Feuer und Energie

Nachdem wir ein paar Ideen zum Thema gesucht haben, hier eine Übersicht der Themen, ein wenig sinnvoll sortiert.

Untersuchung einer Kerze und der Kerzenflamme

Feuer und Energie gehören ja irgendwie zusammen, den Feuer ist eine typische Wärmequelle. Wir werden deshalb erst einmal einen alltägliche Vorgang betrachten, bei dem Energie frei wird. Ihr sollte euch also eine brennende Kerze genauer anschauen. Dazu gibt es einige kleine Experiment, mit denen ihr erkennen könnt, was da beim Brennen passiert und was es so mit der Flamme auf sich hat. Nach den Experimenten schauen wir uns die Fachbegriffe und Informationen an und vergleichen Sie mit den Beobachtungen im Experiment. Dazu gibt es ein paar weiterführende Themen und interessante Fragen, die ihr mit dem neu erworbenen Wissen beantworten könnt. Alles weitere auf der Unterseite Brennen und Flamme.

Energie aus physikalischer Sicht

Bei Energie denkt man sicher zuerst an Strom. Sicher bekommt ihr mit, dass andauernd der Begriff Energie in den Nachrichten vorkommt: Energie sparen, Alternative Energie, fossile Energie, Sonnenenergie, ... Für die Physiker ist der Begriff Energie von wichtiger Bedeutung. Auch wenn das Thema im Physik-Unterricht erst später durchgenommen wird, so solltet ihr vorab ein paar Dinge dazu wissen. Was ihr euch genauer anschauen sollt und ein paar Kontrollfragen gibt es auf der Unterseite Energie in der Pyhsik.

Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

Wichtige Vorgänge, bei denen der Energieumsatz eine wichtige Rolle spielt

Material 1: Photosynthese

Die Photosynthese ist ein Prozess, bei dem Lichtenergie durch Lebewesen in chemische Energie umgewandelt wird und organische Stoffe synthetisiert werden. ... Die Synthese dieser Stoffe geht überwiegend von der sehr energiearmen anorganischen Kohlenstoff-Verbindung Kohlenstoffdioxid aus. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht – durch Energiezufuhr (Licht) – Traubenzucker (Glucose) und Sauerstoff.

Material 2: Chemische Energie

Verwendung chemischer Energie in technischen Systemen

Aus technischer Sicht ist in Treibstoffen chemische Energie gespeichert, die durch deren Verbrennung, etwa beim Antrieb von Fahrzeugen, in mechanische Energie umgewandelt wird. Brennstoffzellen erlauben den Wandel von chemischen Reaktionsenergie einer Verbrennung direkt in elektrische Energie. Bei Nutzung von Batterien wird über elektrochemische Reaktionen die chemische Energie direkt in elektrische Energie gewandelt. Ein Akkumulator verhält sich bei der Nutzung der Energie ähnlich wie eine Batterie, kann aber auch umgekehrt elektrische Energie in chemische wandeln und so speichern.

Verwendung chemischer Energie in biologischen Systemen

Aus biologischer Sicht ist in organischer Nahrung chemische Energie gespeichert, die in ATP als Energieträger umgewandelt wird. Grüne Pflanzen beziehen ihre chemische Energie nicht aus organischer Nahrung, sondern aus dem Energiegehalt der Sonnenstrahlung ...

Material 3: Bleiakku

Bei einem Bleiakkumulator (kurz Bleiakku, besonders beim Kfz auch Starterbatterie) handelt es sich um eine Ausführung des Akkumulators, bei der die Elektroden aus Blei und der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure besteht.

Bei der Entladung reagiert Blei mit Sauerstoff zu Bleioxid und löst sich im Elektrolyt auf. Beim Laden wird die Reaktion umgekehrt und es entsteht wieder metallisches Blei.

Material 4: Wasserstoff als Energieträger der Zukunft

Wasserstoff scheint eines der Energieträger der Zukunft zu sein. Besonders sauber wird er hergestellt, wenn der für die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff benötigte Strom mit Hilfe von Solarzellen gewonnen wird.

Wird das gasförmige Wasserstoff unter Druck verflüssigt, so kann man ihn auch in Tanks füllen und als Treibstoff verwendet werden. Dabei kann der Wasserstoff direkt mit Sauerstoff verbrannt werden oder die, in ihm enthaltene Energie, wird mit Hilfe einer sogenannten Brennstoffzelle in elektrischen Strom verwandelt werden. Und die „Abgase“? Als einziges Reaktionsprodukt entsteht Wasserdampf.

Informations-Quellen: Wikipedia-Artikel „Photosynthese“, „Chemische Energie“, „Bleiakku“, „Brennstoffzelle“

Aufgabe XX Bei den in den Materialien beschriebenen Vorgängen finden immer auch chemische Reaktionen statt. Teilweise sogar zwei chemische Reaktionen. Bei allen ist die Umsetzung von Energie von großer Bedeutung. Lies die Materialien durch und markiere im Text die Stoffe, die an der Reaktion beteiligt sind. Welches davon sind die Edukte und welches die Produkte? Halte die Reaktion(en) als Reaktionsschema im Heft fest (Überschriften nicht vergessen!). Bei Material 2 ist dies nicht möglich, da nicht alle beteiligten Stoffe genannt sind. Halte diese chemischen Reaktionen als Beschreibung fest. Suche in den Texten nach Formulierungen, die beschrieben, ob Energie frei wird oder zugeführt werden muss und trage dies hinter dem Reaktionsschema fest. Beispiel: Edukt + Edukt → Produkt | Energieabgabe Lies im Buch (Chemie heute I) die Seiten 75 bis 77 und halte die neuen Begriffe mit Definitionen fest.

Experimente zu Energie bei chemischen Reaktionen

Aus dem Buch hast du schon ein paar neue Begriffe zum Energieumsatz bei chemischen Reaktionen kennengelernt. Nun sollst du ein paar Reaktionen selber durchführen und dabei besonders auf die Umsetzung Energie achten. Einige Experimente gibt es nur als Videos.

VERSUCH: Kupfersulfat und Wasser

VERSUCH: Verschiedene Metallpulver verglühen lassen

VERSUCH: Zucker verbrennt mit Hilfe von Asche

VERSUCH: Vergleich der Reaktion verschiedener Metalle mit Schwefel Schau dir die folgenden Experimente an, bei denen Schwefel mit verschiedenen Metallen reagiert. Du findest jeweils einen Film sowie noch einmal Bilder aus dem Film, wo die wichtigsten Momente noch einmal festgehalten sind. Magnesium, Kupfer, Eisen, Silber, Zink.