Der Chemielehrer wettet um eine Tafel Schokolade, dass kein Schüler länger als zwei Minuten ohne chemische Reaktion auskommen kann.

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1 1 Einleitung Wozu Chemie? Der Chemielehrer wettet um eine Tafel Schokolade, dass kein Schüler länger als zwei Minuten ohne chemische Reaktion auskommen kann. Überprüfung: Wer kann länger als zwei Minuten die Atmung einstellen (Luft anhalten)? Die innere Atmung in den Körperzellen läuft permanent nach folgender Reaktionsgleichung: C 6 H 12 O O 2 6 H 2 O + 6 CO 2 + E Ziel der Atmung: Energiegewinnung, z.b. für Muskelkontraktionen Unzählige weitere chemische Reaktionen (Herstellung von Sekreten, Hormonen, Enzymen; Entgiftung von Abfallstoffen;...) laufen pausenlos in unserem Körper ab! Auf viele künstlich hergestellte Substanzen der modernen Zivilisation möchte man nicht verzichten. Denken Sie an die vielen Substanzen, die Sie im Laufe eines Tages benutzen: Zahnpasta, Spülmittel, Shampoo, Medikamente, Kleidung, Werkzeuge, Elektrogeräte, Pestizide,... Fazit: Ohne chemische Reaktionen ist kein Leben (kein Stoffwechsel) möglich! Alle Nahrungsmittel sind chemische Stoffe: Kohlenhydrate, Proteine, Fette, H 2 O, O 2,... Überhaupt besteht alle Materie aus chemischen Stoffen! Man sollte Ihre chemischen Eigenschaften kennen, weil manche auch schädlich sind. Schülerversuch 1: Worin unterscheiden sich physikalische und chemische Vorgänge? (Durchführung in Zweier-Gruppen) Anleitung: Brechen Sie zunächst einen Holzstab in Stücke, beobachten Sie die auftretenden Veränderungen. Verbrennen Sie anschließend eine Hälfte des Holzstabs und beobachten Sie die Veränderungen. Beobachtungen: Lesen Sie dazu im Chemiebuch S. 11. Rot markierte und fett gedruckte Stellen im Buch sind besonders wichtig und werden für die Klassenarbeiten vorausgesetzt! Welche Beobachtungen liefern Hinweise auf chemische Reaktionen? - Flammen - Farbänderungen - Bildung von Gasblasen - Trübung oder Niederschlag in klarer Lösung 1

2 1.1 Stoffe und Stoffumwandlungen Die Chemie befaßt sich mit Zusammensetzung, Eigenschaften und Veränderungen von Stoffen. Was aber ist ein Stoff? Definition Stoff: Eigenschaften von Stoffen (Lernzirkel: Erkennen von Stoffen) Arbeitsanleitung: Auf den Tischen werden Materialkisten verteilt, die verschiedene Stoffe enthalten, die Sie auf verschiedene Art und Weise erkennen sollen. Bilden Sie 10 Schülergruppen und bearbeiten Sie nacheinander die Kisten. Vor dem Öffnen der Kisten gründlich die Arbeitsanleitung lesen und befolgen! Jede Gruppe bestimmt eine Versuchsperson, welche die Versuche durchführt, und eine Aufsichtsperson, die auf die Einhaltung der Anweisungen achtet (Rollen können getauscht werden). Sind Sie mit einer Kiste fertig, so legen Sie alle Materialien wieder hinein und prüfen auf Vollständigkeit (siehe Liste in der Kiste). Ergebnis der Untersuchungen: Stoffe können anhand folgender physikalischer und chemischer Eigenschaften bestimmt werden (vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit dem Buch S. 13 und ergänzen Sie): Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Manche Eigenschaften können wir mit unseren Sinnen erkennen, z.b. Andere Eigenschaften müssen durch geeignete Geräte gemessen werden, z.b Einteilung von Stoffen und Stoffgemischen nach ihrem Aussehen Lernzirkel: Erkennen von Stoffgemischen Aufgabe: Der Lehrer gibt 10 verschiedene Stoffe oder Stoffgemische aus. Ordnen Sie diese den unten aufgeführten Fachbegriffen zu. Erstellen Sie in einem zweiten Schritt eine Übersicht der Stoffe und Stoffgemische nach ihrem Aussehen und ihrer Trennbarkeit mit Hilfe des Buches S. 15 ff. Fachbegriffe (unsortiert) für die Einteilung der Stoffe nach ihrem Aussehen Stoff Suspension (fest-flüssig) Element fest-festes Gemisch Homogenes Stoffgemisch (besteht aus einer Phase) Reinstoff Lösung Emulsion (flüssig-flüssig) Heterogenes Stoffgemisch (besteht aus mind. 2 Phasen) Rauch (fest-gasförmig) Verbindung Nebel (flüssig-gasförmig) 2

3 1.1.3 Trennverfahren für Stoffgemische Aufgabe: Trennen Sie ein Gemisch von Sand, Salz und Eisenkugeln! Informieren Sie sich zunächst über die möglichen Trennungsmethoden: a) Trennung heterogener Stoffgemische aufgrund physikalischer Eigenschaften wie Größe und Dichte Beschreiben Sie die folgenden drei Methoden ganz kurz mit Hilfe des Buches S. 15 Sedimentieren/Dekantieren Filtrieren Dichtesortieren b) Trennung homogener Stoffgemische aufgrund physikalischer Eigenschaften wie Siedetemperatur, Löslichkeit Beschreiben Sie die drei Methoden mit Hilfe des Buches S. 15 Abdampfen Destillieren Extrahieren c) Trennung von homogenen Stoffgemischen oder von Reinstoffen durch chemische Reaktion Die Trennung von Reinstoffen nennt man auch 1 griech. analysis = Trennung thermische Zersetzung (Buch S. 17) Exsiccator (Trocknen feuchter Salze) Gaswaschflasche (Trocknen feuchter Gase) viele weitere... Wie also trennen Sie ein Gemisch von Sand, Salz und Eisenkugeln? 1 Das Gegenteil der Analyse ist die Zusammenfügung eines Reinstoffs aus seinen Elementen, genannt 3

4 Praktikum 2 I Experiment zur Teilchenbewegung Ziel des Experiments: Über die Beobachtung einer Reaktion von Ionen in wässriger Lösung kann abgeleitet werden, wie sich kleinste Teilchen bewegen. Geräte- und Stoffliste: Petrischale, Spatel, dem. Wasser, Kaliumhexacyanoferrat, Eisen (III)-chlorid Durchführung des Experiments: Eine saubere Petrischale wird etwa 0,5 cm hoch mit dest. Wasser befüllt. Erschütterungen des Bodens und der Tische werden tunlichst vermieden. In das Wasser wird auf die rechte Seite der Schale eine Spatelspitze Kaliumhexacyanoferrat ( Blutlaugensalz ) gegeben. Auf die linke Seite wird ein Kügelchen Eisen (III)-chlorid gegeben. Der dritte Schüler notiert die Zeit vom Hineingeben der zweiten Substanz bis zum Sichtbarwerden der Farbe. Versuchsskizze: Beobachtungen: (Farbveränderungen, Ort der Farbveränderung, Zeit bis zum Entstehen der Farbe) Petrischale mit Wasser (Hinweis: bei der entstehenden Farbe handelt es sich um die Substanz Eisenhexacyanoferrat Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 x H 2 O, auch genannt.) Folgerungen und ggf. weitere Fragen: (Reaktion? Wie und warum bewegen sich Teilchen?) (Vgl. Buch S ) Diese Art des Stofftransports nennt man : Teilchen in Flüssigkeiten oder Gasen breiten sich gleichmäßig in jede Richtung des Raumes aus, und zwar von Ursache: alle Teilchen sind in ständiger Bewegung, sie haben eine bestimmte energie (= Energie). Sie stoßen dauernd aufeinander und breiten sich dadurch aus. Auch viele Stoffeigenschaften lassen sich hiermt erklären. 2 Dieses Blatt ist ein Muster für ein Praktikums-Protokoll, wie Sie es künftig selbständig erstellen. Die Praktikumsprotokolle werden am Jahresende bewertet und zählen 1/6 zur Note. 4

5 1.1.5 Aggregatzustände am Beispiel des Wassers Wasser gasförmig Wasser fest Wasser flüssig Frage: Wasser siedet an der Nordseeküste bei 100 C, auf dem Kilimandscharo (ca m) in Afrika jedoch bereits bei 80 C. Warum? Teilchenmodell der Materie Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen wie Das Teilchenmodell hat sich bewährt, um viele physikalische und chemische Vorgänge zu erklären (z.b. Dampfdruck von Gasen in Behältern oder die Aggregatzustände). Modelle sind jedoch immer eine vereinfachte Abstraktion der Wirklichkeit und nicht die Wirklichkeit selbst. Erklärung der Aggregatzustände mit dem Teilchenmodell: Aggregatzustand Wasserdampf (gasförmig) Eigenschaften der Stoffe Teilchenmodell Eigenschaften der Teilchen Wasser (flüssig) Eis (fest) schwer verformbar, schwer komprimierbar, schwer teilbar starke Anziehungskräfte, Teilchen liegen dicht gepackt beieinander, feste Pätze (nur feinste Schwingungen um die Ruhelage) Frage: Wie ist das Sublimieren von Eis mit dem Teilchenmodell erklärbar? Welche Temperatur herrscht im Teilchen-freien Weltraum? 5

6 1.1.7 Anorganische und organische Verbindungen Im 18. Jh. gelang es nicht, Verbindungen der belebten Natur im Labor herzustellen. Man nahm an, daß solche Verbindungen nur mit Hilfe der Lebewesen (= Organismen) aufgebaut werden können. Befund: alle Stoffe des Tier- und Pflanzenreiches setzen beim Verbrennen CO 2 und H 2 O frei. Sie alle enthalten das Element Kohlenstoff. C-haltige Stoffe bezeichnete man deshalb als gelang Wöhler allerdings doch die Herstellung des organischen Stoffes Harnstoff CO(NH 2 ) 2, und heute gibt es viele künstlich hergestellte organische Stoffe. Dennoch wurde der Name organische Chemie für die Kohlenstoff-Verbindungen beibehalten, jedoch mit folgenden Ausnahmen (diese Stoffe haben eindeutig anorganische Eigenschaften): 6