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Schulen » Beispiele für Projektarbeiten Liebigs Arbeitsgebiet in Experimenten: Angewandte Chemie
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Justus von Liebig wurde im Jahre 1803 in Darmstadt geboren und starb 1873 in München. In diesem Jahr, dem "Jahr der Chemie 2003", jährt sich der Geburtstag des bedeutendsten Chemikers des 19. Jahrhunderts zum 200 mal und wird deshalb auch als "Liebig - Jahr" bezeichnet. "Für den deutschen Sprachraum hat Liebig die Chemie in den Rang einer exakten Naturwissenschaft erhoben. Er hat sie lehrbar und die chemische Forschung lernbar gemacht. Er erfand den experimentellen Unterricht. Sein Labor war Werkstätte und Lehrstätte zugleich. Es wurde bald zum Vorbild für chemische Ausbildungsstätte in aller Welt." Internet: www.liebig-museum.de (Stand 16.09.02) Liebig hielt Freundschaften zu anderen bekannten Wissenschaftlern, unter Anderen zu Wöhler, Berzelius, Fresenius, Mendelejev, Faraday und Muspratt. Er tauschte mit ihnen Erkenntnisse aus, diskutierte mit ihnen und zog sich Meinungen zu seinen unzähligen Veröffentlichungen ein. Zu seinen Schülern zählten Kekulé und Merck. Liebig beschäftigte sich mit einer Vielzahl von Themen:
Durch diese Vielfalt an Themengebieten haben wir uns auf 3 Bereiche beschränkt, die Agriculturchemie (Liebig's Patentdünger), Nahrungsmittel (Brotherstellung, Säuglingssuppe) und die Silberverspiegelung.
Der Anfang für Liebigs Düngelehre lag bei seinen Untersuchungen von Pflanzenteilen (Elementaranalyse), hier stieß Liebig zuerst auf das Problem des Wassergehaltes der Pflanzen, weshalb er einen speziellen Trockenapparat entwickelt, womit er den Wassergehalt ermitteln konnte. Als Zweites entdeckte Liebig, dass Pflanzen auch anorganische Stoffe enthalten, welche nach der Verbrennung in der Asche enthalten sind. Darauf hin beschäftigte er sich mit der Zusammensetzung und der Analyse von Pflanzenasche. Liebig erkannte dabei, dass diese Stoffe, welche durch die Ernte der Feldfrüchte dem Boden genommen werden, ihm auf andere Weise wieder zugeführt werden müssen, um die Erträge zu erhöhen. 1840 veröffentlichte Liebig das Buch "Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie", Agriculturchemie genannt, im Friedrich Vieweg Verlag, Braunschweig.
Begleitdokumentation der Universität Hohenheim - Justus von Liebig "Alles ist Chemie" Liebigs Fehler war die Annahme, dass die Pflanzen den benötigten Stickstoff aus der Atmosphäre, die ja zu 75% daraus besteht, beziehen. Jedoch sind Pflanzen nicht in der Lage diese Stickstoffmoleküle (N2) aufzunehmen, sie können Stickstoff nur in Verbindungen wie z.B. Ammonium aufnehmen. Liebig gründete daraufhin eine Düngemittelmittelfabrik, die 6 Düngermitteltypen herstellte, welche für Getreide, Hackfrüchte, Gemüsearten, Gräser, Tabak und Flachs bestimmt waren. Sie kamen im Herbst 1845 auf den Markt. Als Nachteil erwies sich, dass Liebig die Dünger bevor sie in den Handel kamen nicht in Feldversuchen erprobte. So zeigten sich die ungünstigen Eigenschaften erst nachdem die verschiedenen Düngemitteltypen bereits im Handel waren. Rezept: "Liebig's Patentdünger" (unlöslich) Mischung aus:
Diese Mischung wird in einem Ofen verschmolzen, es wurden keine Hinweise auf die Verhältnisse der Mischung gefunden.
Eigene Versuche Herstellung: Als Vorführversuch dachten wir die Schwerlöslichkeit des Düngers darzustellen indem wir ihn mit einem modernen löslichen Dünger vergleichen. Weiterhin sollten Nachweise in den Lösungen der Dünger gemacht werden, wobei in Liebig's Patentdünger keine Substanzen nachgewiesen werden können im Gegensatz zu dem herkömmlichen Dünger, in welchem Phosphat, Kalium, Silikat etc. nachweisbar sind. Als Vergleichsdünger wurde ein Tannendünger verwendet. Zusammensetzung:
Einzelnachweise:
Alle Nachweise schlugen fehl. Der Düngervergleich als Vorführversuch ist zwar geeignet, aber unter den gegebenen Umständen nicht realisierbar.
Spiegel wurden traditioneller Weise nach einem Verfahren hergestellt, das venezianische Handwerker im 16. Jahrhundert entwickelt hatten. Bei diesem Verfahren, dem Amalgam-Verfahren, wird mit Quecksilber und Zinn eine widerspiegelnde Oberfläche auf Glasscheiben erzeugt. Durch die großen Mengen an Quecksilber die hierzu benötigt wurden litten die Spiegelhersteller der damaligen Zeit an einer schlechten Gesundheit und verstarben früh. Liebig selbst fand 1835 heraus, dass Silbersalze durch Aldehyde in metallisches Silber reduziert werden konnte und empfahl diese Reaktion als Test zur Feststellung von Aldehyden in organischen Substanzen. 1858 sicherte sich Liebig auf die elektrolytisch niedergeschlagene Kupferschicht das Patent in den Ländern, Bayern, England, Frankreich, Russland und den USA. Die Gründe hierfür:
Erst nach Liebigs Tod, im 19. Jahrhundert setzte sich sein entwickeltes Verfahren auf der ganzen Welt durch, nicht zuletzt, weil viele Länder die Gesetzte zur Verwendung von Quecksilber in der Industrie hinsichtlich der Sicherheit verschärften. Liebigs verfahren wurde etwas abgewandelt und die Aufsprühtechnik verbessert und wird dadurch noch heute in der Silberherstellung verwendet.
Rezept: "Silberspiegel nach Liebig" Prinzip: Reduzierung einer ammoniakalischen Silbernitrat - Lösung mit Milchzucker zum metallischen Silberspiegel Als Schülerexperiment
Als Reihenversuch Schüler A : Präparation der Versilberungslösung im Gefäß (ca. 1-2 min.)
Schüler B: Verspiegelung (pro Gefäß ca. 2 min)
Der Silberspiegel wird dauerhafter durch Besprühen der Freien Rückseite mit Klarlack. Fazit: Es gab keinerlei Probleme bei der Durchführung der Silberverspiegelumg, sie ist einfach und schnell. Als Vorführversuch für Hohenheim sehr gut geeignet.
Liebig beschäftigte sich lange mit Untersuchungen der Veränderungen des Nährwertes von Nahrungsmitteln vor und nach der Zubereitung. Er befasste sich auch mit der Herstellung von Brot. Der allgemeine Unterschied zur gewöhnlichen Methode, der Gärung, war die poröse Beschaffenheit des Brotes chemisch herzustellen. Diese Brotbereitung ist jedoch keine neue Erfindung. Sie war schon 25 Jahre vorher bekannt, jedoch nicht allgemein anwendbar. Liebig vereinfachte die Zubereitung. Bei diesen Versuchen änderte Liebig seine Meinung gegen die Anwendung chemischer Stoffe bei der Nahrungsmittelzubereitung, er empfiehlt sie sogar. Allgemeine Zeitung Augsburg, Mittwoch 12.Februar 1868 Durch den chemischen Prozess wird jedoch das Mehl zerstört und kann somit kein brauchbares Brot entwickeln. Probleme die Liebig nicht abschreckten weiter zu forschen. Er fand heraus, dass Phosphate beim Backvorgang vom Mehl in die Kleie übergehen. Es ist also von Vorteil ein Kleie-Mehl-Gemisch zu verwenden, dies hat auch noch weitere Vorteile: es hat einen volleren Nährwert und ergibt eine größere Menge. Je grober das Mehl, desto geringer der Übergang und desto höher der Nährwert. Allgemeine Zeitung Augsburg, Mittwoch 12.Februar 1868 Zutaten:
5 g doppelt kohlensaueres Natron - muss im Gleichgewicht stehen mit HCl (eher im Unterschuss) 20 ml Salzsäure 10 g Kochsalz 345 ml Wasser
Reaktionsgleichung:
Zubereitung:
Zusätze: Da dieses Brot einen leicht anderen Geschmack hat, als das herkömmliche Bäckerbrot, kann es verfeinert werden. 1-2 Maß Essig (vom Wasser abziehen) auf 100 Pfund Mehl 0,25 oder 0,5 Pfund alten mageren Käse " Die chemische Methode der Brodbereitung ist jetzt aus meinem Laboratorium in die Praxis übergegangen, und nach einigen Versuchen, ganz besonders zur Ausmittlung der richtigen Backtemperatur, ist es dem hiesigen geschickten und erfahrenen Bäckermeister Massa sehr bald gelungen sowohl Schwarzbrod aus Mehl von ganzem Korn, als Brod aus gewöhnlichem Mehl von sehr guter Beschaffenheit darzustellen, und es ist ohne Zweifel der Neugierde des Publicums zuzuschreiben dass er bei weitem nicht die Nachfrage befriedigen konnte. Allgemeine Zeitung Augsburg; Beilage 12. Februar 1868 Liebig ist der Meinung Brot herzustellen bedarf Erfahrung, die Qualität des Mehles, die Temperatur des Ofens und die Dauer des Backens um eine gute Beschaffenheit zu erlangen. Durch die Verwendung von Schrotmehl wird der volle Nährwert des Kornes genutzt. Auch fallen die unzähligen Schimmelpilze weg, welche im Sauerteig durch den Backvorgang nicht vollständig abgetötet werden können. Das Brot ist länger haltbar. Die Verwendung von Schrotmehl im Vergleich zur gleichen Menge "weißem, herkömmlichen" Mehl ergibt eine größere Menge Brot. Durch den höheren Nährwert des Kornes sättigt es eher. Nach Liebig ist dies ein großer Gewinn für Bevölkerungsgruppen deren Hauptnahrungsmittel Brot ist. Allgemeine Zeitung Augsburg, Mittwoch 12.Februar 1868 Abschließend: "Eine weitere Anzahl von Thathsachen aus dem letzten preußisch-österreichischen Kriege, die zu mir erweckt dass für eine Armee im Feld und auf dem Marsch eine Methode der Brodbereitung welche unabhängig von dem Gährungsprocesse ist, und die ein Brod liefern welches nicht oder sehr viel weniger dem Schimmel unterworfen ist als das gewöhnliche Brod, als eine große Wohlthat sich bewahren würde, und das genauere Studium der Brodbereitung hat die Ansicht in mir festgestellt: dass ein solches Brod sich nur durch die Anwendung chemischer Mittel erzielen läßt, und dass diese, richtig gewählt, ein Brod, und von einer Beschaffenheit welche nichts zu wünschen übrig läßt." Allgemeine Zeitung Augsburg Sonnabend 11. Januar 1868 Beilage
Eigene Versuche Zubereitung von Brot im Vergleich "normales, weißes" Mehl und Roggenschrot.
Verkostet haben wir das Brot nicht, da Chemikalien aus den Labor mit unbekannter Reinheit benutzt wurden. Bei der Brotherstellung konnten wir persönlich erfahren, was Liebig meinte, in dem er äußerte: es Bedarf einer gewissen Erfahrung Brot mit einer guten Beschaffenheit herzustellen. Vom Aussehen her hat das Weizenmehlbrot eine bessere Beschaffenheit als das Roggenschrotbrot. Wir glauben das der Roggenschrot mehr Wasser benötigt, da das Brot sehr trocken war, wahrscheinlich auch dadurch der Backvorgang weniger lockeres Brot zustande brachte. Womöglich haben wir das Brot auch zu schnell gebacken (Gasstufe 5), bei geringerer Stufe hätte es länger gebacken und somit mehr Zeit zum Aufgehen gehabt. Da wir keine Nährwertuntersuchungen durchgeführt haben, wollen wir uns nicht festlegen ob ein Brot besser oder schlechter als das Andere ist.
Hohenheim Da das Brotbacken für den Vortrag in Hohenheim kein guter und effektvoller Vorführversuch ist, haben wir uns darüber Gedanken gemacht wie man den chemischen Prozess, welcher das Brot aufgehen lässt, darstellen kann. Um die Reaktion gut sichtbar zu machen, nehmen wir eine höhere Konzentration des Natriumhydrogencarbonat.
3.Versuch Als Vorführversuch ist der Versuch 2 am Besten zu realisieren.
Liebig sah die Ernährung als "Gegenstand von Wichtigkeit" und "Gewohnheit". Er entwickelte sie für Mütter die nicht in der Lage waren ihre Kinder selbst zu nähren. Zur Zeit Liebig's standen mangelhafte bzw. fehlerhafte Ernährung, sowie Kindserkrankungen die bis zum Tod führen an der Tagesordnung. Bei der Bereitung der Suppe war es wichtig, dass sie den selben Ernähungswert wie Frauenmilch hat. Die Zusammensetzung der Frauenmilch wurde bereits von Haidlen analysiert. Bei seinen Überlegungen und Versuchen stützt sich Liebig auf diese. Hauptsächlich war es wichtig einen Nahrungsersatz herzustellen der gleiche blut- und wärmeerzeugende Stoffe enthält wie die Frauenmilch. Je nach Lebensalter und den damit verbundenen Bedürfnissen des Individuums müssen sie im richtigen Verhältnis zueinander stehen, um dem Organismus nicht zu schaden.
Die Tabelle zeigt das die Zusammensetzung der Milch für jedes Individuum spezifisch ist und nicht jede Milch für einen Säugling geeignet ist. Weitere Versuche Liebig's ergaben, dass Frauenmilch weniger Salz enthält als Kuhmilch und stärker alkalisch reagiert. Weiterhin enthält sie mehr freies Kaliumhydrogencarbonat. Im Verhältnis dazu reagiert Mehl eher sauer, welches der alkalischen Wirkung der Frauenmilch entgegenwirkt. Auch können die Kinder das Stärkemehl weniger gut verdauen. Hier bestand Liebig's Aufgabe darin das Stärkemehl in Zucker und Dextrine umzuwandeln, also in die lösliche Form zu bringen. Durch Zugabe von Malzmehl kann dies erzielt werden. Mit diesen Vorüberlegungen entwickelte Liebig die Suppe. Zutaten:
Zubereitung:
oder
1 Fingerhut → 3 Gran Kali Diese Suppe kann aus der Flasche gegeben werden. Sie enthält die doppelte Konzentration an wärme- und blutbildenden Stoffen wie Frauenmilch, sie behält diese Beschaffenheit für 24 Stunden. Justus von Liebig: Annalen der Chemie und Pharmazie Bd. 133 p.382f. Eigene Versuche Wir wollten die Wirkung des Kaliumcarbonates in der Suppe testen. 1. Versuch - Herstellen einer Suppe mit K2CO3
- erhitzen, gut vermengen, ständig rühren - von der Kochstelle nehmen, weiterrühren Da der Versuch überhaupt nicht funktioniert hat und für Hohenheim nicht realisierbar ist, haben wir keine weiteren Versuche durchgeführt und auch keine Fehlerbeseitigung, da keine Suppe entstanden ist, betrieben.
Fertilizer: Silver mirror: Bread backing: Infant soup:
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