Chemische Stoffe

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


Inhaltsverzeichnis

Stoffeigenschaften

Wenn ich die Stoffeigenschaften aufzählen würde, könnte ich einfach den Wikipedia-Artikel Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite 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

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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 Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Metallen .


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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.

Nuvola apps kpdf recolored.png 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:

Berechnung der Dichte

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 Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Leichtmetall  und Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite 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.


Berechnungen mit der Dichte

Informationen und Aufgaben zu Berechnungen mit der Dichte gibt es auf einer Unterseite.

Bedeutung der Dichte für den Auftrieb

Das Bild rechts zeigt verschiedene flüssige und feste Stoffe übereinander. Von oben nach unten sind es:

  • Baby-Öl
  • rot angefärbter Reingungsalkohol (Isopropanol)
  • Speise-Öl
  • Wachs
  • blau gefärbtes Wasser
  • Aluminium


Klicke das Bild an, um es größer zu sehen!


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe XX

Schlage die Dichten der Stoffe nach und stelle eine Vermutung an, was die Dichte mit der Beobachtung zu tun hat.


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VERSUCH:

Erhitzen von festem Wachs und Wasser

1.) Wachs: Erhitze Wachs in einem Gefäß, so dass es schmilzt. Du kannst dazu zum Beispiel eine Teelicht auf die Herdplatte stellen und auf kleinster Stufe erhitzen. Erhitze nicht so stark, dass es raucht - dieser Wachsdampf könnte sich selbst entzünden! Bevor alles geschmolzen ist, sollte noch ein kleines Stück Wachs übrig sein. Wie "liegt" es im flüssigen Wachs? Liegt es auf dem Boden oder schwimmt es?

2.) Gefrorenes Wasser: Erhitze auf gleiche Art und Weise Eis. Das Gefäß darf nicht zu flach sein! Wenn noch ein Stück festes Wasser im flüssigen Wasser übrigbleibt, wo ist dann das feste Wasser (also das Eis)? Liegt es auf dem Boden oder schwimmt es?


Falls du das Experiment zu Hause nicht durchführen kannst, hast du die Möglichkeit, es in einem UbuntuStudio-Icons-Video Production.svg Video anzuschauen. Das Video kann aber auch jedem empfohlen werden, der es selber ausprobiert!


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe XXa

Es gibt hier um die sogenannte Dichteanomalie des Wassers. Halte den Begriff im Heft fest und notiere, was an der Dichte von Wasser anders ist als bei den anderen Stoffen.


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe XXb
Anomalous expansion of water Summer Winter.svg
Was hat die Dichteanomalie hiermit zu tun? Und welche Bedeutung hat das für die Überlebensfähigkeit von Wasserbewohnern.


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe XX
Dead sea newspaper.jpg

Der Mann kann im Toten Meer bequem die Zeitung lesen, ohne unterzugehen. Wie du vielleicht weißt, ist das Wasser im Toten Meer sehr salzig. Wie wirkt sich das Salz offensichtlich aus?


Abschluss

Nuvola apps korganizer.png   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.
    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.