Chemische Stoffe

Nicht nur das sind Stoffe in der Chemie ...	auch hier gibt es viele verschiedene Stoffe!

Stoffe sind die Materialien, aus denen unsere Welt zusammengesetzt ist. Jeder Stoff hat eine bestimmte, für ihn typische Kombination an Eigenschaften. Verschiedene Stoffe unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Stoffe unterscheidet man nicht anhand von ihren Zuständen. So kann der Stoff Wasser als Flüssigkeit aber auch als gasförmiger Wasserdampf oder festes Eis vorkommen. Keine Eigenschaften sind dagegen solche "Fähigkeiten" die sich aus der Bauform ergeben. So sind ein Nagel (spitz) oder eine Feder (elastisch) keine Stoffe. Sie bestehen aus dem Stoff Eisen.

Stoffeigenschaften

Wenn ich die Stoffeigenschaften aufzählen würde, könnte ich einfach den Wikipedia-Artikel  Stoffeigenschaft  kopieren. Das ist aber sicher nicht notwendig!

Wenn ihr euch die Liste anschaut, könnt ihr auch gleich bei unbekannten Begriffen nachschauen, was man darunter versteht. Meist sollte es reichen, wenn ihr die ersten Zeilen Seite durchlest, um zu verstehen, um was es geht. Falls das nicht reicht, fagt lieber jemand Kundigen ... nicht dass ihr euch in Wikipedia verlauft, denn man ist versucht, sich immer weiter in die Tiefe zu klicken, was meist nichts hilft.

Im Artikel steht auch, für das die Eigenschaften wichtig sind. Das werden wir uns teilweise auch genauer anschauen und dazu Experimente machen und noch mehr erfahren.

• In der Analytik werden Stoffe in einer unbekannten Probe anhand ihrer Stoffeigenschaften identifiziert und klassifiziert.
• Die jeweiligen Stoffeigenschaften machen einen Stoff technisch als Werkstoff nutzbar. Teilweise stellen Chemiker deshalb gezielt Stoffe her, die die gewünschten Eigenschaften haben.
• Unter Nutzung der Stoffeigenschaften lassen sich Stoffgemische in ihre Einzelkomponenten auftrennen. Das ist aus verschiedenen Gründen wichtig - ein wichtiger Grund ist sicher die Gewinnung von reinen Rohstoffen für z.B. die Industrie. Zum einen gibt es in der Natur kaum reine Stoffe, denn sie sind meist verunreinigt und dann hat man mit dem Recycling von Abfall eine immer wichtigere Quelle für Rohstoffe.
• Um ein im Arzneimittel- oder Chemielabor neu hergestelltes Präparat, einen chemischen Stoff näher zu charakterisieren und seine Reinheit und Qualität zu kontrollieren, untersucht man dessen Eigenschaften.

Identifiziere die 5 weißen Stoffe

VERSUCH: Gegegen sind 5 weiße, pulvrige Feststoffe. Untersuche sie, damit du sie den bekannten Stoffen (Gips, Zucker, Salz, Natron, Zitronensäure) zuordnen kannst.

Die Stoffgruppe der Metalle - ein wichtige Stoffklasse

Es gibt Gruppen von Stoffen, die man aufgrund ihrer sehr ähnlichen Eigenschaften in Stoffklassen zusammenfasst. Merke dir die folgende grobe Einteilung:

Die Metalle leiten elektrischen Strom und Wärme gut, sind gut verformbar und haben im reinen Zustand Oberflächenglanz. Nichtmetalle leiten den elektrischen Strom kaum (Isolatoren), sind im festen Zustand zumeist spröde und weisen niedrige Siedepunkte auf (Ausnahme: Diamant und Kunststoffe) Salzartige Stoffe haben relativ hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, leiten als Schmelzen oder Lösungen den elektrischen Strom und sind kristallin und spröde.

Die Stoffklasse der Metalle ist die größte Gruppe bei den chemischen Grundstoffen, den Elementen. 80% der bekannte Elemente sind Metalle. Auch historisch hatten Metalle eine wichtige Bedeutung. Metalle waren nach der Verwendung von Holz und Stein die wichtisgten Werkstoffe, die die Entwicklung der Menschheit weit vorangebracht haben. Deshalb gibt es ja auch nach der Steinzeit die Zeitalter Bronzezeit und Eisenzeit. Gold war schon davor bekannt, denn kommt als reines Metall in der Natur vor und ist aufgrund von seinen Eigenschaften leicht zu bearbeiten. Hier eine kleine Übersicht über wichtige Metalle, die ermutlich schon vom Namen her kennst, und für was wir sie brauchen. Eine ausführliche Übersicht, für was die verschiedenen Metalle gebraucht werden, auf der Wikipedia-Seite zu  Metallen .

• Einige wichtige Metalle
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  Ein Goldnugget. So etwas findet man nur mit viel Glück. Gold ist beliebt, da man es sehr gut bearbeiten kann und seinen schönen, goldenen Glanz immer behält.

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  Kupfer (bzw. Bronze) war das erste Metall, dass die Menschheit herstellen konnte. Es ist auch gut verarbeitbar und trotzdem resistent gegen Umwelteinflüsse. Wichtiger ist aber für uns seine gute Stromleitfähigkeit.

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  Hochreines Ein Stück hochreines Eisen (99,7 %) - sieht zwar ganz schön aus, aber so wird es nicht verwendet, da es viel zu spröde ist.

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  Hier ein künstlich hergestelltes Kristall aus Silber. Es wird als Schmuckmetall aber auch in der Elektronik-Industrie gebraucht, da es der bester Strom- und Wärmeleiter ist.

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  Blei ist ein weiches Schwermetall. Früher und wurde es überwiegend zur Dachabdichtung verwendet, heute vor allem in den Starterbatterien von Autos.

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  Chrom hat sein Einsatz als Flächen-Überzug seinen Eigenschaften zu verdanken. Es ist nämlich ein silberweißes, korrosions- und anlaufbeständiges hartes Metall.

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  Wolfram ist ein Metall das zum Beispiel für die Glühwendel von Glühbirnen verwendet wird. Wolfram ist dafür ideal, denn es hat eine sehr hohe Schmelztemperatur von über 3500°C.

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  Das Aluminium ist vor allem wegen seiner geringen Dichte als leichtes Konstruktionsmetall bekannt um z.B. den Treibstoffverbrauch in der Luft- und Raumfahrt zu verringern. Im Bild sieht man Alu-Folie.

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  Quecksilber ist das einzige Metall, dass bei Zimmertemperatur flüssig ist. Hier ein Tropfen auf dem Quecksilber-Mineral Cinnabarit.

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  Zink ist ein wichtiges Metall, denn Überzüge davon schützen Eisen vor Korrosion und auch als Legierung (Gemisch) mit Kupfer kennt man es vom Messing.

VERSUCH: Bla

Spezielle Eigenschaften

Dichte ... Mathe in der Chemie

Kein Wunder das ich ich als anderes Fach neben Chemie noch Mathe habe ... die zwei Fächer passen perfekt zusammen! Genauer ist es so: die Mathematik ist eine wichtige Hilfswissenschaft für die Chemie. Auch im Chemiestudium kommt man nicht um eine Mathe-Vorlesung herum.

Da das für euch vielleicht etwas ungewohnt ist, werden beim Thema "Dichte" nun einige wichtige Dinge angesprochen, die ihr immer wieder brauchen werdet.

Im Buch zu lesen: Zum Thema Dichte findest du in unserem Buch Informationen auf Seite ???.

Die Dichte ist die Masse von 1 cm³ eines Stoffes mit der Einheit $\frac{g}{cm ^3}$ (lies: Gramm pro Kubikzentimeter)

Mit anderen Worten: Die Dichte gibt an, wieviel eine Stoffportion mit einem Volumen von einem Kubikzentimeter eines Stoffes wiegt. Hat Gold die Dichte von 19,302 $\frac{g}{cm ^3}$, dann wiegt ein Würfelchen mit einer Kantenlänge von 1 cm dann 19,302 g, denn ein Würfel mit einer Seitenlänge von 1 cm hat ein Volumen von 1 cm³.

Tabellenwerte zur Dichte verschiedener Stoffe sind in folgenden Artikeln zu finden:

• Dichte fester Stoffe
• Dichte flüssiger Stoffe
• Dichte gasförmiger Stoffe

Für die Bestimmung der Dichtes eines Stoffes, den man nicht kennt, muss man also eine Stoffportion betrachten, deren Volumen und das Gewicht bestimmen. Die Dichte berechnet sich dann mit der Formel:

$Dichte = \frac{Masse}{Volumen}$ oder mit Symbolen $\rho =\frac{m}{V}$. Bei dem "komischen Buchstaben handelt es sich um einen griechischen Buchstaben, wie ihr sie auch von der Winkelbenennung kennt. Hier ist es das kleine "rho" (lies: roh).

Die Begriffe  Leichtmetall  und  Schwermetall  haben mit der Dichte zu tun. Metalle mit einer Dichte von unter 5 $\frac{g}{cm ^3}$ nennt man Leichtmetalle. Darüber sind es Schwermetalle.

Aufgabe XX Bestimme die Dichte der folgenden Stoffe. Dazu sind einige die notwendigen Informationen bestimmt worden. Du kannst deine Ergebnisse mit den Werten in den Tabellen vergleichen. 3 cm³ von ... wiegen .. g [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] {{{1}}} Welcher Stoff könnte das sein? Bestimme die Dichte und suche in den Tabellen nach dem passenden Stoff. 10 g eines Stoffes haben eine Volumen von ... cm³

Umrechnung von Größen

Nicht immer wird das Volumen in cm³ und die Masse in angegeben. Deshalb solltest du dich an einige Umrechnungsfaktoren erinnern. Im folgenden Kästchen gibt es eine Auswahl von wichtigen Einheiten und allgemein gültige Vorsilben. Alle Vorsilben findest du bei Bedarf auf Wikipedia auf der Seite  Vorsätze für Maßeinheiten . Kennt man die Vorsilben, muss man bei den einzelnen Größen kaum noch etwas zusätzlich lernen. So auch bei den Volumina, denn da muss man eigentlich nichts weiter lernen, außer die Umrechnung der Strecken. Die Volumina-Einheiten leiten sich ja von den Strecken-Einheiten ab. Denn man muss ja zum Beispiel beim Volumen von Quadern berechnen, indem man die Längen von Breite, Höhe und Länge multipliziert. Alles zusammen bekommst du im Film erklärt.

Wichtige Umrechnungsfaktoren: Allgemein gültige Vorsilben: $m...\;=\;milli\;=\;\frac{1}{1000}$ / $c...\;=\;zenti\;=\;\frac{1}{100}$ / $d...\;=\;dezi\;=\;\frac{1}{10}$ $k...\;=\;kilo\;=\;1000$ Massen: Symbol $m$, Basiseinheit $g$ (Gramm), $1 kg = 1000 g$, $1 t = 1000 kg$ Volumina: Symbol $V$, Basiseinheit $cm^3$ (Kubikzentimeter), $1 m^3 = 1.000.000 cm^3$, $1 l = 1 dm^3 = 1000 cm^3$

Aufgabe XX Bestimme die Dichte:

Rechnen mit der Dichte

Die Dichte kann man nicht nur bestimmen. Wenn sei bekannt ist kann man aus bekanntem Volumen das Gewicht berechnen oder umgekehrt, wenn das Gewicht bekannt ist, das Volumen der Stoffportion ausrechnen. Dazu muss man aber die Formel der Dichte $Dichte = \frac{Masse}{Volumen}$ so umstellen, dass der jeweils gesuchte Wert alleine auf einer Seite steht. Mathematiker sagen dazu auch umformen. Wie das geht, bekommst du im Film gezeigt.

Bedeutung der Dichte für den Auftrieb

Aufgabe XX Finde die typischen Fehler in den Aussage und korrigiere sie. Die richtige Lösung ist versteckt und kann zur Kontrolle nachgeschaut werden. Ein Stoff mit einer hohen Dichte wiegt viel. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Das Gewicht ist nicht nur von der Dichte abhängig sondern vor allem, wieviel man von dem Stoff hat. Auch ein Stoff mit einer hohen Dichte kann wenig wiegen, wenn ich nur eine ganz kleine Stoffportion davon habe. Umgekehrt genauso: die Dichte von Holz ist zwar recht niedrig, aber einem Baum kann man deshalb nicht tragen, wenn er aus zuviel Holz besteht.

Schmelz- und Siedetemperaturen

Die Schmelz- und Siedetemperaturen sind sehr typische Eigenschaften anhand denen man häufig schon Stoffe erkennen kann. Sie bestimmen auch, welche Aggregatzustand ein Stoff bei Normal- oder Raumtemperatur (offiziell auf 25°C festgelegt) hat.