Dienstag - 24. März 2015

"Jugend forscht": Chemie

Biogas aus Strom und Abgasen - Archaeen unter Strom

Marvin Grotepaß - Helmholtz-Gymnasium, Hilden
In meinem Projekt aus dem vorigen Jahr habe ich mich bereits mit der Herstellung von Methan aus CO2 und überschüssigem Strom befasst. Dabei wird Wasser in Sauerstoff und Protonen zerlegt. Diese Protonen können zusammen mit CO2 von Archaeen (Mikroorganismen) zu Methan verarbeitet werden. Nun habe ich das Verfahren weiter optimiert. Dazu wurde mit dem Farbstoff Berliner Blau die Übertragung der Elektronen auf die Archaeen verbessert.

Phenole aus Energiesparlampen: Setzen sie während des Betriebes krebserregende Dämpfe frei?

Erik Karaskiwiecz - Cornelius-Burgh-Gymnasium, Erkelenz
Nicht nur von zerbrochenen Energiesparlampen gehen Gesundheitsgefahren aus, denn krebserregende Substanzen wie Phenol, Tetrahydrofuran und Alkylbenzole gasen in erheblichem Umfang aus eingeschalteten Energiesparlampen aus.

Im Modellversuch wird die Freisetzung von Phenol aus Energiesparleuchten simuliert untersucht. Für die Substanzidentifizierung und -quantifizierung wird die Methode der Gaschromatographie mit einem Massenspektrometer (GC/MS) eingesetzt. Eine Bewertung der Analysendaten erfolgt gemäß den Richtwerten für Phenol in der Innenraumluft.


Nicht immer bloß wegschmeißen! – Wir recyceln Altelektronik und untersuchen mögliche Alternativen

Tom Bösing (links), Tino Beste (Mitte), Arian Bäumer (rechts) - Pascal-Gymnasium, Münster
Jedes Jahr gehen etliche elektronische Geräte zu Bruch; so haben wir uns gefragt, was nach ihrem Ableben mit ihnen passiert und wie man sie weiterverwerten kann. Zunächst besuchten wir mehrere Spezialisten; währenddessen fiel uns auf, dass viel Altelektronik in Entwicklungsländer exportiert und dort nicht sachgerecht recycelt wird. So fragten wir uns, ob man vielleicht nicht auch selber Altelektronik sinnvoll und sicher recyceln kann. Nachdem wir einen Computer, stellvertretend für alle Arten der Elektronik, zerlegten und anschließend an der Universität Münster netterweise selber mithilfe der µ-Röntgenfluoroszenzanalyse analysieren durften, fanden wir heraus, dass in alter Elektronik das Metall Gold in unübersehbaren Mengen neben vorwiegend Nickel und Kupfer auf den Platinen zu finden ist. Somit beschränkten wir uns bei unserem Recycling vorerst auf Gold und Kupfer, wobei wir in der weiterführenden Arbeit die auch enthaltenen Metalle Silber und Palladium extrahieren werden. Schließlich gewannen wir das Gold mittels einer Mischung aus niedrig konzentrierter Salzsäure und 35%igem Wasserstoffperoxid (Chemikalien, die man problemlos in jeder Apotheke erwerben kann), indem wir Kupfer und Nickel auf der Platine, die mit einer feinen Schicht Gold überzogen waren, auflösten und das Gold nun in kleinen Flitterchen abblätterte. Aus dem übrig gebliebenen Gemisch konnten wir nun auch das Kupfer in Form von Kupferhydroxid mithilfe von Natronlauge ausfällen und hatten somit unser eigenes, umweltverträgliches Fungizid.


Aus der Windel in die Erde: Superabsorber zur nachhaltigen Nutzung trockener Böden

Lucca Mattheus - Lise-Meitner-Gymnasium, Geldern
Auf nährstoffarmen Böden mit unregelmäßigen Niederschlagsverteilungen ist es meist sehr kostspielig und schwierig effektive Landwirtschaft zu betreiben. Ursachen hier für sind mangelnde Wasser- und Nährstoffspeicherkapazitäten.

Da ein Superabsorber sehr viel Wasser aufnehmen und speichern kann, eignet er sich theoretisch sehr gut, um die Probleme der trockenen und nährstoffarmen Böden zu beheben.

Da Dünger die Aufnahmekapazität des Superabsorbers reduziert, wird außerdem ein Filtermaterial, wie zum Beispiel Aktivkohle, benötigt.

Ich versuche nun, diese beiden Materialien auf unterschiedlichen Wegen miteinander zu verbinden und anschließend untersuche ich ihren Wirkungsgrad in Pflanzenversuchen. Mein Ziel ist es, einen Bodenaufbesserer zu entwickeln, mit dem selbst auf nährstoffarmen Flächen mit unregelmäßiger Niederschlagsverteilung Landwirtschaft betrieben werden kann.


Reaktionskinetik nucleophiler Substitutionen – Messung der Aktivierungsenergie

Julia Schumann (links), Marie Brück (rechts) - Erzbischöfliche Schule Marienberg, Neuss
In unserer Jugend forscht Arbeit zum Thema der Reaktionskinetik nucleophiler Substitutionen und der Messung der Aktivierungsenergie haben wir diese experimentell untersucht und uns dabei auf die SN1-Reaktionen spezifiziert.

Fragestellung ist die Reaktionskinetik der SN1-Reaktion und die Aktivierungsenergie, sowie das genaue Ausmaß von Einflussfaktoren. Diese normalerweise nur als feststehende, nicht durch eigene Schülerversuche belegten Fakten wollten wir nun einmal selber überprüfen.

Die Experimente führten wir mit dem Stoff 2-Brom-2-methylpropan durch und variierten die Einflussgrößen (Temperatur, Konzentration) um deren Einfluss auf die Reaktion zu ermitteln. Ursprünglicher Plan war es diese Hydrolysen auch mit dem Stoff 2-Chlor-2-methylpropan durchzuführen, um die Bedeutung der Abgangsgruppe und damit der Substratsstruktur zu ermitteln. Aus Gründen, die den Umfang der Arbeit betreffen, konnten wir diesen Teil jedoch nicht abschließen und haben uns deshalb dazu entschieden, unser Hauptaugenmerk auf die anderen Einflussfaktoren zu legen. Anschließend haben wir die Aktivierungsenergie der Reaktionen nach der Arrhenius-Methode gemessen und mit dem theoretischen Wert von 2-Chlor-2-methylpropan verglichen.

Zunächst geben wir einen theoretischen Überblick über den Mechanismus der SN1-Reaktion und die Beeinflussungsfaktoren von diesem. Danach gehen wir auf den physikalischen Teil der Reaktionskinetik ein. Hier erklären wir den Energieverlauf der durchgeführten Reaktionen und die damit verbundene Reaktionsgeschwindigkeit. Anschließend folgt die Bestimmung der Aktivierungsenergie durch die Arrhenius-Auftragung.

Letztendlich sind wir zu dem Ergebnis gekommen, dass die Aktivierungsenergie bei ungefähr 9 kJ/mol liegt. Damit ist sie kleiner als die Aktivierungsenergie der Spaltung von 2-Chlor-2-methyolpropan, die bei 47,4 kJ/mol liegt. Als Grund stellten wir Brom als bessere Abgangsgruppe heraus.

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Letzte Änderung: 5. Januar 2016 Copyright © Bayer AG