Wasser, Chemisch Betrachtet

Inhaltsverzeichnis 1. Einführung 2. Die Aufgaben des Wassers 3. Der menschliche Wasserhaushalt 4. Wassermangel- Dehydration 5.

Versuch: Photometrische Bestimmung von Nitrat in Wasserproben

6. Vergleich Wasserkästen 7. Nitrat 8. Trinkwasserbestimmung

Erarbeitet von: Simone Haag Nina Harm Daniela Max

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Wasser, kurz eingetaucht…. Ein Mensch trinkt bei einer Lebenserwartung von 80 Jahren 60.000 Liter Wasser. Dies entspricht einer Trinkmenge von 2l pro Tag. Wasser macht 40%-80% der Körpermasse aus, abhängig von Geschlecht, Alter und Gewicht. Während der Wassergehalt bei einem Säugling zwischen 75%-80% liegt, nimmt er bis zum Ende des Jugendalters auf 60% ab und im Alter sinkt er sogar auf 50%. Wir können zwar wochenlang ohne Nahrungsaufnahme leben, aber nur wenige Tage ohne Flüssigkeit. Jede Zelle, fast alle Körperflüssigkeiten und so gut wie jeder Stoffwechselvorgang benötigen Wasser als Bestandteil oder Reaktionspartner. Somit ist Wasser auch eines der wichtigsten Transportmittel im Organismus. Die Aufgaben des Wassers Lösungsmittel: Wasser ist für polare Stoffe ein besseres Lösungsmittel als die Meisten anderen Flüssigkeit. Dies beruht auf der Struktur des Wassermoleküls, da es ein Dipol ist und deshalb fallen die Ladungsschwerpunkte nicht zusammen. Ionenbindungen werden geschwächt und polare Moleküle gelöst: Wasser löst organische Verbindungen mit Carboxyl - oder Aminogruppe. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Wasserdipolen und zum Beispiel Na+- und Cl- - Ionen führt zu einer Ausbildung stabiler und hydratisierter Ionen. Transportmittel: Wasser ist im Körper immer in Bewegung und dennoch bleibt die Verteilung der Körperflüssigkeit verhältnismäßig gleich. Mit Hilfe der Körperflüssigkeit werden gelöste Nährstoffe zu den Zellen transportiert, zudem werden die Stoffwechselprodukte zu den Ausscheidungsorganen transportiert. Erythrozyten mit Oxyhämoglobin gelangen durch Wasser zu den Zellen, dort wird der Sauerstoff abgegeben und Kohlenstoffdioxid aufgenommen um es zur Lunge zu bringen. Dieser ständige Austausch findet in der Extrazellulären Flüssigkeit, welche 35% des Körperwassers ausmacht und in der Intrazellulären Flüssigkeit, 65% des Körperwassers, statt. Es werden auch extrazelluläre Elektrolyte (z. B. Natrium, Chlorid, Bikarbonat) und intrazelluläre Elektrolyte (z. B. Kalium, Magnesium, Protein) transportiert. Beteiligung an enzymatischen Prozessen: Wasser ist an vielen enzymatischen Reaktionen beteiligt. Baustoff: Wasser ist bei Polysacchariden und Proteinen ein Bestandteil der Struktur. Wärmeregulation: Seite 2

Wasser benötigt eine höhere Verdampfungswärme als andere vergleichbare Flüssigkeiten. Auch um Moleküle voneinander zu trennen wird Verdampfungswärme benötigt. Bei einer extremen Belastung, wie zum Beispiel beim Trainieren können 1,5l Schweiß ausgeschieden werden. Um den Körper zu kühlen wird die verbrauchte Wärme genutzt. Dadurch bleibt die Körpertemperatur immer konstant. Der menschliche Wasserhaushalt Die Niere spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Wasserhaushaltes. Bei einem Wasserverlust bedingt z.B. durch starkes Schwitzen steigt die Konzentration der osmotisch wirksamen Teilchen im Blutplasma, dadurch kommt es zum Blutdruckabfall. Um diesen Verlust auszugleichen strömt Wasser aus den Zellen. Es kommt zu einer zellulären Dehydration, also zu wenig Wasser in der Zelle. Um dieses Ungleichgewicht wieder in Balance zu bekommen schüttet der Körper das Enzym ADH (Adiuretin), das im Hypothalamus im Gehirn gebildet wird, aus. Dieses Hormon wird über das Blut zur Niere gebracht und veranlasst dort, dass Wasser aus dem Nierengewebe zurückdiffundiert und somit das Gleichgewicht wieder hergestellt werden kann. Das Ziel ist es durch die Konzentrierung des Endharns weniger Wasser auszuscheiden. Bei einer großen Flüssigkeitsaufnahme z.B. durch hohe Wasserzufuhr kommt es zu einer Zunahme des Blutvolumens, was eine Dehnung des linken Herzhofes verursacht. Diese Dehnung führt zur Hemmung der ADH-Ausschüttung. Durch das Zurückgehen des Hormons wird weniger Wasser zurückresorbiert und es kommt zu erhöter Ausschüttung von verdünntem Harn.

Verstärkte ADH-Ausschüttung Adrenalin Schmerz Nikotin Ohnmacht

Gehemmte ADH-Ausschüttung Koffein Alkohol Zu geringe Salzaufnahme

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Wassermangel – Dehydration Erste Anzeichen von Wassermangel: Durstgefühl, konzentrierter Harn, Mundtrockenheit, Unruhe, Müdigkeit,….. •

Sinkt der Anteil an Flüssigkeit im Körper zu stark ab, nimmt die Menge an Blutplasma (und damit das Blutvolumen) ab und das Blut wird dickflüssig.

Sauerstoffversorgung von Gehirn, Organen und Muskeln wird beeinträchtigt, Herz muss kräftiger pumpen und schlägt deshalb schneller  Blutdruck sinkt, Herz- und Kreislaufbeschwerden treten auf. •

Regulation des Wärmehaushalts eingeschränkt.

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Verdauungstätigkeit eingeschränkt.

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Transport der Nährstoffe in die Zellen und Abtransport von Stoffwechselrückständen aus den Zellen verschlechtert sich.

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Die Haut wird matt, fahl und trocken, es entstehen Trockenheitsfalten.

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Schleimhäute trocknen aus.

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Jahrelanger Wassermangel führt zur Beeinträchtigung der Herz- und Nierenfunktion und vorzeitiger Hautalterung.

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Manche Ärzte glauben sogar, dass eine Vielzahl chronischer Schmerzen, wie z.B. Kopfschmerzen, auf einem andauernden Wassermangel beruht.

Versuch: Photometrische Bestimmung von Nitrat in Wasserproben Versuchsanleitung: Siehe Arbeitsblatt. Beobachtung: Erst nach Zugabe der Schwefelsäure kann man die Lösungen der unterschiedlichen Konzentrationen optisch auseinanderhalten. Da sich die Lösungen erst nach Zugabe der Schwefelsäure und anschließendem auffüllen der Messkolben, mit dest. H2O gelb färben. Je stärker die Konzentration von Nitrat im Wasser desto intensiver die Gelbfärbung der Lösungen. Erklärung: In saurer Umgebung reagiert Ntriumsalicylat mit Nitrat-Ionen zu Nitrosalicylsäure. Durch anschließende Zugabe von Natronlauge verändert sich das Medium basisch und es entsteht das Ion der Nitrosalicylsäure, welches eine gelbe Farbe hat.

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Auswertung:

Die blauen Markierungen zeigen die Messergebnisse, welche bei der photometrischen Bestimmung der vorbereiteten Kaliumnitrat-Lösungen gemessen wurden. Aus diesen wurde die Eichkurve berechnet (gelbe Linie).Um nun den Wasserproben (Ablauf aus der Kläranlage, Leitungswasser) eine Nitratkonzentration zuzuordnen nimmt man deren gemessenen Extinktionswert und geht so lange waagrecht der x-Achse entlang bis man den Schnittpunkt der Eichkurve erreicht. Nun kann man die Nitratkonzentration der x-Achse entnehmen. Durch diesen Versuch kamen wir zu folgenden Ergebnissen: Probe (ml Stammlösung/100ml H2O) 0,1 0,5 1 2 5 10 20 Ablauf Leitungswasser

Nitratgehalt mg/l

Extinktion

0,24 1,22 2,44 4,88 12,2 24,4 48,8 ca.43 ca.30

0,004 0,018 0,036 0,063 0,137 0,363 0,662 0,584 0,423 Seite 5

Vergleich: Ergebnisse des Wasserkastens Nitrat: Leitungswasser:

25 mg/l

Ablauf:

50 mg/l

Nitrit: Leitungswasser:

0,2 mg/l

Ablauf:

0,15 mg/l

Nach unseren Meßergebnissen müsste der Nitratgehalt des Leitungswassers bei 0 mg/l liegen. Da dies uns jedoch als unwahrscheinlich erschien erkundigten wir uns bei der BTG- Klasse, die den gleichen Versuch durchgeführt haben und auf ein Ergebnis von 25 mg/l kamen. Nitrat Wir nehmen über die Nahrung, vor allem durch Obst und Gemüse täglich Nitrate auf. Einen Teil auch über das Trinkwasser. Nitrat selbst ist nicht giftig. Eine gesundheitliche Gefahr besteht erst durch Nitrosamin und Nitrit, die aus Nitrat entstehen. Nitrit kann daher durch Oxidation von Ammonium oder durch Reduktion von Nitrat gebildet werden  Redoxreaktion: NO-3 + 2 H  NO-2 + H2O Nitrit ist ein Giftstoff der sich rascher an das Hämoglobin der roten Blutkörperchen bindet als Sauerstoff. Dadurch verdrängt es den Sauerstoff und behindert somit den Sauerstofftransport im Kreislauf. Zudem gilt Nitrit als krebserregend. Wie kommt Nitrat ins Wasser? Nitrat gehört zu den Stickstoffverbindungen des natürlichen Stickstoffkreislaufes. Es ist sehr gut in Wasser löslich und verteilt sich schnell. Stickstoff ist Bestandteil der Aminosäuren und somit Bestandteil der Proteine die einen Teil des Stickstoffkreislaufes ausmachen. Zersetzen sich Proteine, entsteht Ammoniak (im lebendem Organismus erst als Harnstoff ausgeschieden und wieder in Ammoniak verwandelt) und in der Folge Nitrat. Von pflanzen aufgenommen und verwertet entstehen wiederum Proteine, entweder in der Pflanze oder als Nahrungsmittel von Mensch und Tier. Durch die Zersetzungen von Stickstoffverbindungen kommt es zu einer Nitrat-Grundbelastung in Grund-und Oberflächenwasser und somit auch im Wasser. Damit schließt sich der sogenannte Stickstoffkreislauf.

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Trinkwasserverordnung Sauberes Trinkwasser ist die Voraussetzung für unser Leben. Deshalb ist es von großer Bedeutung, dass wir eine Trinkwasserverordnung haben und diese auch eingehalten wird. Sie schreibt vor: •

Das Trinkwasser farblos und geruchlos sein muss,

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Wie und wie oft Trinkwasser kontrolliert werden muss,

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Das Trinkwasser frei von Krankheitserregern sein muss,

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Welche Stoffe in welcher Konzentration enthalten sein dürfen, z.B.:

Inhaltsstoff Chlorid Sulfat Natrium Nitrat Nitrit Ammonium

Zulässiger Höchstwert 250 mg/l 250 mg/l 200 mg/ 50 mg/l 0,5 mg/l 0,5 mg/l

Damit ist Trinkwasser das am besten kontrollierte Lebensmittel in Deutschland. Wusstet ihr schon…?

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In 50 bis 100 Jahren könnten die Gletscher verschwunden sein wenn der Klimawandel fortschreitet.

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In Deutschland verbraucht ein Einzelner rund 136l Wasser täglich. Dies entspricht 17 Kästen Mineralwasser davon verbrauchen wir fünf bis sieben Liter für Kochen und Trinken.

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Jährlich fallen 100 Milliarden Kubikmeter Niederschlag.

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70% der Erde sind mit Wasser bedeckt.

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2,6% sind Süßwasser.

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Eine Qualle besteht zu 98% aus Wasser.

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Innerhalb eines Tages fließen etwa 1400l Wasser durch unser Gehirn.

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Die Gesamtmenge an Wasser beträgt 1,4 bis 1,6 Milliarden Kubikmeter. Würde man daraus einen Würfel machen hätte jede Kante des Würfels eine Länge von ca. 1150km.

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Auch ohne körperliche große Anstrengung verliert der Körper schon 0,5l Wasser über die Lungen.

Quellennachweis Bücher: Cornelia A. Schlieper: Grundfragen der Ernährung; Dr. Felix Büchner – Handwerk und Technik. Hamburg; 11.Auflage (1992); S.152-159 H. Bayrhuber, U. Kull, U. Bäßler, A. Danzer: Linder Biologie; Schroedel Schulbuchverlag GmbH Hannover; 20.Auflage (1989); S.199-201 Hannelore Fischer – Reska: Die magische Kraft von kristallsalz & Wasser; Ludwig ; 2002; S.1 -49 L.Meyer, C. Rews - Hocke, K. Prokopn, B. Raum, O. D. Schmidt, M. Titzmann, E. Zebel: wasser; Quelle des lebens; duden Paetec GmbH, Beslin; 2.Auflage 2006; S.89

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S. Silbernagel, A. Despopoulos: Taschenatlas der Physiologie; Georg Thieme Verlag Stuttgart; 4.Auflage (1991); S. 140-141 Internet: www.lutter-leben.de/html/body-nitritbestimmung.html www.fbbwv.uni-lueneburg.de/einrichtungenIlabore/Chemie/nitrat.pdt www.oowv.de/index.php?id=89.de www.chemievorlesung.uni-kiel.de/1992_umweltbelastung/dueng2.html www.planetwissen.de/pw/artikel,,,,,,,,A9E91DE50BD3752FE0340003BA04DA2C,,,,,,,,,,,,,,,.html www.medizinfo.de/endokrinologie/stoffwechsel/nawasser.html

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Photometrische Bestimmung von Nitrat in Wasserproben In Wasserwerken wird in regelmäßigen Abständen der Nitrat-, Nitrit- und Phosphatgehalt des Wassers ermittelt. Ein mögliches Verfahren zur Nitratbestimmung lässt aus Nitrat Natriumnitrosalicylat entstehen, dessen Konzentration photometrisch bestimmt wird: Versuchsanleitung zur photometrischen Bestimmung des Nitratgehalts in Wasserproben Die für die Erstellung einer Eichkurve benötigten Lösungen werden vorab aus einer Kaliumnitrat-Stammlösung (c = 0,004 mol/l) hergestellt. Dazu pipettiert man 0,1 / 0,5 / 1 / 2 / 5 / 10 und 20 ml der Stammlösung in einen 100 ml-Messkolben und füllt mit destilliertem Wasser bis zur Marke auf (1). Diese Lösungen und die zu untersuchenden Wasserproben werden wie folgt behandelt: Je 10 ml Lösung bzw. Wasserprobe werden im Becherglas mit 1 ml frisch angesetzter wässriger Natriumsalicylatlösung (ß = 5 g/L) versetzt. Anschließend dampft man die Lösung im Wasserbad oder über Nacht im Trockenschrank (75 - 80 °C) bis zur Trockne ein. Nach dem Erkalten gibt man zum Rückstand 1 ml konzentrierte Schwefelsäure und lässt die Säure unter mehrmaligem vorsichtigem Umschwenken 10 Minuten einwirken (2). Dann wird die schwefelsaure Lösung vorsichtig mit 6 ml destilliertem Wasser versetzt und zum Abkühlen in ein Eisbad gestellt, um zu starkes Erwärmen zu vermeiden. Zur erkalteten Lösung gibt man 10 ml Natronlauge (30 %-ig) und kühlt weiter (3). Anschließend überführt man die Probe in einen 100 ml-Meßkolben, füllt mit destilliertem Wasser bis zur Markierung auf und lässt die Lösungen mindestens 10 Minuten ruhen. Die Extinktion der einzelnen Lösungen/Proben wird bei einer Wellenlänge von 420 nm gegen den Reagenzienblindwert ermittelt.

Tab.1 Probe 1 2 3 4 5 6 7

Nitratgehalt in mg / L 0,24 1,22 2,44 4,88 12,2 24,4 48,8

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Extinktion