem Kapitel “Verbote” folgende Verhaltensregeln ableiten: • nicht essen oder trinken • nichts von den Substanzen probieren • nicht Rauchen oder Schminken 5. Gefahrensymbole; R/S-Sätze Wie schon in der Einleitung beschrieben, sieht der Lehrplan eine Einführung in die Gefahrensymbole und das Bekanntmachen mit den zu den Chemikalien gehörenden R/SSätzen vor. Im Folgenden werden die wichtigsten Gefahrensymbole gezeigt und erläutert und zum Teil mit Hilfe von Versuchen einprägsamer dargestellt. E: Explosionsgefährlich Explosionsgefährliche Stoffe können durch Schlag, Reibung, Erwärmung oder Zündfunken auch ohne Sauerstoff explodieren. Bild 15 F+: Hochentzündlich Hochentzündliche Stoffe bilden mit Luft ein explosives Gemisch. Beispiel: Wasserstoff R 12 Hochentzündlich S9 Behälter dicht geschlossen an einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Bild 16 S 16 Von Zündquellen fernhalten – Nicht rauchen. S 33 Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung treffen. 16 Versuch 4: Wasserstofforgel Chemikalien: - Wasserstoff (R/S-Sätze siehe oben) - Wasser Geräte: - Metallkegel mit zwei Öffnungen - Dreifuß - Pneumatische Wanne - PVC-Schlauch - Gestell für Wasserstoffgasflasche - Feuerzeug - großer Stopfen für die untere Öffnung des Metallkegels Durchführung: Zunächst sollte man sichergehen, dass die Gasflasche fest angebunden ist. Anschließend füllt man die pneumatische Wanne mit Wasser und den Metallkegel ebenso. Der Kegel wird an dem Wasserhahn vollständig mit Wasser gefüllt und die untere Öffnung mit einem Stopfen verschlossen. Während man weiterhin die obere Öffnung mit einem Finger verschließt, transportiert man den Kegel in die Wanne und füllt ihn von unten her mit dem Wasserstoffgas. Ist der Kegel voll, verschließt man die Gasflasche und stellt den Kegel auf den Dreifuß - immer noch die obere Öffnung geschlossen haltend. Dort öffnet man die obere Öffnung und entzündet das entweichende Gas mit einem Feuerzeug. Nun nimmt man Abstand und wartet ab. Beobachtung: Das Gas brennt mit einer kleinen blauen Flamme und nach circa einer Minute kann man einen leisen Laut hören, der während er lauter wird gleichzeitig immer tiefer wird. Schlussendlich erlischt die Flamme und es ertönt ein lauter Knall. Bild 17: Angela Herrmann 17 Auswertung: Wasserstoff ist leichter als Luft und kann deshalb nach unten geöffnet zu dem Dreifuß transportiert werden. Nach Entzünden des Gases verbrennt der Wasserstoff mit dem von unten nachströmenden Sauerstoff zu Wasser. Beim richtigen Verhältnis Wasserstoff : Sauerstoff = 2:1 in dem Kegel läuft die sehr stark exotherme Reaktion als Knall ab: 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H << 0 Die vorher hörbaren Töne stammen von vielen kleinen Knallgasexplosionen, bei denen noch nicht das “richtige” Verhältnis von Sauerstoff zu Wasserstoff erreicht ist. Dieser Versuch veranschaulicht so sehr schön die R/S-Sätze von Wasserstoff. Entsorgung: Das Wasser aus der Wanne kann einfach in den Abguss gegossen werden. F: Leichtentzündlich Leichtentzündliche Stoffe bilden im Kontakt mit Luft hochentzündliche Gase. Bild 18 O: Brandfördernd Brandfördernde Stoffe können brennbare Stoffe entzünden oder ausgebrochene Brände verstärken und so das Löschen erschweren. Bild 19 T+: Sehr giftig T: Giftig Durch Einatmen, Einnahme oder Hautkontakt auch geringer Mengen kommt es zu akuten oder chronischen Schäden oder zum Tod. Bild 20 Bild 21 18 Xn: Gesundheitsschädlich Verursachung von akuten oder chronischen Gesundheitsschäden durch Hautkontakt, Einatmen oder Verschlucken. Bild 22 Xi: Reizend Diese Stoffe können Augen, Haut und Atmungsorgane reizen und zu Entzündungen führen. Bild 23 C: Ätzend Derartig gekennzeichnete Substanzen zerstören lebendes Gewebe und andere Stoffe. Bild 24 N: Umweltgefährlich Freisetzung in die Umwelt kann schwerwiegende Folgen für Wasser, Boden, Luft, Klima, Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen haben. Bild 25 Bilder 15, 16, 18-25: //www.chemie.de/tools/sicherheit/Gefahrensymbole.php3 19 Aus diesen Symbolen und Lehrsätzen kann man folgende Verhaltensregeln für den Unterricht zusammenstellen: • Gefahrensymbole kennen • Gefahrensymbole auf Chemikalienflaschen kleben • Stoffspezifische Sicherheitsregeln kennen und beachten Das nächste Kapitel beschäftigt sich mit dem Thema Unfälle unter der Fragestellung: 6. Wodurch passieren Unfälle? Dazu werde ich in diesem Kapitel wichtige Faktoren benennen und durch Experimente veranschaulichen. Unfälle geschehen häufig aufgrund fehlender oder nicht beachteter Anweisungen, Neugier, Nichtwissen, Unordnung oder Leichtsinn. Das soll keine vollständige Aufzählung darstellen, sondern eine Übersicht über die häufigsten Ursachen für Unfälle im Chemieunterricht geben. So können zum Beispiel unter dem Punkt „Unordnung“ nicht aufgeräumte Laborplätze oder Falschbeschriftungen zu tödlichen Unfällen führen: Gift in der Flasche (III) Ein Goldschmied greift während eines Telefonats zur Sprudelflasche und nimmt einen kräftigen Schluck. Daran stirbt er unter Qualen. Denn in der Flasche befindet sich - vermutlich von ihm selbst abgefüllt - eine konzentrierte Lösung von Zyankali. Die benötigen die Goldschmiede zum Härten des Metalls. (Gütersloh) http://www.chemieunterricht.de/dc2/gefahr/gef_lit.htm Versuch 5: Falsch beschriftete Flaschen Chemikalien: - Natriumhydrid Gefahrensymbol: F Leichtentzündlich R 15 Reagiert mit Wasser unter Bildung leicht entzündlicher Gase. S7/8 Behälter trocken und dicht geschlossen halten. S24/25 Berührung mit den Augen und der Haut vermeiden. S 43 Zum Löschen Sand verwenden. (vom Hersteller anzugeben, kein Wasser verwenden) 20 - Phenolphthalein Gefahrensymbol: Xn R 40 Gesundheitsschädlich Verdacht auf krebserzeugende Wirkung. S36/37 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen. - Wasser Geräte: - Pipette - Peleusball - Becherglas 1000 mL - PVC-Schraubflasche mit 2 Etiketten Durchführung: Als Vorbereitung auf den Versuch schreibt man auf die Etiketten der Schraubdeckelflasche schon vor der Belehrung vorne NaCl und hinten NaH, mit den jeweiligen Gefahrensymbolen und R/S-Sätzen und gibt circa 2 Spatelspitzen voll NaH in das Gefäß. Bei der Durchführung des Versuches gießt man circa 500 mL Wasser in das Becherglas und gibt 5-10 Tropfen Phenolphthaleinlösung hinzu. Nun führt man den einfachen Versuch durch, eine Kochsalzlösung herstellen zu wollen, indem man den „Rest Kochsalz“ in das Becherglas gibt. Beobachtung: Das Wasser reagiert heftig mit der weißen körnigen Substanz. Es knallt und spritzt und schlägt Funken. Auswertung: NaCl würde niemals mit Wasser so heftig reagieren, so dass man sagen kann: Das war definitiv nicht NaCl! Dieser Satz soll die Schüler dazu führen sehr genau auf alle Beschriftungen zu achten und auch alle selbst abgefüllten Substanzen gut zu beschriften. Die Reaktionen, die hier abgelaufen sind, kann man in folgender Gleichung zusammenfassen: Erklärung: NaH(s) + H2O(l) Na+(aq) + OH-(aq) (verändert die Konfiguration des Indikators, der daraufhin die Lösung färbt)+ H2(g) Der entstehende Wasserstoff entzündet sich selbst an der Luft und löst die „Explosion“ aus. 21 Dieser Versuch kann beendet werden, indem man die Rückseite der Flasche zeigt, auf der die Beschriftung über NaH aufklärt. So wird allen sehr eindrücklich gezeigt wie wichtig Ordnung beim Arbeiten mit Chemikalien ist. Die nun rosa gefärbte Lösung (Phenolphthalein reagierte mit den Hydroxidionen zu einer farbigen Verbindung) kann gleich für die nächste Demonstration verwendet werden, in der gezeigt werden soll, dass besonders Leichtsinn schnell Unfälle verursacht, wie es auch die beiden nächsten Artikel zeigen. Allein experimentiert Eine Lehrerin führt nachmittags allein in der Schule chemische Experimente durch. Es kommt zu einer Explosion, bei der sie an beiden Augen verletzt wird. Es dauert lange, bis sie gefunden wird. (Berlin) Ammoniak - spritzt wie Champagner Eine Chemiestudentin geht ohne Schutzbrille ins Labor, um nur mal schnell nach einem Ansatz, der in konzentrierter Ammoniaklösung abläuft, zu sehen. Da es im Raum recht warm ist, hat sich in einem Gefäß ein hoher Ammoniakdruck aufgebaut. Die Apparatur fliegt in dem Moment auseinander, als sich die Studentin in Augenhöhe dazu befindet. Folge: Hornhautverletzungen und einige Monate im Krankenhaus. (Tübingen) Demo 4: Nutzung von Peleusbällen http://www.chemieunterricht.de/dc2/gefahr/gef_lit.htm Demo 4: Nutzung von Peleusbällen Die Nutzung von Peleusbällen beim Pipettieren erscheint einem an der Uni oder auch in der Schule als eine triviale Angelegenheit. Aber nicht an allen Schulen ist die Verwendung so bekannt und geübt. Ich habe zum Beispiel in meinem erlebten Chemieunterricht zum Titrieren von Säuren und Basen die Lösungen mit dem Mund in die Pipetten gesaugt, da die Schule anscheinend keine oder nicht genügend Peleusbälle für die Messpipetten besaß. Chemikalien: - Lösung von Versuch 5 (alkalische Lösung durch Phenolphthalein rosa gefärbt) Geräte: - Messpipette 50 oder 100 mL - Peleusball 22 Durchführung: Man zieht mit dem Peleusball vorsichtig die rosa Lösung in die Pipette und geht dabei kurz mit der Pipettenspitze aus der Lösung heraus und wieder hinein. Beobachtung: Die rosa Lösung steigt langsam in der Pipette nach oben. Beim heraus- und anschließenden wieder Eintauchen schießt die Lösung schnell in den Peleusball hinein. Auswertung: Durch den Unterdruck, der durch das Ansaugen der Lösung entsteht, schießt die stark basische Lösung in den Ball hinauf, wenn man zuvor Luft angesaugt hat. Wenn man das mit dem Mund ansaugen würde, wäre dieser durch die Base verätzt. Andere Stoffe könnten in einem solchen Fall noch wesentlich schlimmere Folgen haben. Daher sollte diese Demonstration abschreckend wirken und den Schülern gerade in Momenten der Faulheit, wo sie ohne Peleusball arbeiten möchte die Gefahren in die Erinnerung rufen. Demo 5: Etherbrücke Chemikalien: - Diethylether Gefahrensymbol: F+ Hochentzündlich Xn Gesundheitsschädlich R 12 Hochentzündlich. R 19 Kann explosionsfähige Peroxide bilden. R 22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken. R 66 Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen. R 67 Dämpfe können Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. S9 Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren. S 16 Von Zündquellen fernhalten – Nicht rauchen. S 29 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen. S 33 Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung treffen. Geräte: - Etherbrücke aus Edelstahl - Teelicht - Feuerzeug - Bunsenbrenner 23 - Porzellanschale - Messzylinder 50 mL - Stativmaterial Durchführung: Die Etherbrücke baut man mit der Porzellanschale wie in dem Bild auf. Stativ mit Porzellanschale Brücke Teelicht Zuerst entzündet man das Teelicht. In den Messzylinder misst man anschließend 20 mL Diethylether ab. Bevor man ihn in die Porzellanschale gießt, erwärmt man diese mit dem Brenner für circa 30 s. Beobachtung: Man kann im abgedunkelten Raum sehen wie sich ein Gas von der Porzellanschale nach unten ausbreitet, und plötzlich entzündet sich die gesamte Etherbrücke vom Teelicht ausgehend bis zur Porzellanschale. Dort verbrennt anschließend die Flüssigkeit mit einer hellen Flamme. 24 Auswertung: Der Diethylether verdampft schlagartig und fließt, da schwerer als Luft, an der Metallbrücke zum Teelicht, wo er sich entzündet. Man sieht also: Hochentzündliche Stoffe können sich auch noch in 10 m Entfernung an einer Zündquelle entzünden! Auch dieses Beispiel für leichtsinnigen Umgang mit Chemikalien soll den Schülern zeigen, dass man durch einfaches Beachten der Gefahrenhinweise und Nachdenken viele Unfälle vermeiden kann. Aus diesem Kapitel ist es wichtig zu lernen wie man sich bei einem Unfall oder Notfall verhalten soll. Dabei ist das Absetzen eines Notrufes nach folgendem Muster genau einzuhalten: Wer meldet? Name und Standort Wo ist es passiert? Genaue Bezeichnung des Notfallortes Wohin soll der Rettungswagen/Hubschrauber kommen? Was ist passiert? Zahl der Verletzten/Erkrankten Art und Grad der Verletzung? Sind Verletzte eingeklemmt? Warten, bis die Einsatzzentrale das Gespräch beendet! In der Schule sind konkret folgende Sofortmaßnahmen zu ergreifen: - Personen retten, ohne sich selbst zu gefährden - wenn nötig Strom und Gas abschalten - Hilfe holen - Brand mit Eigenmitteln löschen - Schulleitung benachrichtigen 25 Zusammenfassen sollte man mit der Klasse diese Verhaltensregeln aufstellen: • nicht unnötig herumlaufen • Ruhe beim Experimentieren um Anweisungen beachten zu können, nichts selber ausprobieren • nicht an Gas- oder Wasserhahn spielen • nichts von den Chemikalien mit nach Hause nehmen • nach den Versuchen aufräumen, die Arbeitsfläche reinigen • Gasflaschen festbinden, auch wenn sie nur kurz genutzt werden • Flaschen richtig beschriften • bei Selbstabfüllungen Datum angeben • Flaschen nach Entnahme sofort verschließen • nicht verbrauchte Chemikalien nicht in Gefäße zurückgeben • Gefäße mit leicht brennbaren Substanzen weg von Flammen • Reaktionsgefäße nach Gebrauch so rasch wie möglich entleeren und reinigen 7. Entsorgung Für die Schüler gehört auch das richtige Entsorgen von Chemikalien zu den Sicherheitshinweisen dazu. Denn auch hierbei können leicht durch Fehler Unfälle entstehen. Daher sind nachfolgend die wichtigsten Verhaltensregeln aufgeführt: nicht verbrauchte Chemikalien nicht in die Gefäße zurückgeben auf Sicherheitsanweisungen achten keine Chemikalien in Abfallkörbe werfen Lösemittel nicht im Ausguss entsorgen beim Entsorgen: Umweltschutzrichtlinien beachten 26 8. Schulrelevanz und didaktische Analyse Das Thema „Sicherheit“ ist ein sehr wesentliches im Chemieunterricht und muss gleich in der ersten stattfindenden Schulstunde besprochen werden. Denn schon bevor überhaupt mit Chemikalien gearbeitet wird, kann man sich durch falsches Verhalten in Schwierigkeiten bringen. Dazu ist das Kapitel 4 mit den Verboten von Essen, Trinken, Rauchen oder Schminken eine Grundvoraussetzung. Die gezeigten Versuche und Demonstrationen sind sehr einfach in der Durchführung unter zu Hilfenahme weniger, gängiger Chemikalien und Materialien und haben doch einen recht großen Effekt. Ich denke besonders Versuch 3 zu den verunreinigten Bänken wird den Schülern noch lange im Gedächtnis bleiben und zeigt, dass Verbote nicht willkürlich zum Ärgernis der Schüler gegeben werden. Da häufig mit offenen Flammen gearbeitet wird, ist es unerlässlich, über die Gefahr eines ausbrechenden Feuers zu belehren und das Verhalten im Fall eines Unfalles zu klären. Dabei ist es sinnvoll die am Ende eines jeden Kapitels aufgeführten Verhaltensregeln mit den Schülern gemeinsam als Wandplakat oder übersichtliche Merkseite im Heft zu gestalten. Wie in der Einleitung beschrieben ist es notwendig, über die R/S-Sätze aufzuklären und daran die verschiedenen Gefahrensymbole zu erläutern. Auch das wird durch eindrückliche Versuche, wie zum Beispiel die Wasserstofforgel oder die Etherbrücke, lebendig und einprägsam. Das Kapitel „Leichtsinn“ ist in meinen Augen ein sehr Wichtiges, da Unfälle jeglicher Art häufig durch leichtsinniges Arbeiten und die unbedachte Handhabung von Chemikalien geschehen und somit vermieden werden könnten. Die kurzen Artikel dazu sollen abschrecken und auf diese Gefahren aufmerksam machen. Viele der gezeigten Versuche und Demonstrationen würde man in einer solchen Sicherheitsbelehrung nicht chemisch erläutern, da das für den erwünschten Effekt der Abschreckung und des Nachdenkens nicht nötig ist und zu viel Zeit kosten würde. Auch in Klasse 7, in der das Thema laut Lehrplan ausdrücklich behandeln werden muss, kann man viele Versuche noch nicht zufriedenstellend erklären, da die Schüler das dafür notwendige Fachwissen noch nicht besitzen. Insgesamt ist das für eine Belehrung auch nicht von Nöten, wichtiger sind das Zusammenstellen und Lernen der Verhaltensregeln, die an dem Ende eines jeden Kapitels aufgelistet sind. 27 9. Quellenangabe - Bittner, T., Rehm, K. Elemente Chemie I. 2000. Stuttgart: Ernst Klett Verlag GmbH - Bittner, T. Elemente Chemie II. 1997. Korb: Klett Druck - Hessischer Lehrplan G8 - Merck (Hrsg.), Sicheres Arbeiten in chemischen Laboratorien, Theorie und Praxis der Unfallverhütung. 1987. München: Bundesverband der Unfallversicherungsträger der öffentlichen Hand e.V. - Sicherheit: Handbuch für das Labor. 1991. Darmstadt: GIT Verlag - Riedel, E. Anorganische Chemie. 6. Auflage, 2004. Berlin: Walter de Gruyter - Roesky, H.W. Glanzlichter chemischer Experimentierkunst. 2006. Weinheim: WileyVCH Internetquellen: - http://www.ib-rauch.de/okbau/bauchemie/zellulose.html (25.04.2008) - http://www.chemieunterricht.de/dc2/ (27.04.2008) - http://www.chemieunterricht.de/dc2/gefahr/gefahren1.htm (03.05.2008) - http://www.seilnacht.com/versuche/experih2.html (15.05.2008) - http://www.lii-europe.de/seiten/produkte/natriumhypochlorit.htmUW - C 624 10/96 (20.05.2008) - http://www.uni-mainz.de/FB/Chemie/wschaertl/Dateien/Security_SS2005.pdf (29.04.2008) 28
