Wasser: Unterschied zwischen den Versionen

• Formel: H₂O
• Dichteanomalie für Temperaturen zwischen 0°C und 4°C, weswegen Eis auf Wasser schwimmt.
• Gutes Lösungsmittel für sogenannte salzartige Verbindungen.
• Nicht mischbar mit Kohlenwasserstoffen und öligen Substanzen, wie Benzin und Öl. Solche Gemisch können mit Emulgator aber Emulsionen bilden.
• Schmelztemperatur = 0°C; Siedetemperatur = 100°C
• Dichte: 1 g/cm³ -> 1 l = 1000 cm³ wiegen 1 kg

Folgende Experimente kannst du auch zu Hause durchführen. Informiere deine Eltern über die Experimente und beachte alle Sicherheitsvorschriften bei den Anleitungen:

• Volumenzunahme beim Gefrieren von Wasser (siehe auch Dichteanomalie des Wasser)
• Die zerknüllte Getränkedose ... das lässt sich mit dem Teilchenmodell erklären!
• Der Arabertrick ... oder, wie man einen Kühlschrank ohne Strom bekommt.

  Aufgabe

Halte dir unter der Überschrift "Dichte-Anomalie des Wassers" ein paar der folgenden Informationen fest. Gerne auch mit Bildern und kurzer Beschreibung dazu.

Elemente sind zum Beispiel Metalle wie Eisen, Kupfer, Silber und Nichtmetalle wie Schwefel und Kohlenstoff.

  Aufgabe

Ergänzt auf dem Übersichtsblatt, neben den Verbindungen, den Begriff Elemente und darunter Metalle und Nichtmetalle, jeweils mit je drei Beispielen.

Schülerversuch: Elektrolyse von Wasser mit Low-Cost-Geräten in der Schule. Hier noch einmal zum Anschauen.

  Aufgabe

Haltet das Experiment zur Elektrolyse schriftlich fest, indem ihr den Aufbau, das Ergebnis und die Untersuchung der sich entwickelnden Gase beschreibt. Tipps:

• Für die Zeichnung des Aufbaus reicht es einfache Röhrchen mit glatten Elektroden zu skizzieren. Dazu gehört auf jeden Fall auch die Flüssigkeit.
• Was kann man beobachten, wenn man den Strom anschließt?
• Wieviel der Gase entwickeln sich?
• Welches der Gase (Volumen?) verhält sich bei der Untersuchung wie?

• Wasserstoff ist ein geruch- und farbloses Gas
• Wasserstoff ist der Stoff mit der geringsten Dichte mit 0,09 g/l
• Er verbrennt, wenn er rein ist, mit einer ruhigen gelben Flamme.
• Mit Sauerstoff gemischt, bildet sich Knallgas.
  • Bei einem Stöchiometrisches Gemisch (2 Teile Wasserstoff und 1 Teil Sauerstoff) ist die Reaktion besonders heftig.

Filme mit Experimenten dazu: [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Lehrer-Versuch: Knallige Experimente zu Wasserstoff

• Luftballon mit Wasser
• Wasserstoff-Seifenblasen, Wasserstoff/Sauerstoff-Seifenblasen
• Wasserstoff wird in einem Zylinder gefüllt

  Aufgabe

Informiert euch (auch zu Hause) auf den folgenden Seiten über Wasserstoff als Energieträger. Bearbeitet dann in der Schule die Fragen:

• Wasserstoff - Energieträger der Zukunft?
• Zu Hause zapfen Die Firma Honda berichtet von ihrer Heim-Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff für ihr selbst entwickeltes Wasserstoff-Auto.
• Brennstoffzellen-Autos Eine Übersicht, über Modelle und wie sie aufgebaut sind.
• Warum Wasserstoff Von dem Wasserstoff-Produzenten, der Firma Linde.
• In Ostfriesland wird Windstrom zu Methangas
• Methanol statt Wasserstoff ... HINWEIS: Aus Wasserstoff lässt sich mit Kohlenmonoxid auch Methanol herstellen! 2 H₂ + CO -> CH₃OH
• Wikipedia-Artikel über  Wasserstoffwirtschaft  und  Wasserstoffantrieb .

Fragen:

1. Welche Möglichkeiten gibt es Wasserstoff zu gewinnen?
2. Woher bekommt man die dafür notwendige Energie? Welche davon sind sinnvoll und/oder wirtschaftlich?
3. Welche Vorteile hat Wasserstoff als Energieträger gegenüber von fossilen Brennstoffen oder Batterien?
4. Welche Nachteile hat Wasserstoff als Energieträger?
5. Welche Möglichkeiten gibt es Wasserstoff zu speichern?
6. Welche Möglichkeiten gibt es, die Energie im Wasserstoff zu nutzen?
7. Wie unterscheiden sich Brennstoffzellen von "normalen" Motoren.

  Aufgabe

Bearbeitet das Aufgabenblatt zum schon oben vorgestellten Artikel In Ostfriesland wird Windstrom zu Methangas

Wir führen Experimente zu den folgenden Themen durch:

• Wie weißt man saure Lösungen chemisch nach?
• Können Lösungen noch was anderes als sauer sein? Es werden Zucker, Laugenbrezel, Salz, Waschmittel, Soda, Backpulver, ... untersucht.
• Wie wirkt sich Säuren/Laugen auf verschiedene Stoffe aus?
• Wie kann man eine Lösung "entsäuern"?
• Die Stärke einer Säure bestimmen.
• Rotkraut, Blaukraut, Grünkraut?

Die Anleitungen zu den Experimenten findet ihr auch hier auf dieser Seite, so dass ihr die Experimente besser zu Hause nachbearbeiten könnt. Im Unterricht sind sie aber auch auf Kärtchen bei den Materialien vorhanden, so dass ihr sie euch nicht ausdrucken müsst.

• Lösung: Homogenes Gemisch von Wasser mit einem anderen Stoff, der in Wasser löslich ist.
• Saure Lösung: Sind durch sauren Geschmack oder durch die Farbänderung eines Indikator nachweisbar. Universalindikator färbt sich rot.
  • Oxide von Nichtmetallen bilden in Wasser gelöst Säuren (Kohlendioxid -> Kohlensäure, Schwefeltrioxid -> Schwefelsäure)
• Alkalische Lösung: Enthält man durch das Auflösen von Kernseife, Soda oder (einige) Waschmittel in Wasser. Es fühlt sich seifig an und färbt Universalindikator blau.
  • Lauge: Spezielle Art alkalischer Lösungen. Beispiel: Natronlauge (enthält Natrium) wird für die Herstellung von Laugenbrezeln verwendet.
  • Oxide von Metallen bilden in Wasser gelöst Laugen.
• Neutralisation: Gießt man saure und alkalische Lösungen im richtigen Verhältnis zusammen, erhält man eine neutrale Lösung, die weder sauer noch alkalisch ist.
• pH-Wert: Maßzahl, mit der angegeben wird, wie stark sauer bzw. alkalisch eine Lösung ist. pH = 7 ist neutral, pH zwischen 0 und 7 bedeutet sauer, pH zwischen 7 und 14 bedeutet alkalisch. Eine Übersicht hier.
  • Der pH-Wert hängt auch von der Konzentration der Lösung ab.
  • Verdünnt man saure Lösungen, so steigt der pH-Wert an, bis die Lösung neutral ist (pH = 7).
  • Verdünnt man alkalische Lösungen, so sinkt der pH-Wert, die die Lösung neutral ist (pH = 7).
• Indikator: Farbstoff, der durch Farbänderung anzeigen kann, ob eine Flüssigkeit sauer, neutral oder alkalisch ist.  Indikator 
  • Indikatorpapier: Papier, auf dem ein Indikator aufgetragen wurde, um den pH-Wert in Flüssigkeiten zu bestimmen.
  • Universalindikator: Gemisch verschiedener Indikatoren, mit denen man den pH-Wert bestimmen kann.
  • ACHTUNG: Da verschiedene Indikatoren unterschiedliche Farben haben, muss man sich bei der Anwendung informieren!
• Ätzend: Saure und alkalische Lösungen sind sehr reaktiv. Sie reagieren mit vielen Stoffen:
  • Saure Lösungen reagieren mit unedlen Metallen unter Bildung von Wasserstoff und zersetzen Kalkstein unter Bildung von Kohlendioxid.
  • Starke Säuren wirken wasserentziehend auf organische Stoffe und können so Haut zerstören.
  • Alkalische Lösungen zersetzen Haare und Fette (-> wird im Rohreiniger genutzt!)

  Aufgabe

Teste dich! Erkennst du, welche Eigenschaften von sauren und alkalischen Lösungen hier im Alltag eine Rolle spielen?

1. Bei Zugabe von Zitronensaft in schwarzem Tee (normale Farbe: bräunlich!) verfärbt er sich leicht ins rotbraune. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Im Tee ist ein Farbstoff enthalten, der auch ein Indikator ist. Die Zugabe des Saftes, der ja Säure enthält, ändert dann die Farbe.
2. Auf der Packung von Natron gibt es verschiedene praktisch-medizinische Anwendungen, die meist nur älteren Leuten bekannt sind. Heutzutage wird dann eher auf ein teures Mittel aus der Apotheke zurückgegriffen. So wird Natron als Hilfe bei Sodbrennen (überschüssige Magensäure) empfohlen. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Soda reagiert mit der Magensäure, weil es selber in Wasser gelöst eine alkalische Lösung ergibt. Es kommt also zu einer Neutralisation und damit wird die störende Magensäure verbraucht.
3. Cola ist eine Gefahr für die Zähne! Legt man zum Beispiel Milchzähne in Cola, so sind sie nach einiger Zeit verschwunden. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Säuren sind ja sehr reaktiv. Vermutlich sind in Zähnen Stoffe ähnlich wie Kalk enthalten, die mit der Säure reagieren. In Cola ist übrigens neben Zitronensäure auch Phosphorsäure enthalten. Lässt man der Säure genügend Zeit ist das Zahnmaterial, das ja reagiert, aufgebraucht. Übrigens ist das auch der Grund, warum viele den allgegenwärtigen Zusatz von Zitronensäure (auch Kalkreiniger!) in vielen Lebensmittel kritisieren.
4. Setzt man Hortensien in einen kalkhaltigen Boden, so ändern Sie ihre Farbe von blau nach rosa [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Die Vermutung liegt nahe, dass der Farbstoff der Hortensie auch ein Indikator für Säuren ist und der kalkhaltige Boden einen anderen pH-Wert als normale Gartenerde hat.
5. Manche Waschprodukte haben die Aufschrift "pH-Hautneutral" und pH = 5,5. Es wird auch vor dem häufigen Einsatz von (normaler) Seife gewarnt, das sie den Säureschutzmantel der Haut zerstört. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Bei dem "Säureschutzmantel" handelt es sich um eine Schicht auf der Hautoberfläche, die einen pH-Wert von 5,5 hat, also sauer ist. Diese Schicht verhindert das Eindringen von Krankheitserregern. Einfache Seifen (wie Kernseife), die häufig alkalisch reagieren, neutralisieren die Schutzschicht weswegen die Haut leichter angreifbar ist.
6. Brausepulver enthält unter anderem Zitronensäure-Pulver und Natriumhydrogencarbonat. Erst wenn man die Brause in Wasser auflöst, fängt es an zu blubbern. Warum das? [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Eine Säure braucht immer Wasser um wirken zu können. In Wasser aufgelöst hat man also eine saure Lösung. Das Hydrogencarbonat reagiert ähnlich wie Kalkstein (Calciumcarbonat) mit der dann entstandenen sauren Lösung: Es wird Kohlendioxid frei, also ein Gas.
7. Leitet man die Verbrennungsabgase von Methangas (CH₄) in Wasser, so bildet sich eine leicht saure Lösung. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Als Verbrennungsabgase von Methan entstehen Wasser aus dem enthaltenen Wasserstoff (H) bzw. Kohlendixoid aus dem enthaltenen Kohlenstoff (C). Wasser ist neutral, aber Kohlendixoid ist ein Nichtmetalloxid und bildet deshalb in Wasser gelöst eine Säure.
8. Beim Kochen von frisch-gehobeltem Blaukohl, gibt die erfahrene Hausfrau gerne mal ein paar Stückchen eines säuerlichen Apfels hinein. Dadurch bekommt man die appetitliche Farbe des Rotkohls. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Apfel enthält Säure und Rotkohl enthält einen Farbstoff, der auch als Indikator für Säuren wirken kann.
9. Essig ist eines der besten Hilfsmittel um Kalkflecken zu entfernen, die sich bilden können, wenn Wassertropfen eintrocknen. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
   Die im Essig enthaltene Säure reagiert mit dem Kalk. Bei genauerer Betrachtung und ausreichenden Mengen an Kalk erkennt man, das es leicht blubbert. Der Kalk löst sich auf und es entsteht nebenbei Kohlendioxid.
10. Zement enthält gebrannten Kalk, also Calciumoxid (Calcium ist ein Metall!). Warum ist ein Gefahrenzeichen auf der Zementpackung drauf? [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
    Metalloxide bilden in Wasser alkalische Lösungen. Da im Zement viel davon enthalten ist, ist der pH-Wert also sehr hoch. Kommt etwas davon in die Augen kann das zu einer Verletzung führen. Und auch die (normale) Haut wird davon angegriffen!

  Aufgabe

Beschreibe und begründe die Informationen zum Sauren Regen mit den gelernten Fachbegriffen