Einstieg in die Chemie: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Chemie digital
Wechseln zu: Navigation, Suche
(Experimente zur Untersuchung des (noch) unbekannten, weißen Feststoffes)
Zeile 336: Zeile 336:
 
{{Kurzregel|Wir nutzen Stoffeigenschaften daher, um Stoffe zu identifizieren.}}
 
{{Kurzregel|Wir nutzen Stoffeigenschaften daher, um Stoffe zu identifizieren.}}
  
<!--
 
  
=== Fließschema erstellen ===
+
 
 +
=== Fließschema zu Untersuchungen erstellen ===
 
'''Beispiel für 4 klare Flüssigkeiten'''
 
'''Beispiel für 4 klare Flüssigkeiten'''
  
Zeile 345: Zeile 345:
 
* {{Video}} [https://www.youtube.com/watch?v=LVl4DQvYsxw Anleitungs-Video] zur Benutzung der Vorlagen und des Programms Inkscape
 
* {{Video}} [https://www.youtube.com/watch?v=LVl4DQvYsxw Anleitungs-Video] zur Benutzung der Vorlagen und des Programms Inkscape
  
* '''Vorlagen für das eigene Fließschema:''' [http://wikis.zum.de/chemie-digital/images/6/61/VorlageFliessschema_quer.svg Quer-Format] und [http://wikis.zum.de/chemie-digital/images/8/84/VorlageFliessschema_hoch.svg Hoch-Format]-->
+
* '''Vorlagen für das eigene Fließschema:''' [http://wikis.zum.de/chemie-digital/images/6/61/VorlageFliessschema_quer.svg Quer-Format] und [http://wikis.zum.de/chemie-digital/images/8/84/VorlageFliessschema_hoch.svg Hoch-Format]
 +
<!--
 +
-->

Version vom 20. November 2015, 07:27 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Was ist eigentlich Chemie?

    Chemistry Laboratory (6990209646).jpg     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:

Pauling.jpg

Chemie

  • ist die Wissenschaft der Stoffe
  • ihres Aufbaus
  • ihrer Eigenschaften
  • und der Reaktionen, welche sie in andere Stoffe umwandeln.

Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite 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:


Chemiker können gezielt neue Stoffe "erfinden".
  • 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.
Aerogelbrick.jpg
TPU texture.jpg
Graphen.jpg
Das sogenannte Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite 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. Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite 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.


Chemiker forschen an den Batterien von morgen.
  • 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.
FiatPandaHydrogen2.jpg
Pompa metano.jpg
Fuel cell NASA p48600ac.jpg
280px
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. Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Redox-Flow-Batterie  sind relativ neu. Man lädt sie nicht auf, sondern tauscht den Elektrolyten aus, um wieder Energie zu haben.


Chemiker analysieren die Umwelt auf Gifte oder die Reinheit wichtiger Stoffe.
  • 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.
Flame test.jpg
TLC black ink.jpg
Gas Chromatography Laboratory.jpg
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.
Nuvola apps korganizer.png   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

Nuvola apps korganizer.png   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 Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Laborgerät .

Nuvola apps korganizer.png   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:

  • Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Holz  - Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Eisen  - Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Glas  - Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite 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!

Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 4

Ordne die Vor- und Nachteile des jeweiligen Stoffe richtig zu und halte das richtige Ergebnis als Tabelle im Heft fest.


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

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?
Chemicals-HP.jpg 2009-07-02-rundfahrt-by-RalfR-03.jpg

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).


Merke dir folgendes:
  • Ein Stoff (genauer Reinstoff) ist etwas, das eine Masse besitzt und dessen Eigenschaften man untersuchen und genau bestimmen kann.
  • Gemische enthalten verschiedene Stoffe und deshalb hängen die Stoffeigenschaften davon ab, wieviel von den einzelnen Bestandteilen enthalten sind. Allerdings kann man es nicht immer erkennen, ob ein Stoff rein oder ein Gemisch ist.
  • Gegenstände haben Eigenschaften, die von ihrer Form abhängen.
  • Stoffklassen sind Gruppen von Stoffen, die ähnliche Eigenschaften haben.


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 5
  1. Erst mal eine einfache Übung: Gemisch oder Reinstoff?
  2. 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.

Nuvola apps korganizer.png   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.

WICHTIG: Löscht nicht die Einträge von anderen Schülern (höchstens Rechtschreibefehler korrigieren)! Wenn ihr einige zusammen habt, sortiert die Eigenschaften.


Eine Stoffeigenschaft ist eine für einen bestimmten Reinstoff typische Eigenschaft. Sie kann mit den Sinnen wahrgenommen werden oder nur mit Messgeräten erfassbar sein.

Eine Stoffeigenschaft hängt nicht ab ...

  • von der Form (spitz, gebogen)
  • von der Menge (schwer, leicht, groß, klein)
  • von persönlichem Befinden oder Vorlieben (schwer herzustellen, schön, ...)
  • von der Art der Gewinnung (nachwachsender Rohstoff, schwer herzustellen, ...)
  • von den Bedingungen der Umgebung, wie zum Beispiel der Temperatur (fest, weich, hart, ...)


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


Physikalische Stoffeigenschaften Chemische Eigenschaften Physiologische Eigenschaften

Werte, welche durch Messung und Experimente bestimmt werden.

Verhalten in chemischen Reaktionen.

Wahrnehmungen oder Auswirkungen auf die Umgebung

  • Stromleitfähigkeit
  • Wärmeleitfähigkeit
  • Schmelz- bzw. Siedetemperatur
  • Dichte (Masse pro Volumeneinheit)
    • hohe Dichte: Blei, Gold, Quecksilber, ...
    • geringe Dichte: Magnesium, Holz, Gase, ...
  • Verformbarkeit
    • spröde, elastisch, verformbar
  • Härte (nur bei Feststoffen)
  • Farbe
    • Spezialfall: Transparenz
  • Viskosität (dick- oder dünnflüssig)
  • Reaktion mit Luftsauerstoff
    • schnell: Brennbarkeit
    • langsam: Korrosion (bei Eisen das Rosten)
  • Verhalten beim Erhitzen
    • z.B. Verkohlen wie bei Zucker, nur schmelzen, Ei wird fest, ...
  • giftig/ungiftig für einen bestimmten Organismus
    • faulen = Mikroorganismen können es verdauen/verarbeiten
  • Geruch


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 7
  1. Halte das rote Kästchen im Heft mit der Überschrift "Stoffeigenschaften" fest.
  2. 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.png
ACHTUNG, Kontrolle!! - Zeigen Sie Ihre Kenntnisse zu den neuen Gefahrensymbolen vor!

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
Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 8

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


Kennenlernen des Bunsenbrenners

Nuvola apps korganizer.png   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:

Beschriftung-Bunsenbrenner-mit-Hebel.svg Beschriftung-Teclubrenner-mit-Drehregler.svg
Bunsenbrenner mit Hebel
Teclubrenner mit Drehregler


Nuvola apps korganizer.png   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.


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 11

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


Warum dieser Unterschied mit und ohne Luft?

Aufbau-innen-Teclubrenner-mit-Drehregler.svg


Experimente zur Untersuchung des (noch) unbekannten, weißen Feststoffes

Sicherheitsinformationen für Experimente
Schutzbrille verwenden 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

Versuche.png
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.


Versuche.png
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.

Entsorgung: Die Lösung kann für Experiment 2 verwendet werden.


Versuche.png
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

Entsorgung: In den Abfluss gießen, Reagenzgläser und Waschbecken gut mit Wasser ausspülen.


Versuche.png
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


Versuche.png
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.


Versuche.png
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.


Jeder Reinstoff zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination von Stoffeigenschaften aus, anhand derer er identifiziert werden kann. Zwei Stoffe können nicht in allen Eigenschaften gleich sein.


Wir nutzen Stoffeigenschaften daher, um Stoffe zu identifizieren.



Fließschema zu Untersuchungen erstellen

Beispiel für 4 klare Flüssigkeiten

Fliessschema-Beispiel klare Flüssigkeiten.png