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Schalenauflösung (Versuch)

Biochemie

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Basiswissen｜ Chemische Reaktion｜ 31. August Versuchsbeginn｜ 7. September Erste Runde｜ Gasblasen｜ Schimmelbildung｜ 21. September Zweite Runde｜ 5. Oktober 2021 Dritte Runde｜ Weitere Schritte｜ Umkehrversuch｜ Fußnoten


Basiswissen


Als Schalenauflösung (Englisch: shell dissolution[1]) bezeichnet man die langsame Zersetzung der Kalkschalen von Meerestieren durch zu saures Meerwasser. In einem Versuch werden hier insgesamt 10 Muschelschaleneinzeln gewogen und einzeln in je ein Wasserglas mit 100 ml Wasser gegeben. In das erste Glas wurden 0,1 ml 25%-ige Essigsäure gegeben, in die zweite 0,2 ml und so weiter. Es werden dann die Massen der Muscheln und andere Daten in Wochenabständen gemessen. Wie beeinflusst das saure Wasser die Muscheln? Verlieren die Schalen messbar an Masse?



Bildbeschreibung und Urheberrecht
10 Schalen von Herzmuscheln lagen in 10 Schalen mit 100 ml Leitungswasser und aufsteigend von 1,1 bis 2,0 ml 25%-er Essigessenz. Getestet wird, wie groß der Masseverlust für die einzelnen Schalen in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge Essigessenz ist.☛


Chemische Reaktion


Muschelschalen bestehen chemisch zum größten Teil aus Calciumcarbonat. Mineralogisch kommt das chemische Calciumcarbonat als bei Muscheln oft als Calcit (nur Calcit: Austern), als Aragonit (nur Aragonit: Jakobsmuschel, Schwertmuschel) oder gemischt (Miesmuschel) vor. Von der chemischen Reaktion müssten sich Calcit und Aragonit ähnlich bis gleich verhalten.

Reaktion

CaCO₃ (s) + 2 CH₃COOH (aq) → Ca(CH₃COO)₂ (aq) + H₂O (l) + CO₂ (g)

Legende

  • Ca(CH₃COO)₂ ist Calciumacetat

31. August Versuchsbeginn


  • Muschel 1: 0,1 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 1: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 1: Masse: 2,0 Gramm

  • Muschel 2: 0,2 ml 25%-ige Essigessenz heute zuzugeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 2: ph-Wert des Wassers: 5
  • Muschel 2: Masse: 1,2 Gramm

  • Muschel 3: 0,3 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 3: ph-Wert des Wassers: 5
  • Muschel 3: Masse: 1,4 Gramm

  • Muschel 4: 0,4 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 4: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 4: Masse: 1,05 Gramm

  • Muschel 5: 0,5 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 5: ph-Wert des Wassers: 5
  • Muschel 5: Masse: 1,5 Gramm

  • Muschel 6: 0,6 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 6: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 6: Masse: 1,6 Gramm

  • Muschel 7: 0,7 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 7: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 7: Masse: 2,0 Gramm

  • Muschel 8: 0,8 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 8: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 8: Masse: 2,0 Gramm

  • Muschel 9: 0,9 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 9: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 9: Masse: 1,9 Gramm

  • Muschel 10: 1,0 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 10: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 10: Masse: 1,6 Gramm

7. September Erste Runde


  • Muschel 1: keine Blasen im Wasserglas
  • Muschel 1: ph-Wert des Wassers: 5
  • Muschel 1: Masse: 1,9 Gramm

  • Muschel 2: keine Blasen im Wasserglas
  • Muschel 2: ph-Wert des Wassers: 6
  • Muschel 2: Masse: 1,2 Gramm

  • Muschel 3: keine Blasen im Wasserglas
  • Muschel 3: ph-Wert des Wassers: 7
  • Muschel 3: Masse: 1,35 Gramm

  • Muschel 4: keine Blasen im Wasserglas
  • Muschel 4: ph-Wert des Wassers: 6
  • Muschel 4: Masse: 1,0 Gramm

  • Muschel 5: Viele Blasen im Wasserglas
  • Muschel 5: ph-Wert des Wassers: 6
  • Muschel 5: Masse: 1,2 Gramm

  • Muschel 6: Viele Blasen im Wasserglas
  • Muschel 6: ph-Wert des Wassers: 5
  • Muschel 6: Masse: 1,6 Gramm

  • Muschel 7: Viele Blasen im Wasserglas
  • Muschel 7: ph-Wert des Wassers: 6
  • Muschel 7: Masse: 1,85 Gramm

  • Muschel 8: Muschel 1: keine Blasen im Wasserglas
  • Muschel 8: ph-Wert des Wassers: 5
  • Muschel 8: Masse: 1,75 Gramm

  • Muschel 9: Viele Blasen im Wasserglas
  • Muschel 9: ph-Wert des Wassers: 6
  • Muschel 9: Masse: 1,7 Gramm

  • Muschel 10: Viele Blasen im Wasserglas
  • Muschel 10: ph-Wert des Wassers: 6
  • Muschel 10: Masse: 1,5 Gramm

Gasblasen


Ab einem bestimmten Essiganteil waren in der Schale Gasbläschen am Boden und den Seitenwänden zu erkennen. Diesen Blasen waren bereits einen Tag nach Versuchsbeginn sichtbar und hielten sich die ganze Woche über.

Schimmelbildung


Nach einer Woche - am 7. September - waren im Wasser kleine weiße fadenartige Strukturen zu sehen, die an Schimmelpilze erinnerten. Tatsächlich gilt Essigessenz als gutes Reinigungsmittel gegen Schimmel, aber nicht in Verbindung mit Kalk. Kalk (Muschelschale) und der Essig in Kombination ergeben eine gute Nährsubstanz für Schimmel.

21. September Zweite Runde


Die Muscheln standen seit mehreren Tagen trocken und einzeln in den Schalen. Nun wird wieder - wie in der ersten Runde - 100 ml Leitungswasser + eine bestimmte Menge 25%-ige Essigessenz zugegeben.

  • Muschel 1: 1,1 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 1: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 1: Masse: 1,9 Gramm

  • Muschel 2: 1,2 ml 25%-ige Essigessenz heute zuzugeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 2: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 2: Masse: 1,2 Gramm

  • Muschel 3: 1,3 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 3: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 3: Masse: 1,35 Gramm

  • Muschel 4: 1,4 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 4: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 4: Masse: 1,0 Gramm

  • Muschel 5: 1,5 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 5: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 5: Masse: 1,2 Gramm

  • Muschel 6: 0,6 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 6: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 6: Masse: 1,6 Gramm

  • Muschel 7: 1,7 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 7: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 7: Masse: 1,85 Gramm

  • Muschel 8: 1,8 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 8: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 8: Masse: 1,75 Gramm

  • Muschel 9: 1,9 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 9: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 9: Masse: 1,7 Gramm

  • Muschel 10: 2,0 ml 25%-ige Essigessenz heute zugegeben auf 100 ml Leitungswasser
  • Muschel 10: ph-Wert des Wassers: 4
  • Muschel 10: Masse: 1,5 Gramm

5. Oktober 2021 Dritte Runde


Die Muscheln standen seit zwei Wochen einzeln in den Schalen. Es war eine sehr starke und schnelle Schimmelbildung zu sehen.

  • Muschel 1: Masse: 1,9 Gramm
  • Muschel 2: Masse: 1,1 Gramm
  • Muschel 3: Masse: 1,0 Gramm
  • Muschel 4: Masse: 0,8 Gramm
  • Muschel 5: Masse: 1,2 Gramm
  • Muschel 6: Masse: 1,5 Gramm
  • Muschel 7: Masse: 1,7 Gramm
  • Muschel 8: Masse: 1,5 Gramm
  • Muschel 9: Masse: 1,5 Gramm
  • Muschel 10: Masse: 1,5 Gramm

Weitere Schritte



TO-DO:

Die Daten oben in eine übersichtliche Form (Tabelle? Graph?) bringen und ein Fazit ziehen. Kann man etwas zum Einfluss der Konzentration der Lösung auf die Geschwindigkeit der Auflösung sagen? Kann man eine Aussage dazu machen, ob die Masse der Schalen proportional mit der Zeit abnimmt?



TO-DO:

Interessant wäre es, über die Auflösung von Muschel- oder Schneckenschalen Lösungen von Natriumcarbonat wie in Meereswasser oder an Weissdünen herzustellen. Damit könnte man dann weiter Versuche zur Zementation von Sand machen.


Umkehrversuch


Aus der so hergestellten Lösung von Calciumacetat in Wasser kann man durch Eindampfen oder Verdunsten festes Calciumacetet gewinnen. Es ist bemerkenswert, wie aus der reinen Flüssigkeit am Ende wieder eine größere Menge Feststoff mit klaren Strukturen von Kristallen entsteht. Siehe dazu den Artikel zur Kristallzüchtung (Calciumacetat) ↗

Fußnoten


  • [2] Dass der Prozess der Auflösung von Schalen zum Beispiel in der Antarktis schon sehr stark ist wird behandelt in: McClintock JB, Angus RA, Mcdonald MR, Amsler CD, Catledge SA, Vohra YK. Rapid dissolution of shells of weakly calcified Antarctic benthic macroorganisms indicates high vulnerability to ocean acidification. Antarctic Science. 2009;21(5):449-456. doi:10.1017/S0954102009990198