Gliederung:
1. Ziel und Zweck
2. Vorwissen
3. Experiment
3.1. Skizze
3.2. Geräte
3.3. Chemikalien
3.4. Sonstige Hilfsmittel
3.5. Aufbau, Sicherheit und Entsorgung
4. Durchführung und Beobachtung
5. Auswertung
6. Ergebnis
7. Folgerung
8. Ausblick
9. Literatur
zu den didaktischen Anmerkungen
zur Lernkartei
1. Ziel und Zweck:
Es soll quantitativ untersucht werden, wie groß der Volumenanteil von Sauerstoff in der Raumluft ist. Durch die Bestimmung soll bewiesen werden, dass Luft kein Element, sondern ein Gemisch aus mindestens zwei Gasen ist.
2. Vorwissen:
Der Versuch, eine Kerze in einem abgeschlossenen Gasvolumen brennen zu lassen (Versuch in einer pneumatischen Wanne) zeigte, dass nach der Verbrennung immer noch Gas übrig bleibt oder ein neues Gas entsteht. Es kann sein, dass Luft nicht nur aus einem Gas besteht, dass vollständig die Verbrennung unterhält. Es kann aber auch sein, das ein Gas bei der Verbrennung entsteht, so das Luft gegen ein anderes Gas ausgetauscht wird. Beide Möglichkeiten lassen nur den Schluss zu, dass Luft aus verschiedenen Gasen besteht.
3. Experiment:
Mit der Halbmikrotechnik soll der Anteil vder Luft bestimmt werden, der bei der Reaktion mit Kupfer reagiert.untersucht werden. Das Verhalten des Restgases kann weiter untersucht werden.
3.1. Skizze: 
Bild 1: Bildunterschrift
Anmerkung:
1. Wenn man statt der Kunststoffkolbenprober leicht gängige, aber dichte Glaskolbenprober mit präzise eingeschliffenen Kolben einsetzt, kann man auf die Tauchung verzichten. Üblicherweise sind die in der Schule verwendeten Glaskolbenprober nicht dicht genug.
2. Das verbliebene Restgas sollte mit einem Glimmstab auf seine erstickende Wirkung untersucht werden.
3. Wenn man über reinen Sauerstoff verfügt, kann man zeigen, das dieser Sauerstoff vollständig zu Kupferoxid reagiert.
Zusatzversuch:
4. Wenn man nach der Oxidation den verbliebenen Stickstoff entfernt und durch (trockenen) Wasserstoff ersetzt und mit dem gebildeten Kuferoxid reagieren lässt, kann man zeigen, dass nun das doppelte Volumen an Wasserstoff zur Reduktion benötigt wird wie vorher an Sauerstoff aufgenommen wurde.
A, E Kolbenprober für Gasvorrat
B gerades Verbindungsstück
C Reaktionsrohr (Quarz)
D T-Stück
F Kunststoff-Dreiwegehahn
G Kolbenprober ohne Kolben, zusammen mit einem
Becherglas für die Druckausgleichseinstellung
3.3 Chemikalien und Hilfsstoffe:
Auflistung mit Ziffern 1,3 Luft
2 Kupferspäne (in C)
Becherglas
unter Umständen
Wasserstoff oder Sauerstoff für Folgeexperimente
3.5. Aufbau:
Die Apparatur besteht aus einer Reaktionseinheit, bestehend aus zwei Kolbenprobern (A,E), in denen sich das zu untersuchende Gas "Luft" befindet, einem Reaktionsrohr (C) mit dem Reduktionsmittel Kupfer. Die Reaktionseinheit ist über ein T-Stück (D) mit einem Dreiwegehahn (F) zum Füllen und Absperren und einer "Tauchung" (G) zum Einstellen des Druckgleichgewichts verbunden.
Die Apparatur wird zuerst komplett liegend auf dem Tisch zusammengebaut. Anschließend wird die gesamte Apparatur von der Rückseite her mit Federklammern (runde Kunststoffseite) versehen. In die Stahlseite der Federklammern werden zwei Alu-Vierkantrohr so eingelegt, daß das Reaktionsrohr zum Erhitzen frei bleibt.
Zur Überprüfung der Dichtigkeit füllt man die bereits fertig aufgebaute Apparatur mit druckfrei Luft. Die Tauchung zeigt Druckfreiheit an. Nachdem man mit dem Dreiwegehahn die Tauchung abgesperrt hat, bewegt man die Luft mehrfach mit Hilfe der Kolbenprrober über das Kupfer. Anschließend stellt man die Kolbenprober druckfrei ein und kontrolliert das Gasvolumen, indem man die Verbindung zu Tauchung wieder öffnet. Der Flüssigkeitsspiegel innerhalb und außerhalb der Tauchung muss gleich hoch stehen, wenn die Summe der Volumina in den Kolbenprobern so groß ist wie zu Beginn der Probe.
Sicherheit:
Beim Umgang mit unbekannten Chemikalien und Zweifelsfällen muss wie mit sehr giftigen Chemikalien gearbeitet werden!
Persönliche Schutzmaßnahmen: Beim Umgang mit Gefahrstoffen ist immer eine Schutzbrille zu tragen.
Es ist vorteilhaft, einen Schutzkittel zu tragen.
Bei Notwendigkeit sind Schutzhandschuhe zu tragen. Die Schutzhandschuhe müssen dem Durchdringungsvermögen der Chemikalien angepasst sein.
Einfüllen der Chemikalien:
Man füllt Substanz (1) in den Apparaturteil (A).
Entsorgung:
Das Quarz-Reaktionsrohr mit dem Gemisch aus Kupfer und Kupferoxid wird aufbewahrt. Es kann zur Umsetzung mir Wasserstoff dienen.
Jedes Experiment ist mit dem Risiko eines Fehlschlages verbunden. In Labor exsistiert die "Laborweisheit. Von zehn versuchen klappen neun nicht! Ein Experiment darf aber nur dann durchgeführt oder wiederholt werden, wenn das zu erwartende Ergebnis (der Erkenntnisgewinn) das Risiko, dass mit einem fehlgeschlagenen Experiment verbunden ist, mehr als aufwiegt.
4. Durchführung und Beobachtung:
1. Tätigkeit
Beobachtung
2. Tätigkeit
Beobachtung
5. Auswertung:
Zu jeder Beobachtung sollte in der Auswertung eine Erklärung angegeben werden, die dem Anspruch des Versuches angemessen ist.
Hier findet man auch die Kurzform der Beschreibung chemischer Reaktionen in der Formelsprache.
6. Ergebnis:
Das Ergebnis besteht in der Antwort auf die im Abschnitt Ziel und Zweck gestellte Fragestellung. Für einen Forscher ergeben sich aber noch ein paar wesentliche zusätzliche Ergebnisse, die zu neuen Zielstellungen führen:
Für welche Beobachtung gibt es keine schlüssige Erklärung?
Wurdenüberraschende neuen Beobachtung gemacht?
Welchen neu gefundene Beobachtung lohnt es durch weitere Experimenten zu untersuchen? Diese Beobachtungen müssen deutlich hervorgehoben werden.
7. Folgerung:
Welchen Nutzen für die Erkenntnis und die Anwendung könnte das Ergebnis für den Experimentator besitzen?
8. Ausblick:
Welche Untersuchungen schließen sich an?9. Literatur:
(1) Kohlenstoffdioxid-Nachweise in weiteren Stoffen (Überblick)
(2) Kohlenstoffdioxid-Nachweis in Atemluft
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