Ein preiswerter Hofmannscher Zersetzungsapparat für

DER ARTIKEL ERSCHIEN LEICHT VERÄNDERT IN DER MNU 59/6 2006
GREGOR VON BORSTEL - ANDREAS BÖHM
Ein preiswerter Hofmannscher Zersetzungsapparat für
Schülerübungen
Medizintechnik als kostengünstiger Ersatz für Glasgeräte
Mit Hilfe medizintechnischer Geräte kann man einen einfachen, preiswerten Wasserzersetzer
schnell zusammenbauen und an verschiedenen Stellen im Unterrichtsgang einsetzen.
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Einleitung
Das Experimentieren mit Gasen ist häufig mit dem Problem behaftet, dass dabei Glasgeräte zum Einsatz
kommen, die zum einen recht teuer in der Anschaffung und zum anderen bei einem eventuellen Bruch
auch eine Gefahrenquelle darstellen. Eine bezahlbare Alternative zu herkömmlichen klassischen
Versuchsapparaturen stellen medizintechnische Geräte dar, deren Einsatz im Chemieunterricht bereits in
einer Reihe von Veröffentlichungen beschrieben worden ist [1-4].
Im Zuge der Beschäftigung mit den Geräten wurde das Versuchskit »ChemZ« (Chemie mit
medizintechnischem Zubehör) für Unterrichtsreihen, wie z.B. zum Thema »Luft und Verbrennung«,
entwickelt [5-7].
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Selbstbau eines Wasserzersetzers
Relativ leicht und günstig lässt sich ein Wasserzersetzer bauen, den man auch im Schülerversuch
einsetzen kann.
G e r ä t e [ 8 ] u n d C h e m i k a l i e n : 3 Luer-Lock-Kunststoff-Spritzen (20 bis 30 ml), 2 lange SpritzenStahlkanülen (120 mm) als Elektroden, zwei Elektrokabel (ggf. mit Krokoklemme), 2 Kunststoff-Absperroder Dreiwegehähne (Zubehör für Luer-Lock-Kunststoff-Spritzen), ggf. zwei Verbinder für die Spritzen
(Zubehör für Luer-Lock-Kunststoff-Spritzen - Fachbezeichung „weiblich-weiblich“), Lüsterklemmen o.ä., 1
Gefäß (z.B. hohes Becherglas 200 ml); v erdünnte Schwefelsäure (w<15%, reizend) oder Natriumcarbonat
(reizend).
B a u u n d D u r c h f ü h r u n g : Zwei Spritzen, deren Stempel entfernt werden, dienen als Schenkel. Um
sie stabil miteinander zu verbinden, kann man sie in der Brennerflamme unten kurz erhitzen und
verschmelzen (Abb. 1).
Die scharfen Spitzen der Kanülen werden mit einer stabilen Schere gekappt, um einer Verletzung
vorzubeugen (Abb. 2). Die Kanülen dienen als Elektroden und werden mit den Elektrokabeln leitend, z.B.
mit Lüsterklemmen, verbunden. Man achte darauf, die Verbindungsstelle mit klebeband oder Besser
Heißkleber zu isolieren, da sonst an der Anode das Kupferkabel oxidiert wird.
Die beiden mit Kabeln verbundenen Kanülen werden lose von unten in die Schenkel eingeführt. Dann stellt
man den Zersetzer in ein Gefäß. Dieses füllt man mit leicht angesäuertem (ca. 5 ml verdünnte
Schwefelsäure auf 100 ml Wasser) oder alkalisch gemachtem Wasser (ca. 1 Spatel Natriumcarbonat auf
100 ml Wasser).
Die Schenkel füllt man vollends mit Flüssigkeit, in dem man von oben eine intakte Spritze aufsetzt, den
Absperrhahn öffnet, das Wasser hochzieht und den Hahn wieder schließt (Abb. 3).
Als Gleichstromquelle dient ein Netzgerät oder eine 9-V-Batterie. In beiden Elektrolyten entstehen relativ
schnell sichtbare Mengen von Wasserstoff und Sauerstoff (Abb. 5). Diese lassen sich in andere Spritzen
ziehen und von da pneumatisch in ein kleines Reagenzglas zur Knallgas- bzw. Glimmspanprobe umfüllen.
Die Edelstahlkanülen funktionieren hervorragend auch für mehrere Versuche hintereinander – allerdings
färbt sich die Lösung nach einiger Zeit gelblich, was auf den Übergang von Eisen-Ionen aus den Kanülen in
die Lösung hindeutet.
Alternativ wurden daher auch erfolgreich Platin- und Graphitelektroden getestet. Da die Kanülen aber sehr
preiswert sind, bleiben sie letztlich unsere erste Wahl. Prinzipiell kann man im Übrigen an der Kathode
auch lediglich das Kupferkabel abisolieren und als Elektrode verwenden (Abb. 6). Es korrodiert allerdings
im Laufe der Zeit zwischen mehreren Versuchen.
Abb. 1. Aufbau des Zersetzers
Abb. 2. Die Spitze der
Kanüle muss aus
Sicherheitsgründen
abgeschnitten werden.
Die Kanülen werden um
einen Nagel herum
spiralartig gebogen
Abb. 3. Füllung der
Schenkel mit
angesäuertem Wasser –
von unten zuvor
eingeführt die spiralförmig
aufgedrehten
Stahlkanülen
Abb. 4. Ein einfacher
Zersetzer
Abb. 5. Hofmannscher Zersetzungsapparat im
Betrieb
Abb. 6. Gasentwicklung an Kupfer- und Stahlelektrode.
Abb. 7. Es entsteht doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff
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Einsatz des Wasserzersetzers
Der Zersetzer wird eingesetzt, um die Energieumsetzung bei chemischen Reaktionen in der Sekundarstufe
I zu verdeutlichen. Die Elektrolyse dient als Beispiel für die Speicherung von Energie in den Stoffen, die
Umkehrreaktion (Knallgasreaktion) setzt Energie frei. Ein Anschlussversuch wäre die Demonstration einer
gekauften Brennstoffzelle.
Ebenso kann man zeigen, dass Wasser eine Verbindung ist (Abb. 7). Der Nachweis der entstandenen
Gase erfolgt getrennt voneinander oder wenn man will auch als Knallgas. Besonders einfach gelingt dies
Experiment, wenn man die entstandenen Gase in einer Spritze, z.B. über einen Dreiwegehahn, mischt und
das Knallgasgemisch einfach mit Hilfe einer Kanüle in eine mit Spülwasser gefüllte Petrischale spritzt. Die
Blasen entzündet man mit einem Glimmspan. Videos dazu findet man in [8] .
Dieses Experiment kann man auch als halbquantitativen Versuch nutzen, um zu zeigen, dass man
Wasserstoff und Sauerstoff für eine optimale Reaktion im Verhältnis 2:1 mischen muss. Als
Vergleichsversuch gibt man reinen Wasserstoff in eine Petrischale mit einem Spüli-Wasser-Gemisch,
dieser brennt ruhig ab.
Letztlich lässt sich bei bekannter Formel von Wasser zeigen, dass Gase die gleichen Stoffmengen pro
Volumen enthalten.
Literatur
[1] V. OBENDRAUF: Experimente mit Gasen im Minimaßstab. - Chemie in unserer Zeit 30 (1996), Nr. 3, S. 118-125
[2] R. Full: „Spritzige“ chemische Experimente: Chemie mit Einwegspritzen. - Serie in der PdN. Teil 1 PdN-Ch 2/47, S.33 bis teil
12 PdN-Ch 5/48, S.38
[3] A. VOSS - F. KAPPENBERG: Einfache und preiswerte Experimente für den Chemieunterricht.- MNU (1999)
[4] P. MENZEL: Schülerexperimente mit Medizintechnik-Zubehör. - Chemie in der Schule 47 (2000) Nr. 3, S. 140–147.
[5] G. V. BORSTEL – A. BÖHM: Chemie mit Magensonde und Spritze.- Naturwissenschaften im Unterricht Chemie 14 (2003) Nr. 78,
S. 15-18.
[6] G. V. BORSTEL – A. BÖHM: ChemZ - Chemieunterricht mit medizintechnischem Gerät. - Naturwissenschaft im Unterricht
Chemie 15 (2004) Nr. 81, S. 48/49.
[7] G. V. BORSTEL – A. BÖHM: Chemieunterricht macht Spaß!.- Praxis der Naturwissenschaften Chemie in der Schule 54 (2005)
Nr.1, S. 21-25.
[8] Material beim Autor erhältlich: s. www.lebensnaherchemieunterricht.de (06.01.2006)
GREGOR VON BORSTEL, [email protected], StR (Chemie und Geschichte) unterrichtet am AlbertusMagnus-Gymnasium Köln, Ottostr. 87, 50823 Köln, und betreibt die Homepage
www.lebensnaherchemieunterricht.de.
ANDREAS BÖHM, [email protected], StR (Chemie und Biologie) ist am privaten Gymnasium der
Franziskanerinnen von Nonnenwerth, Gymn. Nonnenwerth, Insel Nonnenwerth, 53424 Remagen, tätig.