5 l 6 Lehrerhinweise PRISMA CHEMIE. Niedersachsen

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1 PRISMA CHEMIE 5 l 6 Lehrerhinweise EMIE, Naturwissenschaft, die sich mit chemischen Elementen in freiem d gebundenem Zustand beschäftigt. Sie erforscht Reaktionen, Umsetzungen d Umwandlungen der Elemente und verbindungen, sie deutet diese Vornge und wertet sie aus. Die Chemie widmet sich den Grunderscheinungen d Kräften der Natur hinsichtlich ihrer Anwendung auf Reaktionen. Niedersachsen

2 1. Auflage 2005 Von diesen Vorlagen ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten. Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlags. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Fotomechanische oder andere Wiedergabeverfahren nur mit Genehmigung des Verlags. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart Alle Rechte vorbehalten. Internetadresse: Autoren: Wolfram Bäurle, Barbara Hoppe, Eberhard Theophel Labelgestaltung und Innentitel: Koma Amok, Kunstbüro für Gestaltung, Stuttgart ISBN

3 Inhaltsverzeichnis Stoffe im Alltag 4 Werkstatt: Stoffe sehen, riechen, schmecken, fühlen 4 Auf das Material kommt es an 5 Werkstatt: Stoffe werden untersucht 6 Werkstatt: Schmuck aus Metallen geformt 6 Werkstatt: Umgang mit dem Gasbrenner 7 Schmelzen Verdampfen und zurück 8 Werkstatt: Ein Kunstwerk gießen 8 Werkstatt: Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen 9 Aggregatzustände und Teilchenmodell 9 Werkstatt: Verdampfen und Verflüssigen 10 Werkstatt: Wärmeleitfähigkeit 10 Werkstatt: Die Löslichkeit 11 Die Löslichkeit 11 Stromleiter oder Nichtleiter 12 Werkstatt: Entscheidung im Stromkreis 12 Werkstatt: Den Stoffen auf der Spur 13 Die Stoffklasse der Metalle 14 Werkstatt: Wir untersuchen Kunststoffe 15 Stoffe verändern sich 16 Werkstatt: Wie schnell rostet Eisen? 16 Brennpunkt: Müll Abfall oder Rohstoff? 17 Werkstatt: Wir stellen Recyclingpapier her 17 Schlusspunkt 18 Wasser 20 Wasser ist überall 20 Brennpunkt: Das Weltwasser in Zahlen 20 Eigenschaften von Wasser 21 Mischungen im Alltag und in der Natur 22 Werkstatt: Soßen selbst gemacht 22 Werkstatt: Auslesen, Sieben, Abgießen 23 Filtrieren und Eindampfen 24 Werkstatt: Kochsalz aus Steinsalz 24 Werkstatt: Kristalle selbst gezüchtet 25 Werkstatt: Was Filter leisten können 26 Werkstatt: Wir entwickeln eine Destillationsapparatur 27 Trinkwasser durch Destillation 27 Trinkwasser 28 Es gibt viel zu klären 29 Schlusspunkt 30 Verbrennungen 31 Werkstatt: mit einer Kerze 31 Werkstatt: Brennmaterial für ein Lagerfeuer 32 Ein Brand entsteht 32 Werkstatt: Zündende 33 Verbrennungsprodukte 33 Werkstatt: Wir verbrennen Stoffe 34 Verbrennung eine chemische Reaktion 34 Werkstatt: Nachweis der Luftbestandteile 35 Der Kreislauf von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid 36 Werkstatt: Stoffproduktion sichtbar gemacht 36 Brandbekämpfung 37 Brennpunkt: Waldbrand 38 Smog belastete Luft 39 Werkstatt: Smog im Glas 39 Schlusspunkt 40 Stoffe früher und heute 41 Zeitpunkt: Feuer und Wasser 41 Strategie: Einen Museumsbesuch planen 42 Brennpunkt: Die Gewässer-TÜV-AG 42 Wässrige Lösungen und Indikatoren 43 Werkstatt: Test mit Indikatoren 43 Werkstatt: Wir untersuchen ein Gewässer 44 Werkstatt: Bestimmung der Wasserhärte 45 Zeitpunkt: Werkstoffe im bäuerlichen Alltag 46 Zeitpunkt: Heizen und Kochen 46 Werkstatt: Brot backen 47 Zeitpunkt: Schwarzbrot 47 Zeitpunkt: Die Dunsthöhle von Pyrmont 48 Stilles und sprudelndes Wasser 48 Werkstatt: Sprudel, Brause und Früchtetee 49 Was wir trinken sollten 49 Werkstatt: Färben mit Lebensmittelfarben 50 Farben im Alltag 50 Werkstatt: Farbstifte im Test 51 Zeitpunkt: Weißes Gold aus Lüneburg 52 Es gibt verschiedene Salze 53 Werkstatt: Mit der Flammenfärbung Salzen auf der Spur 54 Schlusspunkt 55 3

4 Stoffe im Alltag Werkstatt: Stoffe sehen, riechen, schmecken, fühlen 1 Auf einen Blick a) Gummibärchen unterscheiden sich in ihren Farben. Fruchtbonbons lassen sich nach ihren Formen und Farben sortieren. b) Beim Betrachten einer Aluminiumfolie von beiden Seiten stellt man fest, dass die eine Seite silbrig glänzt, die andere dagegen eine matt glänzende Oberfläche zeigt. c) Auf der einen Seite liegen die Löffel aus Holz, Porzellan, Kunststoff, deren Oberflächen matt glänzen; auf der anderen Seite die Löffel aus Silber, Chromargan und Aluminium, deren Oberflächen hochglänzend sind. Ein Gegenstand kann durch Farbe und Glanz unterschieden werden. 2 Wie schmeckt es? a) Zitronensaft schmeckt sauer, Wasser hat keinen Geschmack, Grapefruitsaft schmeckt bitter. b) Zuckerwasser hat einen süßlichen Geschmack, Salzwasser dagegen einen salzigen. c) Zimt ist nicht wahrzunehmen, wenn man sich die Nase zuhält. Zimt ist nur wahrzunehmen, wenn man bei der Geschmacksprobe zusätzlich riecht. Wasser geschmacklos Zitronensaft sauer Grapefruitsaft bitter Zucker süß Salz salzig Zimt nur über Geruchssinn wahrnehmbar 3 Duft oder Gestank? Wasser kein Geruch Nagellackentferner Eigengeruch Parfüm Duft Deo Duft Curry intensiver Geruch Essig Eigengeruch 4 Fühlen und tasten kalt warm glatt rau hart weich Glas Holz Glas Gummi Glas Wollknäuel Stahl Styropor Stahl Leder Stahl Tuch Metalldose Gummi Metalldose Wollknäuel Metalldose Styropor Leder Tuch Holz Gummi Wollknäuel Styropor Leder Tuch 4

5 Stoffe im Alltag Auf das Material kommt es an Aufgabe 1 Becher können z.b. aus Leder, Porzellan, Glas, Metall, Kunststoff und Pappe bestehen. Lederbecher zum Würfelspiel Porzellanbecher Trinkgefäß; Dekoration Glasbecher Trinkgefäß Metallbecher früher: Trinkgefäß Kunststoffbecher Trinkgefäß beim Camping Pappbecher Behälter (meist als Wegwerfartikel) Leder Porzellan Glas Metall (z.b. Zinn) Kunststoff Vorteilhafte Eigenschaften angenehm in der Hand hygienisch, leicht zu reinigen hygienisch, leicht zu reinigen schwer hygienisch, leicht, mehrmaliger Gebrauch Nachteilige Eigenschaften nicht formstabil, nicht wasserdicht zerbrechlich, zerkratzt leicht zerbrechlich, zerkratzt leicht nicht für den Lebensmittelgebrauch nicht formstabil Pappe leicht, billig nicht für Flüssigkeiten geeignet, einmaliger Gebrauch 5

6 Stoffe im Alltag Werkstatt: Stoffe werden untersucht Werkstatt: Schmuck aus Metallen geformt 1 Lässt es sich ritzen? 1. Wachs, Ton, Gips lassen sich mit dem Fingernagel ritzen. 2. Mit einem Stahlnagel kann man Metallbleche, Holzstücke, Wachs, Tonstücke, Speckstein, Gipsstücke ritzen. 3. Von hart bis weich: Stahl, Blech, Gips, Ton, Speckstein, Holz, Wachs 4. Mit einem Stahlnagel versucht man ein Kupferblech an der Oberfläche zu ritzen. Mit einem Kupfernagel wiederholt man den Versuch bei einem Stahlblech. 2 Ritzen und schneiden 1. Glas ist durchsichtig, lässt sich ritzen, bricht leicht, kann mit Vorsicht geschnitten werden. 2. Glas kann man mit einem Nagel und mit einem Diamantschneider ritzen. 3 Verformen 1. Knetmasse und Blumendraht kann man verformen, Eierschalen zerbrechen. 2. Im Alltag findet man verformbare Materialien wie Aluminiumfolie, Kupferdraht, Kunststofffolie, Silicon, Fugenkitt u.a. 1 Schmuck aus Silber So wie beim Versuch Schmuck aus Silber deutlich wird, lassen sich aus Silberdraht Gliederstücke für eine Kette in jeder beliebigen Größe formen. Das Material ist in hohem Maße biegbar, ohne dass es bricht. Es ist formstabil, d.h., die einzelnen Ringe behalten die einmal erhaltene Form, wenn nicht von außen Kräfte auf sie einwirken. 2 Sternzeichen aus Kupfer Beim Versuch Sternzeichen aus Kupfer wird erkennbar, dass ein dünnes Kupferblech mit einem Stahlnagel so bearbeitet werden kann, dass das Blech nicht reißt oder bricht. Kupfer lässt sich ähnlich wie Silber biegen, es zeigt sich aber auch, dass das Material bei Verformungen sehr zäh ist. Vor allem beim Treiben von stärkerem Kupferblech zu Tellern von Kerzenleuchtern ist diese Eigenschaft von Bedeutung. Bei der Schmuckherstellung werden neben Platin und Gold vorwiegend Silber und Kupfer verarbeitet. Beide Metalle besitzen jeweils typische Eigenschaften. 6

7 Stoffe im Alltag Werkstatt: Umgang mit dem Gasbrenner 1 Bedienungsanleitung für einen Gasbrenner Beschrieben wird die Arbeit mit dem Teclubrenner. Vor seinem ersten Einsatz müssen alle Handgriffe eingeübt und auch schriftlich festgehalten werden. a) Die Verwendung der Schutzbrille ist generell unbedingte Pflicht. Lange Haare sind hinter dem Kopf zusammenzubinden, da sie offen sehr leicht in die Brennerflamme kommen können. b) Wichtig ist, dass der Brenner möglichst mitten auf dem Tisch steht und nicht versehentlich heruntergerissen werden kann. c) Die Verbindung der Schlauchkupplung mit dem Gasanschluss des Tisches erfordert meist etwas Geschick und Kraft. Hier dürfte die Hilfe der Lehrerin oder des Lehrers notwendig werden. d) Sowohl die Luft- als auch die Gaszufuhr müssen beim Anschluss des Gasbrenners geschlossen sein. e) Zündhölzer oder Gasanzünder liegen bereit. Nach Öffnen des Gashahns am Tisch wird die Schraube zur Gasregulierung mit zwei bis drei Drehungen geöffnet und das ausströmende Gas sofort entzündet. Die Stellschraube darf nicht aus dem Gewinde herausgedreht werden. Es würde unkontrolliert Gas entströmen. Auch muss die Gaszufuhr geschlossen werden, wenn die Brennerflamme erlischt. f) Zunächst entsteht eine leuchtende Flamme. Durch Öffnen der Luftzufuhr erhält man eine nicht leuchtende bzw. eine rauschende Flamme. Diese zeigt verschiedene Flammenzonen. g) Zur Beendigung der Arbeit mit dem Gasbrenner wird zunächst die Luftzufuhr und dann die Gaszufuhr geschlossen. Der Gashahn am Tisch wird geschlossen. Danach wird der Brennerschlauch abgekuppelt. h) Wichtig ist, dass bei einem Notfall auch die Schülerinnen oder Schüler in der Lage sind, den NOT-AUS- Schalter zu betätigen! 2 Flammenzonen Es gelten die Sicherheitsvorschriften wie bei 1! a) Mit einem Magnesiastäbchen lassen sich sehr gut die unterschiedlichen Flammenzonen des Gasbrenners untersuchen. In der leuchtenden Flamme ist allenfalls zu erkennen, dass das Magnesiastäbchen etwas Ruß ansetzt. Die nicht leuchtende Flamme bringt das Magnesiastäbchen nur schwach zum Glühen. Die rauschende Flamme zeigt drei Zonen. Der Innenkegel zeigt keine Wirkung auf das hineingehaltene Magnesiastäbchen. Es glüht aber am Flammenrand. Zwischen Innen- und Außenkegel befindet sich die heißeste Zone der rauschenden Brennerflamme. Man kann sie mit dem Magnesiastäbchen finden. Das Magnesiastäbchen glüht hell auf. Vorsicht! Man sieht dem Magnesiastäbchen nicht an, dass es nach dem Versuch an einem Ende noch sehr heiß ist. Auf feuerfester Unterlage abkühlen lassen. b) Führt man einen Holzstab rasch durch den Innenkegel der rauschenden Brennerflamme und dreht ihn gleichzeitig, dann entstehen an den Außenrändern des Innenkegels Verkohlungsringe" am Holz. Für die Aufgabe kann die Grafik 6 der Schülerbuchseite 18 in das Heft übertragen werden. 3 Gelb leuchtend schwarz rußend Sicherheitsvorschriften wie bei 1! a) Der Boden des Reagenzglases verrußt augenblicklich, wenn er in die Flamme des Teelichts gehalten wird. b) In der rauschenden Brennerflamme wird das Reagenzglas wieder sauber, der Ruß verbrennt. 1. Hierzu kann Grafik 4 der Schülerbuchseite 18 übernommen werden. 2. Hierzu kann der Text Schritt für Schritt wird das Brennergas entzündet von der Schülerbuchseite 18 als Hilfe dienen. 7

8 Stoffe im Alltag Schmelzen Verdampfen und zurück Werkstatt: Ein Kunstwerk gießen 1 Die Zeit, bis die Eiswürfel geschmolzen sind, ist abhängig von der Größe der Eiswürfel und von der zugeführten Wärmeenergie. 2 Eine kalte Glasscheibe beschlägt durch kondensierenden Wasserdampf. Das Kondenswasser ist für kurze Zeit zu sehen. Vor einer Wiederholung des Versuchs muss die Glasplatte unter kaltem Wasser gekühlt und getrocknet werden. Versuch 1 Ein Metall gießen Das Zinn wird in einem Schmelzlöffel mit Holzgriff in der rauschenden Brennerflamme geschmolzen. Achtung, Verbrennungsgefahr! 1. Schmelztemperatur in C Glas Eisen 1535 C Blei 327,5 C Je nach Glasart unterschiedlicher Schmelztemperaturbereich: z.b. von 900 C bis 1200 C 2. Bei Schokolade gibt es aufgrund der unterschiedlichen Bestandteile keine einheitliche Schmelztemperatur. 8

9 Stoffe im Alltag Werkstatt: Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen Aggregatzustände und Teilchenmodell 1 Ein Duft verteilt sich Die Weihrauchkörner werden auf einer Ceranplatte erhitzt. Sie schmelzen, ziehen sich kugelförmig zusammen und beginnen zu glühen. Dabei werden sie kleiner und der Geruch von Weihrauch breitet sich nach allen Seiten gleichmäßig aus. Schließlich sind die Weihrauchkörnchen verschwunden. Sie haben sich in kleinste, nicht mehr sichtbare Stoffteilchen zerteilt und im Raum verbreitet. Aufgabe 1 In der Flüssigkeit sind die kleinsten Teilchen nicht mehr fest miteinander verbunden, sie können sich gegeneinander verschieben. Beim Erhitzen geraten die Teilchen in eine immer stärkere Bewegung und fliegen bei der Siedetemperatur schließlich aus der Flüssigkeit heraus. Beim Verdunsten lösen sich Teilchen von der Flüssigkeitsoberfläche und entweichen gasförmig. 2 Parfüm verschwindet Die Beobachtungen und Überlegungen aus Versuch 1 lassen sich auf Versuch 2 übertragen. In der Flüssigkeit bewegen sich kleinste Parfümteilchen. Sie verdunsten an der Oberfläche und verteilen sich gasförmig im Raum. 3 Öl macht sich breit Die stark ölhaltigen Bärlappsporen schwimmen auf der Wasseroberfläche. Sie sind von Wasserteilchen umgeben. Beim Auftropfen von Öl auf die Wasseroberfläche verdrängen die leichteren Ölteilchen die schwereren Wasserteilchen, weil sie nicht miteinander mischbar sind. Die Bärlappsporen machen den Vorgang sichtbar. Sie werden von den Ölteilchen ringförmig zum Rand geschoben. Die Trennung des Öl-Wasser-Gemischs sollte an einem zentralen Ort mit nur einem Versuchsaufbau erfolgen. Auch wird die Hilfestellung der Lehrerin oder des Lehrers notwendig sein. Bei der Entsorgung ist darauf zu achten, dass kein Öl in den Abfluss gelangt! 4 Ein Stoff verteilt sich Das Körnchen Kaliumpermanganat sinkt zu Boden und bildet dort violette Schlieren. Diese breiten sich seitlich und auch nach oben aus, bis nach mehreren Stunden bzw. Tagen die ganze Flüssigkeit violett gefärbt ist. Das Kaliumpermanganat hat sich in immer kleinere Teilchen aufgelöst und mit den Wasserteilchen gleichmäßig vermischt. Bei längerem Stehen setzt an der Oberfläche eine Braunfärbung ein. Diese beruht auf Redoxvorgängen und hat mit der Teilchenwanderung nichts zu tun. Die Lösungen müssen gesammelt und vorschriftsmäßig entsorgt werden. 9

10 Stoffe im Alltag Werkstatt: Verdampfen und Verflüssigen Werkstatt: Wärmeleitfähigkeit 1 Bei welcher Temperatur siedet Wasser? Individuelle Lösung je nach Wassermenge und Wärmezufuhr. Beispiel: Zeit in min Temperatur in C Stoffe im Wärmetest 1. Individuelle Lösung für die Erstellung des Versuchsprotokolls (Material und Versuchsanleitung sind vorgegeben). Auswertung: Metalllöffel leiten die Wärme sehr gut weiter, Löffel aus Holz, Porzellan und Kunststoff leiten die Wärme in vergleichbaren Zeiten kaum oder gar nicht. 2. Individuelle Lösungen für die Erstellung des Versuchsprotokolls (Material, Versuchsskizze und Versuchsanleitung sind vorgegeben). Auswertung: Der Metallstab leitet die Wärme sehr schnell weiter. Im Vergleich dazu wird der Glasstab in derselben Zeit (20 Sekunden) am Ende in der Hand nicht warm. Glas ist im Vergleich zum Metall ein schlechter Wärmeleiter. Auswertung: Wasser wird im Versuch etwa bei +97 C (abhängig vom Luftdruck) zu Wasserdampf. Bei Erreichen der Siedetemperatur steigt die Kurve nicht mehr an. 2 Wasserdampf wieder verflüssigen In dem gekühlten rechten Reagenzglas schlägt sich der Wasserdampf als flüssiges Wasser nieder. Der Vorgang heißt Destillation. 10

11 Stoffe im Alltag Werkstatt: Die Löslichkeit Die Löslichkeit 1 Die Löslichkeit von Kochsalz in Wasser Der Versuch verlangt Genauigkeit und etwas Geduld. Die Waage wird mit dem Becherglas auf Nullstellung" gebracht. Genau 10 ml Wasser werden mithilfe eines Messzylinders (20 ml) in das Reagenzglas gefüllt. Es erfolgt die erste Wägung, das Ergebnis wird notiert. Eine Spatelspitze Kochsalz wird zum Wasser gegeben, das Reagenzglas wird mit einem Gummistopfen verschlossen und so lange geschüttelt, bis sich das Salz aufgelöst hat. Es folgt die weitere Zugabe einer geringen Menge Kochsalz usw. Der Versuch ist beendet, wenn sich wenige am Boden liegende Körnchen Kochsalz trotz intensiven Schüttelns nicht mehr auflösen. Das Reagenzglas wird erneut gewogen. 1 Der Versuch ist eine Variante zu Versuch 3 von Seite 26. Der Bodensatz der kalt gesättigten Zuckerlösung löst sich beim Erwärmen auf und bildet sich beim Abkühlen neu. 2 Kochsalz und Essig lösen sich in Wasser. Salatöl emulgiert beim Schütteln, steigt aber langsam wieder auf und schwimmt an der Oberfläche. Holzasche bildet zunächst eine Suspension, die sich langsam am Boden absetzt. Feine Aschepartikel schwimmen an der Oberfläche. Sägespäne lassen sich kaum mit Wasser mischen, sie bleiben an der Oberfläche. 1. Die Differenz der beiden Wägungen, multipliziert mit 10, ergibt die Löslichkeit von Kochsalz in 100 ml (g) Wasser bei der aktuellen Zimmertemperatur. Es empfiehlt sich ein Vergleich mit vorgegebenen Tabellenwerten g Wasser lösen bei 20 C 35,88 g Natriumchlorid. Hiervon abweichende Versuchsergebnisse sollten diskutiert werden. 2 Löslichkeit von Zucker in Wasser Die Löslichkeit von Haushaltszucker kann in gleicher Weise untersucht werden. Die Löslichkeit von Zucker beträgt bei 20 C: 203,9 g/ 100 g Wasser. 3 Zucker lösen in kaltem oder warmem Wasser? Im Gegensatz zu Kochsalz, das in heißem oder kaltem Wasser fast gleich gut löslich ist, ist die Löslichkeit von Haushaltszucker stark temperaturabhängig. Beim Erhitzen löst sich bedeutend mehr Zucker als bei Zimmertemperatur. Dies gilt auch für Kandis- und Würfelzucker. Aufgaben 1 Auch Kandis- und Würfelzucker sind enstsprechend gut löslich. Bei Kandis kann der Lösevorgang wegen der gröberen Stücke allenfalls etwas länger dauern. 2 Ein Bodensatz von Kochsalz im Reagenzglas löst sich auch beim Erhitzen nicht auf. 11

12 Stoffe im Alltag Stromleiter oder Nichtleiter Werkstatt: Entscheidung im Stromkreis Aufgabe 1 Gegenstände aus Metall sowie Graphit leiten den elektrischen Strom; Gegenstände aus Holz, Kohlenstoff o.ä. sind Nichtleiter. 1 Ein Lämpchen zum Leuchten bringen Das Lämpchen kann nur leuchten, wenn der Stromkreis wie in Bild 1 geschlossen ist. 2 Auf der Suche nach Stromleitern Stromleiter Eisennagel Kohlestift Kupferblech Nichtleiter Holzstab (trocken) Glasstab 3 Flüssige Stomleiter Flüssigkeit (Destilliertes) Wasser Kochsalzlösung Citronensäurelösung Zuckerlösung Essigwasser Lampe leuchtet nein ja ja nein ja 12

13 Stoffe im Alltag Werkstatt: Den Stoffen auf der Spur Durch die Arbeit mit dieser Werkstattseite soll deutlich werden, dass leicht erkennbare und ermittelbare Stoffeigenschaften nicht immer zu einer eindeutigen Identifizierung eines Stoffes oder zur Unterscheidung verschiedener Stoffe führen. 1 Weißen Stoffen auf der Spur: mit den Sinnen Kochsalz würfelförmige Kristalle, kein Geruch Haushaltszucker Kristalle, kein Geruch Citronensäure rhombische Kristalle, kein Geruch 2 Weißen Stoffen auf der Spur: Verformbarkeit a) Kochsalz spaltbar; lässt sich zerstoßen b) Zucker lässt sich zerstoßen c) Citronensäure lässt sich zerstoßen 3 Nachweis der elektrischen Leitfähigkeit a) Bringt man ein Stück Kochsalz in den elektrischen Stromkreis, leuchtet das Glühlämpchen nicht auf. Kochsalz leitet im festen Zustand keinen elektrischen Strom. b) Das Glühlämpchen leuchtet bei festem Zucker nicht. c) Das Glühlämpchen leuchtet bei Citronensäure im festen Zustand nicht. 4 Weißen Stoffen auf der Spur: Löslichkeit Kochsalz, Haushaltszucker und Citronensäure werden in Wasser gelöst. Aufgaben 1 Zu erwartende Vorschläge der Schüler/innen: Sie könnten sich erinnern, dass die Löslichkeit von Kochsalz und Zucker auf der Werkstattseite: Die Löslichkeit (Schülerbuchseite 26) bereits genauer bestimmt wurde. Sie können vorschlagen, dass die Löslichkeit von Citronensäure entsprechend ermittelt werden könnte. Auf Wunsch gibt die Lehrkraft den Wert für Citronensäure an: Er beträgt 73,3 g/100 ml Wasser. Zur Schülerbuchseite 26 Werkstatt: Die Löslichkeit wurden die Werte für Kochsalz (35,88 g/100 ml Wasser) und Zucker (Rohrzucker: 203,9 g/100 ml Wasser) bereits mitgeteilt. Die Schüler/innen könnten vorschlagen, dass die elektrische Leitfähigkeit der Lösungen ermittelt werden könnte. Die Lehrerin/der Lehrer teilt mit, dass die Lösungen von Kochsalz und Citronensäure den elektrischen Strom leiten; Zucker leitet auch in gelöster Form den elektrischen Strom nicht. Die Schüler/innen könnten vorschlagen, dass die Schmelztemperaturen der drei Stoffe ermittelt werden müssten. Hierzu kann die Lehrkraft mitteilen, dass Citronensäure beim Erhitzen im Reaganzglas sehr schnell schmilzt (bei 155 C). Kochsalz kann wegen seiner sehr hohen Schmelztemperatur von 801 C in der nicht leuchtenden Gasbrennerflamme in einem Reagenzglas nicht geschmolzen werden. Schmelztemperatur Zucker (Rohrzucker): 179 C. Die Lehrerin/der Lehrer teilt mit, dass Zucker nur im Lehrerversuch unter dem Abzug erhitzt werden darf (vgl. Schülerbuchseite 38). Die Masse zersetzt sich beim Erhitzen, es entweichen unangenehm riechende Dämpfe (vgl. Lehrerband, S. 16, V2. 2 Stoffsteckbrief: Kochsalz Aussehen Geruch Farbe Verformbarkeit elektrische Leitfähigkeit Löslichkeit in Wasser würfelförmige Kristalle kein Geruch weiß Schmelztemperatur 801 C 3 Stoffsteckbrief: Haushaltszucker Aussehen Geruch Farbe Verformbarkeit elektrische Leitfähigkeit Löslichkeit in Wasser Schmelztemperatur (Rohrzucker) Stoffsteckbrief: Citronensäure Aussehen Geruch Farbe Verformbarkeit elektrische Leitfähigkeit Löslichkeit in Wasser nein; lässt sich in kleinere Kristalle spalten im festen Zustand: nein als Lösung: ja ja; 35,88 g/100 ml Wasser sargdeckelförmige Kristalle kein Geruch weiß nein; lässt sich zerstoßen im festen Zustand: nein als Lösung: nein ja; 203,9 g/100 ml Wasser 179 C unregelmäßige Kristalle kein Geruch weiß Schmelztemperatur 155 C nein; lässt sich zerstoßen im festen Zustand: nein als Lösung: ja ja; 73,3 g/100 ml Wasser 13

14 Stoffe im Alltag Die Stoffklasse der Metalle Versuch 1 Unedle Metalle sind zumeist an der Oberfläche korrodiert und sehen stumpf aus. Typischer Metallglanz wird erst nach Schmirgeln oder Polieren sichtbar. Die elektrische Leitfähigkeit kann sehr einfach mithilfe des Stromprüfers von Werkstattseite 29 Entscheidung im Stromkreis festgestellt werden. Die Wärmeleitfähigkeit wird entsprechend Werkstattseite 25 Wärmeleitfähigkeit festgestellt. Die Härte der Metalle lässt sich durch gegenseitiges Ritzen bestimmen. 14

15 Stoffe im Alltag Werkstatt: Wir untersuchen Kunststoffe 1 Schwimmverhalten von Kunststoffen a) Es empfiehlt sich, zunächst gekennzeichnete Probestäbchen aus der Lehrmittelsammlung zu verwenden. Bis auf Polyethylen (Kennzeichnung PE, Dichte 0,92 g/cm 3 ), sinken alle Proben auf den Boden des Becherglases. b) In einer gesättigten Kochsalzlösung steigen auch Proben von Polystyrol (PS), Plexiglas (PMMA) und Polyvinylchlorid (PVC) nach oben. Phenoplast (PF) schwebt in Bodennähe, Polyester (PU) bleibt am Boden liegen. Der Versuch zum Schwimmverhalten der genormten Probestäbchen kann variiert werden, indem man Salz langsam in das Wasser mit den Stäbchen einrührt. Mit zunehmender Dichte des Salzwassers steigen die Probestäbchen nacheinander auf. c) Die selbst hergestellten Probestücke sollten etwa gleich groß und gleich dick sein. Folienmaterial ist wenig geeignet. Mit Versuchsdurchführungen nach a) und b) lassen sich die Proben identifizieren. Evtl. finden sich für einen Vergleich noch Kennzeichnungen auf den Kunststoffteilen. 2 Elektrische Leitfähigkeit von Kunststoffen Die Leitfähigkeit von Kunststoffen kann mithilfe des Stromprüfers" von Werkstattseite 29 Entscheidung im Stromkreis untersucht werden. Handelsübliche Kunststoffe sind elektrische Nichtleiter. 3 Löslichkeit von Kunststoffen Mit Benzin und Brennspiritus zeigen die Kunststoffproben keine Reaktion. Einige Proben werden von Aceton angegriffen, sie quellen auf, wie z. B. Polystyrol. Bei gekennzeichneten Proben können die Versuchsergebnisse in einer Liste erfasst werden. Die Entsorgung der Abfälle erfolgt über einen Sammelbehälter. 4 Materialfestigkeit von erhitzten Kunststoffen a) Vergleichbare Ergebnisse erzielt man mit Probestäbchen. Ausgeschnittene Proben sollten etwa gleich dick und gleich groß sein. Proben aus Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) sind leicht biegsam, Polystyrol (PS) verhält sich elastisch, Polyester (PU) ist hart und spröde. b) Beim Erhitzen im Wasserbad werden thermoplastische Kunststoffe weich und lassen sich verformen, z.b. PE, PP und PS. Duroplaste, wie etwa PU, bleiben hart und spröde. 15

16 Stoffe im Alltag Stoffe verändern sich Werkstatt: Wie schnell rostet Eisen? 1 Es genügt, wenn etwa 1 cm hoch Wasser in das Becherglas gefüllt wird. Beim Sieden kondensiert Wasser am Uhrglas. 2 Die Versuchsdurchführung erfolgt unter dem Abzug! Die Zuckerprobe schmilzt und färbt sich bräunlich, es entsteht Kandis. Beim weiteren Erhitzen zersetzt sich die Masse. Es entweichen unangenehm riechende Dämpfe, zurück bleibt Zuckerkohle. Beim Erhitzen von PE und PP beginnt die Probe zu schmelzen. Gleichzeit entweichen Dämpfe mit wachsartigem Geruch. Sie lassen sich mit stark rußender Flamme abbrennen. 1 Wie schnell rostet Eisen? Die Eisenwolle darf nicht eingefettet sein. Angefeuchtete Eisenwolle rostet wesentlich schneller als trockene. Da beim Rosten Sauerstoff verbraucht wird, steigt das Wasser in den Reagenzgläsern. 3 Beim Verbrennen von Papier und Holz entweicht Rauch, zurück bleibt Asche. Bei der Kerze entsteht brennbarer Wachsdampf. Er verbrennt ohne sichtbare Rückstände. 16

17 Stoffe im Alltag Brennpunkt: Müll Abfall oder Rohstoff? Werkstatt: Wir stellen Recyclingpapier her Aufgabe 1 Es entstehen große Müllberge. Die Deponien müssen abgedichtet werden, damit keine Schadstoffe in das Grundwasser einsickern können. Auch ist es notwendig, die Müllberge abzudecken. Bei der Müllverbrennung entstehen schädliche Abgase. Sie müssen einer chemischen Umwandlung unterzogen werden. Giftige Stäube aus der Verbrennungsanlage werden durch Filter entfernt. Diese Verfahren sind sehr kostenaufwändig. Die Heimatgemeinde oder auch ein Gemeindeverband können individuelle Auskünfte geben. Sehr ausführliche Informationen sind über die Web-Seiten des Internets unter dem Stichwort Müll" zu erhalten. Die Herstellung von Recyclingpapier ist zeitaufwändig. Auch müssen geeignete Räume für die Werk- und Nassarbeiten zur Verfügung stehen. 1 Wir stellen einen Schöpfrahmen her Hier ist einiges an handwerklichem Geschick notwendig. Die Holzleisten müssen exakt zugeschnitten werden, am besten mit der Gehrungssäge. Die Leisten sind entsprechend Abbildung zu zwei gleich großen Rahmen zu verschrauben. Auf einen der beiden Rahmen wird ein passend geschnittenes Drahtnetz aufgetackert. 2 Wir stellen Papierbrei her Je kleiner das Papier zerrissen wird, desto leichter ist das Herstellen des Papierbreis. Er muss mehrfach und intensiv gerührt werden, bis keine Verklumpungen mehr vorhanden sind. Evtl. muss noch Wasser nachgegossen werden. 3 Papier schöpfen Die Wanne sollte so groß sein, dass man den Schöpfrahmen ganz eintauchen kann. Durch Schwenken lässt sich der Brei auf dem Drahtnetz verteilen. Überschüssiges Wasser muss ablaufen. 4 Herstellen eines Rohpapiers Nachdem alles Wasser abgetropft ist, kann der Siebrahmen auf ein Tuch gekippt und die Papiermasse vom Sieb gelöst werden. 5 Pressen und Trocknen Das Rohpapier wird mit einem weiteren Tuch abgedeckt und durch Rollen mit einem Nudelholz gepresst. Die Tücher nehmen das ausgepresste Wasser auf. Danach wird das Papier zwischen trockene Tücher gelegt. Mithilfe von passenden Brettchen und Schraubzwingen lassen sich mehrere Papierbögen stark zusammenpressen. Nach dem Trocknen auf der Wäscheleine empfiehlt sich das Glattbügeln des Papiers. 17

18 Stoffe im Alltag Schlusspunkt Aufgaben 1 Steckbrief Silber Aussehen Geruch Härte Verformbarkeit hell glänzend fest Schmelztemperatur 962 C gut verformbar Siedetemperatur 2212 C Löslichkeit in Wasser elektrische Leitfähigkeit Wärmeleitfähigkeit nicht löslich sehr gut sehr gut 2 Wasser: farblos, flüssig, erstarrt bei 0 C, siedet bei 100 C, Lösungsmittel für Salz und Zucker, Kupfer: hellrot glänzend, elektrischer Leiter, Wärmeleiter, gut verformbar, Eisen: grau glänzend, rostet, verformbar, elektrischer Leiter, Wärmeleiter, Diamant: als Brillant durchsichtig glänzend, sehr hart, spröde, nicht verformbar, nicht in Wasser löslich, Stoffsteckbrief: Wasser Aussehen farblose Flüssigkeit Dichte 1,00 g/cm 3 Geruch Schmelztemperatur 0 C kein Geruch Siedetemperatur 100 C 3 Zucker löst sich beim Umrühren sehr rasch im Wasser auf. Kochsalz bildet mit Wasser nur dann eine klare Lösung, wenn es sich um reines Natriumchlorid handelt. Im Speisesalz sind oftmals nach Zusätze enthalten, die eine Trübung der Lösung verursachen und schließlich einen dünnen Bodensatz bilden. Sand setzt sich nach dem Verrühren am Boden ab, er sedimentiert. Beigemischte Schmutzpartikel können an der Oberfläche schwimmen oder das Wasser trüben. Blumenerde bildet beim Einrühren in Wasser eine schmutzig braune Suspension. Nach einiger Zeit setzt sich ein Bodensatz ab, während andere Bestandteile an der Oberfläche schwimmen. Das Wasser dazwischen bleibt durch Schwebstoffe meist trüb und klart erst nach längerem Stehen auf. Mehl bildet mit Wasser eine milchig weiße Suspension, aus der sich nach einiger Zeit ein Bodensatz abscheidet. 4 Elektrische Leitungen könnten aus Blumendraht, Silberdraht und Golddraht hergestellt werden. Die Stoffe sind Metalle, sie leiten den elektrischen Strom. Glasfaden, Holzstäbchen, Baumwollfaden, Paketschnur und Nylonschnur bestehen aus elektrisch nicht leitenden Stoffen. Sie sind Isolatoren und als Leitungsmaterial daher nicht geeignet. 5 Benzin ist ein gutes Lösungsmittel für Fett und Öl. Ein Fettfleck lässt sich sehr gut mit Reinigungsbenzin entfernen. Achtung, Benzin ist leicht entzündlich! 6 Polystyrol ist ein Kunststoff, der sich mit einem Treibmittel aufschäumen lässt. Eingeschlossene Gasbläschen wirken als Wärmeisolatoren, daher ist geschäumtes Polystyrol (Styropor ) sehr gut zur Wärmedämmung geeignet. Außerdem ist das Material leicht und stoßabsorbierend und damit auch als Verpackungsmaterial verwendbar. 7 a) Werkstoffe in der Küche Abdeckplatte aus Kunststoff Schrankwand aus Kunststoff Spüle und Wasserhahn aus Edelstahl Kochtopf aus Edelstahl Herdplatte aus Keramik leicht zu reinigen, beständig bei Temperaturschocks Scheuerschwamm aus Kunststoff Spülmittelflasche aus Kunststoff Getränkeflasche aus Glas Essigflasche aus Kunststoff Vorteile leicht zu reinigen, wasserfest, wärmebeständig rostfrei, leicht zu reinigen guter Wärmeleiter, leicht zu reinigen leicht, preiswert leichte Dosierung des Spülmittels durch Druck hygienisch, Mehrwegflasche leicht, bruchsicher Nachteile später Entsorgung als Kunststoffabfall leicht zu reinigen schmutzempfindlich kratzempfindlich kein guter Wärmeleiter, nicht bruchfest schnell abgenutzt Entsorgung als Kunststoffmüll schwer Entsorgung als Kunststoffmüll b) Metalle sind gute Wärmeleiter. Daher wird das Bratgut schnell und gleichmäßig erhitzt und kann garen. 8 Eis und Schnee sind die feste Zustandsform des Wassers. Sie entstehen bei Temperaturen unter 0 C. 18

19 Stoffe im Alltag 9 a) Schnee taut auf: Der feste Stoff wird flüssig, er schmilzt. Wäsche trocknet im Winter (auch bei Minustemperaturen) auf der Leine. Zunächst wird die nasse Wäsche hart, das Wasser gefriert. Bei trockenem Wetter, insbesondere bei Sonneneinstrahlung, lösen sich aber Wassermoleküle von der Oberfläche des entstandenen Eises, das gefrorene Wasser sublimiert. Wenn man lange genug wartet, ist die Wäsche trocken, weil schließlich alles Wasser sublimiert ist. b) Wenn Regenwasser gefriert, dann wird es zu Eis. Die Flüssigkeit wird zum Feststoff, sie erstarrt. 10 Holz ist ein nachwachsender Rohstoff. Zunächst sind Bäume am Kohlenstoffkreislauf beteiligt, indem sie Kohlenstoffdioxid aufnehmen und Sauerstoff abgeben. Waldflächen, die zur Holzgewinnung abgeholzt wurden, müssen neu bepflanzt werden, damit der Kreislauf weiter besteht. Holz, das chemisch nicht oder umweltverträglich behandelt wurde, fügt sich in den natürlichen Verrottungsprozess ein und hinterlässt keine Müllberge. 19

20 Wasser Wasser ist überall Brennpunkt: Das Weltwasser in Zahlen Aufgabe 1 Bei dieser Schätzaufgabe ist es sinnvoll, dass die Schülerinnen und Schüler diesen Auftrag als Hausaufgabe erhalten und sich im Unterrichtsgespräch die jeweiligen Werte vermitteln. Im Unterricht sollten anschließend die Angaben diskutiert werden, wobei der Einzelne das Wasser täglich verbraucht (Hinweise wie Körperpflege, Kochen, Sport, u.a. reichen hier aus). Aufgabe 1 a) Vom gesamten Wasservorrat der Erde, die in eine Badewanne (Fassungsvermögen 150 l) passen, sind 4,5 l Süßwasser und 145,5 l Salzwasser. Die Süßwassermenge könnte man in einen 5-l-Eimer füllen. b) 3 l Süßwasser sind fest, 1,5 l sind flüssig; hier könnte man eine Wasserflasche verwenden. c) 1,5 l sind 1500 ml; 1/100 von 1500 ml sind 15 ml; diese 15 ml sind Oberflächenwasser und könnten in ein Schnapsglas passen. 20

21 Wasser Eigenschaften von Wasser 1 Die Kältemischung lässt sich aus drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen. Die Erstarrungstemperatur eines Stoffes entspricht seiner Schmelztemperatur. Markiert man vorher den Wasserstand im Glas, lässt sich beim Erstarren von destilliertem Wasser auch die Volumenzunahme beobachten. Die Schmelztemperatur von Wasser beträgt 0 C. Durch Zugabe von Kochsalz wird die Schmelz- bzw. Erstarrungstemperatur erniedrigt, sie beträgt etwa -21 C. 2 Die Siedetemperatur von reinem Wasser beträgt bei Normbedingungen 100 C (Normdruck 1013 hpa). Da die Siedetemperatur vom Luftdruck abhängig ist, weichen die Messwerte vom Idealwert meist um einige Grad ab. 3 Destilliertes Wasser ohne Zusatz von Ionen ist ein Nichtleiter. Kochsalzlösungen und Leitungswasser sind aufgrund der enthaltenen Ionen elektrisch leitfähig. 4 Zur Bestimmung der Dichte von Wasser misst man in einem Messzylinder oder einer Messpipette das Volumen der Flüssigkeitsportion und bestimmt durch Wägung deren Masse. Die Dichte ist abhängig von Temperatur und Druck. Wasser erreicht seine größte Dichte bei 4 C, sie beträgt bei dieser Temperatur 1,0 g/cm 3. Die Tabellenwerte im Buch beziehen sich auf einen Druck von 1013 hpa und eine Temperatur von 20 C. 5 Watesmopapier wird zum Nachweis von Wasser verwendet. Mit destilliertem Wasser und Leitungswasser zeigt es eine tiefblaue Färbung. In wasserfreien Flüssigkeiten, wie z.b. Benzin (hier Wund- oder Reinigungsbenzin) oder Öl, ist keine Veränderung zu beobachten. 21

22 Wasser Mischungen im Alltag und in der Natur Werkstatt: Soßen selbst gemacht 1 Granit ist ein Tiefengestein mit körnigem Aussehen. Er besteht aus verschiedenen Mineralien, die unregelmäßig angeordnet sind: aus weißen, fettglänzenden Quarzkörnern, aus dunklen Glimmerblättchen und aus rötlichem Feldspat mit glatten glänzenden Spaltflächen. Die Körner können millimetergroß sein, aber auch bis zu einem Dezimeter messen. 2 a) Lehm ist ein Feststoff und löst sich nicht in Wasser. Beim Schütteln bildet sich eine Suspension, kleinste Lehmteilchen sind in Wasser fein verteilt. b) Speiseöl ist eine Flüssigkeit, die sich nicht in Wasser löst. Beim Schütteln bildet sich eine Emulsion, winzige Öltröpfchen sind in Wasser fein verteilt. Aufgabe 1 Orangensaft ist eine Suspension, feste unlösliche Bestandteile sind in der Flüssigkeit fein verteilt. Apfelsaft ist eine Lösung, die Flüssigkeit ist klar, durchsichtig. Milch ist eine Emulsion, kleinste unlösliche Fett-Tröpfchen sind fein in der Flüssigkeit verteilt. 1 Essig und Öl 1. Die Auswertung der erfolgt in einer Tabelle: Gemisch a) Essig und Wasser b) Speiseöl und Wasser c) Essig und Speiseöl d) Wasser und Salz e) Essig und Salz f) Speiseöl und Salz Aussehen im Reagenzglas Klare Lösung Schichtenbildung, Emulsion Speiseöl mischt sich nicht mit Wasser. Beim Schütteln entsteht eine Emulsion, die sich wieder entmischt. Schichtenbildung, Emulsion Klare Lösung Klare Lösung Keine Veränderung Beobachtung Essig und Wasser sind in jedem Verhältnis mischbar, es entsteht eine Lösung. Speiseöl mischt sich nicht mit Essig. Durch Rühren oder Schütteln entsteht eine Emulsion. Salz löst sich in Wasser, es entsteht eine Lösung. Salz löst sich in Essig, da Essig etwa 6% Essigsäure und viel Wasser enthält. Salz löst sich nicht in Speiseöl, die Salzkörnchen bleiben unten im Glas liegen. 2. Das Salz löst sich im Essig und im Speiseöl nicht. Weil Speiseöl und Essig keine Lösung bilden, müssen sie gründlich gemischt werden. Dann bilden sie eine Emulsion. 2 Öl und Wasser und Ei Beim Mischen von Wasser, Öl und Eigelb entsteht eine stabile Emulsion. Eigelb wirkt als Emulgator. Aus Speiseöl, Eigelb, Wasser bzw. Essig und Gewürzen wird Majonäse hergestellt. 3 Milch und Pulver Beispiel für die Inhaltsangabe auf einer Packung mit Vanillegeschmack: Zucker, Dextrose, modifizierte Stärke, Verdickungsmittel, Kochsalz, Aroma, Farbstoff Schokoladengeschmack: Zucker, modifizierte Stärke, fettarmer Kakao, Kochsalz, Aroma Vanillin Den Schülerinnen und Schülern bekannt ist Zucker als Reinstoff. Stärke ist kein einheitlicher Stoff. Stärkekörner enthalten Amylopektin und Amylose. 22

23 Wasser Werkstatt: Auslesen, Sieben, Abgießen 1 Studentenfutter auslesen Die Bestandteile lassen sich nach Form, Farbe, Geruch und Aussehen unterscheiden. Geschmacksproben dürfen nur nach ausdrücklicher Anweisung/Erlaubnis der Lehrerin oder des Lehrers durchgeführt werden. 2 Trennen mit unterschiedlichen Sieben Die Auswertung erfolgt tabellarisch. Gemisch Bestandteile im Sieb Sand/Kies Kies Sand Wasser/ Teeblätter Salzwasser/ Nudeln Teeblätter Nudeln Bestandteile unter dem Sieb Wasser Salzwasser 3 Sedimentieren und Dekantieren Durch Absetzen lassen (Sedimentieren) und Abgießen (Dekantieren) lassen sich Flüssigkeiten und Feststoffe trennen. Reine Flüssigkeiten kann man auf diese Weise nicht gewinnen. Die abgegossene Flüssigkeit ist im Vergleich zu Wasser meist noch leicht trüb. Durch mehrmaliges Wiederholen der Trennvorgänge kann man ein besseres Ergebnis erzielen. 23

24 Wasser Filtrieren und Eindampfen Werkstatt: Kochsalz aus Steinsalz 1 Kochsalz löst sich in Wasser, Sand ist in Wasser nicht löslich. Durch Filtrieren kann man die Salzlösung und den Sand voneinander trennen. Im Filterpapier bleibt Sand zurück. Das Filtrat ist eine Kochsalzlösung. 2 Wird das Filtrat erwärmt, verdampft das Wasser und weißes Salz bleibt zurück. Beim Eindampfen darauf achten, dass nicht zu lange erhitzt wird (heißes Salz spritzt aus der Schale). In der Porzellanschale ist ein weißer Rückstand zu sehen. Unter der Lupe erkennt man kleine würfelförmige Kochsalzkristalle. 2 Lösen in Wasser Gibt man zerkleinertes Steinsalz in Wasser, löst sich nur das Salz, anhaftende Verunreinigungen sind wasserunlöslich. 3 Sedimentieren und Dekantieren Durch Sedimentieren und Dekantieren können die wasserlöslichen Verunreinigungen von der Salzlösung getrennt werden. 4 Filtrieren Es empfielt sich, vorab in einer Vorbereitungsstunde das Falten eines Rundfilterpapiers mit den Schülerinnen und Schülern zu üben und evtl. ein Gemisch aus Erde und Wasser (oder ähnliches Gemisch) zu filtrieren, da mit Kindern dieser Altersstufe das entdeckende Lernen viel Zeit benötigt. Die lassen sich dann bei zügigem Arbeiten in einer Unterrichtsstunde durchführen. Die Schutzbrille sollte schon zu Beginn der Stunde ausgegeben und bei allen n getragen werden, damit sie bei Versuch 5 nicht vergessen wird. Beim Filtrieren einer Steinsalzlösung bleiben Verunreinigungen (Gesteinsreste, Erde und andere Beimengungen) im Filterpapier, die Salzlösung kann die Poren des Filters passieren. Man erhält ein klares Filtrat. 5 Eindampfen Beim Eindampfen des Filtrats ist darauf zu achten, dass nicht zu lange erhitzt wird. Sonst verdampft nicht nur Wasser, sondern es spritzt auch heißes Salz aus der Schale. Das noch wasserhaltige Salz kann im Wärmeschrank getrocknet werden. 24

25 Wasser Werkstatt: Kristalle selbst gezüchtet Alaun ist ein Doppelsalz mit der chemischen Bezeichnung Kaliumaluminiumsulfat. Alaun zählt nicht zu den Gefahrstoffen und ist daher einfach zu handhaben, auch mit den Klassen 5. Entsprechende Experimente zur Kristallzüchtung lassen sich analog auch mit Kupfer(II)-sulfat durchführen. Das blaue Salz bildet schöne Kristalle, zählt jedoch zu den Gefahrstoffen (Xn, gesundheitsschädlich und N, umweltgefährlich) und ist für diese Altersstufe nicht zu empfehlen. Alaun kristallisiert in farblosen, klaren Oktaedern. Bei kleinen Kristallen ist die Oktaederform nicht immer eindeutig zu erkennen (individuelle Skizze). Ein Vergleich der gezüchteten Kristalle zeigt vor allem Unterschiede in der Größe und der Klarheit (Durchsichtigkeit) der Kristalle. 25

26 Wasser Werkstatt: Was Filter leisten können 1 Wie man Kohlestaub aus Wasser entfernt b) Durch Sieben lassen sich grobe und feine Holzkohleteilchen trennen. Holzkohlepulver ist in Wasser nicht löslich. Beim Mischen von Holzkohle in Wasser entsteht eine Suspension. c) Durch Filtrieren der Suspension kann man ungelöste Holzkohle von Wasser trennen. 2 Wie man einen Farbstoff zurückhält a) Die Farbstoffe (Lebensmittelfarben) der Schokolinsen lösen sich rasch in Wasser. b) Wird die Farbstofflösung durch einen Papierfilter filtriert, erhält man eine farbige Lösung, die Feststoffanteile bleiben im Filter. Am Rundfilterpapier sieht man Farbstoffspuren. c) Der Aktivkohlefilter hält auch die Farbstoffe zurück, es entsteht ein klares, farbloses Filtrat. Aufgaben 1 Das Filtrat der Farbstofflösung, das man durch Filtrieren mit einem Papierfilter erhält, ist eine Farbstofflösung. Das Filtrat, das man durch Filtrieren mit dem Aktivkohlefilter erhält, ist dagegen farblos. Aktivkohle ist von poröser Struktur mit großen inneren Oberflächen, an denen die Farbstoffe haften bleiben und sich anreichern. Die Farbstoffe werden absorbiert. 2 Aktivkohle wird zur Entfernung unerwünschter oder schädlicher Farbstoffe, Geruchs- und Geschmacksstoffe aus Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten verwendet. Aktivkohlefilter werden z.b. zur Entfernung von Chlor und Ozon aus Wasser (Süß- und Meerwasseraquarien, Schwimmbadwasser), zur Reinigung von Trinkwasser und Abwasser, zur Absorption von Giftstoffen im Magen- Darm-Trakt (Medizintechnik), in Dunstabzugshauben und Friteusen, in Zigarettenfiltern, beim chemischen Reinigen, in Gasschutzmasken, zur Luftreinigung und Rückgewinnung wertvoller Lösungsmittel (Kunstharz-, Lack-, Chemie- und Metallindustrie) eingesetzt. 26

27 Wasser Werkstatt: Wir entwickeln eine Destillationsapparatur Trinkwasser durch Destillation 1 Meerwasser herstellen Um verschiedene Anlagen zur Destillation von Meerwasser erproben zu können, muss man sich zuerst das eigene Meerwasser als möglichst naturgetreue Salzlösung herstellen. Deshalb sind die Angaben wichtig, z.b. 3,5 g Kochsalz in 100ml Wasser lösen! 2 Kühlung durch Luft Eine der einfachsten Destillationsanlagen wird über eine Glasplatte, die schräg in den Dampf gehalten wird, zusammengestellt. Bei diesem Versuch ist auch interessant, die kondensierende Flüssigkeit möglichst geschickt aufzufangen! 3 Kühlung mit Kaltluft c) Prüft man die elektrische Leitfähigkeit von Meerwasser und Kondenswasser, stellt man fest, dass Kondenswasser den elektrischen Strom nicht leitet. Kondenswasser enthält im Vergleich zu Meerwasser keine gelösten Salze. Versuch 1 In Bild 2 ist der Versuchsaufbau einer Destillationsapparatur im Labor abgebildet. Erhitzt man im Destillierkolben eine Kochsalzlösung bis zum Sieden, wird der aufsteigende Wasserdampf in einen Kühler geleitet. An einem Thermometer kann die Temperatur des Wasserdampfes abgelesen werden. Im Kühlmantel strömt Wasser dem Dampf entgegen (Kühlung im Gegenstromprinzip). Der Wasserdampf kondensiert im Kühler und wird als Destillat in einer Vorlage aufgefangen. Das Destillat wird als destilliertes Wasser bezeichnet. Im Destillierkolben bleibt das feste Salz zurück. Um das so gewonnene reine Wasser als Trinkwasser verwenden zu können, müssen ihm noch geringe Mengen an Mineralsalzen zugegeben werden. 4 Kühlbad Vergleicht man die verschiedenen Experimente miteinander, ist die Kühlung beim Kühlbad besonders vorteilhaft. Im Reagenzglas im Kühlbad wird der eingeleitete Wasserdampf direkt kondensiert und tropft auf den Reagenzglasboden. Diese Anordnung entspricht nahezu einer handelsüblichen Destillationsapparatur. 27

28 Wasser Trinkwasser Aufgaben 1 Am höchsten ist der Wasserbedarf in Haushalten am Morgen und am Abend, in einigen Haushalten auch um die Mittagszeit. 2 Hier sollten die Schülerinnen und Schüler die Zählerstandsablesungen pro Tag dazu verwenden, um für den eigenen Haushalt den Wasserverbrauch in einer Woche zu ermitteln. Die Zahlenwerte jedes Einzelnen sollten im Unterricht mit denen der anderen Schülerinnen und Schülern verglichen werden. Abweichungen geben Anlass, um Gründe dafür zu diskutieren. Im weiteren Verlauf eines Unterrichtsgespräches bietet es sich an, Sparmaßnahmen aufzuzeigen. Aus der uneingeschränkten Verfügbarkeit des Wassers hierzulande darf nicht geschlossen werden, dass Wasser bedenkenlos verbraucht werden darf. 28

29 Wasser Es gibt viel zu klären Aufgaben 1 In der biologischen Reinigungsstufe wird das Abwasser von Kleinstlebewesen (vor allem Bakterien) gereinigt. Auf diese Weise können sich auch Gewässer in der Natur selbst reinigen. Man spricht von der Selbstreinigung der Gewässer. Deshalb spricht man bei der Klärung von einer biologischen Reinigungsstufe. 2 Dies wäre für die Gewässer katastrophal. Bei zu starker Verschmutzung wirkt die Selbstreinigung der Gewässer nicht mehr. Die Tier- und Pflanzenwelt der Gewässer würde geschädigt oder sogar zerstört werden. 29

30 Wasser Schlusspunkt Aufgaben 1 Will man wissen, wie viel Wasser bestimmte Nahrungsmittel enthalten, muss man vergleichbare Massen der Lebensmittel verwenden, z.b. 50g. Ist das Wasser verdampft, wird nochmals gewogen. Zieht man die beiden Werte voneinander ab, erhält man den Wert für den Wasseranteil des Lebensmittels. 2 Aus einer Kochsalzlösung kann durch Filtrieren das Kochsalz nicht vom Wasser getrennt werden. Filtriert man eine Kochsalzlösung, gehen die Salzteilchen mit den Wasserteilchen durch die Poren des Papierfilters hindurch. Die Poren des Filterpapiers sind größer als die Salzteilchen. Da die Wasserteilchen mit den Salzteilchen durch den Papierfilter gehen, sind die Poren auch für die Wasserteilchen zu groß, um diese zurückhalten zu können. Die Kochsalzlösung muss eingedampft werden. Das Wasser verdampft, das Kochsalz bleibt zurück. 3 a) Bei den fein verteilten Tröpfchen handelt es sich um Fetttröpfchen. b) Ein solches Stoffgemisch nennt man Emulsion. In der Regel entmischen sich Emulsionen aus einem Fett oder Öl und Wasser nach kurzer Zeit. Das in der Milch enthaltene Eiweiß verhindert eine Trennung der beiden Flüssigkeiten. 4 Sprudel ist ein Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und einem Gas. Das Gas ist im Wasser gelöst. Bei Sprudel handelt es sich also um eine Lösung. Bei einer Lösung sind die einzelnen Bestandteile des Stoffgemisches nicht mehr erkennbar, auch nicht unter dem Mikroskop. 5 Man erhitzt die Zuckerlösung in einer großen Abdampfschale mit einer schwach rauschenden Brennerflamme. Dabei muss man darauf achten, dass die Trennung von Wasser und Zucker möglichst langsam und gleichmäßig erfolgt. Gegen Ende des s muss die Brennerflamme immer mehr zurückgenommen werden, damit der auskristallisierende Zucker nicht karamellisiert und dabei geschmolzen wird. Beim Trennverfahren handelt es sich um das Eindampfen, die Flüssigkeit verdampft, der Feststoff bleibt übrig. 6 Gipsputz wird aus Gips und Wasser hergestellt. Man rührt Gips in Wasser ein. Nach einer gewissen Zeit setzt sich der Gips ab. Das Stoffgemisch, das aus Gips und Wasser gebildet wird, wird Suspension genannt. In einer Suspension liegt ein ungelöster Feststoff fein verteilt in Wasser vor. 7 Benzin und Öl schwimmen aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem Wasser. Fließt das Wasser aus dem Ölabscheider ab, senkt sich der Schwimmer zusammen mit der Öl- und Benzinschicht ab. Der Ventilteller verschließt dabei die Öffnung zum Abfluss. Öl und Benzin können deshalb nicht mit dem Abwasser abfließen. In bestimmten Abständen werden die Öl- und Benzinreste abgesaugt. Die Trenneigenschaft beim Ölabscheider ist die unterschiedliche Dichte von Wasser und Öl bzw. Benzin. Wasserlösliche Bestandteile können mit einem Ölabscheider nicht abgetrennt werden. 8 a) Regenwasser wird in großen Behältern aufgefangen und im Nutzgarten als Gießwasser verbraucht. Dies spart Kosten und das Wasser ist zu einem Zeitpunkt verfügbar, an dem es gerade nicht regnet. Regenwasser als Gießwasser ist für die Pflanzen vorteilhafter als Leitungswasser, da es sehr weiches Wasser ist und es daher keine Kalkablagerungen auf den empfindlichen Blättern der Pflanzen gibt. b) Regenwasser kann z.b. durch Umweltbelastungen in der Luft leicht sauer sein. Deshalb kann Regenwasser für manche Pflanzen schädlich sein. Außerdem kann es zur Übersäuerung des Bodens kommen. Behälter, die zum Auffangen von Regenwasser verwendet werden, müssen korrosionsbeständig sein. 9 Bei der Destillation einer Kochsalzlösung werden Wasser und Kochsalz voneinander getrennt. Beim Erhitzen werden die Wasserteilchen so stark in Bewegung versetzt, dass sie als Wasserdampf aufsteigen. Dieser Wasserdampf wird durch einen Kühler abgeleitet. Dabei wird der Wasserdampf gekühlt. Durch das Abkühlen verringern die Wasserteilchen ihre Bewegung und ihren Abstand untereinander. Der Wasserdampf kondensiert. Die Kochsalzteilchen in der Lösung werden zum Teil im Destillierkolben hochgerissen, fallen aber in diesen zurück. Sie sind träger als die leicht beweglichen Wasserteilchen und bleiben deshalb im Kolben. Wenn das Wasser verdampft ist, lagern sich Kochsalzteilchen zu einem Feststoff zusammen. 30