Klexse- Experimente erprobt von Manfred Martin und Bernd Setzer

Transkript

1 Klexse- Experimente Im Kapitel Chemie werden einige Experimente beschrieben, durch die man manches über die Stoffumwandlung bei chemischen Vorgängen Sauerstoff und Verbrennungen die Wirkungsweise von Katalysatoren Säuren, Laugen und Indikatoren erfahren kann. Auf den folgenden Seiten sind die Experimente beschrieben, und zwar jede Beschreibung auf einer eigenen Seite. Blättert doch einfach von Seite zu Seite und druckt Euch die die Beschreibungen der Experimente aus, die Ihr durchführen möchtet. Viel Vergnügen beim Lesen und viel Spaß beim Experimentieren.

2 Rotkrautfarben zwei Rotkrautblätter einen Becher oder ein Glas Wasser Essig Seifenlauge (etwas Kernseife oder Waschpulver in Wasser gelöst) zwei Untertassen oder zwei flache Teller Bitte einen Erwachsenen, den Rotkohl möglichst fein zu zerkleinern, z.b. in einer Küchenmaschine. Gib den feinen Rotkohl in den Becher und gieß etwas Wasser dazu, so dass der Rotkohl gerade bedeckt ist. Rühre gut um, damit das Wasser den Farbstoff vom Rotkohl aufnimmt. Gib auf den einen Teller etwas Essig, auf den anderen etwas Seifenlauge. Du kannst mit verschieden großen Portionen von Essig und Seifenlauge experimentieren, von einigen Tropfen bis max. zwei Esslöffel. Gieß etwas von dem Rotkohlwasser (ungefähr 1 Teelöffel) auf die Teller bzw. die Untertassen. Den Rest hebst Du für das Experiment Wechselfarbenpapier auf. Und nun die Erklärung: Man sagt, Essig ist sauer. Saures verändert den violetten Rotkohlfarbstoff nach rot. Kernseife und Waschpulver sind basisch. Basisches verändert den violetten Rotkohlfarbstoff je nach Menge und Stärke der Seifenlauge über blau bis hin zu gelblich-grün. Farbstoffe, die ihre Farbe durch Essig oder Seife ändern, nennt man Indikatoren.

3 Wechselfarbenpapier Rotkrautwasser aus dem Experiment Rotkrautfarben ein Blatt weißes Kaffeefilterpapier einen flachen Teller Gieß etwas Rotkohlwasser auf den Teller und lege Kaffeefilterpapier darauf. Warte ein paar Stunden, bis das Wasser verdunstet ist. Wenn nach dem Verdunsten des Wassers das Rotkrautpapier getrocknet ist, kannst Du es in Streifen schneiden. Jetzt hast Du Indikatorpapier angefertigt. Das Papier kannst Du als Teststreifen benutzen, wenn Du prüfen willst, ob eine Flüssigkeit sauer oder basisch ist. Dazu musst Du nur den Teststreifen in die Flüssigkeit tauchen. Die Farben hast Du ja schon im Experiment Rotkrautfarben erfahren.

4 Farben auf Wanderschaft Schwarz oder bunt? ein Trinkglas (bis ca. 5 cm unter den Rand mit Wasser gefüllt) Küchenkrepp (ca. 10 x 10 cm) und einen Kaffee-Rundfilter einen Filzstift (wasserlöslich, schwarz) einen Bleistift, eine Schere und als Zeichenschablone eine 1 -Münze Den Rundfilter knickst Du 2 mal so, wie es auf dem Foto zu sehen ist und das Blatt Küchenkrepp faltest Du zu mehreren Lagen übereinander, ähnlich wie eine Ziehharmonika. Die Streifen sollen ungefähr 1,5 cm breit sein. Falte nun den Filter auseinander und zeichne mit dem Bleistift und mit Hilfe der Schablone in die Mitte des Filters einen Kreis. Lege das Filterpapier nun nur doppelt übereinander und schneide einen ungefähr 0,5 cm langen Schnitt in die Mitte des Filters. Auf diesem Kreis markierst Du möglichst gleichmäßig verteilt mit dem Filzstift 8 Punkte. Das gefaltete Blatt Küchenkrepp wird an einem Ende zusammen gezwirbelt und durch den Schlitz im Rundfilter gesteckt. Stelle nun das Papier in das Wasserglas, wie es auf dem Foto zu sehen ist und beobachte, was jetzt passiert. Du konntest bei diesem Experiment beobachten, dass das Wasser, das sogenannte Fließmittel, durch den Krüchenkrepp nach oben stieg und sich im Kaffeefilter langsam ausbreitete. Das Wasser nimmt dabei die Farbe des Filzschreibers mit. Du kannst feststellen, dass die schwarze Farbe keine reine Farbe, sondern ein Gemisch verschiedener Farbstoffe ist. Die einzelnen Farbstoffe werden unterschiedlich schnell vom Wasser mitgenommen und dadurch voneinander getrennt und sind einzeln erkennbar. Dieses Verfahren nennt man Chromatografie (griechisch Chroma: die Farbe und grafein : schreiben).

5 Handwärmer zwei Plastiktrinkbecher (keine Jogurtbecher) Gips Wasser einen Kaffeelöffel Fülle einen Becher halbvoll mit Wasser und den anderen zu dreiviertel mit Gips. Gib mit dem Kaffeelöffel nach und nach den Gips in den Becher mit dem Wasser, dann rühre um, bis alles gleichmäßig verteilt ist. Nach kurzer Zeit kannst Du mit Deinen Händen von außen fühlen, dass der Becher mit dem Gips schön warm geworden ist. Und nun die Erklärung: Beim Hartwerden verbindet sich das Gipspulver mit dem Wasser. Das ist ein chemischer Prozess. Man nennt diesen Vorgang Hydratisieren. Dabei entsteht Wärme.

6 Der brennende Zucker Du benötigst für dieses schwierige Experiment: die Hilfe eines Erwachsenen, viel Geduld und außerdem zwei Stücke Würfelzucker eine Untertasse etwas Zigarrenasche und Streichhölzer eine Schutzbrille (gibt es in jedem Baumarkt) Setze bei diesem Experiment die Schutzbrille auf, um Deine Augen zu schützen. Lege einen Zuckerwürfel auf die Untertasse. Lass Dir von einem Erwachsenen ein Streichholz anzünden und versuche, den Zucker in Brand zu setzen. Du wirst feststellen, dass der Zucker vielleicht schmilzt und karamellisiert aber nicht in Brand gesetzt wird. Sei vorsichtig, denn der schmelzende Zucker kann spritzen. Nun legst Du den zweiten Zuckerwürfel auf die Untertasse. Darauf gibst Du eine kleine Prise Zigarrenasche und verreibst sie auf dem Würfel. Dann lass Dir wieder von einem Erwachsenen das Streichholz anzünden und versuche, den Zucker in Brand zu setzen. Du wirst feststellen, dass der Zucker vielleicht auch schmilzt, aber auch mit bläulicher Flamme brennt. Und nun die Erklärung: Zucker ist ein brennbarer Stoff. Allerdings kann er nur bei sehr hohen Temperaturen in Brand gesetzt werden, die man beim Anzünden mit einem Streichholz nicht erreichen kann. Das bloße Vorhandensein der Zigarrenasche hat genügt, um den Zucker auch bei niedriger Temperatur zu entzünden. Die Asche hat also die Verbrennung des Zuckers beeinflusst, sie hat sich dabei jedoch selbst nicht verändert. Solch einen Stoff, der einen chemischen Vorgang beeinflusst ohne sich dabei zu verändern, nennt man Katalysator.

7 Brennendes Eisen? die Hilfe eines Erwachsenen und außerdem einen Stahlwollebausch (ohne Seifenzusatz, gibt s im Baumarkt) eine Metallschale als feuerfeste Unterlage (z. B. ein Backblech) eine Schere ein langes Streichholz eine Schutzbrille (bekommt man auch in jedem Baumarkt) Schneide von dem Stahlwollebausch ein Stück ab und zupfe dies Stück zu einem lockeren Büschel auseinander. Lege dies Büschel auf die Schale. Jetzt sei ganz vorsichtig und setze zum Schutz Deiner Augen die Schutzbrille auf. Nun bittest Du einen Erwachsenen, das Streichholz anzuzünden. Dies brennende Hölzchen hältst Du für einen kurzen Moment an das Stahlwollebüschel. Lösche das Streichholz, lege es zur Seite und beobachte, was mit der Stahlwolle geschieht. Du konntest feststellen, dass das gesamte Stahlwollebüschel durchglüht, so, als wenn sich ein Feuer in der Stahlwolle ausbreiten würde. Und nun wieder die Erklärung zum Experiment: Immer wenn ein Stoff in Brand gesetzt wird, reagiert dieser brennende Stoff mit dem Sauerstoff aus der Luft. Das nennt man Oxidation. Bei diesem Experiment wurde die Stahlwolle vom Streichholz entzündet und das Eisen hat sich mit dem Sauerstoff der Luft verbunden. Aus Eisen und Sauerstoff ist ein neuer Stoff entstanden, den wir Eisenoxid nennen. Bei dieser Oxidation entstand Wärme, was Du am Glühen der Stahlwolle beobachten konntest. Das hat aber nur geklappt, weil die Stahlwolle ganz fein verteilt ist, mit einem Eisenblock funktioniert das nicht. Auch Rost ist Eisenoxid und besteht aus Eisen und Sauerstoff. Eisen rostet aber auch ohne Anzünden durch eine Flamme bei ganz normaler Temperatur. Das passiert aber nur in feuchter Umgebung, wenn Wasser zugegen ist. Für das Rosten des Eisens wirkt nämlich das Wasser als Katalysator. Mehr über Katalysatoren erfährst Du im Experiment Brennender Zucker. Tipp: Führe doch jetzt mal das Experiment vom Sauerstoffgehalt der Luft durch.

8 Sauerstoffgehalt der Luft einen Stahlwollebausch aus der Küche ein Trinkglas mit senkrechter Wand einen Trinkhalm einen Suppenteller eine Küchenschere ein Zentimetermaß und einen Filzstift Schneide von dem Stahlwollebausch ein Viertel ab und mache dieses Viertel gründlich feucht. Schneide vom Trinkhalm soviel ab, wie das Trinkglas hoch ist und stecke Halm und Stahlwollebausch ineinander. Lege beide zusammen in das Trinkglas und stelle es mit der Öffnung nach unten auf den Teller. Gieße jetzt Wasser in den Teller. Das Wasser steigt dabei nicht in das Glas. Und nun wieder die Erklärung zum Experiment: Im Laufe der Zeit, ganz, ganz langsam steigt das Wasser in das Glas. Nach zwei Tagen markierst Du den Wasserstand mit Filzstift. Nimm dann die Versuchsanordnung wieder auseinander. Sei vorsichtig, der schwarze Rost kann böse Flecken verursachen! Messe ab, wie hoch das Glas innen ist und wie hoch das Wasser gestiegen ist. Die feuchte Stahlwolle rostet langsam. Dabei wird der gesamte Sauerstoff im Glasraum verbraucht, denn Rost besteht aus Eisen und Sauerstoff. In diesem Experiment sieht der Rost schwarz aus, weil nur wenig Sauerstoff zur Verfügung steht, am Ende ist nur noch Stickstoff mit einem kleinen Rest anderer Gase im Glas. Und so ermitteln wir den Sauerstoffgehalt der Luft: Du wirst feststellen, dass das Glas innen fünf mal so hoch ist, wie die Steighöhe des Wassers im Glas. Beim Rosten der Stahlwolle wurde ein Fünftel der Luft im Glas verbraucht. Ein Fünftel sind 20 %. Wir wissen also nun, dass Luft ungefähr 20 % Sauerstoff enthält.

9 Holzkohle die Hilfe eines Erwachsenen und außerdem ein langes Streichholz ohne Kopf (oder ersatzweise ein kurzes Streichholz und eine Wäscheklammer aus Holz) ein Teelicht eine Untertasse einen flachen Teller Stelle die beiden Teller und das Teelicht so wie auf dem Foto vor Dich auf den Tisch. Bitte einen Erwachsenen, das Teelicht anzuzünden. Lege das verkohlte Stück auf den großen Teller, lass es abkühlen und prüfe mit Deinen Fingern, wie hart das ist. Nimm das Streichholz in die Hand und entzünde es am Teelicht. Lass das Holz bis zur Hälfte abbrennen und blase es aus. Tipp: Wenn Du kein langes Streichholz zur Hand hast, kannst Du auch ein kurzes Holz benutzen und dieses mir einer Wäscheklammer aus Holz halten. Das Holz ist nicht vollständig verbrannt. Aber durch die Hitze wurde das Holz zum Teil zersetzt. Es ist Holzkohle übriggeblieben, die sehr porös ist. Holzkohle zum Grillen ist fast genau das gleiche und wird auch durch Erhitzen von Holz hergestellt. Das nennen wir Schwelen. Wenn Du zum Halten eine Wäscheklammer benutzen würdest, würde die nicht so leicht anbrennen, weil sie aus hartem Holz, z.b. Buchenholz, hergestellt wurde, das Streichholz ist aus weichem Holz, z.b. Nadelbaumholz. Übrigens: Wenn mit viel höherer Temperatur Kohle erhitzt wird, entsteht keine Holzkohle sondern Koks und den Vorgang bezeichnet man dann als Verkoken.

10 Schwarzer Peter ein Teelicht einen Suppenlöffel einen flachen Teller oder eine Untertasse Stelle das Teelicht auf den Teller und bitte einen Erwachsenen, es anzuzünden. Halte den Löffel so wie auf dem Foto in die Flamme. Nach ganz kurzer Zeit hat sich auf dem Löffel ein schwarzer Belag gebildet. Der schwarze Belag besteht aus Kohlenstoff. Das Wachs des Teelichtes besteht aus Kohlenwasserstoffverbindungen, das sind chemische Verbindungen, die Kohlenstoff enthalten. In der Flamme verbrennen diese zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Der Löffel stört die Verbrennung, die dann nicht mehr vollständig abläuft. Es bleibt schwarzer Kohlenstoff übrig. Den nennt man auch Ruß.

11 Feuerlöscher Die Hilfe eines Erwachsenen und außerdem einen Sprudelwasserbereiter ( Sodamaxx ) ein Teelicht eine Untertasse Streichhölzer Stelle das Teelicht auf eine Untertasse und bitte einen Erwachsenen, es für Dich anzuzünden. Bitte noch mal einen Erwachsenen um Hilfe. Er soll eine leere Flasche in den Sodamaxx drehen und zweimal drücken. Nimm die offene Flasche und halte sie, wie es das Foto zeigt, an die Flamme, so als wolltest Du Wasser in den Teller gießen. Die Flamme erlischt sofort. Das Sprudelwassergas ist Kohlenstoffdioxid. In Kohlenstoffdioxid kann nichts brennen, weil zum Brennen, z. B. des Kerzenwachses in der Flamme, Sauerstoff vorhanden sein muss. Kohlenstoffdioxidgas ist schwerer als Luft und fließt deshalb für uns unsichtbar aus der Flasche so ähnlich als wäre es flüssiges Wasser. Es verdrängt die Luft von der Flamme und die erlischt sofort. In der Praxis nutzt man diesen Vorgang zur Brandbekämpfung. Es gibt nämlich außer manchen anderen Feuerlöschern auch solche, die mit Kohlenstoffdioxid gefüllt sind.

12 Löschgas Die Hilfe eines Erwachsenen und außerdem Backpulver Essig eine Untertasse ein schmales hohes Trinkglas (0,2 Liter Inhalt) einen Suppenlöffel und einen Kaffeelöffel ein Teelicht und Streichhölzer Stelle das Teelicht auf die Untertasse und bitte einen Erwachsenen, es anzuzünden. Gebe nacheinander in das Trinkglas einen Suppenlöffel Essig und einen schwach gehäuften Kaffeelöffel Backpulver und rühre kurz um. Warte bis das Schäumen fast aufgehört hat (ca. drei Minuten). Gieß das Gas aus dem Glas so wie auf dem Foto langsam an die Flamme. Du kannst beobachten, dass die Flamme sofort erlischt. Beim Zusammengeben von Backpulver und Essig bildet sich gasiges Kohlenstoffdioxid. Weil dieses Gas schwerer als Luft ist, verdrängt es die Luft von unten aus dem Glas und bleibt selbst im Glas, bis es den Rand erreicht hat. Beim Kippen fließt das Kohlenstoffdioxidgas aus dem Glas, so als wäre es Wasser und verdrängt die Luft und somit auch den Sauerstoff aus der Nähe der Flamme. Weil zu einer Verbrennung Sauerstoff benötigt wird und in Kohlenstoffdioxidgas Wachs und andere brennbare Stoffe nicht verbrennen können, erlischt die Flamme. Wenn Du die doppelte Menge Backpulver und Essig nimmst, kannst Du mehr als ein Teelicht löschen. Tipp: Ein Kölschglas ist für dieses Experiment besonders gut geeignet, weil es hoch und schmal ist.

13 Nagellack einen Eisennagel sechs gebrauchte 1-Cent-Münzen eine Zitrone eine Untertasse Reinige den Nagel sorgfältig mit Küchenpapier. Presse den Saft der Zitrone in die Untertasse. Lege den Nagel und die Münzen in den Zitronensaft. Nach einigen Stunden ist der Nagel kupferrot. Die Oberfläche der Centstücke war mit dunklem Kupferoxid überzogen. Dieses Kupferoxid ist entstanden, weil sich beim Gebrauch der Münzen das metallische Kupfer durch Verbindung mit Sauerstoff mit Kupferoxid überzogen hat. Kupferoxid löst sich ein wenig in dem sauren Zitronensaft. Es bildet sich ein Kupfersalz, welches im Zitronensaft gelöst ist. Weil Eisen weniger edel ist als Kupfer, scheidet sich auf dem Nagel Kupfer ab und Eisen löst sich. Es bildet sich ein Eisensalz. Salze sind Substanzen, die aus positiv und negativ geladenen Teilchen bestehen. In Wasser lösen sich Salze und bilden Teilchen, die eine Ladung haben. Die aus den Metallen entstandenen Teilchen sind positiv geladen. Die von den Säuren stammenden Teilchen sind negativ geladen.

14 Schwarz-Rot/Eisen-Kupfer Stahlwollebausch aus der Küche Kupfersulfat (wird auch im Internet angeboten, ca. 40g für 1,00 ) Essig Wasser ein Trinkglas einen Löffel eine Schere Fülle in das Trinkglas 1 Zentimeter hoch Wasser und gebe ein paar Tropfen Essig dazu. Darin löst Du 1 Messerspitze Kupfersulfat durch rühren mit dem Löffel. Die Lösung wird hellblau. Nach 20 Minuten kannst Du an den Eisenfäden eine rotbraune Färbung erkennen.nach einigen Stunden ist kein Schwarz mehr zu sehen und die blaue Färbung der Lösung ist verschwunden. Schneide von dem Stahlwollebausch, der aus feinen Eisenfäden besteht, mit der Schere ein wenig so wie auf dem Foto ab und gib diese in die Kupfersulfatlösung. Drücke die Stahlwolle mit dem Löffel so lange unter, bis sie nicht mehr schwimmt und keine Luftbläschen mehr zwischen den Fäden sind. Die chemischen Elemente Eisen und Kupfer haben sich ausgetauscht. Aus den blauen Teilchen des Kupfersulfats hat sich rotbraunes Kupfermetall gebildet und aus dem Eisenmetall haben sich Eisenteilchen gebildet, die im Wasser gelöst sind. Den Vorgang bezeichnet man als Redoxreaktion. Kupfer ist edler als Eisen. Gold und Silber sind noch edler als Kupfer. Aber Zink ist unedler als Eisen. Wir können diese Metalle in einer Reihenfolge aufschreiben, von unedel zu edel: Zink (sehr unedel) - Eisen Kupfer Silber Gold (sehr edel).