Gefahrstoffe

Unterrichtsablauf

Als Arbeitsgrundlage dient der erste Teil des Arbeitsblattes Gefahrstoffe - GHS-Piktogramme. Das Arbeitsblatt wird von unten nach oben besprochen, damit die interessantesten Stoffe zum Schluss an die Reihe kommen.

Die Schülerinnen und Schüler kennen das Piktogramm mit dem Symbol Ätzwirkung vielleicht aus ihrem Alltag und können eine ganze Reihe an ätzenden Stoffen nennen. Beim Zeigen der Fotos mit den Haushaltsstoffen nennen sie einzelne Säuren oder Laugen, die darin enhalten sind, beispielsweise Essigsäure (Essig, Gurken), Milchsäure (Buttermilch, Joghurt), Phosphorsäure (Coca Cola) oder Natronlauge (Abflussreiniger). Die meisten der Säuren und Laugen in den Haushaltsprodukten sind allerdings so schwach oder so stark verdünnt, dass sie als Gefahrstoff nicht ausgezeichnet werden müssen.

Danach werden zwei typische Säuren des Chemielabors gezeigt. Bei der rauchenden Salzsäure sind Dämpfe zu sehen, wenn man den Verschluss abnimmt. Nun stellt sich die Frage, welche Sicherheitsvorkehrungen notwendig sind, wenn man mit einer solchen Säure arbeiten möchte. Schutzbrille, Schutzhandschuhe oder Atemschutz werden vielleicht von den Schülern genannt. In diesem Zusammenhang erläutert die Lehrkraft die Funktion einer Pipette und verweist auf das Arbeiten im Abzug. Dass auch Schüler mit Schutzbrillen arbeiten müssen, wenn sie es mit Säuren zu tun haben, wird auf eindringliche Art und Weise betont, denn Säurespritzer im Auge können zu schweren Augenschäden oder sogar zur Erblindung führen!

In einem Demonstrationsexperiment wird ein Stück Papier aus Zellstoff auf eine Petrischale gelegt. Die Petrischale kann auf einen Overheadprojektor gestellt werden. Mit einer Pipette gibt man 1 ml konzentrierte Schwefelsäure in die Mitte des Papiers, setzt den Schalen-Deckel auf und wartet ab. Nach kurzer Zeit färbt sich das Papier schwarz, da die Schwefelsäure organische Stoffe unter Kohlenstoffbildung zerstört. Nach einigen Minuten ist das Taschentuch an den benetzten Stellen durchlöchert. Dieser Versuch gelingt auch, wenn man heiße Phoshorsäure nimmt (siehe dort). Ein ergänzender Versuch mit Zucker wird in der Datenbank unter Schwefelsäure beschrieben.

In einem weiteren Versuch soll gezeigt werden, dass Metalle wie Magnesium durch Säuren aufgelöst werden. Ein großes Reagenzglas wird 8 cm hoch mit Essigessenz (25%ige Essigsäure) oder mit 10%iger Salzsäure gefüllt. Bei der Zugabe eines Magnesiumspitzers tritt eine lebhafte Gasentwicklung ein (siehe Bild). Gelegentlich muss die Säure nachgefüllt werden. Nach einer Stunde ist der Spitzer verschwunden, nur noch die Schraube und das Messerblatt bleiben übrig. Die Entwicklung eines Gases kann durch das Aufsetzen eines Ballons gezeigt werden. Ist der Ballon groß genug, lässt sich der dabei entstehende Wasserstoff mit einem langen Span entzünden (Vorsicht!). Auf die Bildung des Chlorids soll hier jedoch nicht eingegangen werden. Säuren sind auch an der Korrosion von Metallen beteiligt. Alternativ kann man zeigen, dass Natronlauge eine Aluminiumfolie angreift (siehe Natronlauge).

Die als Demonstration durchgeführten Versuche verdeutlichen in besonderem Maße das Wirkungspotential der Säuren (und Laugen). Oft stellen Schüler hier auch die Frage nach dem Unterschied zwischen einer Säure und einer Lauge. Diese Frage kann zunächst nicht befriedigend beantwortet werden. Von der sichtbaren Wirkung her sind sie ähnlich, trotzdem unterscheiden sie sich in ihrer chemischen Funktion. Vermischt man sie miteinander, heben sie sich in ihrer Wirkung gegenseitig auf. Der Basenbegriff soll erst später eingeführt werden.

Die Mineralsäuren wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure werden in ihrer zerstörenden Wirkung von den sogenannten „Supersäuren“ erheblich übertroffen. Der beste Kandidat hierfür ist die Fluorsulfonsäure (HSO₃F). Ein Gemisch aus 10% Fluorsulfonsäure und 90% Antimon(V)-fluorid (SbF₅) wird als „magische Säure“ bezeichnet. Das Gemisch kann die meisten bekannten Stoffe und selbst Beton in kurzer Zeit durchdringen.

Für Schülerinnen und Schüler ist auch faszinierend, dass im Tier- und Pflanzenreich Säuren als Abwehrwaffen eingesetzt werden. Brennnesseln und Ameisen benutzen dafür die Ameisensäure. Der Bombardierkäfer stellt einen ätzenden Cocktail aus Hydrochinon und Wasserstoffperoxid her. Fühlt er sich bedroht, mischt er diese Stoffe, wobei eine explosionsartige Reaktion stattfindet. Mit einem Knall verschießt er das Produkt auf den Angreifer (siehe bei Hydrochinon).

Dritter Teil der Unterrichtseinheit