Versuch 1
An welchen Stellen beginnt sich das Buch mit Wasser vollzusaugen ?
Wo kommt das Wasser als letztes an ?
Lege das nasse Buch neben das trockene und vergleiche die beiden.
Miß mit einem Meßstab die Dicke der beiden Bücher.
An welchen Stellen beginnt das Buch zu trocknen ?
Wo bleibt das Wasser am längsten ?
Überlege Dir, wo das Restwasser im Boden gespeichert wird, ist es gut für Pflanzen zugänglich ?
Die Beweglichkeit der Tonschichten kannst Du Dir mit einem Kartenstapel
veranschaulichen.
Nimm einen Satz alter, benutzter Spielkarten und einen neuen.
Die neuen Karten gleiten gut übereinander. Dieser Zustand entspricht
Tonpartikeln mit einer Wasserschicht.
Mit den benutzten Spielkarten geht das gleiten nicht mehr so gut. Die
Karten kleben stärker aneinander.
Überlege Dir bei welcher Luftfeuchtigkeit Bodenpartikel eine
Wasserschicht besitzen.
Eine weitere Eigenschaft von Ton ist seine Volumenänderung bei Feuchtigkeit, bzw. Trockenheit. Der folgende Versuch soll eine Vorstellung davon geben.
Versuch 2
Die Risse sind nicht nur auf die Oberflächen beschränkt.
Beobachte was passiert, wenn der Boden mit Wasser getränkt wird.
Nachdem Du gesehen hast, wie der Wassergehalt des Bodens die Form und das Bodengefüge beeinflussen kann wollen wir einmal sehen, welchen Gewichtsanteil das Wasser in einem wassergesättigten Boden hat.
Versuch 3
1.Probe | 2.Probe | 3.Probe | Mittelwert | |
---|---|---|---|---|
Einwaage in g | ||||
Trockengewicht in g | ||||
Wassergehalt in g | ||||
Wassergehalt in % |
Das Bodenwasser ist sehr wichtig für Pflanzen. Wie kommt es aber
das Wasser nicht, der Schwerkraft folgend, im Boden versickert?
Wenn Du einen dünnen Strohhalm oder eine Glaskapillare einen Becher
Wasser hälst wirst Du feststellen, daß in der Kapillare das
Wasser nach oben steigt.
Pflanzen nützen diesen Effekt, da sie in ihren Stengeln kleine
Kapillargefäße besitzen. Der Wassertransport erfolgt durch die
Verdunstung in den Blättern, hier wird den Kapillaren Wasser entzogen.
Mit einem einfachen Modell wird sichtbar, das so große Mengen
Wasser transportiert werden können.
Versuch 4
Gehst Du nach einem starken Regen auf einem Sandstrand spazieren, dann
ist der Sand nur feucht, während Du auf einem Marschboden durch Pfützen
und Schlamm läufst.
Das liegt an der unterschiedlichen Wasserspeicherfähigkeit und
dem unterschiedlich schnell ablaufendem Wasser.
Versuch 5
Ist das Wasser das jetzt abfließt das gleiche, das Du oben hineingeschüttet hast ?
Beschreibe die Unterschiede zwischen den Bodenarten ?
Verwende in einem neuen Versuch Bodenproben, die Du nur getrocknet
und nicht zerkleinert hast.
Wie ändert sich das Ergebnis ? Woran liegt das ?
Die Düngung der Äcker im Winter macht Sinn, da die Nährstoffe,
die dem Boden zugeführt werden, gespeichert werden können. Dies
ist möglich da die Nährstoffe als Ionen beigegeben werden, die
an den Bodenpartikel adsorbieren können.
Im folgenden wollen wir die unterschiedlichen Speicherfähigkeiten
der Böden untersuchen.
Versuch 6
Trockne die Bodenproben in einem Trockenschrank, bei 105°C oder
lasse sie an der Luft trocken werden.
Säge den Boden der PET-Flaschen ab, bohre ein etwa 3mm dickes
Loch in den Deckel und stecke ein Stück Watte in den Flaschenhals.
Befestige die Flaschen so an einem Stativ, das sie mit dem Kopf nach
unten über einem Becherglas hängen (vergleiche Skizze).
Vergleiche die Durchflußgeschwindigkeiten der Flaschen, indem
Du in alle Flaschen die gleiche Menge Wasser füllst und wartest bis
das Wasser durchgeflossen ist.
Achte darauf, das Du nur Flaschen verwendest, deren Durchflußgeschwindigkeit
ähnlich ist.
Als Alternative zu den durchbohrten Deckeln kannst du auch Korken mit
einem abgeschrägten Ende verwenden. Hier kannst Du den Durchfluss
variieren, je nachdem wie weit der Korken in der Flasche steckt.
Siebe alle (außer den Torf) Bodenproben durch ein gleich grosses
Sieb.
Falls die Tonböden zu grob sind kannst Du sie mit einem Mörser
zerkleinern.
Messe die Leitfähigkeit des Wassers, das Du auf die Böden
gießt und des Wassers, das die Böden durchflossen hat und notiere
das Ergebnis.
Gib solange Wasser auf die Böden bis die im Durchflußwasser
gemessene Leitfähigkeit sich nicht mehr von der des zugegebenen Wassers
unterscheidet.
Vergleiche die Anzahl der Durchgänge, die für die verschiedenen
Böden nötig sind.
Wo sind die meisten Nährstoffe vorhanden ?
Jetzt versuchen wir abzuschätzen, wie viele Ionen die verschiedenen
Böden adsorbieren können.
Für die Abschätzung benötigst Du eine Messreihe mit verschiedenen
NaCl-Konzentrationen.
Messe von jeder Lösung die Leitfähigkeit und notiere das Ergebnis.
Vergleiche die Adsorbtionsfähigkeit der Böden.
Batch-Methode
Gebe zu 50g einer Bodenprobe 300 ml dest. Wasser und einen Rührfisch.
Unterscheiden sich die Maximalwerte und die Geschwindigkeit der
Leitfähigkeitsänderung der Bodenproben ?
Lasse die Lösung einen Tag stehen und messe dann erneut die
Leitfähigkeit. Gibt es unterschiede zum Vortag ? Wenn ja, woher stammen
diese ?
Mehrwertige Ionen von Schwermetallen wirken in grossen Mengen schädlich
für die Vegetation und im Trinkwasser nicht erwünscht.
Versuch 7
Stelle von der FeCl3-Lösung , die Du zugibst, eine Referenzlösung
her, indem Du 5ml der Lösung und 1ml KSCN-Lösung in ein Reagenzglas
gibst. Die Lösung färbt sich blutrot.
Vergleiche die Färbungen für jede Bodenart.
Warum sind die Mengen Boden für Sand und Ton so unterschiedlich?
Welchen Einfluß hat der saure Regen auf die Filterwirkung
der Böden ?
Stelle eine 0,5 M NaCl-Lösung (entspricht etwa dem mittleren Salzgehalt
des Seewassers) her.
Messe die Leitfähigkeit der Lösung und notiere das Ergebnis.
Gib die Lösung in jeweils 100ml Portionen auf die Bodenproben.
Messe nach dem Durchfluß die Leitfähigkeit und trage den
Wert in eine Tabelle ein.
Gib solange von der NaCl-Lösung zu bis die Leitfähigkeit
im Durchflußwasser der des Salzwassers entspricht.
Sandboden
Oberboden
Unterboden
Torfboden
+100 ml
+100 ml
+100 ml
+100 ml
+100 ml
+100 ml
Summe
Stelle vier NaCl-Lösungen mit den Konzentrationen 0,01, 0,05,
0,1 und 0,25 her.
0,05M NaCl
0,1M NaCl
0,2M NaCl
0,4M NaCl
0,5M NaCl
Leitfähigkeit in mS
Erstelle einen Graphen indem Du die Leitfähigkeit gegen die Konzentration
aufträgst.
Um die Konzentration abzuschätzen musst Du die Gesamtleitfähigkeit
der adsorbierten Ionen berechnen. Trage in die Tabelle für jeden Durchlauf
die Differenzen zwischen der zugegebenen und der abgeflossenen Leitfähigkeit
ein. Addiere dann diese Werte für jeden Boden. Suche im Graphen die
zu diesem Leitfähigkeitswert gehörende Konzentration. Diese entspricht
einer groben Abschätzung der adsorbierten Ionenkonzentration.
Anzahl Durchläufe x Leitfähigkeit von 0.5M NaCl - Leitfähigkeitssumme
Sandboden
Anzahl Durchläufe x Leitfähigkeit von 0.5M NaCl - Leitfähigkeitssumme
Oberboden
Anzahl Durchläufe x Leitfähigkeit von 0.5M NaCl - Leitfähigkeitssumme
Unterboden
Anzahl Durchläufe x Leitfähigkeit von 0.5M NaCl - Leitfähigkeitssumme
Torfboden
Leitfähigkeit der adsorbierten Ionen
Geräte und Materialien
Magnetrührer
500 ml Becherglas
dest. Wasser
Bodenproben
Stativ
Diese Methode ist etwas weniger zeitaufwendig als die vorhergehende.
Stelle den Behälter auf den Magnetrührer und befestige den
Leitfähigkeitsmesser mit einem Stativ so, daß er in die Lösung
taucht ohne den Rührfisch zu behindern.
Stelle den Magnetrührer an und beobachte die Leitfähigkeitsänderung,
wobei du, falls vorhanden, einen y-t-Schreiber verwenden kannst.
Mit einem einfachen Versuch kannst Du Dir eine Vorstellung davon machen,
welche Böden diese Ionen anreichern und somit als Filter dienen.
Eisenadsorption
Geräte und Materialien
Bodenproben (z.B Sand und Tonboden)
FeCl3x6H2O-Lösung
2 500ml Bechergläser
Pipette
Reagenzgläser
Kaliumthiocyanat (5%)
HCl (20%)
dem. Wasser
Magnetrührer
Magnetfisch
Arbeitsanleitung
Gebe 2g FeCl3x6H2O auf 500ml destilliertes Wasser.
Fülle nach dem Schema in der Tabelle ein 500ml Becherglas mit
Boden, FeCl3x6H2O-Lösung und dem. Wasser. Die
Zahlen sollen nur als erste Näherung dienen, Du kannst sie später
noch je nach Bedarf abändern.
Bodenprobe in g
FeCl3*6H2O-Lösung in ml
dem. Wasser in ml
Sand
100
50
250
Ton
15
300
-
Gib nun noch den Magnetfisch in die Lösung und stelle das Ganze
auf den Magnetrührer.
Lasse sie Lösung etwa eine Stunde rühren.
Warte bis der Boden abgesetzt hat und gib dann mit der Pipette 5ml
der Lösung in ein Reagenzglas.
Gib jetzt noch 1ml KSCN dazu. Vergleiche die Rotfärbung mit der
Referenzlösung.
Die adsobierten Eisenionen können wieder in Lösung gebracht
werden, indem ein Überschuß an H3O+ zugegeben
wird.
Um das zu erreichen gibst Du jetzt 5ml von 20% HCl in das Becherglas
und lässt die Lösung noch eine Stunde rühren.
Nach der Stunde gibst Du wieder 5ml Lösung mit 1ml KSCN in ein
Reagenzglas und vergleichst die Färbung mit der Referenzlösung.
Stimmt die Farbe noch nicht überein, dann gibst Du noch einmal
5ml HCl zu und wiederholst den ganzen Vorgang.
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