Einstieg in die Chemie: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 11. März 2016, 20:49 Uhr

Was ist eigentlich Chemie?

Wenn du überlegst, was du dir unter einem Chemiker so vorstellst, wirst du vielleicht bei einem solchen Bild, wie das links, sofort zustimmen ... das sieht nach einem Chemiker aus, oder?

Die Frage, was Chemie eigentlich genau ist, wirkt im ersten Moment ganz einfach. Ein Chemiker oder ein Chemielehrer sollte sie doch ohne weiteres beantworten können! Aber leider ist die Antwort auf diese Frage alles andere als klar. Und trotzdem versuchen wir, ein wenig Licht in das Dunkel zu bringen. Ein berühmter Chemiker soll einmal folgendes gesagt haben:

“Chemie ist die Wissenschaft der Stoffe ihres Aufbaus ihrer Eigenschaften und der Reaktionen, welche sie in andere Stoffe umwandeln.”  Linus Pauling , Nobelpreis für Chemie 1954

Die Wissenschaft Chemie beschäftigt sich also ganz grundlegend mit all den Dingen, die uns umgeben. Woraus bestehen diese Dinge? Welche Eigenschaften haben sie - und warum? Wie kann ich Stoffe ineinander umwandeln, also zum Beispiel aus Sand Glas erzeugen?

Was machen Chemiker?

Chemie spielt in vielen Bereichen des Alltags eine herausragende Rolle:

• In der Materialwissenschaft werden z.B. Kunststoffe mit bestimmten benötigten Eigenschaften hergestellt. Wegen drohender Erdölknappheit, muss man sich überlegen, wie man Kunststoffe aus Naturstoffen herstellen kann. Auch die Entsorgung und das Recycling sind dabei wichtig.

Das sogenannte  Aerogel  ist besonders leicht aber trotzdem stabil. Ein 2,5 kg schwerer Ziegel wird hier von einem 2 g schweren Stück Aerogel getragen.	Thermoplastische Polyurethane sind neue, gut federnde und gut wieder verwertbare Materialien für die Sohlen von Sportschuhe.	Graphen  ist ein "neuer" Wunderstoff, von dem man sich viel verspricht. Nur eine Lage von Kohlenstoff-Atomen sind besonders gut leitfähig. An Anwendungen forscht man noch.

• Ein wichtiger Punkt im Alltag ist die Energie. Energie muss gespeichert werden, die mit Hilfe von Sonne und Wind produziert wird. Das kann in Form von energiereichen Stoffen geschehen, wenn etwa aus Wasser das brennbare Gas Wasserstoff produziert wird. Oder in Form von Batterien, bei denen es zum Beispiel für Elektroautos darum geht, dass die Akkus lange halten und schnell geladen werden können.

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Der durch Solar- oder Windenergie produzierte Wasserstoff kann zwar direkt als Brennstoff verwendet werden, ...	aber als Methan-Gas lässt er sich besser transportieren.	Oder man produziert die Flüssigkeit Methanol, die sich wie Benzin tanken lässt.	Redox-Flow-Batterie  sind relativ neu. Man lädt sie nicht auf, sondern tauscht den Elektrolyten aus, um wieder Energie zu haben.

• Die Analyse der Umwelt ist wichtig, denn die Chemiker kennen Methoden um Gifte und die Zusammensetzung von Stoffen bestimmen zu können. Dies spielt bei der Kontrolle von Lebensmitteln (auch Wasser) und etwa Arzneimittel eine große Rolle.

Einfache Handversuche kann man verwenden, um schnell das Vorhandensein von Stoffen nachzuweisen.	Diese einfache Chromatographie, kann man auch zu Hause durchführen.	In größeren Laboren verwendet man allerdings eher Geräte, wie diese Gaschromatographen.

Aufgabe 1 Lies im Schulbuch die Seite 13 und beantworte schriftlich im Heft die Aufgaben 1-3. Überschrift bitte darüber schreiben!!

Laborgeräte

Damit du Experimentieranleitungen nutzen kannst, musst du die Namen der Geräte kennen, die dort genannt werden. Du musst die Namen der Geräte auswendig lernen und auch aufgrund des verwendeten Material verstehen, für was man ein Gerät verwenden kann und für was nicht.

Die Namen der Geräte

Aufgabe 2 Nutze im Buch die Seite 7, um das Arbeitsblatt (Anschauen oder Herunterladen) so weit wie möglich auszufüllen. Die restlichen Namen werden im Unterricht geklärt.

Eine ausführliche Liste liefert der Wikipedia-Artikel  Laborgerät .

Aufgabe 3 Kennst du die Namen der Laborgeräte? Übe sie hier beim Zuordnungsquiz.

Das Material der Laborgeräte

Die meisten Laborgeräte bestehen aus den folgenden Materialien:

•  Holz  -  Eisen  -  Glas  -  Plastik  ... leider sind die Wikipedia-Artikel recht kompliziert zu lesen!

Dabei ist die Auswahl nicht willkürlich, denn man verwendet natürlich das Material für ein Gerät, dass am besten zu den Anforderungen passt. Oder man hat verschiedene Varianten aus verschiedenen Materialien: gerade Plastik wird gerne verwendet, wenn etwas nicht zu viel beansprucht wird, aber leicht und billig sein soll.

Welche Vor- und Nachteile diese Materialien genauer haben, sollst du in den folgenden Quizzen entdecken. Dabei kannst du überprüfen, ob du dich schon gut auskennst!

Aufgabe 4 Ordne die Vor- und Nachteile des jeweiligen Stoffe richtig zu und halte das richtige Ergebnis als Tabelle im Heft fest. Vergleich von Holz und Eisen Vergleich von Glas und Plastik Die Tabelle sollte etwas so aussehen: anzeigen Die Tabelle sollte etwas so aussehen: verstecken Natürlich muss die Tabelle etwas größer werden. Im ersten Quiz siehst du, wieviele Antworten in jede Zelle kommen. Eventuell lohnt es sich, die Lösungen erst einmal auf ein Schmierblatt zu notiere!

ACHTUNG, Kontrolle!! - Zeigen Sie Ihre Kenntnisse zu den Laborgeräte-Materialien vor!

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Beweise dein Können und versuche die Millionen-Frage zu knacken! Hier geht es zum Quiz. 
 

Chemie beschäftigt sich mit Stoffen. Was sind Stoffe aber genau?

Das sind natürlich Stoffe in der Chemie	... und was ist damit?

Stoffe sind all die Materialien, aus denen unsere Welt zusammengesetzt ist. Wieviele Stoffe es genau gibt, kann man vermutlich nicht sagen, aber eine wichtige chemische Organisation gibt schon mal mindestens 30 Millionen als Anzahl an.

Bisher haben wir uns, bei der Betrachtung der Laborgeräte, mit vier Materialien beschäftigt. Nicht alle davon kann man aber als chemischen Stoff bezeichnen. Und zwar ist das Holz - ein natürliches Material - eben kein reiner Stoff sondern ein Gemisch, dass zum Beispiel auch Wasser enthält und das Lignin. Und je nachdem, welche Sorte Holz man hat, sind dessen Eigenschaften recht unterschiedlich. Das ist für Chemiker zu ungenau. Und das gilt für alle Naturstoffe, weswegen man diese meist in der Chemie nicht als Beispiele nimmt.

Nun aber mal wirklich genauer: was sind chemische Stoffe?

Stoffe im chemischen Sinne

Ein chemischer Stoff ist ein Material oder allgemein alles in den Naturwissenschaften, was man man beobachten und untersuchen kann und auch eine Masse besitzt. Raumbereiche, die keine Materie enthalten, bezeichnet man als Vakuum. Elektromagnetische Wellen, wie zum Beispiel Licht werden ebenfalls nicht zur Materie gezählt. Umgangssprachlich werden chemische Stoffe auch mit dem Wort Substanz bezeichnet, das im Sprachgebrauch der Chemie aber auf Stoffe in fester Form, sog. Feststoffe, beschränkt ist. Sonst hat man Flüssigkeiten oder Gase.

Stoffe in der Chemie werden grob unterschieden in Reinstoffe (Elemente oder Verbindungen) und Gemische. Es gibt weitere Unterteilungen, zu denen wir dann später noch kommen werden.

Wichtige Reinstoffe in der Chemie, die du schon kennen wirst, sind z. B. Wasser, Kochsalz (Natriumchlorid), Eisen, Alkohol (Ethanol)

Wichtige Stoffgemische sind zum Beispiel Luft, Salzsäure, Natronlauge (wie auf den Laugenbrezeln), Bronze, uvm.

Jede Stoffportion besitzt eine Masse, hat ein Volumen (also einen Platzbedarf) und besitzt eine innere Energie bzw. Wärmeenergie. Die Form eines Körpers kann auch bei gleichem Stoff (Material) unterschiedlich sein (z. B. Eisendraht, -pulver, -blech, -kugeln, -wolle).

Aufgabe 5 Erst mal eine einfache Übung: Gemisch oder Reinstoff? Ordne in der folgenden Aufgabe Stoffe, Gemische, Gegenstände und Stoffklassen zu. Start der Übung

Stoffeigenschaften

Eine Stoffeigenschaft ist eine, für einen bestimmten Stoff, typische Eigenschaft. Sie kann mit den Sinnen wahrgenommen werden (z. B. der Geruch) oder nur mit Messgeräten erfassbar sein.

In der Chemie unterscheidet man Reinstoffe von Stoffgemischen, denn Reinstoffe haben immer die gleichen Eigenschaften, während bei Stoffgemischen die Eigenschaften von den Mischungsverhältnissen der Komponenten abhängen.

Wie du schon bei den Laborgeräten feststellen konntest, sind die Stoffeigenschaften wichtig für deren Anwendung. Wir werden aber bald noch eine wichtige Bedeutung kennenlernen.

Aufgabe 6 Sammelt in Gruppen - in die ihr im Unterricht eingeteilt werdet - gemeinsam Stoffeigenschaften. Öffnet dann bitte nur den einen Link, der zu eurer Gruppe gehört. Gruppe 1 - Gruppe 2 - Gruppe 3 - Gruppe 4 WICHTIG: Löscht nicht die Einträge von anderen Schülern (höchstens Rechtschreibefehler korrigieren)! Wenn ihr einige zusammen habt, sortiert die Eigenschaften. Tipp anzeigen Tipp verstecken So könnte man sortieren: Physikalische Stoffeigenschaften ... die man meist durch Messgeräte bestimmen kann. Chemische Stoffeigenschaften ... wo es um das Verhalten des Stoffes in chemischen Reaktionen geht. Physiologische Eigenschaften ... Stoffeigenschaften bei denen es um Wahrnehmbarkeit oder die Auswirkungen auf die Umgebung geht.

Wenn man die von euch genannten Eigenschaften etwas sortiert und fachlicher formuliert, dann haben wir das da bisher:

Aufgabe 7 Halte das rote Kästchen im Heft mit der Überschrift "Stoffeigenschaften" fest. Bearbeite das Zuordnungs-Quiz mit den Stoffeigenschaften und halte die weiteren Eigenschaften daraus mit der Tabelle oben fest. TIPP: Der Artikel Liste von Stoffeigenschaften liefert ein paar kurze Informationen zu den Stoffeigenschaften.

ACHTUNG, Kontrolle!! - Zeigen Sie Ihre Kenntnisse zu den neuen Gefahrensymbolen vor!

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Probiere es aus!? Verstehst du schon die Begriffe und die gefährlichen Eigenschaften dieser Stoffe? Probiere es im Zuordnungs-Quiz aus! 
 

Nutzung der Stoffeigenschaften zur identifizierung eines unbekannte Stoffes

Vergleich mit 5 weißen, pulverförmigen Feststoffen

Gegeben ist ein unbekannter weißer Feststoff, der pulverförmig ist. Es kommen fünf verschiedene Stoffe in Frage, die wir kennen. Das sind:

• Vitamin C
• Natron
• Backpulver
• Zucker
• Salz

Aufgabe 8 Überlege dir Eigenschaften, mit denen du diese Stoffe unterscheiden könntest. Finde also jeweils typische Eigenschaften.

Kennenlernen des Bunsenbrenners

Aufgabe 9 Beschrifte das ausgeteilte Arbeitsblatt, um die Bestandteile des Bunsenbrenners kennenzulernen. Nutze dazu das Buch auf Seite 18 - V1.

Die verschiedenen Brenner-Arten auch von innen:

Bunsenbrenner mit Hebel	Teclubrenner mit Drehregler

Aufgabe 10 Zünde entsprechend der Anleitungen auf dem Arbeitsblatt und dem Buch (S. 18 - V 1) den Bunsenbrenner an. Jeder sollte das mindestens zweimal gemacht haben.

Aufgabe 11 Untersuche die Flamme mit und ohne Luftzufuhr: Halte das Magnesiastäbchen in die verschiedenen Flammen.

Warum dieser Unterschied mit und ohne Luft?

Experimente zur Untersuchung des (noch) unbekannten, weißen Feststoffes

Sicherheitsinformationen für Experimente
Ein Schutzbrille muss verwendet werden.

An Materialien wird benötigt:

• x saubere Reagenzgläser
• 1 schmutziges Reagenzglas
• Reagenzglasständer, Reagenzglashalter
• Gummistopfen, Spatel

Die folgenden Experimente sollen durchgeführt werden. Zu jedem Experiment gibt es auf einer Unterseite vertiefende Informationen

VERSUCH: 1. Verhalten beim Erhitzen Durchführung: Holt euch ein gebrauchtes Reagenzglas vom Lehrertisch. Gebt mit einem Spatel nicht mehr als 1 cm eures Stoffes in das gebrauchte Reagenzglas und erhitzt es über dem Bunsenbrenner. Achtet auf die besprochenenen Sicherheitsmaßnahmen. Erhitzt wie auch beim Wasser erst vorsichtig und wenn nichts passiert stärker. Allerdings muss das Reagenzglas nicht geschmolzen werden, um sagen zu können, dass der Stoff sich beim Erhitzen nicht verändert. Entsorgung: Versucht nach dem Abkühlen den Inhalt auszuschütten. Wenn das geht und Reste im Reagenzglas übrig bleiben, bitte gut mit Wasser und einer Bürste ausspülen. Kann der Inhalt nicht entfernt werden, bitte das Reagenzglas vorzeigen, damit ich entscheiden kann, ob es sinnvoll ist, es wegzuwerfen.

VERSUCH: 2. Wasserlöslichkeit Anschließend an dieses Experiment kann das Experiment Nr. 3 durchgeführt werden! Durchführung: Füllt das Reagenzglas halbvoll mit Wasser. Gebt eine kleinere Menge (ewta 0,5 cm auf dem Spatel) eures Stoffes in das Wasser und schüttelt unter Verwendung des Gummistopfens. Überprüft, ob sich alles gelöst hat, oder ob noch Bodensatz vorhanden ist. Beobachtung: Nutzt die Begriffe löslich, unlöslich, Bodensatz zusammen mit Mengenangaben (wieviel Spatelspitzen), um die Löslichkeit zu beschreiben. Was die Begriffe 'löslich', 'unlöslich', 'Bodensatz' bedeuten - anzeigen Was die Begriffe 'löslich', 'unlöslich', 'Bodensatz' bedeuten - verstecken Generell gilt: Ein Stoff ist immer in einem Lösungsmittel löslich. Neben Wasser kann man auch die Löslichkeit in Benzin testen. Einige Stoffe, die nicht in Wasser löslich sind, kann an dagegen mit Benzin lösen. Es sind aber auch andere Kombinationen möglich. Man bezeichnet einen Stoff zum Beispiel "in Wasser löslich", wenn man eine bestimmte Menge eines Feststoffs in Wasser geben kann und er ist dann nicht mehr zu sehen. Als "Bodensatz" bezeichnet man Feststoff, der in das Wasser gegeben wurde, sich aber nicht auflöst und dann meist mit der Zeit absinkt. Er hat sich dann am Boden abgesetzt. Es kann sein, dass sich ein Teil des im Wasser gegebenen Feststoffes im Wasser löst und nur ein Teil als Bodensatz übrig bleibt. Dies kann man testen, indem man die Lösung verdünnt, also Wasser hinzugibt. Man bezeichnet einen Stoff "unlöslich", wenn selbst kleinste Menge in viel Lösungsmittel komplett als Bodensatz zurückbleiben. Bildet sich zum Beispiel nach der zweiten Spatelspitze Bodensatz, hat sich aber beim ersten Mal alles gelöst, so ist der Stoff nicht unlöslich. Er ist dann eher schwer löslich. Entsorgung: Die Lösung kann für Experiment 2 verwendet werden.

VERSUCH: 3. pH-Wert der Lösung Das Experiment sollte immer nach dem Experiment Nr. 2 durchgeführt werden! Führt deshalb erst Nr. 2 durch und dann Nr. 3. Bringt also diese Anleitung erst noch einmal zurück, wenn ihr Nr. 2 noch nicht durchgeführt habt. Durchführung: Holt euch ein weiteres sauberes Reagenzglas, gebt soviel destilliertes Wasser wie im anderen Reagenzglas aus Experiment Nr. 2 hinein. Stellt die beiden Reagenzgläser nebeneinander in den Reagenzglasständer. Gebt nun vom sogenannte Universalindiktor in die Reagenzgläser, und zwar in beide gleich viele Tropfen. Die Farbe des Wasser dienst als Vergleichslösung, um die Färbung der Lösung beurteilen zu können. Ist die Farbe der Lösung ... wie beim Wasser, ist die Lösung neutral. rötlich, so ist die Lösung sauer. bläulich, so ist die Lösung alkalisch Informationen zum pH-Wert - anzeigen Informationen zum pH-Wert - verstecken Der pH-Wert ist ein Zahl, mit der eine bestimmte Eigenschaften einer Lösung beschrieben wird. Wasser hat den pH-Wert 7 und wird als neutral bezeichnet. Eine saure Lösung hat einen pH-Wert von 0 bis 7, wobei 0 sehr sauer ist und z.B. 6 nur ein wenig sauer ist. Sauer ist hier gleichbedeutend mit "schmeckt sauer". Eine alkalische Lösung (Lauge) hat einen pH-Wert von 7 bis 14, wobei 8 ein wenig alkalisch und 14 sehr alkalisch ist. Alkalische Lösungen lassen sich auch am Geschmack erkennen, aber es schmeckt wie Seife. Bekannt sind Seifenlauge und Laugenbrezel. Entsorgung: In den Abfluss gießen, Reagenzgläser und Waschbecken gut mit Wasser ausspülen.

VERSUCH: 4. Betrachtung unter dem Mikroskop Durchführung: Gebt ganz wenige Körnchen eures Stoffes auf eines der gelben Scheiben und stellt dann die Mikroskop-Kamera darüber eventuell kann man an dem großen, silbernen Drehrad an der Kamera das Bild etwas schärfer stellen. Beschreibt, was ihr seht: Kann man an verschiedenen Körnchen immer wieder die gleiche Form erkennen und haben die Körnchen glatte Flächen, so hat man Kristalle. Ist die Oberfläche dagegen uneben und unregelmäßig, so sind das amorphe Körnchen. Entsorgung: Kann weiter verwendet werden. Falls sich das Pulver über dem Tisch verteilt, bitte aufkehren und wegwerfen. Kristalle sind Körper, die aufgrund einer regelmäßigen Anordnung der kleinsten Teilchen glatte Flächen aufweisen

VERSUCH: 5. Verhalten bei Zugabe von Säure Durchführung: Gebt etwa 0,5 cm eures Stoffes in ein sauberes Reagenzglas. Holt euch mit einem anderen Reagenzglas etwa 2 cm der Essigessenz (konzentrierter Essig), das ist unsere Säure. Gebt dann die Säure auf euren Stoff und beobachtet was passiert. Schwimmt der Stoff nur auf der Säure oder geht er unter? Oder bilden sich Bläschen, sobald die Säure mit eurem Stoff zusammenkommt. Entsorgung: Ins Waschbecken ausgießen und gut ausspülen. Eventuell mit einer Bürste Reste eures Stoffes entfernen.

VERSUCH: 6. Sonstige Beobachtungen Haltet alles fest, was euch sonst noch an dem Stoff auffällt. Denkt aber daran, dass ihr hier keine Spekulationen äußert, sondern möglichst neutral festhaltet, was wahrgenommen wird.

Fließschema zu Untersuchungen erstellen

Beispiel für 4 klare Flüssigkeiten

• Anleitungs-Video zur Benutzung der Vorlagen und des Programms Inkscape

• Vorlagen für das eigene Fließschema: Quer-Format und Hoch-Format

Aus was bestehen wir ... und die Stoffe

Bisher haben wir die Stoffe und deren Eigenschaften betrachtet. Aber warum gibt es eigentlich verschiedene Stoffe mit verschiedene Eigenschaften? Um dahinter zu kommen, fangen wir mit einem überraschenden Experiment an, dass du zu Hause auch nachmachen kannst, denn man braucht nur recht alltägliche Stoffe, aber eine Möglichkeit zum genauen Messen von Volumen.

Zauberei ... es verschwindet etwas

VERSUCH: Jeweils 50 ml und dann mischen. Durchführung: Man misst in zwei Messzylindern jeweils 50 ml Wasser und 50 ml reinen Alkohol ab. Dann gibt man beide Flüssigkeiten zusammen und bestimmt das neue Volumen. Beobachtung/Ergebnis anzeigen Beobachtung/Ergebnis verstecken Beobachtung: Das Gemisch hat ein Volumen von etwa 98 ml. Deutung: Mit unserem bisherigen Wissen lässt sich diese Phänomen nicht verstehen. Wir müssen uns daher genauer anschauen, was Materie tatsächlich ist.

Nun, das Ergebnis verwundert die meisten und es wird vermutet, ob vielleicht etwas verschüttet wurde. Aber auch wenn man alles wiegen würde, so wäre nichts verschwunden.

Was das ist, die Materie, aus dem wir und alles um uns herum besteht, hat die Naturphilosophen schon vor 3000 Jahren beschäftigt.

Das Teilchenmodell gibt eine Erklärungsmöglichkeit

Die Forschung ist inzwischen soweit, dass sie ziemlich genau dieses Phänomen erklären kann. Tatsächlich ist es ein wenig komplizierter, aber vereinfacht ließe sich das Ergebnis erklären, wenn man davon ausgeht, dass beide Stoffe aus sehr kleinen Teilchen aufgebaut sind. Ist eines der Teilchen größer als das andere, so wird bei der Mischung Platz frei, denn die kleinen Teilchen nehmen Platz ein, der vorher unbesetzt war.

Hier sind die Stoffe unvermischt und durch eine Trennwand von einander getrennt. Man sieht deutlich, dass bei dem Stoff mit den größeren Teilchen größere Zwischenräume leer sind.		Der Mischvorgang ist bei begrenztem Raum zu langsam, weshalb den Teilchen mehr Platz gegeben wird und die Geschwindigkeit erhöht wird.		Nachdem die Geschwindigkeit wieder reduziert wurde sieht man, dass das Gemisch wesentlich weniger Platz einnimmt, als die Einzelstoffe vorher. Die großen Teilchen sind verteilt in den kleinen und diese ordnen sich eng an die großen Teilchen an. Es gibt keine größere Lücken wie vorher.

Diesen Vorgang wurde in einem Simulationsprogramm für Teilchen durchgeführt. Wie es abgelaufen ist kannst du dir noch einmal ausführlich in einem Film (ohne Ton) anschauen.

Das Teilchenmodell früher und heute

Bereits vor etwa 2500 Jahren postulierte Demokrit Wie sein Lehrer Leukipp – und in Abweichung von dessen Lehrer Parmenides – dass die gesamte Natur aus kleinsten, unteilbaren Einheiten, den Atomen, zusammengesetzt sei. Davor galt die verbreitete Hypothese der unendlich fortsetzbaren Teilbarkeit der Materie. Zwar konnte um 1800 herum durch genaue Wägungen

Die Teilchen, aus denen unsere Materie aufgebaut ist, sind so klein, dass man sie mit keinem Mikroskop wirklich sehen kann. Bilder wie die folgenden sind Computer-Darstellungen, die aufgrund von Messungen in Elektronen- oder Rasterelektronenmikroskopen möglich sind. Solche Elektronenmikroskope erlauben trotzdem einen gewissen Einblick in die Welt der Teilchen, denn sie können die Anordnung der kleinsten Teilchen deutlich machen, ebenso wie Größenunterschiede, wenn man verschiedene Teilchen in der Probe hat.

Hier sieht man eine Elektronenmikroskop- aufnahme eines Gold-Kristalls.		Die Oberfläche von Graphit.		Wie ein Rastertunnel-Mikroskop die Oberfläche abtastet ("rastert").

WICHTIG: Man muss sich bewusst sein, dass das Teilchenmodell nur ein Hilfsmittel ist, den Aufbau der Materie und das Verhalten der Stoffe zu verstehen. Viele Dinge können damit nicht erklärt werden. Für uns reicht es aber im Moment, dieses einfache Teilchenmodell zu verwenden, mit dem wir dann auch verschiedene Aggregatzustände und die typischen Eigenschaften der Stoffe in einem bestimmten Aggregatzustand erklären können.

Häufig auftretende Fehler:

• Die Eigenschaften eines Stoffes ergeben sich erst aus der Anhäufung von mehreren Teilchen. Die Anziehung der Teilchen untereinander ist natürlich auch bei zwei Teilchen vorhanden.
• So hat ein kleinstes Teilchen keine Farbe. Die Farbe in den Elektronenmikroskop-Aufnahmen sind vom Computer erzeugt! Ein Farbeindruck entsteht dadurch, das ein Teil des weißen Licht durch den Gegenstand, den wir betrachten, verschluckt wird (Absorption). Das sichtbare Restlicht ergibt den Farbeindruck eines Gegenstandes (siehe  Remission ). Und einzelne Teilchen können kein Licht zurückwerfen, da sie zu klein sind.

Teilchenmodell anwenden und verstehen lernen

Es ist sicherlich schwer, etwas zu verstehen, was man ja eigentlich nicht sehen kann. Das Teilchenmodell kann aber in Simulationsprogrammen nachgestellt werden. Man kann dabei die Teilchen und deren Eigenschaften sowie die Eigenschaften der Umgebung festlegen. Als Hilfe zum Verstehen des Teilchenmodells nun ein paar Videos, zu denen es Kontrollfragen gibt. Frage nach, falls du Fragen falsch beantwortest und auch nicht verstehen kannst, warum es falsch ist.

Teilchenmodell und Temperatur

Was wir in den zwei Videos gesehen haben und was durch die dazugehörigen Tests schon angesprochen wurde, wir nun noch mal in einem Lückentext betrachtet.

Viele Teilchen bei unterschiedlichen Temperaturen

Beobachtet man viele Teilchen auf einmal, so hat die Änderung der Geschwindigkeit auf jedes einzelne Teilchen den gleichen Effekt, wie auf ein einzelnes Teilchen, dass alleine ist. Allerdings sieht das Ganze dann etwas anders aus:

Hinweis: Das die Teilchen nach unten fallen, bzw. sich eher weiter unten aufhalten hat damit zu tun, dass eine Schwerkraft simuliert wird. Wenn die ausgeschaltet wäre, würden auch langsame oder zusammenhängende Teilchen nicht "unten" liegen sondern herumschweben. Die Position der Teilchen hat also eher einen geringere Bedeutung.

Es fällt auf, dass es beim Aussehen der Teilchenmenge deutliche Unterschiede gibt. Man kann im Grunde genommen drei verschiedene Arten der Anordnung der Teilchen festhalten.

Bei sehr niedrigen Temperaturen ist die Bewegung der Teilchen sehr langsam. Die Teilchen sind ganz nah beieinander, haben eine feste Position und bewegen sich nur wenig an ihrer Stelle. Dies ist möglich, weil wegen der langsamen Geschwindigkeit, die Anziehung zwischen den einzelnen Teilchen gut wirken kann. Ein Film, bei dem man Teilchen in Bewegung sieht findest du hier.		Bei mittleren Temperaturen sind die Teilchen zwar auch recht eng beeinander, sind aber nicht - wie bei sehr niedrigen Temperaturen - fest an einer Stelle. Sie bewegen sich in aneinander vorbei, hin und wieder kann ein Teilchen mal die Gruppe verlassen. Da die Geschwindigkeit nicht so hoch wie bei den gasförmigen Soffen ist, kann die Anziehung zwischen den Teilchen etwas wirken, wodurch sie sich meist nicht voneinander entfernen können. Ein Film, bei dem man Teilchen in Bewegung sieht findest du hier.		Bei sehr hohen Temperaturen sind die Teilchen sehr schnell. Sie ziehen sich natürlich immer noch an, aber wegen der schnellen Bewegung kann die Anziehung kaum wirken. So sind die Teilchen weit im Raum verteilt. Ein Film, bei dem man Teilchen in Bewegung sieht findest du hier.

Da diese drei Teilchen-Anordnungen von der Temperatur abhängen sollte es dir klar sein, dass wir hier sehen, wie die Teilchen bei Stoffen in unterschiedlichen Aggregatzuständen angeordnet sind. Das wollen wir uns noch etwas genauer anschauen und dann auch noch schriftlich festhalten.

Aggregatzustände im Teilchenmodell

Die drei Aggregatzustände haben wir schon behandelt. Wir wollen nun das Teilchenmodell auf sie anwenden und verstehen, wie die Existenz und die schon genannten Eigenschaften der kleinsten Teilchen die typischen Eigenschaften von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen erklärbar machen.

Aufgabe 12 Dazu vorab eine Übung, wo es um Stoffeigenschaften geht. Du findest unten einige Eigenschaften genannt, die du dem jeweiligen Aggregatzustand zuordnen sollst. Versuche die Eigenschaft richtig zuzuordnen. Diese Informationen sollen später bei der Aufgabe 3 in einer Tabelle festgehalten werden. Du kannst nach Abschluss dieser Übung schon anfangen, in die erste Spalte die zugeordneten Informationen in Stichworten beim jeweiligen Aggregatzustand festzuhalten.

Nun geht es darum, wie man die Eigenschaften mit Hilfe des Teilchenmodell erklären kann.

Aufgabe 13 Ordne im Lückentext zu der jeweiligen Stoff-Eigenschaft eine Begründung mit Hilfe des Teilchenmodell zu. Als Anregung solltest du dir noch einmal die drei Bilder mit den orangenen Teilchen anschauen und die Beschreibung dazu durchlesen.

Aufgabe 14 Nutze die leere Tabelle (odt, pdf und halte die Informationen aus den Übungen 1 und 2 fest. In der ersten Spalte "Stoffebene" soll beschrieben werden, wie sich der Stoff von außen betrachtet verhält. Dazu kannst du die Ergebnisse von Aufgabe 1 verwenden. Es reicht, wenn du die Eigenschaften stichwortartig festhälst. In der zweiten Spalte "Teilchenebene" wird darauf eingegeben, wie die Teilchen im jeweiligen Aggregatzustand angeordnet sind. Statt allerdings die langen Sätze aus Aufgabe zwei aufzuschreiben, solltest du Beschreibung bei den orangenen Teilchenbildern eventuell noch ein wenig zusammenfassen. Ergänzt in der zweiten Spalte jeweils das passende Bild im Teilchenmodell([1],[2],[3])

Aufgabe 15 Auf dem Arbeitsblatt (pdf oder odt) sind einige Eigenschaften beschrieben, die nicht nur mit den Aggregatzuständen zu tun haben. Auch andere Eigenschaften von Stoffen lassen sich mit dem Teilchenmodell erklären. Nutze den freien Bereich in der Mitte, um den Satzanfang mit der Begründung zu verbinden.)

In der Übung sind einige Dinge angesprochen worden, die du dir noch einmal in einem Film oder einer Animation anschauen kannst.

• Diffusion: Darunter versteht man einen natürlich ablaufenden Prozess, der mit der Zeit die vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beteiligten Teilchen bewirkt.

Ein englischer Film zeigt sehr ausführlich den Diffusions-Vorgang bei verschiedenen Gasen. Es wird auch gezeigt, wie sich unterschiedliche Temperaturen sich auf die Geschwindigkeit der Diffusion auswirken.

• Brown'sche Bewegung: Dabei handelt es sich um die Beobachtung des schottischen Botanikers Robert Brown im Jahr 1827, der unter dem Mikroskop beobachtete, wie Pollen in einem Wassertropfen unregelmäßig zuckende Bewegungen machten.

In einem Video wird diese Bewegung gezeigt und dies im Teilchenmodell verdeutlicht.

• Siedetemperatur: Da sich beim Sieden, also dem Übergang von flüssig zu gasförmig, die Teilchen eines Stoffes voneinander trennen müssen, ist die Stärke der Anziehung der Teilchen untereinander von wesentlicher Bedeutung. Teilchen mit starker Anziehung bedeuten für den Stoff, dass er eine hohe Siedetemperatur haben muss.

In dem Video werden drei verschiedene Stoffe gezeigt, bei denen sich die Teilchen verschieden stark anziehen. Das führt dazu, dass die drei Stoffe bei mittleren Temperaturen fest, flüssig bzw. gasförmig sind. Aber auch der Feststoff wird bei höherer Temperatur flüssig.

• Verdunstung: Wasser hat eine Siedetemperatur von 100°C. Trotzdem verschwindet es auch bei Temperaturen um 20°C in recht kurzer Zeit. Der Grund ist der, dass die Wasserteilchen sich zwar sehr stark anziehen, aber sehr leicht sind.

In einem Simulationsivdeo siehst du zwei Teilchen, die die gleiche Anziehung haben, aber unterschiedlich schwer sind. DIe leichten Teilchen fliegen, wenn sie man aus Versehen die Menge verlassen, weiter als die schweren Teilchen.

• Löslichkeit: Stoffe, die man auflöst verschwinden scheinbar. Als Feststoff sind ja viele Teilchen eng beieinander. Nur deshalb kann man den Stoff überhaupt sehen. Im Wasser dagegen sind die Teilchen des Feststoffes voneinander getrennt und im Wasser verteilt. Da die einzelnen Teilchen zu klein sind, sieht amn sie nicht mehr.

In einem Video wird der Lösungsvorgang simuliert.

Stoffe verändern sich - chemische Reaktionen

Wir haben die Eigenschaften von Stoffen untersucht und diese Stoffeigenschaften genutzt, um sie zu unterscheiden.

Es kann aber vorkommen, dass ein Stoff sich verändert, das er neue Eigenschaften bekommt. Das kann langsam gehen oder schnell:

• Eisen rostet mit der Zeit, es ist eine sehr langsame Veränderung, die unspektakulär ist.
• Magnesium verbrennt, wenn man es anzündet mit heller Flamme. Es bleibt ein weißes Pulver zurück.

Aufgabe 16 Überlege, warum wir davon ausgehen können, dass hier jeweils neue Stoffe entstanden sind.

• Magnesium vor und nach der Verbrennung
• 

  Magnesium ist ein helles, silberglänzendes Metall.

• 

  Wenn man es anzündet, brennt es mit sehr heller Flamme. Es steigt weißer Rauch auf was aber nur das verbrannte Magnesium ist, dass zurückbleibt, wenn die Flamme ausgegangen ist.

• 

  Weißer Rückstand der Magnesiumverbrennung.

Dies soll noch einmal erklärt werden:

• Stoffumsatz: In diesem Fall bedeutet das, das die Ausgangsstoffe scheinbar verschwinden und dann stattdessen der neue Stoff vorhanden ist. Die Ausgangsstoffe werden also bei der chemischen Reaktion verbraucht.
• Energieumsatz: Dies kann unterschiedlich sein. Im Beispiel von bei der Verbrennung Magnesium heißt es, dass die Reaktion unter Energieabgabe stattfindet, auch wenn man am Anfang erhitzen muss, bis die Reaktion startet. Bei anderen Reaktionen muss man dauerhaft erhitzen, damit die Reaktion stattfindet. Beim Rosten von Eisen ist es eine sehr langsame Reaktion bei der auch Energie frei wird. Da die Reaktion aber langsam ist, merkt man keine Erwärmung.

Aufgabe 17 Fallen dir aus dem Alltag und im Haushalt chemische Reaktionen ein. Überlege jeweils und halte fest: Welches sind die Ausgangsstoffe und was die Endstoffe? Welche Eigenschaften haben sich geändert? Musste der Ausgangsstoff/die Ausgangsstoffe die ganze Zeit erwärmt werden oder wird Energie (Wärme, Licht) frei?

Was müsste bei einer chemischen Reaktion im Teilchenmodell passieren?

Nach unseren bisherigen Vorstellungen ist es so, dass ein neuer Stoff auch neue Teilchen haben muss. Denn die Teilchen für jeden Stoff sind anderes die die der anderen Stoffe. Man könnte sich also vorstellen, das beim Anzünden des Magnesiums das passiert, was im folgenden Film zu sehen ist ...

Was ist gegeben?

• Zunächst einmal sieht man die rosa-farbenen Kugeln, die eng und einigermaßen geordnet beieinander liegen. Das soll hier der Feststoff, also das Magnesium, sein.
• Herum schwebend sind da noch die hellblauen Teilchen, welche die Teilchen vom Sauerstoff darstellen sollen.

Für die chemische Reaktion treffen sie auf einandern. Schau dir einmal an, was dann passiert:

Chemische Reaktionen im Atommodell

Chemische Reaktionen verschieden darstellen

Folgende Übungen stehen zur Verfügung:

• Übe die Symbole für die Elemente
• Kennst du die wichtigsten Stoffe?
• Unterscheide: Verbindung oder Element
• Unterscheide: Atom oder Molekül
• Verstehst du die Symbolschreibweise?