Sekundarschule Kilchberg / Curdin Riedi

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1 Sekundarschule Kilchberg / Curdin Riedi

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Laborarbeit Laborregeln/Verhalten beim Experimentieren Gefahrensymbole Vertrag «Verhaltensregeln» Laborgeräte Chemie die Welt der Stoffe Stoffe und ihre Eigenschaften Messbare Stoffeigenschaften Experiment: Siedetemperatur Experiment: Löslichkeit Experiment: Dichte Schlusspunkt Die Zustandsformen (Aggregatzustände) Die Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig Die Übergänge zwischen den Zustandsformen Das Kugelteilchenmodell Das Kugelteilchenmodell der Zustandsformen Die Temperatur Aufgaben Kreuzworträtsel Rätselhafte Zustandsformen

3 1. Einführung Chemie gibt es schon lange Der Name Chemie leitet sich von dem ägyptischen Wort ch mi (schwarz) ab. Noch im 15. Jahrhundert sprach man von der Alchemie, von der Schwarzen Kunst. Gemeint war die Beschäftigung mit scheinbar geheimnisvollen und nur schwer durchschaubaren Vorgängen. Dazu gehörte die Suche nach dem Stein der Weisen, mit dessen Hilfe unedle Metalle in Gold verwandelt werden sollten. Chemie heute Heute versteht man unter Chemie die Naturwissenschaft, die sich mit Stoffen und ihren Eigenschaften sowie mit Stoffänderungen beschäftigt. Der Begriff Stoff darf hier nicht missverstanden werden, denn er hat im täglichen Leben viele Bedeutungen. So spricht man im Deutschunterricht vom Stoff einer Lektüre; im Textilgeschäft versteht man unter Stoff das Material, aus dem Hosen und Hemden genäht werden und in der Drogenszene meint man mit Stoff wiederum etwas anderes. In der Chemie versteht man unter einem Stoff eine Substanz wie Sauerstoff oder Eisen, die durch ihre Eigenschaften charakterisiert ist. Die Aufgabe der Naturwissenschaften (zum Beispiel Biologie, Chemie und Physik) liegt darin, die Erscheinungen und Vorgänge in der Natur zu beobachten und ihre Gesetzmässigkeiten zu ergründen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen durch technische Anwendungen für den Menschen nutzbar gemacht werden. 3

4 2. Laborarbeit 2.1 Laborregeln/Verhalten beim Experimentieren Wir werden häufig Versuche durchführen, um Dinge, die wir lernen zu veranschaulichen. Damit es nicht zu Unfällen kommt, ist es wichtig, dass jeder sich an gewisse Regeln hält. Gefahrstoffe können unsere Gesundheit beeinträchtigen. Zähle drei Möglichkeiten auf, wie gefährliche Stoffe in unseren Körper gelangen können. Nutze dafür die Abbildung. 1)... 2)... 3)... Versuche den folgenden Lückentext mit den Begriffen von der Folie zu ergänzen! Vor dem Versuch: Lies die Versuchsanleitung genau durch und halte dich während des Versuchs daran. Stelle alles., das du für den Versuch benötigst bereit. Achte auf am Arbeitsplatz. Trage bei allen Experimenten mit Chemikalien eine.. Umgang mit Chemikalien: Berühre Chemikalien nicht mit den Fingern und teste nie deren.... Prüfe den höchstens durch Fächeln zur Nase. Öffne eine Chemikalienflasche nur zur. und verschliesse sie danach wieder. Halte die Öffnung immer... Verwende möglichst Mengen an Chemikalien. Entnommene Stoffe dürfen nicht wieder in die Flasche zurückgegeben werden. Versuchsdurchführung: Richte beim Erhitzen eines Reagenzglases niemals die Öffnung auf und schaue nie. (Spritzgefahr). Nach dem Versuch: Melde beschädigtes Material der Lehrkraft. Wirf Glasabfälle nicht in den normalen Abfall ( ). Entsorge Chemikalien nach Anleitung oder, was damit zu tun ist. 4

5 Im Bild siehst du einige Schülerinnen und Schüler beim Experimentieren. Zähle mindestens 6 Verhaltensweisen auf, die beim Experimentieren nicht erlaubt sind. Gib eine Begründung. Falsche Verhaltensweise Begründung Ein Feuer ist ausgebrochen. Beschreibe die richtige Vorgehensweise in Stichworten. 5

6 2.2 Gefahrensymbole Zahlreiche Chemikalien, aber auch viele Produkte aus dem Alltag, können aufgrund ihrer Eigenschaften eine Gefährdung für die Gesundheit oder die Umwelt darstellen. Solche Stoffe sind mit Gefahrensymbolen gekennzeichnet. Ein umsichtiges und vorsichtiges Verhalten ist beim Umgang mit diesen Stoffen erforderlich. 6

7 Die Gefahrenpiktogramme in der ersten Spalte informieren über die Hauptgefahr, die von einem Stoff ausgeht. Ergänze in der zweiten Spalte, was die einzelnen Symbole bedeuten. Gib in der dritten Spalte die Gefahren an, die von Stoffen mit diesem Symbol ausgehen. Symbol Beschreibung Gefahren 7

8 3. Vertrag «Verhaltensregeln» Für einen unfallfreien Unterricht müssen die folgenden Punkte strikte eingehalten werden: Chemikalien Keine Chemikalien einnehmen, ausser auf spezielle Erlaubnis der Lehrperson. Keine Esswaren und Getränke im Chemiezimmer (Verunreinigungsgefahr). Hautkontakt mit Chemikalien vermeiden und Dämpfe nicht einatmen Etiketten mit den Warnaufschriften (Gefahrensymbole) beachten. Keine Chemikalien in Vorratsgefässe zurückschütten! Hitze/Flamme Nie ein Lösungsmittel oder eine brennbare Substanz mit dem Bunsenbrenner direkt erhitzen Brandgefahr Überlege vor dem Berühren eines erhitzten Gegenstandes zuerst, ob genügend Zeit zum Abkühlen vorhanden war. Heisse Gegenstände auf die feuerfeste Unterlage stellen, nie direkt auf die Schulbank, da diese sonst beschädigt wird. Glaswaren Experiment Erhitzen Anleitung Gas Umwelt Halte Glasstäbe und Glasrohre so, dass bei eventuellem Glasbruch keine Stichverletzungen entstehen. Trage bei allen Experimenten die Schutzbrille! Binde lange Haare zusammen! Halte beim Erhitzen ein Reagenzglas so, dass bei einem eventuellen Herausspritzen keine Person getroffen wird: Verbrennungs- und Verätzungsgefahr. Anweisungen und Versuchsanleitungen zuerst genau studieren, und erst wenn das Vorgehen klar ist, mit dem Experiment beginnen.!!! Sämtliche Experimente auf eigene Faust sind strengstens verboten, da die Reaktionen für Laien nicht vorhersehbar sind!!! Der Gashahn wird nur geöffnet, wenn der Bunsenbrenner angezündet wird. Nach Gebrauch ist er sofort wieder zu schliessen. Am Gashahn wird nicht herumgespielt oder herumgeschraubt! Entsorge Chemikalien-Abfälle in die Entsorgungsbehälter, die die Lehrperson bereitstellt, oder falls ausdrücklich erlaubt in den Ausguss. Wer sich nicht an die Regeln und/oder die Anweisungen der Lehrperson hält wird aus dem Naturkundezimmer verwiesen und schreibt die Verhaltensregeln 5x sauber in Reinschrift ab. Im Wiederholungsfall kann statt der Teilnahme am Klassen-Chemieunterricht stille Einzelarbeit zur Erarbeitung des Stoffes angeordnet werden! Ich habe die Verhaltensregeln sorgfältig studiert und verstanden, und ich werde mich daran halten: Vorname, Name:... Datum & Unterschrift Schüler(in): Datum & Unterschrift Erziehungsberechtigte:

9 4. Laborgeräte Damit du Chemieversuche wie in der Anleitung beschrieben aufbauen und durchführen kannst ist es nötig, die am häufigsten eingesetzten Laborgeräte zu kennen. Kennst du schon einige davon? 9

10 5. Chemie die Welt der Stoffe Überall in unserer Umwelt sind wir von Stoffen umgeben. Die gesamte belebte und unbelebte Natur besteht daraus. Viele sind bereits durch ihren Namen als Stoffe ausgewiesen, zum Beispiel Baustoffe, Farbstoffe, Klebstoffe oder Werkstoffe - aber auch Arzneimittel oder Reinigungsmittel sind Stoffe. Chemiker und Chemikerinnen beschäftigen sich mit solchen Stoffen. Sie untersuchen deren Eigenschaften und stellen aus bekannten Stoffen neue Stoffe her. Um die Stoffe, also das Material, aus dem alle Dinge bestehen, geht es in der Chemie. Eine kurze Definition von Chemie könnte so lauten: 5.1 Stoffe und ihre Eigenschaften Beim Vergleich verschiedener Stoffe fällt auf, dass sie unterschiedliche Eigenschaften haben. Diese sind von der Form und der Grösse des Gegenstandes unabhängig. Viele Stoffe kann man mit den Sinnen erkennen: Vervollständige den Lückentext. Glasflaschen, Fensterscheiben und Trinkgläser bestehen alle aus dem gleichen S t o f f, nämlich G l a s. Sie unterscheiden sich nur durch ihre F o r m. Es kommt im Alltag häufig vor, dass ein S t o f f in verschiedenen F o r m e n auftritt. a) Holz: Zähle auf, in welchen Formen uns die folgenden Stoffe im Alltag begegnen: b) Metall: 10

11 Manche Stoffeigenschaften kann man mit den Sinnen direkt wahrnehmen. Ergänze die Begriffe in den leeren Kästchen. Augen Nase Geschmack Wärmeleitfähigkeit, Oberflächenbeschaffenheit Ohren 5.2 Messbare Stoffeigenschaften Du hast gelernt, dass wir im Alltag viele Stoffe aus unserem Alltag mit Hilfe unserer Sinnesorgane erkennen und unterscheiden können. Es gibt aber viele Stoffe, die einander sehr ähnlich sind. So sind die meisten Flüssigkeiten farblos. Viele Stoffe haben keinen ausgeprägten Geruch. Fast alle Salze sehen weiss aus. Um solche Stoffe auseinander zuhalten reichen unsere Sinne nicht mehr: Zur genauen Unterscheidung muss man also noch weitere Eigenschaften heranziehen. Sehr geeignet sind Eigenschaften, die man messen und durch Zahlenwerte belegen kann. Schauen wir uns einige messbare Stoffeigenschaften etwas genauer an: Löslichkeit: Wird etwas Salz oder Zucker in Wasser gegeben, so ist das Salz oder der Zucker nach einiger Zeit nicht mehr zu sehen. Beide Stoffe sind aber noch vorhanden, wie eine Geschmacksprobe zeigen würde. Man sagt, die Stoffe haben sich gelöst. Dabei ist eine Lösung entstanden. Auch bestimmte Flüssigkeiten und Gase sind in Wasser löslich. Die Löslichkeit ist eine messbare Stoffeigenschaft. Sie gibt an, wie viel Gramm eines Stoffes sich in 100 g Lösungsmittel lösen. Von Wasserlöslichkeit spricht man dann, wenn es sich beim Lösungsmittel um Wasser handelt. Elektrische Leitfähigkeit In einem einfachen elektrischen Stromkreis mit einer Glühlampe kann die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen geprüft werden. Dadurch ist es möglich, alle Stoffe in leitende und nichtleitende Stoffe einzuteilen. Zu den Leitern gehören insbesondere alle Metalle. Die meisten Nichtmetalle und Gase sind Nichtleiter (Isolatoren). 11

12 Dichte: Diese fünf Würfel sind aus verschiedenen Materialien. Sie sind alle gleich gross, aber unterschiedlich schwer. Haben zwei Stoffe bei gleichem Volumen unterschiedliche Massen, so sagt man, sie haben eine unterschiedliche Dichte. Man kann sich das wie folgt vorstellen: Für die Bezeichnung der Dichte benützt man den griechischen Buchstaben ρ ( rho ). Die Dichte von Stoffen lässt sich mit einer einfachen Formel berechnen: Die folgende Tabelle zeigt dir die Schmelz- und Siedetemperatur sowie die Dichte einiger Stoffe. 12

13 Viele Eigenschaften eines Stoffes lassen sich nur mit Hilfsmitteln oder Messgeräten untersuchen. Welche? Trage die Stoffeigenschaften in die Kästen ein. Hilfsmittel und Messgeräte: Gasbrenner, Waage, Thermometer, Glühlampe, Batterie, Magnet usw. Um welche Stoffe könnte es sich bei den Beschreibungen handeln? a) Der Stoff ist hart, durchsichtig und zerbrechlich: b) Der Stoff besteht aus weissen Kristallen und ist gut in Wasser löslich. Die Lösung dieses Stoffes leitet den elektrischen Strom: c) Der Stoff ist fest, magnetisch, glänzt metallisch und leitet den elektrischen Strom: d) Dieser Stoff ist unter Normalbedingungen eine farblose Flüssigkeit, die bei 100 C siedet. Ausserdem wiegt 1 ml der Flüssigkeit genau 1 g: Begründe, warum Glasschneider und Gesteinsbohrer mit Diamanten versehen werden. 13

14 5.3 Experiment: Siedetemperatur

15 5.4 Experiment: Löslichkeit Material: 8 Reagenzgläser, destilliertes Wasser, Benzin, Kochsalz, Zucker, Tinte, Salatöl Durchführung: Je 4 Reagenzgläser werden 2 Fingerbreit mit Wasser bzw. Alkohol gefüllt. Anschliessend wird Kochsalz, Zucker, Tinte und Salatöl jeweils zu Wasser bzw. Alkohol gegeben. Beobachtung: Löst sich der untersuchte Stoff? Trage die Ergebnisse in die Tabelle ein. Stoff Kochsalz Tinte Zucker Salatöl Wasser Lösungsmittel Alkohol Auswertung: A1 Erläutere den Begriff Lösungsmittel. A2 Werte die Grafik rechts aus. Welche Aussagen über die Löslichkeit kann man allgemein machen? A3 In der Tabelle rechts siehst du die Löslichkeit einiger Stoffe in Wasser bei 20 C. Formuliere drei Aussagen, die man aus der Tabelle ablesen kann. Stoff Löslichkeit in g/100 g Wasser Zucker 204 Kochsalz 36 Kaliumnitrat 32 Soda 22 Gips 0,2 Sauerstoff 0,0043 Stickstoff 0,

16 5.5 Experiment: Dichte Material: Schraube mit Mutter (ca. 5 cm lang), Waage, Messzylinder (50 ml), Wasser Versuchsanleitung: 1. Wiege die Schraube und notiere die Masse. 2. Bestimme das Volumen V der Schraube. Dazu wird der Messzylinder mit genau 20 ml Wasser gefüllt. Das exakte Ablesen des Messzylinders gibt nebenstehende Skizze wieder. Gib nun vorsichtig die Schraube in den Messzylinder und lies wieder den Wasserstand ab. Das Volumen der Schraube entspricht dem Volumen der verdrängten Wassermenge (1 ml = 1 cm 3 ). 3. Berechne die Dichte ρ der Schraube. Beobachtung: Die Masse der Schraube beträgt: m = g. Das Volumen der Schraube ist: V = cm 3. Auswertung: Um die Dichte ρ der Schraube zu bestimmen, rechnet man die Masse m geteilt durch das Volumen V: Dichte ρ = Masse m = Volumen V Die exakte Dichte für Eisen beträgt 7,87 g/cm 3. A1 Peter hat ein unbekanntes Stück Metall untersucht. Es wog 44,5 g und war genau 5 cm³ gross. Bestimme mit Hilfe der Tabelle rechts, worum es sich handelt. A2 Ergänze den folgenden Lückentext: Die Dichte ist eine m e s s b a r e Stoffeigenschaft. Sie gibt an, welche Masse m (angegeben in G r a m m ) genau 1 cm 3 bzw. 1 ml eines Stoffes hat. Ihre Einheit ist daher g / c m 3. Um die Dichte eines Stoffes zu berechnen, muss man die ermittelte M a s s e durch das V o l u m e n teilen. 16

17 5.6 Schlusspunkt Löslichkeit: Definiere die Begriffe Löslichkeit, Dichte, Schmelztemperatur und Siedetemperatur. Dichte: Schmelztemperatur: Siedetemperatur: 17

18 6. Die Zustandsformen (Aggregatzustände) 6.1 Die Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig Je nach Temperatur kann Wasser in verschiedenen Zuständen vorliegen: Entweder als Eis, als Wasser oder als Wasserdampf. Man bezeichnet die drei Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig auch als Aggregatzustände. Der Aggregatszustand eines Stoffes hängt vor allem von der Temperatur ab. Wenn man einen Stoff als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas beschreibt, bezieht man sich immer auf die Raumtemperatur (20 C). Festes Wasser = Eis Flüssiges Wasser = Wasser Gasförmiges Wasser = Wasserdampf Merke: Aufgabe: Nenne jeweils drei bis fünf Stoffe, die bei Zimmertemperatur.. fest sind: flüssig sind: gasförmig sind:

19 6.2 Die Übergänge zwischen den Zustandsformen Alle Stoffe können ihren Aggregatszustand bei Erreichen von bestimmten Temperaturen ändern. Ein Feststoff wie Eis kann bei Wärmezufuhr schmelzen. Dieser Übergang von fest nach flüssig vollzieht sich bei der Schmelztemperatur eines Stoffs. Wasser kann sieden und verdampfen. Wenn die Siedetemperatur von Wasser erreicht ist, entsteht Wasserdampf. Beim Abkühlen kann ein Gas wie z.b. Wasserdampf wieder flüssig werden. Man sagt, der Stoff kondensiert. Ebenso kann eine Flüssigkeit beim weiteren Abkühlen zum Feststoff erstarren. Manche Stoffe können sogar vom festen Zustand direkt in den gasförmigen übergehen. Diese Zustandsänderung nennt man sublimieren. Wenn ein Gas durch Abkühlen fest wird, bezeichnet man das als resublimieren. Die Temperaturen, bei welchen sich die Zustände eines Stoffes ändern, nennt man Schmelztemperatur (Schmelzpunkt), respektive Siedetemperatur (Siedepunkt). Diese zwei Temperaturen sind für jeden Stoff anders! Das kannst du aus dieser Tabelle sehen: Stoff Schmelztemperatur Siedetemperatur Wasser 0 C 100 C Alkohol -114 C 78 C Sauerstoff -219 C -183 C Eisen 1535 C 2750 C Merke:

20 6.3 Das Kugelteilchenmodell In den Naturwissenschaften benutzt man verschiedentlich Modelle, um Sachverhalte zu erklären, welche von blossem Auge nicht sichtbar sind. Die Stoffteilchen in der Chemie beispielsweise sind zu klein, als dass man sie sehen könnte. Um die Zustandsformen zu erklären, benutzt man deshalb ein Modell: Das so genannte Kugelteilchenmodell (oder kurz: Teilchenmodell). Dabei geht man vereinfachend davon aus, dass alle Stoffteilchen kleine Kugeln sind. Das ist in Wahrheit natürlich nicht so, aber um die Zustandsformen zu erklären, reicht diese Vorstellung. Modelle sind also auch immer Vereinfachungen. Unwesentliche Aspekte werden weggelassen. Versuch: Giesst man zu 50 ml Alkohol im Messzylinder noch 50 ml Wasser, so sieht man an der 50-ml-Marke zunächst eine Grenzschicht. Das Gesamtvolumen beträgt 100 ml. Nach dem Durchmischen der Flüssigkeiten nimmt das Volumen auf ca. 95 ml ab, die Masse (das Gewicht) verändert sich jedoch nicht. Mit dem Kugelteilchenmodell kann man diese Volumenverminderung beim Mischen von Alkohol und Wasser deuten. Der unten gezeigte Modellversuch mit Erbsen und Senfkörnern ist eine Anschauungshilfe. Erkläre den Modellversuch. Werte nun den Versuch mit Wasser und Alkohol aus. 20

21 6.4 Das Kugelteilchenmodell der Zustandsformen A1 Trage bei den Abbildungen die Bezeichnungen für die Aggregatzustände von Wasser ein und beschrifte die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen. A2 Zeichne in die Kreise die Anordnung der kleinsten Teilchen. A3 Beschreibe jeweils daneben die Anordnung, die Abstände und die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen. 21

22 6.5 Die Temperatur Die Temperatur ist ein Mass für den Wärmezustand eines Körpers und damit eine Angabe über die Bewegung der Teilchen. Wir wissen nun, dass die kleinsten Teilchen eines Stoffes sich ständig mit unterschiedlicher Richtung und unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen. Ein Stoff kann nun so lange seine Temperatur verringern, solange sich die Teilchen bewegen. Sind jedoch einmal alle Teilchen zum Stillstand gekommen. Weiter kann die Temperatur nicht absinken, weshalb man diese Temperatur auch den absoluten Nullpunkt bezeichnet. Um die Temperatur angeben zu können entstanden im Laufe der Zeit verschiedene Masseinheiten, die jeweils nach ihren Erfindern benannt wurden. In Europa benutzt man die Einheit «Grad Celsius», in den U.S.A. «Grad Fahrenheit» und in der Physik «Kelvin». 6.6 Aufgaben A1 Heute herrscht eine Temperatur von 23.5 Celsius. Wie viel ist dies in Kelvin? Lösung:... A2 Eine Flüssigkeit beginnt bei 393 Kelvin zu sieden. Wie viel Grad Celsius sind dies? Lösung:... 22

23 A3 Im Weltraum herrscht eine Temperatur von nur 3 K. Warum ist der Weltraum trotzdem gasförmig und nicht fest? A4 An heissen Tagen bilden sich auf einer gekühlten Limonadenflasche Wassertropfen. Erkläre diesen Vorgang A5 Kocht man Kaffee, so riecht man bald den Kaffeeduft im ganzen Haus. Erkläre diesen Vorgang mithilfe des Teilchenmodells A6 Beschrifte die folgende Abbildung:

24 6.7 Kreuzworträtsel Rätselhafte Zustandsformen 24

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