Ein gemeinsames Projekt des Gläsernen Labors des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit und dem Facharbeitskreis Chemie der Münchner

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2 Ein gemeinsames Projekt des Gläsernen Labors des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit und dem Facharbeitskreis Chemie der Münchner Realschulen Inhalte: Gabriele Behling, Dr. Antje Brand (GSF), Parisa Khoshmaram (GSF & LMU München), Ursula Krenz (Facharbeitskreis Chemie); Ausarbeitung: Parisa Khoshmaram (GSF & LMU München), Facharbeitskreis Chemie Grafiken erstellt mit Labormaker 2

3 Inhaltsverzeichnis I Sicherheitshinweise II Der Aufbau eines Bunsenbrenners III Endotherm und Exotherm IV Teilchenmodell V Kennzeichen chemischer Reaktionen (Teil 1) 1. Stoffänderung a Wie verhalten sich die Kristalle beim Erhitzen? b Das schwarze Wölkchen 2. Energieumwandlung a Der chemische Winter b Der chemische Sommer c Willst du mal Gott spielen? VI Grafik Mindmap: Energieumwandlung VII Kennzeichen chemischer Reaktionen (Teil 2) 1. Synthese a Hochzeit auf chemisch b Was hat Sport mit Chemie zu tun? c Was ist Berliner Blau? 2. Analyse a Chemisches Scheidungsgericht b Fotolabor 3

4 Sicherheitshinweise 1. Trage bei allen Experimenten eine Schutzbrille. Die Augen könnten durch Glassplitter oder durch Säurespritzer verletzt werden! 2. Stelle den Bunsenbrenner bei Gebrauch immer auf die feuerfeste Unterlage. Lass den Bunsenbrenner nie aus den Augen. 3. Reagenzglasöffnungen dürfen niemals auf andere Schüler/innen gehalten werden! 4. Schüttle beim Erhitzen von Flüssigkeiten im Reagenzglas immer leicht das Gefäß, um einen Siedeverzug zu vermeiden. 5. Längere Haare müssen beim Umgang mit dem Bunsenbrenner mit einem Band nach hinten gebunden werden! 6. Mache den Bunsenbrenner aus, wenn du ihn nicht mehr brauchst. 7. Im Labor darfst du nicht essen und trinken. Chemikalien dürfen grundsätzlich nicht gekostet und nur mit dem Spatel entnommen werden! 8. Verwende nie einen Spatel für die Entnahme von zwei verschiedenen Chemikalien! Säubere ihn oder benütze einen zweiten. 9. Halte dich an die Mengenangaben und führe mit den Chemikalien nur das aus, was in der Versuchsbeschreibung vorgegeben ist. 10. Schließe die Chemikalienflaschen nach jeder Entnahme! Ich habe die Sicherheitsvorkehrungen verstanden und verpflichte mich, entsprechend zu handeln und verantwortungsbewusst zu experimentieren. 4

5 Der Aufbau eines Bunsenbrenners Luftzufuhr geschlossen Luftzufuhr geöffnet Inbetriebnahme Checkliste zur Bedienung des Brenners 1. Schutzbrille aufsetzen, Haare nach hinten zusammenbinden. 2. Ist die Luftzufuhr und die Gasregulierung geschlossen? 3. Gashahn (an der Labordecke) öffnen. 4. Streichholz entzünden und über das Brennerrohr halten. Sparflamme anzünden. Kopf fernhalten! 5. Gasregulierung (am Brenner) öffnen: leuchtende Flamme 6. Luftzufuhr öffnen: blaue rauschende Flamme Abschalten 1. Luftzufuhr schließen: die Flamme leuchtet wieder 2. Gasregulierung zudrehen: die Sparflamme brennt 3. Zum vollständigen Ausmachen: Gashahn schließen Geht der Brenner aus, sollten die Luftzufuhr und die Gasregulierung vor dem neuen Anzünden unbedingt geschlossen werden! 5

6 Endotherm und Exotherm Chemische Reaktionen, bei denen Energie abgegeben wird, bezeichnet man als exotherme Reaktionen. (Wärmeabgabe) Chemische Reaktionen, bei denen ständig Energie zugeführt werden muss, bezeichnet man als endotherme Reaktionen. (Wärmeverbrauch). Nachdem du einen Versuch durchgeführt hast, überlege und entscheide, ob es sich um eine exotherme oder eine endotherme Reaktion handelt und trage sie in die Tabelle ein. Exotherme Reaktion Endotherme Reaktion 6

7 Teilchenmodell Stoffvereinigung- Synthese + Die Vereinigung von Stoffen bei einer chemischen Reaktion zu einem neuen Stoff nennt man Synthese. Stoffzerlegung- Analyse + Die Zerlegung eines Stoffes bei einer chemischen Reaktion in einfachere Bestandteile nennt man Analyse. 7

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9 Teil 1 9

10 Wie verhalten sich die Kristalle beim Erhitzen? Welche Geräte Teelicht Alufolienstücke (8cm x 8cm) 2 Spatel Reagenzglashalter Streichhölzer Welche Chemikalien Haushaltszucker Kochsalz Schutzbrille aufsetzen!!! Versuchsaufbau: Zucker Kochsalz Durchführung: Falte dir aus der Aufolie zwei kleine stabile Rinnen. Zünde das Teelicht an und stelle es auf die feuerfeste Unterlage. Halte die Rinne mit dem Reagenzglashalter an einer Seite fest. Auf die andere Seite der Rinne gibst du einen Spatel der zu untersuchenden Substanz (Haushaltszucker) hinein. Jetzt erwärmst du langsam über dem Teelicht. Danach untersuchst du die andere Substanz (Kochsalz) mit derselben Vorgehensweise. Entsorgung: Die Produkte wirfst du in den Mülleimer unter dem Tisch. 10

11 Zucker: Beobachtung: Woran erinnert dich dieser Geruch? Ergebnis: Salz: Beobachtung: Ergebnis: 11

12 Das schwarze Wölkchen Welche Geräte Flachbatterie Waage Porzellanschale Welche Chemikalien Eisenwolle Schutzbrille aufsetzen!! Versuchsaufbau: Durchführung und Beobachtung: Stell die Porzellanschale auf die Waage und drücke auf den Zero-Knopf, so dass die Anzeige Null zeigt. Nun bleibt die Porzellanschale die gesamte Zeit auf der Waage. Nimm den Bausch Eisenwolle und zupfe ihn so auseinander, dass der Bausch größer wird. Lege ihn auf die Porzellanschale.(Beantworte die 1. und 2. Frage) Jetzt nimmst du die Flachbatterie und gehst mit den beiden Polen an die Eisenwolle. (Beantworte die nächsten Fragen) Entsorgung: Das Produkt wirfst du in den Mülleimer unter dem Tisch. 12

13 1. Welche Eigenschaften hat die Eisenwolle? 2. Wie schwer ist die Eisenwolle? g 3. Was kannst du beobachten, wenn du mit der Flachbatterie die Eisenwolle berührst? 4. Was passiert mit dem Gewicht? Es bleibt gleich. Es steigt von g auf g. Es sinkt von g auf g. 5. Hat die Eisenwolle nach der Reaktion dieselben Eigenschaften wie zuvor? 13

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15 Können Zitronen flüstern (Demonstrationsversuch)? Welche Geräte 1 Eisenschraube 1 Kupferdraht 1 Kopfhörer (2 x 10cm Drahtstücke ; nicht unbedingt notwendig) Welche Chemikalien 1 Zitrone Versuchsaufbau: Durchführung: Achtung: das ist ein Demonstrationsversuch, der auf einem Fahrtisch aufgebaut ist. Wenn der Versuch gerade besetzt ist, dann mache mit dem nächsten Versuch an deinem Arbeitstisch weiter und warte bis die flüsternden Zitronen nicht mehr belegt sind. In die Zitrone sind bereits eine Eisenschraube und ein Stückchen Kupferdraht hinein gesteckt. Diese beiden Metallstücke nennt man auch Elektroden. Bringe die beiden Elektroden so nahe wie möglich zueinander (ohne dass sie sich jedoch berühren) Setze den Kopfhörer auf und wische mehrmals mit dem Stecker gleichzeitig über die beiden Elektroden. Notiere deine Beobachtungen: Ordne den Versuch in die Grafik Mindmap der Energieumwandlung ein. (S.22) 15

16 Der chemische Winter Welche Geräte Welche Chemikalien 3 Bechergläser 2 Spatel Bariumhydroxid Ammoniumthiocyanat Küchenpapier Waage Thermometer dest. Wasser Schutzbrille aufsetzen!!! Versuchsaufbau: Durchführung und Beobachtung: Erstelle auf dem Küchenpapier mit wenig Wasser eine Wasserpfütze, die etwa so groß ist wie das große Becherglas und stelle das große Becherglas hinein. Stelle das kleine Becherglas auf die Waage und drücke auf den Zero-Knopf, so dass die Anzeige Null zeigt. Wiege nun 10 g Bariumhydroxid in einem kleinen Becherglas ab. Stelle das zweite kleine Becherglas auf die Waage, drücke wieder auf den Zero-Knopf und wiege nun 10 g Ammoniumthiocyanat ab. (Beantworte die 1. und 2. Frage) Gib anschließend die Stoffe in das große Becherglas und mische sie gründlich durch längeres Rühren. Beobachte dabei die Temperatur! (Beantworte die nächsten Fragen) Wasche die Spatel ab und trockne sie. Ordne den Versuch in die Grafik Mindmap der Energieumwandlung ein.( S.22) Entsorgung: Schütte das Produkt in den Abfallbehälter I. 16

17 1. Welche Eigenschaften haben die Stoffe? a. b. 2. Miss die Temperatur der beiden Stoffe! a. Bariumhydroxid: C b. Ammoniumthiocyanat: C 3. Hat sich die Temperatur verändert? Ja, die Temperatur ist angestiegen. Sie beträgt jetzt C. Nein, die Temperatur ist gleich geblieben. Ja, die Temperatur ist gefallen. Sie beträgt jetzt C. 4. Hebe nun dein Becherglas vorsichtig hoch. Was stellst Du fest? Erklärung: Setze die unten aufgeführten Begriffe richtig in die Lücken ein: Bei dieser Reaktion wird benötigt. Diese wird aus der aufgenommen. Umgebung Chemischen Wärmeenergie 17

18 Der chemische Sommer Welche Geräte Welche Chemikalien Reagenzglas Spatel Reagenzglashalter Wägeschälchen Pipette Glasstab Becherglas Heizplatte Natriumacetat-Trihydrat Destilliertes Wasser Vorsicht, die Heizplatte wird sehr heiß! Natriumacetat-Trihydrat ist reizend! Versuchsaufbau: Natriumacetat-Trihydrat Durchführung: Stelle die Heizplatte auf 6, um das Wasser auf 100 C zu erhitzen. Wiege 4 g Natriumacetat-Trihydrat in der Wägeschale ab und fülle es in ein Reagenzglas. (Beantworte die 1. und 2. Frage) Gib nur einen Tropfen dest. Wasser mit der Pipette hinzu. Nun stellst du dein Reagenzglas ins sprudelnde Wasserbad. Du kochst ungefähr 5 min bis der Inhalt des Reagenzglases flüssig geworden ist. Nimm mit dem Reagenzglashalter ganz vorsichtig das Reagenzglas und stelle es behutsam in den Reagenzglasständer. Das Reagenzglas darf nicht geschüttelt werden!!! Nun lässt du das Reagenzglas 5 min abkühlen. Jetzt kratzt du mit dem Glasstab von innen an der Reagenzglaswand. (Beantworte die 3. Frage) Ordne den Versuch in die Grafik Mindmap der Energieumwandlung ein. (S. 22) Entsorgung: Die gebrauchte Pipette wirfst du in den Mülleimer unter dem Tisch. Das Reagenzglas mit Inhalt stellst du in das Wasserbad. 18

19 1. Wie kannst du feststellen, wann das Wasserbad 100 C hat? 2. Beschreibe wie die Chemikalie Natriumacetat-Trihydrat aussieht. 3. Was kannst Du beobachten? 4. Berühre mit der Hand das Reagenzglas. Was fühlst du? 5. Was glaubst du würde passieren, wenn du das Reagenzglas wieder im Wasserbad erwärmst? Probiere es aus! 6. Wofür wird diese Reaktion im Alltag verwendet? 19

20 Willst du mal Gott spielen? Welche Geräte Becherglas Reagenzglas 2 Pipetten Handschuhe Welche Chemikalien Luminol Lösung B Diesen Versuch machen alle zusammen! Schutzhandschuhe anziehen!!! Der Versuch wird im Dunklen durchgeführt! Versuchsaufbau: Luminol Lösung B Durchführung: Diesen Versuch machen alle zusammen. Wenn Du alle vorherigen Versuche schon gemacht hast, sage einem Betreuer Bescheid. Stelle sicher, dass der Bunsenbrenner ausgeschaltet ist. Du pipettierst in das Reagenzglas die Lösung B, so dass es halb voll ist. Jetzt muss der Raum verdunkelt werden! Jetzt pipettierst du 2 ml Luminol in die Lösung B und beobachtest was passiert! ( Beantworte die 2. Frage) Ordne den Versuch in die Grafik Mindmap der Energieumwandlung ein. (S.22) Entsorgung: Die gebrauchten Pipetten und die Handschuhe wirfst du in den Mülleimer unter dem Tisch. Schütte das Produkt in den Abfallbehälter II. 20

21 1. Wie sehen die Chemikalien aus? 2. Was konntest du beobachten, als du das Luminol zugetropft hast? 3. Entscheide, um welchen Reaktionstyp es sich hierbei handelt: 4. Wo könnte man Luminol im Alltag einsetzen? Zur Hilfestellung ein paar Hinweise: Die oben genannte Reaktion wird auch Chemolumineszenz genannt. Der Begriff Chemolumineszenz beschreibt chemische Reaktionen, bei denen Licht entsteht, wobei dieses Licht aber nicht das Ergebnis hoher Temperaturen ist. Rotes Blutlaugensalz (Kalium-hexacyano-ferrat (III)) enthält Eisen, das mit dem Luminol unter Abgabe von Licht reagiert. 21

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23 Nach der Pause! Teil 2 23

24 Hochzeit auf chemisch Welche Geräte Welche Chemikalien Bunsenbrenner Waage 2 Wägeschälchen Porzellanschale Eisenpulver Schwefelpulver Spatel Reagenzglas Reagenzglashalter Reagenzglasständer Magnet Schutzbrille aufsetzen!!! Die Glaswand des Reagenzglases nicht mit der Hand berühren!!! Versuchsaufbau: Durchführung und Beobachtung: 0,7 g Eisenpulver in einem Wägeschälchen abwiegen. 0,5 g Schwefelpulver in einem Wägeschälchen abwiegen. Gib beide Substanzen in eine Porzellanschale und mische gut durch. Mit Hilfe eines Trichters fühlst du anschließend das Gemisch in das Reagenzglas. (Beantworte die 1. Frage) Schüttle das Reagenzglas vorsichtig bis sich beide Stoffe wieder mischen. Halte das Reagenzglas mit dem Reagenzglashalter schräg in die rauschende Flamme. Erhitze bis zur Rotglut und nimm es dann sofort aus der Flamme. Lasse das Reagenzglas erkalten. (Beantworte die 2. Frage) Entsorgung: Spüle die Wägeschälchen aus und trockne sie ab Das Eisensulfid in dem Reagenzglas lässt du im Reagenzglasständer stehen. 24

25 1. Fahre mit dem Magneten an der Reagenzglaswand von unten bis halber Strecke nach oben entlang. Beobachtung: Erklärung: (Mache mit der Durchführung weiter) 2. Teste wieder mit dem Magneten. Was kannst du beobachten? Beobachtung: Erklärung: Die Reaktion der beiden Elemente (Eisen und Schwefel) zu einer Verbindung wird als bezeichnet. (siehe S.7) 3. Ordne die Bilder sinnvoll. Magnet Eisenpulver Schwefelpulver 25

26 Was hat Sport mit Chemie zu tun? Welche Geräte Bunsenbrenner Tiegelzange Porzellanschale Welche Chemikalien Magnesiumband Gelbe Schutzbrille aufsetzen! Nicht in die Flamme sehen! Versuchsaufbau: Durchführung: Stellt sicher, dass die feuerfeste Platte bis ans vordere Tischende reicht. Derjenige, der den Versuch durchführt, setzt die gelbe Schutzbrille auf! Alle anderen nehmen die normale Schutzbrille. Nimm dir ein 5 cm-stück Magnesiumband. Mit der Tiegelzange nimmst du das Magnesiumband und erhitzt es in der rauschenden Flamme. Achtung! Schaue nicht direkt in die Flamme! Entsorgung: Das restliche Magnesiumoxid kannst du in den Mülleimer unter dem Tisch werfen. 26

27 1. Was beobachtest du? 2. Kann Metall brennen? 3. Gebe das Reaktionsprodukt in die Porzellanschale. Beobachtung: 4. Beim Geräteturnen pudern sich die Sportler ihre Hände mit einem weißen Pulver, Magnesia (chemische Bezeichnung: Magnesiumoxid). Das Magnesiumoxid verhindert beim Schwitzen an den Händen das Ausrutschen an den Geräten. Oh, das Pulver ist aufgebraucht. Kein Problem, das stellen wir selbst her, indem wir Magnesium mit Sauerstoff reagieren lassen. Magnesium ist ein Metall, weil es. Ich muss es erst in die Flamme halten. Weist du warum? Damit die Reaktion. Die Flamme liefert mir dazu. Wow, woher kommt denn das Leuchten? Das ist die Energie. Schau, das weiße Pulver ist. Du, war das jetzt eine chemische Reaktion? Was glaubst du, handelt es sich bei einer Verbrennung um eine chemische Reaktion? 27

28 Was ist Berliner Blau? Welche Geräte Petrischale 2 Spatel Stoppuhr Welche Chemikalien Kaliumhexacyanoferrat(II) Eisen(III)-chlorid dest. Wasser Schutzbrille aufsetzen!!! Versuchsaufbau: Durchführung: Fülle die Petrischale mit dest. Wasser, so dass der gesamte Boden bedeckt ist. Macht euch mit der Stoppuhr vertraut. (Schau dir Frage 1 an) Nehme eine kleine Spatelspitze Kaliumhexacyanoferrat(II) und lasse es dicht am Rand der Petrischale in das dest. Wasser fallen (siehe Zeichnung). Das dest. Wasser nicht mit dem Spatel berühren. Das gleiche machst du mit Eisen(III)-chlorid auf der gegenüberliegenden Seite. Jetzt darfst du aber die Petrischale nicht mehr bewegen!!! Entsorgung: Schütte das Produkt in den Abfallbehälter III. 28

29 1. Beobachte die Petrischale und schalte die Stoppuhr an, wenn du Eisen(III)-chlorid hineinfüllst. Zeichne deine Beobachtungen hier ein. 0 sek 30 sek 60 sek 90 sek 120 sek 150 sek 2. Was konntest du beobachten? 3. Was ist der blaue Stoff? Stoff a: Kaliumhexacyanoferrat (II) Stoff b: Eisen(III)-chlorid "Stoff c" "Stoff ab" etwas anderes: 4. Was passiert, wenn man die Stoffe vertauscht? Der Name Berliner Blau (Preußisch Blau) geht auf die Farbe der preußischen Uniformen zurück. Die Entdeckung zur Herstellung des Pigments wird dem Berliner Farbenmacher Diesbach zugeschrieben. Dieser Stoff ist ein dunkelblaues, ungiftiges und künstlich hergestelltes Pigment. 29

30 Chemisches Scheidungsgericht Welche Geräte Welche Chemikalien Bunsenbrenner Reagenzglas Kupferacetat Spatel Reagenzglashalter Reagenzglasständer Schutzbrille aufsetzen!! Versuchsaufbau: Durchführung und Beobachtung: Fülle in ein trockenes Reagenzglas einen Spatel Kupferacetat ein. Erhitze nun vorsichtig das Reagenzglas in der rauschenden Flamme. Leichtes Schütteln nicht vergessen! Entsorgung: Das Reagenzglas entsorgst du in den Behälter für Glasgeräte. i. Notiere deine Beobachtungen: Erklärung: 2. Entscheide um welchen Reaktionstyp es sich hierbei handelt: 30

31 Fotolabor Welche Geräte Welche Chemikalien Schablonen UV-Lampe Fotopapier Entwicklerlösung Stopperlösung Fixierlösung Schutzbrille aufsetzen!! Versuchsaufbau: Fotopapier Information: Silberchlorid ist ein farbloses, kaum wasserlösliches Salz. Sobald es mit Tageslicht (UV- Licht) in Kontakt kommt, zufällt es zu Silber und Chlorid. Das dabei entstehende metallische Silber ist fein verteilt und erscheint daher schwarz. In der Fotografie wird Silberchlorid auf einen Träger (Film oder Fotopapier) aufgetragen. Durchführung und Beobachtung: Dieser Versuch wird gemeinsam in einem dunklen Raum durchgeführt! Lege im Rotlicht eine Schablone auf das Fotopapier und beleuchte dann mit der Lampe (oder Sonnenlicht) für einige Sekunden. Beobachtung: Schalte die Lampe wieder aus. Entferne nun die Schablone im Rotlicht. Beobachtung: Lege das Fotopapier für einige Sekunden in die Entwicklerlösung Beobachtung: Erklärung: Silberchlorid wurde durch die Einwirkung von in und zersetzt. Einen solchen chemischen Vorgang nennt man 31

32 >Das GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit Die GSF konzentriert ihre Forschungsarbeiten auf eine der wichtigsten Fragen unserer Gesellschaft, die Gesundheit des Menschen in seiner Umwelt. Ziel ist es, Risiken für die menschliche Gesundheit durch Umweltfaktoren zu erkennen, Mechanismen der Krankheitsentstehung zu entschlüsseln sowie Konzepte zu entwickeln, um die Gesundheit des Menschen und seine natürlichen Lebensgrundlagen auch für die Zukunft zu schützen. Als Forschungseinrichtung des Bundes und des Freistaats Bayern mit Sitz in Neuherberg, im Norden Münchens, sind wir Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten öffentlichen Forschungsorganisation Deutschlands. > Über das Gläserne Labor Das Gläserne Labor wurde speziell für Schülerinnen und Schüler eingerichtet. Hier sollen sie zu bestimmten naturwissenschaftlichen Themen möglichst eigenständig, aber natürlich nach Anleitung, experimentieren und dabei entdecken, wie faszinierend naturwissenschaftliche Phänomene sind und Spaß haben an der Experimentier- und Forschertätigkeit. Zusätzlich sollen die Schülerinnen und Schüler die GSF als Forschungseinrichtung kennen lernen und verstehen, wie Grundlagenforschung funktioniert und warum sie wichtig bzw. nötig ist. Je nach Thema werden aktuelle Forschungsprojekte der GSF vorgestellt. Das GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit übernimmt als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Verantwortung für die Qualität der naturwissenschaftlich-technischen Bildung unserer Kinder. Das Gläserne Labor dient als Institution, um dieser Anforderung durch unterrichtsergänzende Angebote gerecht zu werden. Es wurde am GSF Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit mit großzügiger finanzieller Unterstützung der Helmholtz-Gemeinschaft eingerichtet. > Weitere Informationen Besuchen Sie uns im Internet. Dort finden sie aktuelle Informationen und das Anmeldeformular: Bei Fragen stehen wir gerne Dienstag bis Freitag von 8:30 12 Uhr telefonisch unter zur Verfügung. Auf ein baldiges Wiedersehen freut sich ihr Team vom Gläsernen Labor! Gläsernes Labor Abteilung Öffentlichkeitsarbeit GSF Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit Ingolstädter Landstrasse Neuherberg gsf-lab@gsf.de 32