Der natürliche Kalkkreislauf. Sachanalyse und Schulbuchvergleich


Hausarbeit, 2015
13 Seiten

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Sachanalyse

Schulbuchvergleich

Unterrichtsentwurf

Literaturliste

Sachanalyse

Der natürliche Kalkkreislauf beschreibt den Auf- und Abbau von Kalk in der Natur, welcher jedoch durch den Menschen stark beeinflusst wird.

Als Kalkstein bezeichnet der Chemiker festes Calciumcarbonat (CaCO3). Doch auch Kreide und Marmor zählt zu den Calciumcarbonaten. Kalkstein bildete sich während der Kreidezeit vor ungefähr 135 Millionen Jahren durch einfachen Niederschlag, als die Löslichkeit im Meer überschritten wurde.

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Kreide entstand aus den Kalkskeletten unzähliger Meeresorganismen. Marmor durch das Einwirken von Hitze und Druck auf ebensolche Kalkablagerungen am Meeresboden.

Calciumcarbonate liegen in verschiedenen Kristallmodifikationen vor. Calcit ist besonders häufig, ebenso wie Aragonit und Vaterit. Letzteres ist ein künstliches Syntheseprodukt der Chemie.

Eine typische Reaktion dieser Carbonate ist ihre säurebedingte Zersetzung, welche in der Natur gut zu beobachten ist.[1] In der Erdatmosphäre herrscht ein CO2(g) Gehalt von 0,039 %[2]. Dieses Kohlenstoffdioxid kann mit dem Regenwasser wie folgt reagieren:

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Obwohl weniger als 1 % des Kohlenstoffdioxids so reagiert, beträgt der pH-Wert von Regen ca. 5,6. Die Kohlensäure ist eine schwache, zweiprotonige Säure deren Ionisierungsgleichgewicht sich wie folgt darstellen lässt:

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Abbildung 1 Ionisierungsgleichgewicht der Kohlensäure[3]

Dieses Reaktionsverhalten von CO2 (g) lässt sich mithilfe von Experimenten nachweisen. Die Kalkwasserprobe ist eine zuverlässige und einfache Möglichkeit, das Vorhandensein dieses Gases nachzuweisen. Kalkwasser ist in Wasser gelöstest Calciumhydroxid (Ca(OH)2). Dieses ist nur schwer löslich (höchstens 0,16g in 100g Wasser). Überschüssiges Calciumhydroxid bildet mit dem Wasser eine Suspension. Es trübt als weißer, fein verteilter Feststoff die Lösung. Ein solches Gemisch wird Kalkmilch bezeichnet. Kalkwasser erhält man durch das Abfiltrieren. Es handelt sich somit um eine abgesättigte Lösung. Beim Einleiten von Kohlenstoffdioxidgas entsteht eine Trübung durch ausfallendes Calciumcarbonat.[4]

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Auch die Änderung des pH-Wertes durch das Lösen von Kohlenstoffdioxidgas kann experimentell sichtbar gemacht werden. Hierzu wird ein Universalindikator in ein Becherglas mit Wasser gegeben. Um einen deutlichen Umschlag beobachten zu können wird die Lösung mit konzentrierter Natronlauge versetzt. Der Indikator färbt sich bei einem pH-Wert von ca. 12 dunkelblau. Wird nun über einen Strohhalm die Atemluft in die Lösung geblasen, oder ein kleines Stück Trockeneis hineingegeben, lässt sich der Farbumschlag des Indikators von blau über grün zu gelb/orange deutlich beobachten. Es wird ein Wert von ca. 5 erreicht, welcher durch die Bildung von Kohlensäure bedingt ist.

Die erste Säurekonstante der Kohlensäure liegt bei pK1= 3,88.

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Hiernach wäre die Kohlensäure eine mittelstarke Säure. Da jedoch nur ein Bruchteil des gelösten Kohlenstoffdioxids als Säure vorliegt formuliert man eine scheinbare Dissoziationskonstante, die um den Faktor 1000 kleiner ist. Das hydratisierte Gas wird hier also nicht mehr beachtet. Dieser pK1-Wert beträgt 6,35 und beschreibt praktisch eine schwache Säure. Die zweite Dissozationskonstante beträgt pK2 = 10,33.[5]

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Trifft nun das kohlensäurehaltige Regenwasser auf Kalkstein, zum Beispiel eines Kalkgebirges, reagiert dieses zu wasserlöslichem Calciumhydrogencarbonat.

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Bei Temperaturerhöhung, bei Verdunstung oder mit Hilfe von Algen kann aus dem calciumhydrogencarbonathaltigen Wasser wieder fester Kalk entstehen, wobei Wasser und Kohlenstoffdioxid als Nebenprodukte entstehen.

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Die angesprochene Verdunstung und dadurch bedingte Ausbildung von Kalk lässt sich an Tropfsteinhöhlen beobachten. Regenwasser dringt durch das Gebirge in den Felsen ein und wäscht eine Höhle aus. Der stetige Wasserfluss ist stark gesättigt. Verdunstet an der Stalagmitenoberfläche etwas Wasser, so erhöht sich die Konzentration dieser Lösung. Ist sie gesättigt, bildet sich fester Kalk. Der Stalagmit wächst.

Die algenbedingte Bildung von Kalk ist bei Korallen zu finden. Steinkorallen bilden große Riffe im Meer. An ihrem Fuß scheiden sie Aragonit aus, eine besondere Form von Kalk. Um sich selbst vor dem säurebedingten Zerfall zu schützen gehen diese Korallen eine Symbiose mit einzelligen Algen ein, welche das im Wasser gelöste CO2 mittels Photosynthese umwandeln. Dieser Prozess greift in das Kohlenstoffdioxid-Kohlensäure-Gleichgewicht ein, indem das Edukt entfernt wird. Dies begünstigt die Rückreaktion, sodass der pH-Wert in der Umgebung steigt und damit die Koralle und den Kalk schützt.

Schulbuchvergleich

Im Folgenden wird „Interaktiv Chemie, Natur und Technik 2“ von Cornelsen (2009) für die Realschulen in NRW und „Chemie 2000+ Sekundarstufe 1“ aus dem C.C. Buchner Verlag (2010) in Bezug auf obiges Thema miteinander verglichen.

In „Interaktiv Chemie“ werden Themen ausschließlich auf Doppelseiten behandelt. Jede Seite beginnt mit einem orange hinterlegten Kasten, in dem ein Alltagsphänomen mit Bilder und einem kurzen Text dargestellt wird. Dann folgt unter diesem Kasten der grün unterlegte Bereich „ Beobachten Untersuchen Experimentieren“. Hier werden zwischen einem und fünf Versuche angeboten. Es wurde darauf geachtet, möglichst solche zu wählen, die von den SuS selbstständig durchgeführt werden können. Es gibt sogar eine extra Kennzeichnung für Versuche die „zu Hause“ durchgeführt werden können, sowie einen Hinweis, falls dieser Versuch nur von der Lehrperson ausgeführt werden darf. Diese beiden Kategorien füllen meist die linke Seite. Auf der rechten Seite werden nun die chemischen Grundlagen mittels eines Text, Bildern oder Skizzen erläutert. Wichtige Aussagen sind blau hervorgehoben. Dies umfasst oft nur die Hälfte der Seite. Am Ende eines Kapitels gibt es eine Zusammenfassung. Neben diesem Text gibt es Aufgaben mit denen die SuS ihre Kenntnisse erweitern oder vertiefen können. Am Ende eines jeden Kapitels folgt ein „Teste dich!“-Teil mit dem der aktuelle Lernstand eingeschätzt werden kann. So wie auf einen alltagsnahen Einstieg geachtet wird, so wird auch auf ein Anwenden des neu erworbenen Wissens geachtet. So gibt es mit Lila gekennzeichnete „Interessantes“ Kästen, die weiterführende Informationen, die mit Chemie, aber auch mit Alltag, Technik oder Umwelt zu tun haben. Zusätzlich gibt es quer durch Buch immer wieder ein kleines CD-Symbol, welches auf das Medien-Angebot auf der beiliegenden CD hinweist. Zusätzlich zu diesem Grundschema, welches natürlich nicht streng eingehalten wird, gibt es Felder zur „Methode“. Hier geht es nicht so sehr um Sachwissen, sondern darum, wie man naturwissenschaftlich arbeitet oder wie man am besten lernt. Auch Seiten mit der Überschrift „Ausblick“ findet man im Buch, sie bieten die Möglichkeit sich über interessante Themen zu informieren, zum Beispiel über die Umwelt, Natur, Gesundheit, Technik oder Forschung. Auch eine eigenständige Seite haben die „Projekte“ erhalten. Auf diesen Seiten finden sich viele Anregungen zum selbständigen Planen, Durchführen und Präsentieren von Projekten.

Den natürlichen Kalkkreislauf findet man im Themenbereich „Salze – mehr als nur Kochsalz“. Hier werden die Ionenbildung und die Ionenbindung, die Eigenschaften von Salzen, das Ionengitter und die chemische Symbolsprache behandelt. Im Bereich der Carbonate wird sowohl der technische, als auch der natürliche Kalkkreislauf behandelt. Die diesbezügliche Doppelseite ist nach dem oben erwähnten Muster aufgebaut. Als Einstieg dienen alltagsnahe Bezüge wie eine Tropfsteinhöhle oder ein verkalkter Wasserhahn. Auf deren Gemeinsamkeit, die Carbonate, wird direkt in dem Einführungstext Bezug genommen. Es folgen mögliche Experimente zum Thema. Diese beziehen sich eher auf den technischen Kalkkreislauf, der auch mittels Skizze dargestellt ist.

[...]


[1] Binnewies, vgl. S. 376 - 380

[2] Mortimer, Seite 415

[3] Mortimer, Seite 466

[4] Tausch, S1, Seite 109

[5] http://www.chemieunterricht.de/dc2/mwg/g-co2h2o.htm

Ende der Leseprobe aus 13 Seiten

Details

Titel
Der natürliche Kalkkreislauf. Sachanalyse und Schulbuchvergleich
Hochschule
Bergische Universität Wuppertal
Autor
Jahr
2015
Seiten
13
Katalognummer
V324102
ISBN (eBook)
9783668238244
ISBN (Buch)
9783668238251
Dateigröße
1408 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
kalkkreislauf, sachanalyse, schulbuchvergleich
Arbeit zitieren
Christoph Höveler (Autor), 2015, Der natürliche Kalkkreislauf. Sachanalyse und Schulbuchvergleich, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/324102

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