Dr. Anja Dombrowski Eigenschaften der Alkane Handlungsorientierter Chemieunterricht an Stationen Anja Dombrowski Sekundarstufe I Downloadauszug aus dem Originaltitel: Anja Dombrow Sekundarstu D Downloadauszug D Downloadauszug a aus dem Originaltit tel: w uf w w w w w wsk ski f f f f f f fe I
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Dr. Anja Dombrowski Eigenschaften der Alkane · 1 Materialaufstellung und Hinweise Allgemeine Hinweise Das Experimentiermaterial sollte an festen Plätzen ausliegen. Für einen mobilen
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Dr. Anja Dombrowski
Eigenschaften derAlkaneHandlungsorientierter Chemieunterricht an Stationen
Anja Dombrowski
Sekundarstufe I
Downloadauszug
aus dem Originaltitel:
Anja Dombrow
Sekundarstu
DDownloadauszug DDownloadauszug
aaus dem Originaltittel:
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Eigenschaften der Alkane
Handlungsorientierter Chemie-unterricht an Stationen
http://www.auer-verlag.de/go/dl7647
Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel
Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web.Lernzirkel Fossile Rohstoffe
1
Materialaufstellung und Hinweise
Allgemeine Hinweise
Das Experimentiermaterial sollte an festen Plätzen ausliegen. Für einen mobilen Einsatz an den Schülertischen ist die Verwendung von Materialkörbchen, in denen sich das benötigte Material be-findet, empfehlenswert.
Die verwendeten Chemikalien sind ordnungsgemäß zu entsorgen. Es empfiehlt sich, entsprechende Sammelbehälter passend gekennzeichnet gut sichtbar aufzustellen und die Lernenden darauf hinzu-weisen.
Da sich die Lernenden einen wichtigen Bereich der organischen Chemie eigenständig aneignen sol-len, empfiehlt sich das Führen eines Labortagebuchs, in dem für jede Station kurze Anmerkungen zu folgenden Impulsen notiert werden:
An dieser Station habe ich gelernt, …
Mir ist noch nicht klar, …
Mich würde zusätzlich interessieren, …
Das Labortagebuch bleibt in der Schule und kann von der Lehrkraft eingesehen werden.
Die Seiten 2 bis 13 sind in entsprechender Anzahl zu vervielfältigen und den Schülern bereitzulegen. Als Möglichkeit zur Selbstkontrolle können Lösungsseiten erstellt werden.
S. 2 Station 1 Schmelz- und Siedetemperaturen: rote und blaue StifteS. 4 Station 2 Entflammbarkeit: 2 Porzellantiegel, Holzstab, Streichhölzer / Feuerzeug,
Becherglas 200 ml, Tiegelzange (jeweils für jedes Team), Heptan, Paraffinöl (hoher Siedetemperaturbereich), heißes Wasser
S. 6 Station 3 Viskosität: 3 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, 3 kleine Stahlkugeln, Magnet, Stoppuhr, Pinzette (jeweils für jedes Team), Heptan, Decan, Paraffinöl (dickflüssig)
S. 8 Station 4 Löslichkeit: 3 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, 3 Stopfen, Tropfpipette (jeweils für jedes Team), Heptan, Paraffinöl, Salatöl, Wasser
S. 10 Station 5 Dichte: Reagenzglas, Stopfen, Tropfpipette, Messzylinder 10 ml, Waage, Pipette (jeweils für jedes Team), Paraffinöl, Wasser
S. 12 Station 6 Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen: Porzellanschale, 3 Porzellantiegel, Pipette, Tiegelzange, Gasbrenner, Streichhölzer / Feuerzeug (jeweils für jedes Team), Heptan, Methan (Brennergas), Paraffin (Kerze)
Paraffinöl (hoher Siedetemperaturbereich)heißes Wasser
Durchführung
a) Gebt 2 ml Heptan bzw. Paraffinöl in jeweils einen Porzellantiegel. b) Versucht, beide Flüssigkeiten zu entzünden, indem ihr einen brennenden Holzspan von
oben der Flüssigkeitsoberfläche nähert.c) Der Tiegel, dessen Inhalt sich so nicht entzünden lässt, wird mit der Tiegelzange in ein
Becherglas mit heißem Wasser gehalten. Achtung: Nicht ganz eintauchen – der Inhalt soll nur erwärmt werden!
d) Versucht erneut, wie oben beschrieben, die Flüssigkeit zu entzünden.
3. ausreichend – muss – bilden – Gas – große Menge – also – oder – durch Verdampfen – sich – Über der – Verdunsten – Flüssigkeit – eine.
4. hat – niedrige – Benzin – eine – Siedetemperatur.
5. Es – schon – Zimmertemperatur – bei – verdunstet – stark.
6. sagt, – leichtflüchtig – es – ist – Man.
7. Paraffinöl – um – muss man – über der Flüssigkeit – zu – erwärmen, – brennbare Gase – erhalten – genügend.
8. Alkane – unterschiedliche – haben – Flammtemperaturen.
Die Flammtemperatur ist die niedrigste Temperatur einer Flüssigkeit, bei der sich eine ausreichend große Menge Gas entwickelt, die mit Luft ein entzündbares Gemisch bildet.
Aufgabe 1 Führt die drei Versuche durch und haltet eure Beobachtungen in der Tabelle fest. Versucht, eure Beobachtungen zu deuten. Leitfrage: Ist Heptan in dem jeweiligen Lösungsmittel löslich?
Aufgabe 2 Ergänzt basierend auf euren Beobachtungen und Deutungen aus Aufgabe 1 folgenden Lückentext sinnvoll.
Ergebnis:
Alkane sind in und löslich und
in nicht löslich. Wasserlösliche Stoffe bezeichnet man auch als
hydrophil (wasserfreundlich), fettlösliche Stoffe als lipophil (fettfreundlich). Alkane sind demnach
.
Die Löslichkeit eines Stoffes hängt von der Polarität seiner Moleküle ab. Wasser ist ein polares
Lösungsmittel, Salatöl ist ein unpolares Lösungsmittel. Alkane sind unpolare Moleküle.
Generell gilt: Ähnliches löst sich in Ähnlichem. Alkane lösen sich also gut in Salatöl und anderen
Lösungsmitteln, z. B. anderen Alkanen.
Aufgabe 3 Ein leckerer Salat mit Essig-Öl-Dressing oder doch lieber die fetten Pommes rot-weiß? Beides wird problematisch, wenn ein Teil davon statt im Magen auf der Kleidung landet. Die Fettflecken müssen möglichst sofort behandelt werden. Zur Verfügung stehen Wasser, Zitronensaft, Feuerzeugbenzin und Bleichmittel.
Formuliert die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan.
Methan + Sauerstoff ® Kohlenstoffdioxid + Wasser
+ +
Formuliert die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Heptan.
Heptan + Sauerstoff ® Kohlenstoffdioxid + Wasser
+ +
Ergebnis: Um ein Molekül eines Alkans vollständig zu verbrennen, benötigt man mit steigender Ket-tenlänge eine immer größer werdende Anzahl an Sauerstoffmolekülen.
Bei gleichem Sauerstoffangebot (Luftzufuhr) findet mit steigender Kettenlänge eine zunehmend unvollständige Verbrennung statt, bei der neben Wasser und Kohlenstoffdioxid auch Kohlenstoff-monoxid (CO) und Kohlenstoff (C) in Form von Ruß entstehen können. Die gelbe Flamme entsteht durch glühenden Kohlenstoff, der im Inneren der Flamme nicht verbrannt werden kann, sondern erst am Flammenrand mit Sauerstoff zu Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoff-dioxid reagieren kann.
a) Stellt den Gasbrenner, die Porzellanschale und die Kerze mit ausreichend Abstand nebenei-nander.
b) Gebt mit der Pipette etwas Heptan in eine Porzellanschale. c) Entzündet den Gasbrenner, das Heptan und die Paraffinkerze.d) Haltet jeweils einen Porzellantiegel mit dem Boden in die Brennerflamme. e) Beobachtet jeweils die Flammenfarbe und die Veränderungen am Boden des Porzellantiegels.
1. In welchem Aggregatzustand liegt Nonan bei Zimmertemperatur vor? (1 Punkt)
2. Hexan hat eine Siedetemperatur von 69 °C. 2,2-Dimethylbutan ist isomer zu n-Hexan. Stelle eine begründete Vermutung zur Siedetemperatur dieses Stoffes auf. (2 Punkte)
3. Beim Transport von Erdöl auf dem Seeweg kann es zu Tankerunfällen kommen. Tritt dabei Erdöl in größeren Mengen aus, bilden sich sogenannte Ölteppiche. Welche Rolle spielen dabei die Stoffeigenschaften Dichte und Löslichkeit? (2 Punkte)
4. An der Tankstelle sind Rauchen und offenes Feuer verboten. Begründe. (2 Punkte)
5. Erläutere den Zusammenhang zwischen Viskosität und Kettenlänge der Alkane. (2 Punkte)
6. Die Abbildung zeigt das experimentelle Ergebnis eines Versuchs zur Löslichkeit von Benzin in Wasser bzw. in Öl. Beschrifte die Abbildung. (2 Punkte)
7. Zähflüssiges Paraffinöl verbrennt mit gelber stark rußender Flamme. Die rauschende Flamme eines Gasbrenners hingegen ist fast farblos und rußt nicht. Erkläre den Unterschied. (2 Punkte)
b) Die Schmelz- und Siedetemperaturen nehmen zu, je länger die Kohlenstoffkette wird. Die Zunahme ist nicht linear.
2) Aggregatzustand Alkane
gasförmig Methan, Ethan, Propan, Butanflüssig Alkane von Pentan bis Hexadecan
fest Alkane ab Heptadecan
3) 4 Die Schmelz- und Siedetemperaturen sind daher umso größer, je länger die Kohlenstoffketten in einem Molekül sind.
1 Zwischen den Molekülen eines Stoffes bestehen Anziehungskräfte, deren Stärke von der Molekül-masse und der Moleküloberfläche abhängt.
3 Beim Schmelzen bzw. beim Verdampfen muss Energie zugeführt werden, um die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen zu lockern bzw. zu überwinden.
2 Diese Anziehungskräfte zwischen den Alkanmolekülen nehmen mit wachsender Kettenlänge (also auch steigender Oberfläche der Moleküle) zu.
Station 1: Schmelz- und Siedetemperaturen Seiten 2 / 3
T/ °C
AnzahlC-Atome
200
150
100
50
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10
– 50
– 100
– 150
– 200
1) Das Heptan lässt sich entzünden, sobald man von oben nahe an die Flüssigkeitsoberfläche kommt. Paraffinöl hingegen lässt sich so nicht entzünden. Es muss zuerst erwärmt werden.
2) 1. Alkane sind brennbar. 2. Sie lassen sich nur in gasförmigem Zustand entzünden. 3. Über der Flüssigkeit muss sich also durch Verdampfen oder Verdunsten eine ausreichend große Menge
Gas bilden. 4. Benzin hat eine niedrige Siedetemperatur. 5. Es verdunstet schon bei Zimmertemperatur stark. 6. Man sagt, es ist leichtflüchtig. 7. Paraffinöl muss man erwärmen, um über der Flüssigkeit genügend brennbare Gase zu erhalten. 8. Alkane haben unterschiedliche Flammtemperaturen.
1) Hinweis: Die gemessenen Zeiten sind je nach verwendeten Geräten und Chemikalien unterschiedlich. Auf jeden Fall kommt bei Heptan die Kugel zuerst auf dem Boden auf, bei Paraffinöl dauert es am längsten.
Heptan Decan Paraffinöl
C-Atome 7 10 18 – 32
Zeit in s kürzeste Dauer mittlere Dauer längste Dauer
1) 1. Das Paraffinöl bildet eine Schicht auf dem Wasser.
2. Die Flüssigkeit wird leicht trüb durch die Durchmischung der beiden Flüssigkeiten.
3. Die Flüssigkeiten haben sich wieder getrennt und bilden zwei deutliche Phasen.
2) Da das Paraffinöl auf dem Wasser schwimmt, muss es eine geringere Dichte als 1 g / cm3 haben.
3) Mögliche Lösung: Paraffin hat eine Dichte von 0,81– 0,89 g / cm3. Es hat auf jeden Fall eine geringere Dichte als Wasser mit 1 g / cm3. Daher schwimmt es auf dem Wasser.
Station 5: Dichte Seiten 10 / 11
1) Methan verbrennt mit farbloser bis leicht blauer Flamme, Heptan und Paraffin jeweils mit gelber Flamme. Am Porzellantiegel schlägt sich bei Heptan und Paraffin schwarzer Ruß nieder. Die Flamme von Paraffin rußt stärker als die von Heptan.
2) Verbrennung von Methan: Methan + Sauerstoff ® Kohlenstoffdioxid + Wasser CH4 + 2 O2 ® CO2 + 2 H2O
Verbrennung von Heptan: Heptan + Sauerstoff ® Kohlenstoffdioxid + Wasser C7H16 + 11 O2 ® 7 CO2 + 8 H2O
Station 6: Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Seite 12
1)
2) Salatöl – Paraffinöl – Wasser – lipophil – unpolaren
3) Da das Dressing Öl enthält, ist Wasser kein geeignetes Lösungsmittel. Feuerzeugbenzin ist ein unpolares Lösungsmittel und damit geeignet, da Öl auch zu den unpolaren Flüssigkeiten gehört.
Station 4: Löslichkeit Seiten 8 / 9
Versuch Beobachtung Deutung
Heptan in ParaffinölDie Flüssigkeit sieht
einheitlich aus.Heptan ist in Paraffinöl löslich.
Heptan in SalatölDie Flüssigkeit sieht
einheitlich aus.Heptan ist in Salatöl löslich.
Heptan in WasserEs bilden sich zwei Phasen.
Heptan schwimmt auf Wasser.Heptan ist nicht in Wasser löslich.
2. Die Siedetemperatur liegt niedriger als bei n-Hexan, da die Van-der-Waals-Kräfte zwischen verzweigten Molekülen geringer sind als zwischen unverzweigten Molekülen gleicher Masse.
3. Erdöl ist in Wasser nicht löslich. Zudem besitzt es eine geringere Dichte als Wasser und bildet deshalb eine Schicht auf dem Wasser.
4. Benzin hat einen niedrigen Siedetemperaturbereich und verdampft leicht. Benzindämpfe sind brennbar und lassen sich aufgrund des niedrigen Flammpunkts bereits bei Temperaturen unterhalb von 20 °C entzünden.
5. Die Zähflüssigkeit (Viskosität) steigt bei den Alkanen mit zunehmender Kettenlänge. Dies liegt an den zwischenmolekularen Anziehungskräften (Van-der-Waals-Kräfte), die umso größer sind, je länger die Kohlenstoffkette ist.
6.
Benzin
Lösung ausBenzin + Öl Wasser
7. Das Brennergas besteht aus Methan und Propan, die fast vollständig verbrennen können. Paraffin besteht aus langkettigeren Kohlenwasserstoffen, bei denen als Reaktionsprodukt einer unvollständigen Verbren-nung Kohlenstoff übrig bleibt, der für die gelbe Flamme verantwortlich ist und als Ruß übrig bleibt.
Lernzielkontrolle: Eigenschaften der Alkane
Station 1: Die Entstehung von Erdöl und Erdgas
Seite 13
Seite 38
Die Entstehung von Erdöl und Erdgas ist für die Wissenschaft
bis heute nicht vollständig geklärt. Man geht davon aus,
dass vor vielen Millionen Jahren tierisches und pflanz-
liches Plankton (Kleinst-lebewesen im Meer) nach dem
Absterben auf den Meeres-grund absanken.
In dieser sauerstoff- armen Umgebung
wurden sie zunächst von anaeroben (ohne Sauer-stoff lebenden) Bakterien zer-
setzt und es bildete sich Faulschlamm, der durch die
natürlichen Ablage- rungsvorgänge im
Meer von Lehm- und Tonschichten überlagert wurde.
Dieser Faulschlamm gelangte durch
Erdbewegungen in tiefere Schichten, wo die weitere
Umwandlung bei hohem Druck und hohen Temperaturen
stattfand.
Das gebildete Erdöl sammelte sich in den Poren der Sediment-
gesteine und wanderte im Laufe der Zeit nach oben,
bis es auf eine undurchlässige
Gesteinsschicht traf.
Unterhalb dieser Schicht reicherte sich das Erdöl an.
So entstanden die Erdöl- lagerstätten. Die ältesten
Erdölvorkommen sind vor ungefähr 500 Millionen
Jahren entstanden.
Neben den flüssigen Kohlenwasserstoff-
Verbindungen bildeten sich auch gasförmige
Produkte. Dieses Erdgas befindet sich oft in großen Gasblasen oberhalb von
a) Gebt 2 ml Heptan bzw. Paraffinöl in jeweils einen Porzellantiegel. b) Versucht, beide Flüssigkeiten zu entzünden, indem ihr einen brennenden Holzspan von oben der Flüssig-
keitsoberfläche nähert. c) Der Tiegel, dessen Inhalt sich so nicht entzünden lässt, wird mit der Tiegelzange in ein Becherglas mit
heißem Wasser gehalten. Achtung: Nicht ganz eintauchen – der Inhalt soll nur erwärmt werden!
d) Versucht erneut, wie oben beschrieben, die Flüssigkeit zu entzünden.
durch Einatmen a) Heptan kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. Heptan kann Schläfrigkeit und Benommenheit verur-sachen.
b) Paraffinöl überprüfen. Es gibt Paraffinöle, die nach GHS Gefahr-stoffe sind.
durch Hautkontakt
Brandgefahr
Explosionsgefahr
4. Substitution von Gefahrstoffen
Nein Ja
5. Entsorgung
Reste in das Sammelgefäß „Organische Lösungsmittel“ geben.
6. Schutzmaßnahmen
Mindest standards
TRGS 500
Schutzbrille Schutzhand-schuhe
Abzug geschlossenes System
Lüftungs-maß nahmen
Brandschutz-maßnahmen
Weitere Maßnahmen:
7. Sonstiges
Gefahrenhinweise – H-Sätze
H225 Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H304 Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315 Verursacht Hautreizungen. H336 Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze
Sicherheitshinweise – P-Sätze
P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
Schule: Fachlehrer / in:
Datum: Unterschrift:
Gefährdungsbeurteilung – Station 2: Entflammbarkeit Seiten 4 / 5
a) Füllt je ein Reagenzglas etwa 10 cm hoch mit Heptan, Decan und Paraffinöl. Achtung: Die Füllhöhen müssen gleich sein.
b) Lasst aus Höhe der Reagenzglasöffnung eine Kugel in das Reagenzglas fallen. c) Messt die Zeit, bis die Kugel am Boden des Reagenzglases ankommt. Streicht mit dem Magneten von unten nach oben außen an der Reagenzglaswand entlang.
So bekommt ihr die Kugel wieder aus der Flüssigkeit.
durch Einatmen a) Heptan kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. Heptan kann Schläfrigkeit und Benommenheit ver-ursachen.
b) Paraffinöl überprüfen. Es gibt Paraffinöle, die nach GHS Gefahr-stoffe sind.
durch Hautkontakt
Brandgefahr
Explosionsgefahr
4. Substitution von Gefahrstoffen
Nein Ja
5. Entsorgung
Reste in das Sammelgefäß „Organische Lösungsmittel“ geben.
6. Schutzmaßnahmen
Mindest standards
TRGS 500
Schutzbrille Schutzhand-schuhe
Abzug geschlossenes System
Lüftungs-maß nahmen
Brandschutz-maßnahmen
Weitere Maßnahmen:
7. Sonstiges
Gefahrenhinweise – H-Sätze
H225 Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H304 Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315 Verursacht Hautreizungen. H336 Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze
Sicherheitshinweise – P-Sätze
P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
Schule: Fachlehrer / in:
Datum: Unterschrift:
Gefährdungsbeurteilung – Station 4: Löslichkeit Seiten 8 / 9
a) Stellt den Gasbrenner, die Porzellanschale und die Kerze mit ausreichend Abstand nebeneinander. b) Gebt mit der Pipette etwas Heptan in eine Porzellanschale. c) Entzündet den Gasbrenner, das Heptan und die Paraffinkerze. d) Haltet jeweils einen Porzellantiegel mit dem Boden in die Brennerflamme. e) Beobachtet jeweils die Flammenfarbe und die Veränderungen am Boden des Porzellantiegels.
durch Einatmen Heptan kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege töd-lich sein. Heptan kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen.
durch Hautkontakt
Brandgefahr
Explosionsgefahr
4. Substitution von Gefahrstoffen
Nein Ja
5. Entsorgung
Reste in das Sammelgefäß „Organische Lösungsmittel“ geben. Kerzen zur wei-teren Verwendung aufheben oder in den Restmüll geben.
6. Schutzmaßnahmen
Mindest standards
TRGS 500
Schutzbrille Schutzhand-schuhe
Abzug geschlossenes System
Lüftungs-maß nahmen
Brandschutz-maßnahmen
Weitere Maßnahmen:
7. Sonstiges
Gefahrenhinweise – H-Sätze
H225 Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H304 Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315 Verursacht Hautreizungen. H336 Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze
Sicherheitshinweise – P-Sätze
P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
Schule: Fachlehrer / in:
Datum: Unterschrift:
Gefährdungsbeurteilung – Station 6: Die Verbrennung von Kohlwasserstoffen
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Autor: Dr. Anja DombrowskiIllustrationen: Corina Beurenmeister, Julia Flasche, Stefan Lohr, Thorsten Trantow