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Homepage > Aktivitäten > Mechanik > Bewegung > Ich bin öko-mobil! > Große Erfindungen > 5: Das Auto > Wo wird beim Auto CO2 ausgestoßen?

5.2: Wo wird beim Auto CO2 ausgestoßen?

Autor/inn/en:
Publikation: 9.3.2015
Lernstufe: 3
Übersicht: Ein Experiment macht deutlich, dass bei der Verbrennung CO2 entsteht.
Angestrebte Kenntnisse:
  • Im Verbrennungsmotor wird ein Luft-Brennstoffgemisch zur Explosion gebracht; der dabei entstehende Druck treibt einen Kolben an.
  • Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Gas, Kohle, Erdöl) entstehen Schadstoffe, u. a. CO2, der Hauptverursacher der Erderwärmung.
Wortschatz: Verbrennung, fossile Brennstoffe, Kohlenstoffdioxid (CO2)
Dauer: 1 Stunde
Material: Für jede Gruppe:
  • 1 Kerze
  • Kalkwasser [1]
  • 1 Glasgefäß mit Deckel
  • 1 Glas
  • Strohhalme
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Ausgangsfrage

Zu Beginn der Stunde fragt die Lehrerin: "Warum sagt man, dass Autos die Luft verpesten?". Die Schüler diskutieren eine Weile, bevor die Lehrerin weiter­fragt: "Was passiert in einem Motor? Was verbraucht bzw. ver­brennt ein Mo­tor?". Nach und nach kommen die Schüler zu dem Schluss, dass bei der Ver­brennung von Treibstoff Gase entstehen, und dass diese Gase Schad­stoffe sein können.

Die Lehrerin erklärt, dass eins dieser Gase das Kohlenstoffdioxid (CO2) ist. Sie fragt die Schüler, ob sie dieses Gas kennen. Meistens kennen die Schüler CO2 im Zusammenhang mit der Atmung (CO2 ist ein Bestandteil der ausgeatmeten Luft). Sie wissen auch, dass Sprudel und andere kohlensäurehaltigen Getränke CO2 enthalten. Und auch über den Zusammenhang zwischen CO2 und der Erd­erwärmung haben sie in der Regel schon etwas gehört.

Oft verbinden die Schüler den Begriff Schadstoff mit schlechten Gerüchen. Die Lehrerin betont daher, dass CO2 geruchlos ist und etwaige Gerüche von ande­ren Verbrennungsprodukten herrühren. Eine andere wichtige Eigenschaft des CO2 ist seine Unsichtbarkeit. Der Hinweis auf die Atmung überzeugt: Wenn wir ausatmen, sieht man nichts (abgesehen von Wasserdampf bei kaltem Wetter).

Die Lehrerin fragt nun: "Wie lässt sich CO2 trotz seiner Geruchlosigkeit und Unsichtbarkeit nachweisen?". Im Allgemeinen werden die Schüler nicht darauf kommen, dass man dazu Kalkwasser [1] verwenden kann. Kalkwasser ändert in Kontakt mit CO2 sein Aussehen.

Gemeinsam denkt sich die Klasse ein Experiment aus, das zeigen soll, dass bei der Verbrennung CO2 entsteht. Wenn die Schüler nicht weiterkommen, zeigt ihnen die Lehrerin das zur Verfügung stehende Material.

Experiment

Die Schüler zeichnen den Aufbau des gemeinsam besprochenen Experiments und führen es anschließend durch. Zum Beispiel kann man eine Kerze in einem geschlossenen Glas brennen lassen. Zuvor wurde unten in das Glas etwas Kalk­wasser gegossen. Am Ende der Verbrennung, wenn die Kerze erloschen ist, ist das Kalkwasser trüb. Das ist der Nachweis dafür, dass CO2 entstanden ist.

2 Fotos: Kerze im Glas

Abb. 1: Eine Kerze wird in ein Glas gestellt und angezündet. Wird der Deckel auf das Glas geschraubt, erlischt die Kerze nach kurzer Zeit. Das Kalkwasser ist trüb geworden [2].

Protokoll zur Kerze im Glas

Abb. 2: Protokoll zum Experiment mit der Kerze im Glas [2]

Wissenschaftliche Anmerkungen

  • Während der Verbrennung sieht man Rauch aufsteigen. Es handelt sich dabei nicht um das geruchlose und unsichtbare CO2, sondern um Koh­lenstoff (feine Rußteilchen), der von der unvollständigen Verbrennung des Kerzenwachses herrührt (man kann den Ruß zum Beispiel nachwei­sen, indem man eine Glasplatte über die Flamme hält; die Glasplatte wird schwarz).
  • Wenn die Verbrennung zu schnell endet (weil der Sauerstoff verbraucht ist) und für den Nachweis zu wenig CO2 entstanden ist, sollte man den Deckel des Glases nicht fest schließen. So kann die Verbrennung wei­tergehen, ohne dass zu viel CO2 entweicht (das CO2 neigt dazu, sich wegen seiner höheren Dichte am Boden des Glases zu sammeln).

Gemeinsame Erörterung

Der Versuch zeigt, dass durch die Verbrennung im Glas CO2 entstanden ist. Die Tatsache, dass das Kalkwasser trüb wird, beweist, dass in der Luft im Glas "etwas" ist, das in der Umgebungsluft nicht vorhanden ist.

Die Schüler können sich von der Reaktion des Kalkwassers überzeugen, indem sie ein entsprechendes Experiment mit ihrer Atemluft machen. Sie blasen durch einen Strohhalm Atemluft in das Kalkwasser und sehen, dass sich auch auf diese Weise eine Trübung einstellt.

Foto: Kind pustet seine Atemluft in die Kalkwasserlösung

Abb. 3: Ein Kind pustet seine Atemluft in die Kalkwasserlösung [2].

Zusammenfassung

Die Klasse erarbeitet eine gemeinsame Schlussfolgerung.

Beispiel: Bei der Verbrennung entsteht CO2 (Kohlenstoffdioxid).

Die Lehrerin fügt hinzu, dass CO2 als Schadstoff zu betrachten ist, weil es (in hoher Konzentration) gesundheitsschädlich ist, und vor allen Dingen weil der Ausstoß von CO2 die Hauptursache für den Klimawandel ist. Im Verbrennungs­motor entstehen allerdings noch weitere Schadstoffe: Gase und Teilchen, die wir im Laufe des Projekts noch untersuchen werden (siehe die Unterrichts­einheit "7.1: Auswirkungen des Verkehrs auf die Luftqualität").

Multimediale Erweiterung

Die Arbeitsweise des Verbrennungsmotors kann in der folgenden Animation untersucht werden.

Animation zum Verbrennungsmotor

Abb. 4: Animation zur Funktionsweise des Verbrennungsmotors (auf Französisch)

In der Animation wird veranschaulicht, wie der Verbrennungsmotor funktioniert. Die Animation lässt sich auch ohne Französischkenntnisse verstehen. Es wer­den die vier Phasen (Takte) des Verbrennungsmotors dargestellt: 1. Ansaugen, 2. Verdichten, 3. Zünden und Ausdehnen, 4. Ausstoßen. Um die Geschwindig­keit zu erhöhen, kann man auf das Gaspedal "treten" Unter dem Rei­ter "Auto" (Voiture) kann man durch Drücken des Gaspedals sehen, wie der Motor schnel­ler wird.

Mögliche Erweiterungen

Hier drei Möglichkeiten:


Fußnote

1: Kalkwasser ist eine wässrige Kalciumhydroxid-Lösung, die man zum Nach­weis von CO2 verwenden kann. Man stellt Kalkwasser her, indem man Kalcium­hydroxid (Löschkalk) in Wasser gibt und die Lösung filtriert. In Kontakt mit CO2 wird das (vorher klare) Kalkwasser trüb.
Reaktion zum Nachweis von CO2 (Kalkwasser + Kohlenstoffdioxid wird zu Kalziumkarbonat + Wasser): Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

2: Abb. 1 und 2: 5. Klasse von Kévin Faix (Le Kremlin-Bicêtre)
Abb. 3: 5. Klasse von Cécile Perrin (Le Kremlin-Bicêtre)

Letzte Aktualisierung: 18.1.2017

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