N & T (R) 4 Chemische Verfahren 01 Name: Vorname: Datum:

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1 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 01 Name: Vorname: Datum: Schon zur Zeit der Griechen (vor 2500 Jahren) wurde geglaubt, dass alle Dinge auf der Erde aus kleinsten Teilchen bestehen. Auch wenn er sie zu dieser Zeit nur vermutete, so gab Demokrit ihnen dennoch einen Namen: Atome (von griechisch atomos = unteilbar) Dieses Modell griff John Dalton ( ) um 1803 wieder auf, als er sie auf Grund verschiedener Beobachtungen neu definierte: Atome haben kugelförmige Gestalt. Atome ändern sich nicht (nicht teilbar, können weder vernichtet noch erzeugt werden). Elemente besitzen gleichartige Atome. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Grösse und Masse. Jedes Atom kann sich nur mit einer bestimmten Anzahl von andern Atomen verbinden (hat eine bestimmte Anzahl Bindungsstellen). Durchmesser eines Atoms: Gewicht eines Atoms: ca. 0, mm ca. 0, g Als Vergleich: Ein Atom ist im Vergleich zu einem Apfel etwa so gross wie ein Apfel im Vergleich zur Erde. In einem Liter Wasser hat es: Atome = Atome Aufgabe 1: Element (Atom) wie Helium Element (Molekül) wie Sauerstoff Element (met. Gitter) wie Eisen Aufgabe 2: Verbindung (Molekül) wie reines Wasser Verbindung (Ion. Gitter) wie Kochsalz Gemisch wie Luft Molekülgemisch wie Apfelsaft

2 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 01 Aufgabe 3: Fülle die Tabelle gemäss Theorie: fest / fest: Beispiele: fest / flüssig: fest / gasförmig: flüssig / flüssig: flüssig / gasförmig: fest / fest: beliebig / flüssig: gasförmig / gasförmig: Aufgabe 4: Füge als Beispiele folgende Stoffe ein: Bimsstein (Gestein aus Vulkanen), Eisen (typisches Metall), Granit (häufige Steinart), Helium (Gas für Ballone), Kochsalz, Luft, Messing (goldenes Metall), Methan (in Verdauungsgasen), Milch, Mineralwasser (aus der Flasche), Nitinol (spezielles Metall), Rasierschaum, Sauerstoff (lebensnotwendiges Gas), Schlamm

3 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 02 Name: Vorname: Datum: Gemische gibt es nahezu unendlich viele, sowohl homo- als auch heterogene. Die Anzahl der Verbindungen ist ebenfalls nahezu unendlich. Ganz im Gegensatz dazu ist die Anzahl der Elemente stark begrenzt. Es gibt bis jetzt (August 2011) genau 118. Davon kommen 94 Elemente natürlich vor. Diese werden uns interessieren. Hauptgruppe: Untergruppe: Für uns wichtig: 7 Alkali- und 7 Erdalkalimetalle Kalzium, Natrium 68 Metalle 35 Übergangsmetalle Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Quecksilber, Blei, Eisen, Aluminium 14 Lanthaniden und 5 Actiniden Uran 7 Halbmetalle - Silizium 19 Nichtmetalle Die wichtigsten Metalle: 6 Edelgase Helium, Neon 5 Halogene und 8 andere Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Chlor, Kohlenstoff, Schwefel Ca Kalzium weich, silberweiss im Kalk, in Knochen, Zement Na Natrium weich, schneidbar, glänzend im Kochsalz, Seifen Ag Silber härter als Gold Münzen, Besteck, Fotografie Al Aluminium leicht verformbar, Leiter wichtigstes Leichtmetall Au Gold schwer, weich, beständig Münzen, Schmuck, Zahnarzt Cu Kupfer guter elektrischer Leiter Elektrotechnik, Pfannen Fe Eisen rostet rasch, magnetisch wichtigstes Gebrauchsmetall Hg Quecksilber flüssig bei Zimmertemperatur Thermometer, Lampen Pb Blei schwer, leicht schmelzbar Rohre, Kabel, Akkus Sn Zinn silberweiss, glänzend, dehnbar Überzug von Blechen, Gefässe U Uran schwer, schwach radioaktiv Kernbrennstoff Die wichtigsten Nichtmetalle: O Sauerstoff farb-, geruchs-, geschmacklos 21% der Luft, Atmungsgeräte H Wasserstoff farb-, geruchs-, geschmacklos Brennstoff, Ballonfüllungen N Stickstoff farb-, geruchs-, geschmacklos 78% der Luft, Düngemittel He Helium farb-, geruchs-, geschmacklos Ballonfüllung Cl Chlor giftig, gelbgrün, riechend Bleichmittel, Schwimmbad

4 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 02 C Kohlenstoff Graphit: schwarz, weich Diamant: hart, farblos Bestandteil pflanzlicher und tierischer Stoffe, Kohle S Schwefel gelb, brennbar im Gummi, Spritzmittel, Haare Si Silizium grau-schwarz, metallisch Halbleitergrundstoff Ne Neon farb-, geruchs-, geschmacklos Leuchtreklame, Sparlampen Die Abkürzungen sind wichtig, da Chemiker meist nur diese verwenden. Die Abkürzungen kommen alle vom lateinischen (selten griechischen) Wort dieses Elements her: Ag = Argentum Al = Aluminium Au = Aurum C = Carboneum Ca = Calcium Cl = Chlor Cu = Cuprum Fe = Ferrum H = Hydrogenium He = Helium Hg = Hydrargyrum N = Nitrogenium Na = Natrium Ne = Neon O = Oxygenium Pb = Plumbum S = Sulfur Si = Silicium Sn = Stannum U = Uranium Aufgabe 1: Welche der obigen Abkürzungen kann man sich besonders gut merken, da sie sofort auf das Element schliessen lassen, wofür sie stehen: Aufgabe 2: Nenne diejenigen Abkürzungen, die mit dem deutschen Namen nichts zu tun haben und deshalb speziell gelernt werden sollten:

5 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 03 Name: Vorname: Datum: Gemische auftrennen: Gemische herstellen: Verbindungen auftrennen: Verbindungen herstellen: Verbindungen überführen: Elemente überführen: Physikalisches Verfahren (fraktionieren) sedimentieren, zentrifugieren, dekantieren, sieben, filtrieren, eindampfen, destillieren, magnetscheiden, adsorbieren, chromatografieren Physikalisches Verfahren (mischen) Chemisches Verfahren (Analyse, Reduktion) Chemisches Verfahren (Synthese, Oxidation) Chemisches Verfahren (Redoxreaktion) Physikalisches Verfahren (Kernreaktionen) Aufgabe 1: Wir führen eine Thermolyse (Analyse mit Hilfe von Wärme) durch. Dazu wird Silberoxid in einem Reagenzglas über der Flamme erhitzt. Beschreibe das Silberoxid: Silberoxid (Lehrperson gibt) Erwärme das Silberoxid über dem Bunsenbrenner. Beschreibe, was geschieht: Beschreibe das Endprodukt im Reagenzglas: Aufgabe 2: Schreibe auf, welcher Stoffe hier analysiert wird und welche gefunden werden:

6 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 03 Aufgabe 3: Wir führen eine Elektrolyse (Analyse mit Hilfe von elektrischem Strom durch). Dazu wird angesäuertes Wasser in einem Hoffmann schen Apparat unter Spannung gesetzt: Beschreibe den Aufbau des Hoff-mann schen Apparates: Was geschieht, wenn er unter Spannung steht? Beschreibe / Zeichne ein. Freiwillig! Entnimm der kleinen Gasmenge eine Probe und führe einen Glimmspan ein. Beschreibe: Glimmspanprobe Freiwillig! Entnimm der grösseren Gasmenge eine Probe und halte eine Flamme oben ans Reagenzglas. Beschreibe: Knallgasprobe Aufgabe 4: a) Schreibe auf, welcher Stoffe hier analysiert wird und welche gefunden werden: b) In welchem Verhältnis stehen die beiden Stoffe? Von welchem hat es mehr, von welchem weniger? Wir stellen fest: Beim chemischen Verfahren ist das Mischverhältnis wichtig, zudem ändern sich die Stoffeigenschaften.

7 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 04 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: a) Die Lehrperson wiegt für rund 5 Gruppen 12 g Eisen und 21 g Schwefel ab. b) Die beiden Stoffe werden von der Lehrperson zerstossen und gut gemischt. c) Betrachte das Gemisch mit Auge oder einer Lupe und male die Struktur in den Kreis des ersten Feldes oben links. d) Gib das Gemisch in ein Reagenzglas. (Trichter verwenden!) e) Beschreibe (ins zweite Feld links), was geschieht, wenn man einen Magneten an dieses Gemisch hält. f) Erhitze das Gemisch über der Flamme. Beschreibe. Achte auf Dämpfe! Beschreibe, was geschieht: (ins breite Feld in der Mitte) g) Wenn es genug kühl ist: Zerstossen und den Versuch mit dem Magneten bzw. der Lupe mit der Verbindung durchführen: (in die rechten Felder) h) Tut euch mit einer anderen Gruppe zusammen. Die Lehrperson schlämmt eine Verbindung auf und versetzt eine andere mit Salzsäure. Notiert die Beobachtungen. Lupe Gemisch Eisen / Schwefel Verbindung Eisensulfid Magnet: Reaktionsbeschreibung: Salzsäure Aufgabe 2: Schreibe auf, welche Stoffe hier synthetisiert werden und welcher dabei entsteht:

8 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 04 Aufgabe 3: Bei diesem Versuch ist es ganz wichtig, dass du den Ablauf befolgst! a) Wäge ein Stück Eisenwatte. Trage das Gewicht bei 1. Versuch ein. b) Glühe die erste Eisenwatte in der normalen Umgebungsluft (evtl. in Sauerstoff) durch. Beschreibe unter Reaktionsbeschreibung. c) Wäge die Eisenwatte ein zweites Mal und trage das Gewicht unten ein. d) Wäge ein zweites Stück Eisenwatte. Trage das Gewicht bei 2. Versuch ein. e) Glühe die erste Eisenwatte in der normalen Umgebungsluft (evtl. in Sauerstoff) durch. Beschreibe unter Reaktionsbeschreibung. f) Wäge die Eisenwatte ein zweites Mal und trage das Gewicht unten ein. 1. Versuch 2. Versuch Gewicht zu Beginn: Reaktionsbeschreibung Gewicht am Ende: Aufgabe 4: Begründe, warum es diese Gewichtsveränderung bei Aufgabe 3 gegeben hat: Aufgabe 5: a) Lasse eine Kerze in einem Wasserbecken schwimmen. b) Zünde sie an und warte, bis sie gut brennt. c) Setze dann schnell ein hohes Becherglas über die Kerze, so dass keine Luft mehr dazu kommt. d) Beschreibe, was geschieht: e) Begründung?

9 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 05 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: Lasse eine Kerze in Luft brennen. Beschreibe und zeichne: Lasse eine Kerze in Sauerstoff brennen. Beschreibe und zeichne: Die Luft ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen: 78 % Stickstoff 21 % Sauerstoff 1 % verschiedene Gase, darunter Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Edelgase, Ozon, Wasserstoff, Methan usw. Dazu kommen Staub, Verunreinigungen usw. In der Luft ist immer auch ein gewisser Anteil an Wasserdampf (relative Luftfeuchtigkeit) vorhanden. Sauerstoff ist ein reiner Stoff (Molekül): Dichte: Siedetemp.: Schmelztemp.: 1,33 g/l -183 C -219 C reagiert mit fast allen Elementen zu Oxiden Gewinnung durch Luftverflüssigung: Sauerstoff wird bei -183 C, Stickstoff bei -196 C flüssig. Kühlt man in einer Kältemaschine auf diese tiefen Temperaturen ab, so lassen sich die Gase trennen. In blauen (roten) Druckflaschen. Eine chemische Synthese mit Sauerstoff heisst Oxidation i. e. S. (Verbrennung). Die dabei entstehenden Verbindungen enden meist auf -oxid: Kohlendioxid, Silberoxid Stille Oxidation: Verbrennung: Explosion: langsame Oxidation Typisch: Eisen rostet, Silber läuft an, Kupfer wird zu Grünspan mittelschnelle Oxidation Typisch: Aluminium verbrennt, Magnesium verbrennt sehr schnelle Oxidation Typisch: Kalium explodiert, Natrium explodiert, Knallgas

10 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 05 Aufgabe 2: a) Beispiel einer langsamen Oxidation: Die Lehrperson befeuchtet ein hohes Becherglas innen und bestreut es danach mit Eisenpulver. Anschliessend stellt sie es wie abgebildet in eine Wanne. Betrachte die Versuchsanordnung eine Woche später und beschreibe, was geschehen ist: b) Schreibe auf, welche Stoffe an der Reaktion beteiligt sind: Aufgabe 3: Beispiel einer mittelschnellen Oxidation: a) Halte ein Plättchen Magnesium in die Flamme eines Bunsenbrenners. Beschreibe: b) Schreibe auf, welche Stoffe an der Reaktion beteiligt sind: Aufgabe 4: Dieser Versuch wird auf Grund der Verletzungsgefahr nur durchgeführt, wenn die Abteilung entsprechend konzentriert und genau arbeitet. Ansonsten fällt er ersatzlos weg. Beispiel einer sehr schnellen Oxidation: Ein kleiner Ballon wird mit Wasserstoff gefüllt (dies macht die Lehrperson). Damit gehen wir nach draussen: a) Draussen wird eine Kerze an der Stange an den Ballon gehalten. Beschreibe, was geschieht: b) Schreibe auf, welche Stoffe an der Reaktion beteiligt sind: Diese Oxidation ist ein Ersatz für die früher häufig durchgeführte Oxidation von Kalium. Diese ist seit dem tödlichen Unfall vom März 2003 in Goldach (SG) verboten.

11 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 06 Name: Vorname: Datum: Bei der Oxidation wird bei der Reaktion jeweils Sauerstoff aufgenommen: Eisen + Sauerstoff ==Oxidation==> Eisenoxid (Rost) Magnesium + Sauerstoff ==Oxidation==> Magnesiumoxid (Magnesium im Sport) Wasserstoff + Sauerstoff ==Oxidation==> Wasser Die gegenteilige Reaktion, wenn Sauerstoff abgegeben wird, nennt man Reduktion: Silberoxid ==Reduktion==> Silber + Sauerstoff Wasser ==Reduktion==> Wasserstoff + Sauerstoff Aufgabe 1: Analyse, Synthese, Oxidation und Reduktion sind unabhängig voneinander definiert. Dennoch kann man zwei einander zuordnen, da die Gleichheit häufig zutrifft: ist meist eine. ist meist eine. Aufgabe 2: Mische 2,03 g Zinkpulver und 2,5 g Kupferoxid in einer Schale und gib es anschliessend in ein Reagenzglas. Erhitze das Reagenzglas über dem Bunsenbrenner. Beschreibe: Bei vielen Reaktionen treten Oxidation und Reduktion gleichzeitig auf (wie in Aufgabe 4): Kupferoxid ==Reduktion==> Kupfer + Sauerstoff Zink + Sauerstoff ==Oxidation==> Zinkoxid In einem solchen Fall spricht man von einer Redoxreaktion (REDuktion / OXidation): Kupferoxid + Zink ==Redoxreaktion==> Kupfer + Zinkoxid Aufgabe 3: a) Zünde eine Kerze an und lasse diese in ein Becherglas hinunter b) Beschreibe:

12 N & T (R) 4 Chemische Verfahren 06 Aufgabe 4: a) Fülle Kohlendioxid in ein Becherglas. b) Lasse die Kerze ins Becherglas mit dem Kohlendioxid hinunter. c) Beschreibe: Aufgabe 5: a) Lasse eine Kerze in einem luftgefüllten Becherglas brennen. b) Giesse (oder tu zumindest so) das Kohlendioxid ins Becherglas mit der brennenden Kerze. c) Beschreibe: d) Was lässt sich über die Dichte von Kohlendioxid sagen? Kohlenmonoxid (CO) ist eine instabile Verbindung (Molekül) Dichte: 1,25 g/l Siedetemp.: -191,6 C Schmelztemp.: -205,1 C Entsteht bei Verbrennungen ohne genügend Sauerstoff (Auto, Zigarettenrauch) Grillen in der Wohnung häufigste Ursache für eine Kohlenmonoxidvergiftung. Ist sehr giftig (ab 0,02 % der Luft tödlich), geschmacks-, geruchs- und farblos. Verbrennt mit blauer Flamme zu Kohlendioxid. Kohlendioxid (CO 2 ) ist eine Verbindung (Molekül): Dichte: 1,98 g/l Siedetemp.: nicht vorhanden Schmelztemp.: -56,6 C ist ein Reaktionsprodukt fast aller organischer Verbrennungen. Ist ungiftig, geschmack-, geruchs- und farblos. Führt erst in höheren Konzentrationen (> 15 % der Luft) zum Ersticken. Hauptverwendung für Kohlensäure, Trockeneis, Feuerlöschmittel. In grauen Druckflaschen. Aufgabe 6: Was sollte man tun, wenn man in einen Raum kommt, indem besonders viel CO 2 gebildet wird (offenes Feuer in einem kleinen Raum, Brunnenschacht, Bunker, Keller mit Gärungsprozessen von Most oder Wein).