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CO2MUCH - Die Versauerung der Ozeane

CO2Much

Überblick

Sekundarstufe

Naturwissenschaft und Technik , Informatik, Chemie

Nachhaltigkeit

Deutsch

Übersicht

Schlüsselwörter: Versauerung, Ozean, Kohlenstoffdioxid, Treibhauseffekt, Artenvielfalt 
Disziplinen: Physik, Chemie, Naturwissenschaften
Altersstufe: 13-15
Zeitrahmen: 4-5 Unterrichtsstunden

SDG 14 SDG 13 

Inhalt

Messung des pH-Wertes von Meerwasser
Lösen von CO2 aus einer Verbrennungsreaktion in Wasser und Versauerung des Wassers
Auswirkungen der pH-Wert-Änderung der Ozeane für Meereslebewesen
Die Lösung des Versauerungsproblems

Zusammenfassung

In dieser Aktivität untersuchen die Schüler*innen mittels Labor- und Programmieraktivitäten die Auswirkung von CO2 auf die Versauerung der Ozeane und die daraus resultierende Bedrohung der Artenvielfalt.

CO2Much

Die Lehrkräfte sollten zunächst die Auswirkungen des Anstiegs des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre anhand aktueller Nachrichten erörtern und sich dabei mit der Frage befassen: Warum werden die Ozeane saurer und wie bedroht dies die Artenvielfalt? Um diese Frage zu klären, sehen sich die Schüler*innen und die Lehrkraft ein Video zu diesem Thema an.

Die Schüler*innen und die Lehrkraft besprechen das Video. Dann werden die Schüler*innen aufgefordert, Versuchsprotokolle zur Untersuchung des Einflusses von CO2 auf den Säuregehalt der Ozeane und die Auswirkungen auf die biologische Vielfalt zu erstellen. 
(Für einen deutschen Untertitel, wählen Sie die entsprechende automatische Übersetzung durch Youtube.)

Messung des pH-Wertes von Meerwasser

Je nach Kenntnisstand der Schüler*innen können die pH-Messungen mit pH-Indikatorpapier oder -flüssigkeit, einem pH-Meter oder mit einem Mikrocontroller vom Typ Arduino durchgeführt werden.

Zunächst wird Meerwasser gesammelt und der pH-Wert gemessen.

Die Messung von pH-Werten des Meerwassers kann an verschiedenen Orten mit Schüler*innen in anderen Städten oder sogar anderen Ländern durchgeführt werden.

Ziel

Die Schüler*innen nehmen Wasserproben und messen den pH-Wert.

Fragen zum Einstieg

  • Was wird mit dem pH-Wert gemessen?
  • Wie hoch ist der pH-Wert von reinem Wasser?
  • Mit welchem Gerät kann man den pH-Wert messen?

Fragestellung

Wie hoch ist der pH-Wert von Meerwasser?

Hypothese

Die Schüler*innen schreiben ihre Hypothesen auf und planen ihre Experimente, um sie zu beweisen.

Eine mögliche Hypothese ist ein pH-Wert von 7.

Sicherheitshinweise: Beachte bei der Durchführung der Experimente die Sicherheitsregeln. Erkundige dich dazu bei deiner Lehrkraft.

Materialien

  • Meerwasserproben
  • pH-Meter
  • Becher

Durchführung

  1. Sammle einige Meerwasserproben von verschiedenen Orten und gib sie in verschiedene Becher.
  2. Miss ihren pH-Wert mit einem pH-Meter.

Daten

Die pH-Werte hängen von dem Ort ab, an dem die Wasserproben entnommen worden sind. In den meisten Fällen liegen sie in der Nähe eines neutralen pH-Wertes.

Schlussfolgerungen

Der pH-Wert von Meerwasser beträgt nicht genau 7.

Abschließende Fragen

  1. War deine Hypothese richtig?
  2. Welches sind die wichtigsten im Meerwasser gelösten Salze?

Lösen von CO2 aus einer Verbrennungsreaktion in Wasser und Versauerung des Wassers

Die Schüler*innen führen ein Experiment durch, bei dem sie eine Wasserlösung versetzt mit Bromthymolblau-Indikator in einen Erlenmeyerkolben geben. Im Inneren des Erlenmeyerkolbens wird ein Holzspan verbrannt, wodurch Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Nach einigen Minuten (nicht sofort) ändert sich die Farbe des Indikators aufgrund der Ansäuerung des Wassers.

Ziel

Die Schüler*innen untersuchen den Einfluss und die Auswirkungen von Kohlenstoffdioxid in Wasser.

Fragen zum Einstieg

  • Sind Gase im Allgemeinen wasserlöslich?
  • Wie hoch ist der pH-Wert von reinem Wasser?
  • Was ist ein Indikator?

Fragestellung

Wie wirkt sich Kohlenstoffdioxid auf den pH-Wert des Wassers aus?

Hypothese

Die Schüler*innen schreiben ihre Hypothese auf.

Materialien

  • 2 Erlenmeyerkolben mit einem Stopfen
  • Bromthymolblau oder Rotkohl-Indikator
  • Wasser
  • Holzspan

Durchführung

  1. Gib in jeden Erlenmeyerkolben 200 ml Wasser und einen Indikator (Rotkohlsaft oder Bromthymolblau eignen sich gut für dieses Experiment).
  2. Verbrenne in einem der beiden Erlenmeyerkolben den Holzspan.
  3. Nachdem der Holzspan abgebrannt ist, stecke den Stopfen ganz schnell auf den Kolben, schüttele ihn und warte eine Weile. Das Ergebnis ist in den Abbildungen unten zu sehen.

Beobachtung

In dem Erlenmeyerkolben, in dem das Kohlenstoffdioxid durch Verbrennen des Holzspans entstanden ist, verfärbt sich der Indikator.

Schlussfolgerung

Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser und bildet Kohlensäure, die den pH-Wert des Wassers senkt.

Abschließende Fragen

  1. Ist der in diesem Experiment beobachtete Prozess physikalisch oder chemisch? Begründe deine Antwort?
  2. Stelle die chemische Gleichung für die Lösung von Kohlenstoffdioxid in Wasser auf und gleiche sie aus.
  3. Welche Farbe hat der Indikator zu Beginn des Experiments?
  4. Welche Farbe hat der Indikator am Ende des Experiments?

Modellierung der Versauerung der Ozeane

Je nach Kenntnisstand der Schüler*innen kann die chemische Gleichung, die die Versauerung von Wasser veranschaulicht, untersucht werden.

Experiment
© Science on Stage
Wasser mit Indikator vor dem Experiment.
Experiment
© Science on Stage
Wasser mit Indikator nach dem Experiment

Auswirkungen der pH-Wert-Änderung der Ozeane für Meereslebewesen

Die Schüler*innen messen die Änderungen der Masse von Muschelschalen in Lösungen mit unterschiedlichen pH-Werten.

Dafür bereiten sie vier Lösungen mit unterschiedlichen pH-Werten vor. Sie fügen jeder Lösung die gleiche Masse an Muscheln hinzu. Sechs Wochen später werden die verbliebenen Muscheln entnommen und gewogen.

Die Auswertung zeigt, dass der Masseverlust der Schalen größer ist, wenn der pH-Wert niedriger ist.

Ziel

Die Schüler*innen messen die Änderung der Masse von Muschelschalen in Lösungen mit unterschiedlichen pH-Werten.

Materialien pro Gruppe

  • Meerwasser
  • Muschelschalen
  • Vier Becher
  • Digitale Präzisionswaage
  • Essigsäure 0,1 mol/L
  • Natriumhydroxid 0,1 mol/L
  • Pasteurpipette oder Tropfer
  • pH-Meter

Protokoll

  1. Bereite angesäuerte Meerwasserlösungen vor:
    Gib in jedes der vier Bechergläser die gleiche Menge Wasser.
    Miss den pH-Wert jeder Lösung und füge Essigsäure hinzu, um den gewünschten pH-Wert zu erhalten.
  2. Gib 2 g Muschelschalen in jedes Becherglas mit den Meerwasserlösungen.
  3. Decke die Bechergläser ab und bewahre sie sechs Wochen lang auf.
  4. Nach sechs Wochen wird das Wasser aus den Bechern entfernt.
    Trockne die verbliebenen Muschelschalen in einem Trockenschrank.
    Miss die Masse mit einer digitalen Präzisionswaage.
  5. Werte die Daten aus.

pH-Werte der vorbereiteten Lösungen.

Lösung

1

2

3

4

pH-Wert

7,1

7,6

7,9

8,1

Die Lösung des Versauerungsproblems

Die Schüler*innen können mit Calziumcarbonat eine Pufferlösung als Meerwasser-Ersatz herstellen und damit experimentieren.

Ziel

Die Schüler*innen entwickeln Ideen zur Lösung des Problems der Versauerung des Ozeans.

Fragen zum Einstieg

  • Was verursacht die Versauerung der Ozeane?
  • Schreibe die chemische Gleichung auf, die sich ergibt, wenn Kohlenstoffdioxid von Meerwasser gelöst wird.
  • Wie hoch ist der pH-Wert von reinem Wasser?
  • Wie kann man feststellen, ob der pH-Wert sauer oder basisch ist?
  • Wie kann der pH-Wert gemessen werden?

Fragestellung

Was kann man tun, um die Versauerung des Wassers zu verhindern, wenn Kohlenstoffdioxid vom Meer aufgenommen wird? Kann ein dem Wasser zugesetztes Carbonatsalz dazu beitragen, die Versauerung des Wassers zu verhindern?

Hypothese

Die Schüler*innen schreiben ihre Hypothesen auf und planen ihre Experimente, um diese zu beweisen.

Ein mögliches Experiment könnte die Zugabe von zerkleinerten Meeresmuscheln sein, um zu prüfen, ob sich so eine Pufferlösung herstellen lässt.

Materialien

  • Muschelschalen
  • Rotkohlsaft oder Bromthymolblau-Indikator oder pH-Meter
  • Zwei Erlenmeyerkolben mit Stopfen
  • Holzspan
  • Wasser

Durchführung

  1. Sammle einige Muschelschalen und zerkleinere sie in sehr kleine Stücke.
  2. Gib jeweils 200 ml Wasserlösung mit Rotkohl- oder Bromthymolblau-Indikator in die zwei Erlenmeyerkolben.
  3. Miss den pH-Wert in beiden Erlenmeyerkolben.
  4. Gib einen Esslöffel Muschelschalen in einen der Kolben.
  5. Verbrenne in jedem Kolben einen etwa gleich großen Holzspan und verschließe ihn schnell mit dem Stopfen.
  6. Schüttle die Kolben und warte einige Minuten, um Veränderungen zu beobachten. In der Abbildung sieht man einen neutralen pH-Wert durch blaue Verfärbung der Rotkohl-Lösung mit den Muschelschalen. Die rosa Farbe im anderen Kolben weist eine saure Lösung nach dem Verbrennen des Holzspans nach.

Bitte beachte, dass du zur Messung der Werte auch ein pH-Meter verwenden kannst.

Experiment
© Science on Stage

Schlussfolgerungen

Die Farbe des Indikators zeigt, dass das beigefügte Calciumcarbonat dazu beiträgt, den pH-Wert des Wassers nach einer Verbrennungsreaktion nahezu konstant zu halten.

Abschließende Fragen

  • Wie funktioniert der Indikator in diesem Experiment?
  • Wie sehen die verschiedenen Farben des Indikators aus und welchen pH-Wert zeigen sie an?
  • Welche anderen Quellen für Calciumcarbonat können verwendet werden?

Fazit

Die Schüler*innen können bestätigen, dass Kohlenstoffdioxid für die Versauerung der Ozeane verantwortlich ist, die die biologische Vielfalt bedroht. Die Schüler*innen können eine Mind Map mit dem Wissen erstellen, das sie während dieser verschiedenen Aktivitäten erworben haben.

Autor*innen von CO2MUCH - Denke global, handle lokal: Elena Poncela Blanco (ES), Philippe Mancini (FR)

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