Naturwissenschaften an der
Kopernikusschule Freigericht
Schuljahr 2010/2011
Hier findest du Linktipps (z.B. zu Animationen chemischer Vorgänge im Internet) und Downloads verschiedener Unterrichtsmaterialien zu einigen Themen deines Chemieunterrichtes.
Hier gibt es ein PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE zum ausdrucken.
NEUER LINK für das interaktive Lernen !!! Die
Chemiekiste . Die Chemiekiste bietet unter Lerntrainer (Lernbox) sehr gute interaktive Lernprogramme zu den unterschiedlichsten Themen, z.B. Sicherheit, Eigenschaften chemischer Stoffe,
Gemischarten, chemische Reaktionen, Symbolschreibweise uvm.
ÜBERBLICK ÜBER DIE THEMEN DER SEITE:
1. Stoffeigenschaften
2. Stofftrennungen
3. Die chemische Reaktion
4. Aufstellen von Reaktionsgleichungen in Symbolschreibweise
5. Stoffmengenberechnungen mit Hilfe der Reaktionsgleichungen
6. Herstellung eines hautschonenden Duschgels
Stoffeigenschaften
Verhalten eines Stoffes, Aggregatzustand und Teilchenmodell
Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) und die Übergänge
Der Hackerangriff auf die Leifi-Seiten ist abgewehrt. Die Seiten sind wieder gefahrlos nutzbar (21.3.2011).
Stofftrennungen
Experimente zur Stofftrennung:
- Salzgewinnung aus Salz-Stein-Gemengen (Steinsalz)
- Destillation zur Wassergewinnung aus Meerwasser oder Branntweinerzeugung
- Kunststofftrennung durch das Schwimm-Sink-Verfahren
- Farbentfernung aus Lösungen durch Adsorption an Aktivkohle
- Extraktion z.B. bei Kaffee- und Teezubereitung
Die chemische Reaktion
Bei chemischen Reaktionen werden die kleinsten Teilchen chemischer Stoffe auf andere Art angeordnet (umgruppiert), so dass andere, neue Stoffe entstehen. Es findet entweder eine Verbindungsbildung aus Elementen (chemischen Grundstoffen), z.B. nach dem Schema A + B ----> AB (AB ist eine Verbindung und besteht aus miteinander verbundenen Teilchen von Stoff A und Stoff B), die Zerlegung von Verbindungen (z.B. AB ----> A + B) oder die Umwandlung von Verbindungen (z.B. AB + C ----> AC + B) statt.
Typische Kennzeichen einer chemischen Reaktion sind:
- Die Stoffe vor und nach der Reaktion, Edukte (Ausgangsstoffe) bzw. Produkte, zeigen völlig unterschiedliche Eigenschaften (Farbe, Härte, Geruch, Geschmack, Löslichkeit oder elektrische Leitfähigkeit ...) ---> neue Eigenschaften sind erkennbar, da ein neuer Stoff entsteht (oder mehrere neue Stoffe entstehen).
- Während der chemischen Reaktion sind Energieerscheinungen zu beobachten (Erwärmung oder Abkühlung, Knall, Licht, Rauchentwicklung ...).
Beispiele für chemische Reaktionen: Sulfid- und Oxidbildung
Durch Erhitzen (zuführen von Aktivierungsenergie) entsteht durch Reaktion eines Metalles mit Schwefel in einer exothermen Reaktion ein festes Metallsulfid (z.B. Kupfer (s) + Schwefel (s) reagieren zu Kupfersulfid (s), Eisen (s) und Schwefel (s) reagieren zu Eisensulfid (s)).
Statt mit einem zugegebenen Stoff kann ein Metall beim Erhitzen auch mit Sauerstoff, z.B. aus der Luft, reagieren. Dabei entsteht ebenfalls in einer exothermen Reaktion ein festes Metalloxid (z.B. Eisen (s) und Sauerstoff (g) ----> Eisenoxid (s)).
Anstelle von Metallen kann auch ein Nichtmetal mit Sauerstoff reagieren. In diesem Fall entstehen Nichtmetalloxide als Produkt. Ein Beispiel ist Kohlenstoff, der nach zufügen von Aktivierungsenergie mit Sauerstoff exotherm zu Kohlenstoffdioxid [CO2] (g) reagiert.
Das unterschiedlich starke Bestreben sich mit Sauerstoff zu verbinden bezeichnet man als SAUERSTOFFAFFINITÄT eines Elementes.
Luft, Gase der Luft und ihre Eigenschaften
Im Unterricht wurden nun die Eigenschaften von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonooxid und die Zusammensetzung der Luft besprochen. Beim Kohlenstoffdioxid wurde der Aggregatzustandwechsel vom festen (Trockeneis, -78°C kalt) zum gasförmigen Kohlenstoffdioxid (Sublimation) experimentell untersucht. Du findest sie in deinem Chemiebuch auf den Seiten 68 und 73-74.
Wie versprochen gibt es jetzt hier das Video zum Thema "Grill anzünden auf Chemiker-Art" mit flüssigen Sauerstoff ( -183°C kalt !!! ).
Das Verhalten von Stoffen bei tiefkalten Temperaturen, flüssiger Stickstoff ist -196°C kalt, wird im Video Bananenhammer gezeigt.
Umweltgefahren durch Spurengase (Gase mit nur kleinen Volumenanteil in der Luft)
Saurer Regen entsteht durch den Schwefelgehalt fossiler Brennstoffe, z.B. Erdöl und Kohle. Bei Verbrennung von Schwefel in Sauerstoff entsteht als Produkt Schwefeldioxid. Dieses reagiert mit Wasser zu Schwefliger Säure, wie der Farbumschlag des pH-Indikators Bromthymolblau von grün nach gelb zeigt. Wie die folgenden Bilder zeigen, reagieren Pflanzen empfindlich auf die Einwirkung der Säure (jeweils rechts im Bild, zur Vergrößerung bitte auf die Bilder klicken).
Weitere im Unterricht besprochenen Umweltprobleme durch vom Menschen freigesetzte Gase:
- Ozonloch durch die Verbindungsgruppe der FCKW: (Fluorchlorkohlenwasserstoffe), welche früher als Kältemittel in Kühlschränken und Treibmittel in Spraydosen zum Einsatz kamen. Das Ozon wirkt in unserer Atmosphäre als Schutzschirm vor energiereicher UV-Strahlung der Sonne.
- Treibhauseffekt durch Kohlenstoffdioxid, welches von der Sonne kommende kurzwelligere Strahlung durch die Atmosphäre lässt, aber für die langwelligere Rückstrahlung von der Erdoberfläche undurchlässig ist. Dies bewirkt eine kritische Erwärmung der Erdatmosphäre.
Wie bekommt man reinen Sauerstoff, Stickstoff usw. in eine Druckgasflasche?
Dazu benutzt man die von Carl von Linde entwickelte Technik der Luftverflüssigung und Destillation. Das bei der Luftverflüssigung verwendete Verfahren, die prozessbedingte Abkühlung von verdichteten, verflüssigten Gasen bei der Entspannung ist auch die technische Grundlage aller Kühl- Gefrier- und Klimaanlagen. Siehe Buch S. 68 und Funktion eines Kühlschrankes.
Die folgenden Bilder zeigen industrielle Stickstoffbehälter und die bei der Entspannung entstehende Kälte.
WASSERSTOFF
Gemische aus Wasserstoff und Sauerstoff bezeichnet man als KNALLGAS. Durch zuführen von Aktivierungsenergie, z.B. durch einen Zündfunken, reagieren sie sehr heftig mit Lichtblitz und lautem Knall zum Oxid des Wasserstoffs, dem Wasser (H20). Wir haben dann untersucht was geschieht, wenn man die beiden Gase in unterschiedlichen Volumenverhältnissen mischt und zur Reaktion bringt. Entstehen dann möglicherweise andere Verbindungen (z.B. H30, HO2), oder bleibt ein Teil der Edukte (Wasserstoff oder Sauerstoff) übrig? Unsere Experimente zeigten, dass immer Wasser (H2O) entstand und das bei beim vom Wasserstoff : Sauerstoff-Verhältnis von 2:1 abweichenden eingesetzten Stoffmengen jeweils Ausgangsstoff übrig blieb.
Durch Gleichstrom wird die Verbindung Wasser in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
METALLHERSTELLUNG
Wie kann man Metalle aus Metalloxiden (Metallerzen) herstellen?
Hierzu wird die Verbrennung der unedlen Metalle umgekehrt. Man muss dem Metall der Metallverbindung den Sauerstoff "wegnehmen". Deshalb wird eine Reaktion mit einem Reaktionspartner durchgeführt der eine größere Sauerstoffaffinität als das Metall der Metallverbindung hat. Dies kann bei Kupfer und Eisen u.a. Magnesium, Aluminium, Wasserstoff und Kohlenstoff sein. Kohlenstoff und Wasserstoff haben den verfahrenstechnischen Vorteil, dass ihre Oxide gasförmige Stoffe sind und deshalb bei der Reaktion entweichen. Eine aufwendige Stofftrennung der Produkte entfällt dadurch. Informationen hierzu findest du im Buch auf S. 88-96.
Wir haben folgende Reaktionen im Unterricht behandelt:
Eisenoxid + Kohlenstoff (Hochofenprozess und Stahlherstellung, s. BUCH!!)
Eisenoxid + Aluminium (Thermitreaktion / Aluminothemrisches Verfahren)
Aufstellen von Reaktionsgleichungen in Symbolschreibweise
Summenformel ermitteln
Die Summenformel gibt die Zusammensetzung einer Verbindung an. Ich benutze lieber den aussagekräftigeren Begriff "Verbindungsformel".
Zuerst muss man feststellen, wie viele Teilchen eines Elementes mit wie vielen Teilchen eines zweiten Elementes in der Verbindung verbunden sind. Hierzu benutzen wir die Wertigkeit. Zu ihrer Ermittlung brauchen wir ein Periodensystem der Elemente (PSE), denn die Wertigkeit steht im Zusammenhang mit der Hauptgruppenzugehörigkeit. Letztendlich erhalten wir durch Anwendung der Wertigkeit die hinter dem jeweiligen Symbol in der Formel kleingeschrieben notierten Indexzahlen. Die Wertigkeit gibt an, wie viele Wasserstoffteilchen das Teilchen eines Elementes in einer Verbindung ersetzen kann (positive Wertigkeit, z.B. Na hat die Wertigkeit +I, Be die Wertigkeit +II, Al die Wertigkeit +III ... oder wie viele Wasserstoffteilchen es in einer Verbindung an sich binden könnte (negative Wertigkeit = Abstand zur Hauptgruppe VIII, z.B. Sauerstoff (VI. Hauptgruppe, Wertigkeit: VI-VIII = -II). Bei einer richtigen Formel für eine Verbindung ist die Summe der Wertigkeiten aller beteiligter Teilchen = 0. Siehe auch: Artikel zur Wertigkeit bei Wikipedia.
Hier gibt es ein PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE zum ausdrucken.
Stoffmengenberechnungen mit Hilfe der Reaktionsgleichungen
Die Reaktionsgleichung teilt uns mit, wie viele Teilchen bei einer chemischen Reaktion jeweils miteinander reagieren. Bei der Reaktion von Mg und Schwefel reagieren 1 Teilchen Mg (Wertigkeit +II) und ein Teilchen Schwefel (Wertigkeit -II) zu Schwefelsulfid MgS.
Mg + S ----> MgS
Die Reaktionsgleichung gilt auch für größere Teilchenzahlen von z.B. 1000 Teilchen Mg. 1000 Teilchen Mg reagieren also mit 1000 Teilchen Schwefel zu 1000 Teilchen MgS und 1 mol Mg-Teilchen und 1 mol S-Teilchen reagieren zu 1 mol MgS. Große Teilchenzahlen fasst man unter dem Begriff Stoffmenge mit der Einheit mol zusammen. Eine Stoffmenge von 1 mol enthält 6,022 x 10 hoch 23 Teilchen, also 602.200.000.000.000.000.000.000 Teilchen.
1 mol Mg-Teilchen haben die Masse 24,3 g, 1 mol S-Teilchen wiegen 32,1 g. Das Molgewicht von Mg beträgt also 24,3 g/mol, das Molgewicht von S ist 32,1 g/mol. Hier findet sich das Gewicht des einzelnen Stoffteilchens wieder, allerdings jetzt mit der Einheit g (Gramm) statt u (atomare Masseneinheit) , da ein Mol 602.200.000.000.000.000.000.000 Teilchen enthält und 1g = 602.200.000.000.000.000.000.000 u entspricht.
Die oben stehende Reaktiongleichung lässt sich also auch so lesen:
1 mol Mg + 1 mol S ----> 1 mol MgS
24,3 g Mg und 32,1 g S reagieren demnach zu 56,4 g MgS.
Das Molgewicht einer Verbindung errechnet sich aus seiner Formel und den Molgewichten seiner Bestandteile, denn Masse verschwindet nicht bei chemischen Reaktionen!
Hat man eine Stoffportion von 12,15 g Mg (Stoffmenge = 0,5 mol), so reagiert diese mit einer Stoffmenge von 0,5 mol Schwefel, also 16,05 g S zu 28,2g MgS.
Es gilt: Stoffmenge (mol) = Stoffportion (g) / Molgewicht (g/mol)
und umgestellt: Stoffportion (g) = Stoffmenge (mol) x Molgewicht (g/mol)
Nun habt ihr alles gelernt, um die mit der Waage abzuwiegenden Stoffportionen für eine beliebige chemische Reaktion selbst zu ermitteln.
Herstellung eines hautschonenden Duschgels
Zum Abschluss des Schuljahres machen wir eine schöne alltags- und produktorientierte Chemiestunde. In ihr wird ein hautschonendes Duschgel hergestellt.
Hintergrund: Seifen entstehen beim Kochen von Fetten / Ölen mit Lauge. Durch Laugenrückstände haben altmodische Seifen (Kernseife) einen hohen pH (pH ca. 9-10) - sie sind alkalisch (basisch).
Gesunde Haut hat einen pH-Wert von 6-7, der vor Krankheitskeimen schützt. Wäscht man sich oft mit solch einer altmodischen Seife, so wird der gesunde pH-Wert der Haut zerstört. Die Haut wird dadurch anfälliger für das Eindringen von Krankheitskeimen. Moderne Seifen verfügen über eine hautfreundliche Rezeptur. Sie haben einen leicht sauren pH und erhalten dadurch den wichtigen Säureschutzmantel unserer Haut.
Rezeptur für ein hautschonendes Duschgel bei Thomas Seilnach.
Weiter geht es ab 8.8.2011 in der 9. Klasse Gym. ICH WÜNSCHE EUCH ALLEN SCHÖNE FERIEN !
