Von der Saline zum Kochsalz

Salz - ein alltäglicher Stoff

• FOLIEN-Quiz - Gesucht ist der Stoff X

Das, was man umgangssprachlich als Salz bezeichnet, nennt der Chemiker Natriumchlorid. Salz ist eine Bezeichnung für eine Gruppe von chemischen Stoffen, die alle sehr ähnliche Eigenschaften haben. Das Natriumchlorid, auch Kochsalz genannt, ist dabei in typischer Vertreter.

• VIDEO - Nicht nur Geschmackssache (nur bis min. anschauen, da dann der Film sich dann mehr auf den industriellen Einsatz beschäftigt, der uns im Moment nicht so sehr beschäftigt!).

Aufgabe 1 Auf diesem Arbeitsblatt findet du einige Informationen, über Salz (Kochsalz) und wie es sich im Körper auswirkt. Lies dir die Informationen durch und markiere wichtige Informationen.

• Beispiele für die Anwendung von Kochsalz/Natriumchlorid
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  Verschiedene Speisesalz-Sorten

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  Verwendungs als Auftauchsalz auf der Straße

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  Als Leckstein für Tiere

Gewinnung von Salz

Salz kommt als Mineral an verschiedenen Stellen der Erde vor. Das Vorkommen bestimmt, wie man es abaut und für die Verwendungs als Speise- oder Industriesalz gewinnt.

Als Steinsalz, bezeichnet man ein Sedimentgestein, welches in der geologischen Vergangenheit Erde auf natürlichem Weg durch Ausfällung aus konzentriertem Meerwasser entstanden ist und nun in Bergwerken abgebaut wird.

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  Besonders große Kochsalz-Kristalle im Salzbergwerk Merkers in Thüringen

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  Abbau von Steinsalz in einem Bergwerk

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  Pakistanisches Steinsalz, sogenanntes Himalaya-Salz

Große Mengen an Salz sind auch im Meerwasser vorhanden. Es ist chemisch gesehen eine Lösung, von Natriumchlorid in Wasser (und in kleineren Mengen einigen anderen Salzen) die einen durchschnittlichen Salzgehalt von 3,5% Massenanteil hat. Der Gesamtsalzgehalt schwankt je nach Meer. Die Ostsee hat einen Salzgehalt von 0,2 bis 2%. Einige Binnenseen ohne Abfluss haben weit höhere Salzanteile im Wasser; das Tote Meer ist für seinen Salzgehalt von 28% bekannt.

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  Verdunstungsbecken am Mittelmeer in Südfrankreich

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  Salzkegel, die in einem bolivianischen Salzsee (Salar de Uyuni) zusammengekratzt werden.

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  Salzteiche in der Bucht von San Francisco. Halophile (= salzliebende) Mikroorganismen färben das salzhaltige Wasser rötlich

Aufgabe 2 Gewinnung Salz aus dem Meerwasser Schaut euch den Film an, der ausführlich beschreibt, wie Meersalz auf La Palma gewonnen wird. Lade das Arbeitsblatt herunter und ergänze das Schema so, dass damit der Prozess der Gewinnung beschrieben wird. Eventuell ist es sinnvoll, den Film zweimal anzuschauen. Beim ersten Mal um einen Überblick zu bekommen und das zweite Mal, um das Schema auszufüllen. Tipp anzeigen Tipp verstecken Verwende die folgenden Begriffe: Meerwasser, Mutterbecken, feuchtes Salz, Wasser verdunstet, mahlen, trockenes Salz, Kristallisationsbecken, Salz kristallisiert aus, trocknen, sieben, Salz ausschürfen, Gips, Sand, Bittersalze, Kalisalze, einleiten, Konzentrationsbecken

Aufgabe 3a VERSUCH: Isoliere aus dem vorhandenen Steinsalz das reine Kochsalz. Die Anleitung findest du in diesem Arbeitsblatt oder auf dieser Unterseite ACHTUNG: Notiere dir die Menge an eingesetztem Steinsalz und bestimme die Menge an Kochsalz, die du daraus gewinnst. Diese Werte werden für die Aufgabe 3b benötigt!

Aufgabe 3b Werte den Versuch aus 3a quantitativ aus. Berechne dann den prozentualen Massenanteil des Kochsalzes im Steinsalz. Verwende dazu folgende Formel Kochsalzanteil in Prozent = Masse Kochsalz x 100 : Masse Steinsalz Verwende für die folgenden Aufgaben den von dir berechneten Wert: Der Betrieb baut 5 t Steinsalz ab. Berechne die Masse an Kochsalz, die er verkaufen kann? Ein übliche Kochsalz-Packung, die man im Lebensmittelgeschäften kaufen kann enthält 200 g Kochsalz. Wieviel Steinsalz muss dafür abgebaut werden?

Eigenschaften von Salz untersuchen

Du sollst die Eigenschaften von Salz nun in mehreren Experimente genauer untersuchen. Die Experimentieranleitungen gibt es schon im Vorraus.

Aufgabe 4 Sicherheitsinformationen für Experimente Die Experimentieranweisung muss genau gelesen und beachtet werden! Nach dem Experiment Hände waschen! Bereite dich auf die Experimente vor, indem du die Anleitungen vorher durchliest. Für alle Experimente sollst du die Durchführung und die Beobachtungen im Heft festhalten. Was genau zu notieren ist, steht bei dem jeweiligen Experiment! Die Reihenfolge, in der die Experimente durchgeführt werden, ist beliebig!

VERSUCH:  Station Türkis (am Lehrertisch)  Frage: Wie sehen Kristalle aus. Aufbau/Durchführung: Betrachte die kleinen Kristalle mit Hilfe der Mikroskop-Kamera. Vergleiche sie untereinander und mit den großen Kristallen. Was fällt auf. Materialien: Mikroskop-USB-Kamera, Tablet, Zucker, Salz, großes Salzkristall und Kandis-Zucker Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: "Das Aussehen von Kristallen". Skizziere die Form der Kochsalz-Kristalle als Schrägbild. Alternativ kannst du auch zwei Bilder machen, ausdrucken und dann in euer Heft einkleben. Beschreibe mit einem Satz den Vergleich zu den Zuckerkristallen. Gerne dürfen auch hier Fotos ergänzt werden.

VERSUCH:  Station Grau (am Lehrertisch)  Frage: Was passiert beim Zerbrechen von Kristallen Aufbau/Durchführung: Versuche vorsichtig, die Kristalle zu zerspalten. Materialien: Kristall, Hammer, Unterlage Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Verhalten von Kristallen beim Verformen“. Beschreibe die Beobachtung im Heft, wenn du willst auch mit einem Foto.

VERSUCH:  Station Rot  Frage: Wie verhält sich Eis beim Schmelzen, wenn Kochsalz zugegeben wird? Aufbau/Durchführung: Miss dazu die Temperatur des Eises und gib dann Salz hinzu. Beobachte die Temperatur fünf Minuten lang! Material: Eiswürfel, Kochsalz, Spatel, 2 Bechergläser, Thermometer Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Auswirkung von Kochsalz auf das Schmelzen von Eis“. Notiere deine Beobachtung ins Heft.

VERSUCH:  Station Blau  Frage: Wie verhält sich Kochsalz und eine Kochsalzlösung gegenüber dem elektrischen Strom? Vergleiche auch mit reiner Wasserlösung, einem Zuckerkristall und Zuckerlösung. Aufbau/Durchführung: Baue die Schaltung nach der Abbildung auf. Teste, ob bei Berührung der blanken Nägel die Lampe leuchtet. Das sollte der Fall sein, da die Metallnägel ja stromleitfähig sind. Gib dann zunächst destilliertes Wasser in ein Becherglas und teste, ob die Lampe leuchtet, wenn du die Nägel hineinhältst (ohne das die Nägel sich berühren!). Da destilliertes Wasser nicht den Strom leitet, sollte die Lampe nicht leuchten (ansonsten ist das Becherglas nicht sauber gewesen!!). Füge dann unter Umrühren eine kleine Portion Kochsalz hinzu und prüfe wieder die Leitfähigkeit. Gib in das andere Becherglas wiederrum erst destilliertes Wasser, kontrolliere die Leitfähigkeit und dann Zucker. Materialien: Kochsalz, Zucker, Salzkristall (auf dem Lehrertisch), Zuckerkristall, destilliertes Wasser, Becherglas, 3 Kabel, Lampe, Batterie, 4 Krokodilklemmen, 2 Nägel, Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Stromleitfähigkeit von verschiedenen Feststoffen und deren Lösungen“. Fertige eine Skizze deines Versuchsaufbaus im Heft an und beschrifte sie. Halte außerdem eine kleine Tabelle nach dieser Art fest:

VERSUCH: Sicherheitsinformationen für Experimente Ein Schutzbrille muss verwendet werden.  Station Lila  Frage: Wie verhält sich Kochsalz beim Erhitzen im Vergleich zu Zucker. Achtung! Nicht das Reagenzglas nach dem Erhitzen berühren; Verbrennungsgefahr! Aufbau/Durchführung: Erhitze jeweils ein wenig Salz und Zucker (jeweils etwa 0,5 cm) in einem eigenen Reagenzglas. Wenn das Reagenzglas schmilzt, hast du zu lange erhitzt! Es geht darum, wie schnell ein Stoff in der Bunsenflamme schmilzt oder nicht und ob und wie er sich verändert. Wenn man lange erhitzt, wird die Flamme deswegen aber nicht heißer! Entsorgung: Wenn sich der Feststoff nach dem Erkalten leicht entfernen lässt, werfe ihn in den Restmüll bzw. in Waschbecken (wegspülen). Klebt der Feststoff im Reagenzglas fest, zeige es beim Lehrer vor. Materialien: Kochsalz, Spatel, 2 Reagenzgläser, Holzklammer, Gasbrenner (→ Schrank), Feuerzeug, Reagenzglasständer Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Erhitzen von Salz“. Halte dahinter fest, wie schnell/langsam Salz im Vergleich zu Zucker schmilzt und sich dabei verhält. Beschreibe das in ein oder zwei Sätzen.

VERSUCH: Sicherheitsinformationen für Experimente Ein Schutzbrille muss verwendet werden. ACHTUNG! Es werden ätzende Stoffe genutzt. Schutz-Massnahmen treffen!  Station Orange  Frage: Wie färbt Kochsalz die Brennerflamme? Aufbau/Durchführung: Glühe ein Magnesiastäbchen solange in der entleuchteten Brennerflamme bis keine Farberscheinungen mehr zu sehen sind. Tauche die Spitze des Stäbchens in die kleine Flasche mit verdünnter Salzsäure und anschließend in die Kochsalzkristalle, die sich in dem kleinen Becherglas befinden. Halte das Magnesiastäbchen erneut in die Brennerflamme. Bereite das Magnesia-Stäbchen noch einmal vor und halte es in das andere Salz, das in dem kleinen Glas mit Deckel enthalten ist. Materialien: Gasbrenner (→ Schrank), Feuerzeug, Kochsalz, ein anderes Salz, Magnesiastäbchen (in kleinem Reagenzglas, damit es nicht so leicht zerbricht!), Becherglas mit verdünnter Salzsäure (Xi) Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Färbung der Flamme durch Kochsalz und andere Salze“. Beschreibe, was sich ändert, wenn du das Magnesiastäbchen mit einem der Salze in die Flamme hältst. Natürlich kannst du auch Bilder machen und dir ausdrucken.

Woher kommen die Eigenschaften des Salzes

Wir wollen versuchen die beobachteten Eigenschaften von Kochsalz - als Stellvertreter für die Gruppe der salzartigen Verbindungen - zu erklären. Anfangen werden wir dabei mit der Leitfähigkeit.

Strom wird geleitet oder eben nicht

Um zu verstehen, warum eine Salzlösung Strom leitet, aber alle anderen betrachteten Stoffe (Salz- und Zuckerkristall, Zuckerlösung, Wasser) aber nicht, müssen wir uns zeurst einmal kurz anschauen, was überhaupt Strom ist:

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(Elektrischer) Strom ist bewegte Ladung.

In der folgenden kleinen Animation kann man sehen, warum eine Batterie eine Lampe zu Leuchten bringt.

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Die Elektronen, die sich bei elektrischem Strom bewegen, sind Bestandteile des Atoms, die abgespalten werden können.

Warum können einige Stoffe den Strom leiten, andere Stoffe aber nicht?

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Auch im Kochsalz müssen geladene Teilchen vorkommen, denn nur so kann der elektrische Strom weitergeleitet werden. Im festen Kochsalzkristall sind diese geladenen Teilchen aber nicht beweglich (Feststoff!), so dass es nicht stromleitfähig ist. Da die Stromleitfähigkeit in Metallen aufgrund von beweglichen Elektronen stattfindet, muss dies beim Kochsalz einen anderen Grund geben. Es muss andere geladene Teilchen geben.

FAZIT: Atome sind keine kompakten Kugeln, die unzerstörbar sind. Die alte Atomvorstellung reicht nicht mehr aus, dies zu erklären! Wir müssen das Atommodell erweitern.

Das Rosinenkuchenmodell

Joseph J. Thomson 1896

Der britische Physiker Joseph Thomson war ein britischer Physiker und Nobelpreisträger für Physik. Er entdeckte 1897 (etwa zeitgleich mit dem deutschen Physiker Emil Wiechert) das Elektron.

Thomson war Professor für Physik am Trinity College der University of Cambridge. Er soll tollpatschig gewesen sein und daher versuchten seine Assistenten und Schüler stets, ihn von den Experimenten fernzuhalten. Also überwachte Thomson nur die Experimente und gab Anweisungen.

Ab 1881 untersuchte er das Verhalten von bewegten Ladungen und setze dabei eine sogenannte Kathodenstrahl-Röhre ein. Seine Untersuchung der Kathodenstrahlung 1897 zum experimentellen Nachweis für die bereits 1874 vorhergesagte Existenz des Elektrons. Thomson konnte auch nachweisen, dass sich bewegende Elektronen durch ein Magnetfeld ablenken ließen, was von deutschen Physiker Heinrich Hertz zuvor bestritten worden war.

Kathodenstrahlröhren kann man technisch als Vorgänger der alten Fernsehen ansehen, also nicht die flachen Displays sondern die dicken und schweren Fernseher.

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  Die original Katheodenstrahlröhre von Thomson.

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  Bei der Kathodenröhre wird von der Kathode rechts durch das Anlegen einer Spannung Elektronen abgegeben, die auf die Anode zufliegen, hier in Form eines Kreuzes.

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  Die Elektronen, die an der Anode vorbeifliegen erzeugen auf dem Leuchtschirm links das grüne Leuchten.

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  Thomson stellt fest, dass die Teilchen, die das Leuchten verursachen, sich von Magneten ablenken lassen.

Dies war die erste Entdeckung und der Nachweis eines Teilchens, das kleiner als die Atome war. Darauf basierend entwickelte Thomson das Thomsonsche Atommodell (auch „Rosinenkuchen-“ oder „Plumpudding-Modell“), wonach die sehr kleinen Elektronen Teile der Atome sind und im Inneren der Atome eingebettet seien, wie Rosinen in einem Kuchenteig.

Aufgabe XX Das Bild soll darstellen, wie sich Thomson sein Rosinenkuchenmodell vorstellte. Bearbeite das Bildzuordnungsquiz und versuche die Begriffe richtig zuzuordnen um damit Thomsons Idee zu verstehen. Trage nach der Kontrolle die richtigen Beschriftungen auf das ausgeteilte Arbeitsblatt ein und klebe es dann ins Heft. → Zum Quiz

Aufgabe XX Hast du verstanden, wie Thomson auf sein Atommodell kam? Und was es mit der Stromleitfähigkeit auf sich hat? Zur Kontrolle solltest du auf jeden Fall mal noch dieses Multiple-Choice-Quiz durchgehen. → Multiple-Choice-Quiz zum Rosinenkuchenmodell

Ernest Rutherford und das Streuexperiment

Ernest Rutherford

Ernest Rutherford (1871-1937 in Cambridge) war ein aus Neuseeland stammender Physiker, der zunächst als Assistent von Joseph J. Thomson in Cambridge arbeitete. Zunächst beschäftigte er sich mit der Verbesserung der Empfindlichkeit seines Detektors, mit dem er Radiowellen in einer Entfernung von etwa einer halben Meile nachweisen konnte. Thomson, der Rutherfords experimentelles Talent schnell erkannte, lud Rutherford 1896 ein, ihn bei seinen Untersuchungen der elektrischen Leitfähigkeit von Gasen zu unterstützen. Sie benutzten die wenige Monate zuvor entdeckten Röntgenstrahlen, um die Leitfähigkeit in den Gasen auszulösen.

1898 wurde Rutherford als Professor an die Universität in Montreal (Kanada) berufen, wo er bis 1907 arbeitete.

Bekannt und berühmt wurde er für das Streu-Experiment, mit der genauer in den Aufbau der Atome eindringen konnte, ohne wirklich hineinschauen zu können.

• Unterseite Simulation des Streuexperimentes