Schrott und die Gefahren für die Umwelt

Schrott und die Gefahren für die Umwelt Übung

• Bestimme gesundheitsgefährdende Elemente, die im Elektroschrott enthalten sind.

  Tipps

  Unter den gefährlichen Elementen befindet sich ein Nichtmetall.

  Die Aufzählung enthält drei Elemente einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente. Zwei darunter sind stark gesundheitsschädigend, das dritte hingegen ist relativ harmlos.

  Lösung

  Es gibt eine Reihe von Elementen im Elektroschrott, die für Mensch und Umwelt gefährlich sein können.

  Blei
  Bleiverbindungen führen zu chronischen Vergiftungen. Daher werden Wasserleitungsrohre nicht mehr aus Blei gefertigt. Man sagt auch, einer der Gründe des Zerfalls des römischen Reiches seien massenhafte Bleivergiftungen gewesen. Die alten Römer nämlich erfrischten sich gerne mit verdünntem Essig, den sie in Bleigefäßen mitführten.

  Cadmium
  Cadmium und vor allem seine Salze sind erheblich giftiger als Blei und der Kontakt mit ihnen ist zu meiden.

  Quecksilber
  Quecksilber und seine Verbindungen sind wie Cadmium sehr giftig und führen zu chronischen Schädigungen der Organe. Metallisches Quecksilber ist vor allem deshalb so gefährlich, da es flüssig ist und über seine Dämpfe leicht eingeatmet werden kann.

  Arsen
  Arsen ist das einzige Nichtmetall unter den aufgeführten Elementen. Arsen und seine Verbindungen sind extrem giftig. Das Oxid Arsenik $As_2O_3$ ist ein starkes Gift. Viele Giftmorde wurden damit verübt.

  Zink und Zinn dagegen sind ungefährlich. Elementares Mangan als Staub oder Pulver und seine Verbindungen besitzen ein gewisses gesundheitsgefährdendes Potenzial. Es ist im Elektroschrott enthalten, zählt jedoch nicht zu den sehr giftigen Metallen. Chromverbindungen, in denen Chrom die Oxidationszahl +6 besitzt wie Kaliumchromat oder Natriumbichromat, sind stark gesundheitsschädigend. Allerdings ist Chrom kein Bestandteil des Elektroschrotts.

• Ermittle die gefährlichen organischen Verbindungen im Elektroschrott.

  Tipps

  Die einfachsten Aromaten oder ihre Derivate findet man im Elektroschrott nicht.

  Nur Kunststoffe, die aus Kohlenwasserstoffen entstanden sind und vielleicht noch das chemische Element Sauerstoff enthalten, sind entsorgungstechnisch unbedenklich.

  Lösung

  Einige organische Verbindungen, die im Schrott enthalten sein können, sind gesundheitsschädlich:

  • PVC (Polyvinylchlorid) ist ein populärer Kunststoff. Leider setzt er bei Bränden große Mengen an Chlorwasserstoff frei.
  • Hexabrombiphenyl gehört zu den polybromierten Biphenylen.
  • Bei 2,3,6,7-Tetrachlordioxin handelt es sich um eines der polychlorierten Dioxine. Die abgebildete Verbindung ist der giftigste aller Vertreter.

• Beschreibe die Giftwirkung von Cadmium.

  Tipps

  Nicht nur in der Chemie geschieht es, dass sich ein Doppelgänger für das Original ausgibt.

  In den gut durchbluteten Organen des Organismus reichert sich Cadmium nicht an.

  Lösung

  Cadmium wird mit der Nahrung hauptsächlich über den Darm aufgenommen. Die Darmzellen unterscheiden gewöhnlich sehr gut zwischen nützlichen und schlechten Stoffen. Cadmium gibt sich nun gewissermaßen als Eisen aus. Deshalb gelangt es durch die Darmzellen in den Organismus. Es reichert sich in Niere, Knochen und Leber an. Cadmium verdrängt Eisen aus seinen Verbindungen. Das Eisen reagiert mit Wasserstoffperoxid unter Radikal-Bildung:

  $Fe^{2\oplus}$ + $H_2O_2$ $\longrightarrow$ $Fe^{3\oplus}$ + $OH \bullet$ + $OH^{\ominus}$

  Dadurch kommt es zur Schädigung der Organe.

• Nenne Recycling-Metalle aus Elektrofahrzeugen und E-Bikes.

  Tipps

  Eines der Metalle trägt seinen Namen nicht nach einem Subkontinent, sondern nach einem natürlichen blauen Farbstoff.

  Zwei der Metalle sind nach Berggeistern benannt.

  Ein Metall wurde nach einem Asteroiden benannt.

  Lösung

  1. Beim leichtesten aller Metalle handelt es sich um Lithium.
  2. Das Metall, das für die Herstellung von Schnellarbeitsstahl und von Glas mit schöner blauer Farbe verwendet wird, ist das Element der achten Nebengruppe Cobalt.
  3. Das silbrig glänzende, gut polierbare Schwermetall, das sehr beständig gegen Luft, Wasser, Salzsäure und Laugen ist, ist das chemische Element Nickel.
  4. Bei dem Metall mit etwas geringer Dichte als Eisen und den Oxidationsstufen +2, +4 und +7 handelt es sich um das das chemische Element Mangan.
  5. Das Metall mit sehr hoher Dichte und gelber Farbe ist natürlich Gold.
  6. Schwarzweiß-Fotografie und Münzmetall – das kann nur Silber sein.
  7. Bestandteil des Weißgoldes ist das Metall Palladium.
  8. Das ganz weiche und sehr niedrig schmelzende Metall ist das chemische Element Indium. Die Schmelztemperatur beträgt 156 °C

• Entscheide, aus welchen Gegenständen Schrott gewonnen wird.

  Tipps

  Schrott kann nur aus Bestandteilen des Mülls gewonnen werden, die nennenswerte Mengen an Metall erhalten.

  Lösung

  Schrott kann aus allen Gegenständen gewonnen werden, die Metalle enthalten:

  • Autos
  • Fahrrädern
  • Fernsehern
  • Kühlschränken
  • Waschmaschinen

  Der gewonnene Wertstoff kann wieder in der Produktion verwendet werden.

• Berechne die Stromkosten für die galvanische Herstellung von einem Kilogramm Gold.

  Tipps

  Die auf Ganze gerundete molare Masse kann man dem Periodensystem der Elemente entnehmen. Für Kohlenstoff beträgt sie 12, für Sauerstoff 16.

  Die Stoffmenge erhält man durch Division der Masse durch die molare Masse.

  Die Ladungsmenge ist das Produkt der wirksamen molaren Masse (Berücksichtigung der Ladung des Metall-Ions) mit der Faraday-Konstante.

  Die elektrische Energie ist das Produkt aus Spannung und Ladung.

  Lösung

  1. Die Stoffmenge

  Die molare Masse von Gold beträgt auf Ganze gerundet 197 g/mol. Das kannst du in einer Formelsammlung, in einem Periodensystem der Elemente oder im Internet nachschlagen. Die Stoffmenge berechnet man durch Division der Masse (1000 g) und der molaren Masse. Die auf drei Nachkommastellen berechnete Stoffmenge beträgt 5,076 mol.

  2. Die Ladungsmenge

  Da das Gold-Ion dreifach positiv geladen ist, muss die Stoffmenge verdreifacht werden, um das Äquivalent für einfach geladene Ionen zu erhalten. Daher ergibt sich auf drei Nachkommastellen genau für die „ Stoffmenge“ der Elektronen ein Wert von 15,228 mol.

  Die Ladungsmenge ergibt sich durch Multiplikation dieser Stoffmenge mit der Faraday-Konstante. Auf Ganze genau ergibt das 1469502 As.

  3. Die elektrische Energie

  Durch Multiplikation der Spannung von 5 V mit der Ladungsmenge ergibt sich die notwendige elektrische Energie:

  7347510 Ws

  Durch Division mit 3 600 000 ergibt sich der Wert auf zwei Nachkommastellen gerundete Wert in Kilowattstunden:

  2,04 kWh

  4. Die Stromkosten

  Die Kosten für die notwendige Elektroenergie lassen sich nun leicht ermitteln. Sie betragen:

  20 Cent