Hartes Wasser

Beim Pulheimer Bach handelt es sich um ein kleines, größtenteils renaturiertes Bachsystem mit einer Länge von lediglich 7,8 km. Der Bach entspringt am Rande der Glessener Höhe im Naturschutzgebiet Liebesallee in Bergheim-Glessen durch den Zusammenfluss mehrerer kleiner Quellbäche. Von dort aus durchfließt er viele Stadtteile der Stadt Pulheim, unterquert den Kölner Randkanal und überwindet auf seinem Weg ca. 50 Höhenmeter. Schließlich erreicht er am Rande des Pulheimer Sees (in Höhe der Pletschmühle) das Naturschutzgebiet "Große Laache", in welchem das Wasser versickert und unterirdisch als Grundwasser zum Rhein gelangt. 

Was bedeutet "Hartes Wasser"?
Der Begriff "Wasserhärte" bezeichnet in der Wasserchemie ein Maß für die gelösten Härtebildner in einem Wasser. Diese Härtebildner sind hauptsächlich auf die Ionen der Erdalkalimetalle "Calcium" und "Magnesium" zurückzuführen. Diese bilden in Form der Carbonate die Wasserhärte (Carbonathärte).

Warum gilt das Wasser als "hart"?:
Die Härte eines Wassers wird in Deutschland mit °dH (Grad deutscher Härte) angegeben. Nach der deutschen Trinkwasserverordnung gilt ein Wasser mit einem Wert ab 14 °dH als hart.
Das Wasser des Pulheimer Baches durchfließt eine kalkhaltige Bodenschicht, bevor es an der Quelle des Baches an die Erdoberfläche tritt. Dabei löst sich unter den passenden Temperatur- und Druckbedingungen der unterirdische Kalk und wird vom Wasser fortgetragen. Beim Austritt an die Erdoberfläche ändern sich die Bedingungen im Wasser und es fällt der erste Kalk aus und bildet die Sinterterassen in Pulheim-Sinthern, welche im EarthCache GC28XA0 beschrieben werden.
Der restliche Kalk bleibt unter den herrschenden Bedingungen im Wasser gelöst.

"Ausfällen des Kalkes":
Nun ist bekannt, warum der Pulheimer Bach "hartes Wasser" beinhaltet. Diese Wasserhärte werdet ihr nachher sichtbar machen, doch zuvor muss noch geklärt werden, was bei diesem Experiment genau passiert:
Die Reaktion des Ausfällens von Kalk wird als "Neutralisation" bezeichnet. Im Wasser liegt der Kalk aufgrund seiner schlechten Löslichkeit nicht als Calciumcarbonat, sondern als eine Mischung aus Calciumhydrogencarbonat und Calciumhydroxid vor:
2 CaCO₃ + 2 H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂
Diese Reaktion befindet sich in einem Gleichgewicht, welches durch die Temperatur und den pH-Wert des Wassers ausgeglichen ist. Ändert mein einen Parameter im Wasser, ändert sich auch die Lage des Gleichgewichtes. Dies macht sich der Neutralisationsversuch zu nutze.
Durch die Zugabe von Backpulver (Natriumhydrogencarbonat) wird eine Kettenreaktion gestartet:
Schritt 1: Backpulver reagiert mit dem gelösten Calciumhydroxid und bildet unter Ausfällung des Kalks den Stoff Natriumcarbonat.
2 NaHCO₃ + Ca(OH)₂ → Na₂CO₃ + 2 H₂O + CaCO₃
Schritt 2: Natriumcarbonat reagiert mit dem gelösten Calciumhydrogencarbonat und bildet unter Ausfällung des Kalks wieder Backpulver.
Na₂CO₃ + Ca(HCO₃)₂ → 2 NaHCO₃ + CaCO₃
Nun kann die Kettenreaktion von vorne starten.
Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat wirken hierbei stark basisch und verändern den pH-Wert und das Gleichgewicht so weit, dass der ausgefallene Kalk sich nicht wieder im Wasser lösen kann.
(Quelle: vgl. www.wikipedia.de, Unterhaltungsverband Pulheimer Bach, Europa Lehrmittel - Chemie für Schule und Beruf (Decarbonisierung) & eigene Experimente)


Um diesen EarthCache als Fund zu loggen, sind die nachfolgenden Aufgaben zu erledigen.
Bitte sendet uns hierfür die Antworten per E-Mail oder über eine GC-Nachricht zu und loggt sofort!
Unser Team wird sich bei euch melden, wenn etwas nicht stimmt. Bitte habt auch Verständnis dafür, dass Logeinträge, die mehr als 3 Wochen nach der Übermittlung der Antworten erfolgen, aufgrund des Speicheraufwandes, nicht mehr berücksichtigt werden können ohne erneute Übermittlung der Antworten!

Nun zu den eigentlichen Aufgaben:
Begebt euch zu den angegebenen Koordinaten an den Pulheimer Bach.
1. Nehmt eine Wasserprobe (ca. 40 mL) des Pulheimer Baches und messt sowohl den pH-Wert als auch die Temperatur. Welche Werte könnt ihr feststellen?
2. Gebt nun etwas (ca. eine Messerspitze) eures Backpulvers in die Probe. Durchmischt das Wasser bis sich das Salz gelöst hat. Nun stellt die Probe für 5-10 Minuten zur Seite (In der Zwischenzeit könnt ihr euch auf der nahen Bank niederlassen und ein Wenig die Natur genießen). Schaut euch eure Probe nach ca. 10 Minuten an und beschreibt, wie sich diese verändert hat. Bitte beachtet, dass es sich hierbei nur um einen qualitativen Nachweis handelt (Ist es vorhanden, ja oder nein?). Es wäre auch möglich mit diesem Experiment die Menge an gelöstem Kalk zu bestimmen. Dies würde jedoch zu viel Zeit in Anspruch nehmen. Der Ausgang des Experimentes ist stark davon Abhängig, wie viel Kalk zum aktuellen Zeitpunkt im Wasser gelöst ist und wie viel Backpulver ihr verwendet.
ACHTUNG: Jeder der diesen EarthCache als Fund loggen möchte, muss das Experiment selber durchführen! Massenlogs mit nur einem Experiment werden nicht akzeptiert! Zusätzlich sendet uns noch ein Foto des Experimentes zum Start (Zugabe des Salzes) sowie am Ende (Dies dient bei späteren Unklarheiten der Nachvollziehbarkeit, ob das Experiment ordnungsgemäß durchgeführt wurde). Die Bilder des Experimentes gehören NICHT ins Log!
3. Messt nach Abschluss des Experimentes noch einmal Temperatur und pH-Wert der Probe. Was hat sich verändert?
4. Überlegt mal auf Basis der Informationen im Listing, ob man es in der Probe, die ihr vor euch habt, wieder schaffen würde den Kalk im Wasser zu lösen. Egal ob ihr auf das Ergebnis ja oder nein kommt, begründet eure Antwort bitte kurz.
5. Macht bitte noch mindestens ein Foto von euch und / oder eurem GPS am Ort des EarthCaches um nachzuweisen, dass ihr vor wirklich hier wart. Wer kein Foto von sich machen möchte, der kann gerne auch ein Foto von einem Zettel mit seinem Geocachernamen und dem aktuellen Datum, mit etwas vor Ort markantem im Hintergrund machen und seinem Logeintrag beifügen. Bitte beachtet, dass Logeinträge ohne Fotos oder mit nicht den Regeln entsprechenden Bildern, kommentarlos gelöscht werden!


WICHTIG:
- Hier am Ufer des Baches ist es teilweise etwas rutschig. Seid vorsichtig dass ihr nicht stürzt!
- Es ist ratsam, für das Experiment eine Schutzbrille mitzunehmen und diese auch zu nutzen!
- Ihr benötigt ein Thermometer, zwei Stücke pH-Papier, ein Gefäß um eine Wasserprobe zu nehmen sowie Backpulver um diesen EarthCache zu lösen!
Backpulver (chemisch Natriumhydrogencarbonat - NaHCO₃) findet sich in nahezu jedem Haushalt. Dennoch ist der Stoff nicht ganz ungefährlich und kann sowohl Haut und Augen reizen. Deshalb an dieser Stelle die Bitte, vorsichtig mit dem Stoff zu arbeiten. Bitte auch entsprechende Entsorgungshinweise zum Stoff beachten und eine Freisetzung in die Umwelt vermeiden!


Geändert im Oktober 2023
© Team Tequila Luigi