Treffpunkt. Chemie. Lösungen H 23 H Li 39 K

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1 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 1 Treffpunkt Chemie Lösungen 31 P 3 H 1 H 23 H 80 Se 27 Li 23 Na 24 Mg 39 K

2 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 2 TreffpunktChemie neu Lösungen Herausgegeben von: Dieter Frühauf, Braunschweig Hans Tegen, Hambühren Bearbeitet von: Joachim Blum Bernd Braun Dr. Kurt Dvorak Dieter Frühauf Dr. Erwin Graf Thomas Günkel Jürgen Hietel Friederike Krämer-Brand Sandra Kranz Erhard Mathias Angelika Meinhold Wolfgang Münzinger Mariola Schröer Bernd Schumacher Hans Tegen unter Mitarbeit der Verlagsredaktion Alle Rechte vorbehalten. Dieses Werk sowie einzelne Teile desselben sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung des Verlages nicht zulässig. Grafiken: Thilo Pustlauk Satz: &S Satz GmbH, Hildesheim; Verlag E. DRNER GmbH, Wien Repro: Seyss GmbH, Wien Druck und Bindung: Ferdinand Berger & Söhne GmbH, Horn Lösungen zu Buch-Nr Frühauf, Tegen u.a. Treffpunkt Chemie neu 2004 E.DRNER GmbH Ungargasse 35, 1030 Wien Tel. 01/ , Fax: 01/ office@dorner-verlag.at ISBN

3 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 3 Inhaltsverzeichnis Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge für gefährliche Stoffe Stoffe und ihre Eigenschaften Chemische Reaktionen Wasser eine Grundlage des Lebens Wie gewinntman Metalle? Chemische Verwandtschaften Die Weltder kleinsten Teilchen Chemische Bindung Säuren,Basen und Salze Chemie und Boden Baustoffe und Werkstoffe Die Weltdes Kohlenstoffs:rganische Chemie Alkohol,Essig,Ester wichtige Stoffe in Alltag und Technik Chemie und Ernährung Seifen,Waschpulver und Duftstoffe rganische Werkstoffe Notizen

4 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 4 Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge Gefahrenhinweise (R-Sätze) Diese Hinweise geben in einer ausführlicheren Weise als die Gefahrensymbole Auskunft über die Art der Gefahr. R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 R 8 R 9 In trockenem Zustand explosionsgefährlich Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen explosionsgefährlich Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen besonders explosionsgefährlich Bildet hochempfindliche explosionsgefährliche Metallverbindungen Beim Erwärmen explosionsfähig Mit und ohne Luft explosionsfähig Kann Brand verursachen Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen Explosionsgefahr bei Mischung mit brennbaren Stoffen R 10 Entzündlich R 11 Leicht entzündlich R 12 Hoch entzündlich R 14 Reagiert heftig mit Wasser R 15 Reagiert mit Wasser unter Bildung hoch entzündlicher Gase R 16 Explosionsgefährlich in Mischung mit brandfördernden Stoffen R 17 Selbstentzündlich an der Luff R 18 Bei Gebrauch Bildung explosionsfähiger/leicht entzündlicher Dampf-Luftgemische möglich R 19 Kann explosionsfähige Peroxide bilden R 20 Gesundheitsschädlich beim Einatmen R 21 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut R 22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken R 23 Giftig beim Einatmen R 24 Giftig bei Berührung mit der Haut R 25 Giftig beim Verschlucken R 26 Sehr giftig beim Einatmen R 27 Sehr giftig bei Berührung mit der Haut R 28 Sehr giftig beim Verschlucken R 29 Entwickelt bei Berührung mit Wasser giftige Gase R 30 Kann bei Gebrauch leicht entzündlich werden R 31 Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase R 32 Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase R 33 Gefahr kumulativer Wirkung R 34 Verursacht Verätzungen R 35 Verursacht schwere Verätzungen R 36 Reizt die Augen R 37 Reizt die Atmungsorgane R 38 Reizt die Haut R 39 Ernste Gefahr irreversiblen Schadens R 40 Irreversibler Schaden möglich R 41 Gefahr ernster Augenschäden R 42 Sensibilisierung durch Einatmen möglich R 43 Sensibilisierung durch Hautkontakt möglich R 44 Explosionsgefahr bei Erhitzen unter Einschluss R 45 Kann Krebs erzeugen R 46 Kann vererbbare Schäden verursachen R 48 Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition R 49 Kann Krebs erzeugen beim Einatmen R 50 Sehr giftig für Wasserorganismen R 51 Giftig für Wasserorganismen R 52 Schädlich für Wasserorganismen R 53 Kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben R 54 Giftig für Pflanzen R 55 Giftig für Tiere R 56 Giftig für Bodenorganismen R 57 Giftig für Bienen R 58 Kann längerfristig schädliche Wirkungen auf die Umwelt haben R 59 Gefährlich für die zonschicht R 60 Kann die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen R 61 Kann das Kind im Mutterleib schädigen R 62 Kann möglicherweise die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen R 63 Kann das Kind im Mutterleib möglicherweise schädigen R 64 Kann Säuglinge über die Muttermilch schädigen R 65 Gesundheitsschädlich: Kann beim Verschlucken Lungenschäden verursachen R 66 Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen R 67 Dämpfe können Schläfrigkeit oder Benommenheit verursachen 4

5 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 5 für gefährliche Stoffe Sicherheitsratschläge (S-Sätze) Hier werden Empfehlungen gegeben, wie Gesundheitsgefahren beim Umgang mit gefährlichen Stoffen abgewehrt werden können. S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 Unter Verschluss aufbewahren Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen Kühl aufbewahren Von Wohnplätzen fernhalten Unter aufbewahren (geeignete Flüssigkeit vom Hersteller anzugeben) Unter aufbewahren (inertes Gas vom Hersteller anzugeben) Behälter dicht geschlossen halten Behälter trocken halten Behälter an einem gut gelüfteten rt aufbewahren S 12 Behälter nicht gasdicht verschließen S 13 Von Nahrungsmitteln, Getränken und Futtermitteln fernhalten S 14 Von fernhalten (inkompatible Substanzen sind vom Hersteller anzugeben) S 15 Vor Hitze schützen S 16 Von Zündquellen fernhalten Nicht rauchen S 17 Von brennbaren Stoffen fernhalten S 18 Behälter mit Vorsicht öffnen und handhaben S 20 Bei der Arbeit nicht essen und trinken S 21 Bei der Arbeit nicht rauchen S 22 Staub nicht einatmen S 23 Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmen (geeignete Bezeichnung(en) vom Hersteller anzugeben) S 24 Berührung mit der Haut vermeiden S 25 Berührung mit den Augen vermeiden S 26 Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren S 27 Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort ausziehen S 28 Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel (vom Hersteller anzugeben) S 29 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen S 30 Niemals Wasser hinzugießen S 33 Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung treffen S 35 Abfälle und Behälter müssen in gesicherter Weise beseitigt werden S 36 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen S 37 Geeignete Schutzhandschuhe tragen S 38 Bei unzureichender Belüftung Atemschutzgerät anlegen S 39 Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen S 40 Fußboden und verunreinigte Gegenstände mit reinigen (Material vom Hersteller anzugeben) S 41 Explosions- und Brandgase nicht einatmen S 42 Bei Räuchern/Versprühen geeignetes Atemschutzgerät anlegen (geeignete Bezeichnung(en) vom Hersteller anzugeben) S 43 Zum Löschen (vom Hersteller anzugeben) verwenden (wenn Wasser die Gefahr erhöht, anfügen: Kein Wasser verwenden ) S 45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen (wenn möglich dieses Etikett vorzeigen) S 46 Bei Verschlucken sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung oder Etikett vorzeigen S 47 Nicht bei Temperaturen über C aufbewahren (vom Hersteller anzugeben) S 48 Feucht halten mit... (geeignetes Mittel vom Hersteller anzugeben) S 49 Nur im riginalbehälter aufbewahren S 50 Nicht mischen mit (vom Hersteller anzugeben) S 51 Nur in gut gelüfteten Bereichen verwenden S 52 Nicht großflächig für Wohn- und Aufenthaltsräume verwenden S 53 Exposition vermeiden vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen S 56 Diesen Stoff und seinen Behälter der Problemfallentsorgung zuführen S 57 Zur Vermeidung einer Kontamination der Umwelt geeigneten Behälter verwenden S S9 Information zur Wiederverwendung beim Hersteller/ Lieferanten erfragen S 60 Dieser Stoff und sein Behälter sind als gefährlicher Abfall zu entsorgen S 61 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen/sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen S 62 Bei Verschlucken kein Erbrechen herbeiführen. Sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung oder dieses Etikett vorzeigen S 63 Bei Unfall durch Einatmen: Verunfallten an die frische Luft bringen und ruhig stellen S 64 Bei Verschlucken Mund mit Wasser ausspülen (nur wenn Verunfallter bei Bewusstsein ist) 5

6 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 6 1 Stoffe und ihre Eigenschaften Seite 10 a) Metalle haben einen metallischen Glanz, sind undurchlässig für Licht, leiten den elektrischen Strom, lassen sich gut verformen, sind bei Zimmertemperatur fest (mit Ausnahme des Quecksilbers) und sie sind gute Wärmeleiter. b) Metalle unterscheiden sich hinsichtlich der Magnetisierbarkeit, der Dichte und der Härte. Ebenso weisen sie unterschiedliche Schmelz- und Siedetemperaturen auf (geht nicht aus dem Text hervor). a) 2 Theorie Leichtmetalle 3 Theorie b) Aus Zink werden Bleche und Rohre hergestellt. Es ist ein Bestandteil galvanischer Elemente. Als Korrosionsschutz verzinkt man häufig Eisen. Aus Zinn werden Tuben, dünne Metallfolien, Zinngeschirr (heute seltener) und Zinnfiguren hergestellt. Zum Schutz vor Korrosion verzinnt man häufig Eisenbleche ( Weißblech als Material für Konservendosen). Seite 11 Pinnwand: Metalle Schwermetalle Titan ( = 4,51 g/cm 3 ) Kupfer ( = 8,93g/cm 3 ) Aluminium ( = 2,7g/cm 3 ) Silber ( = 10,5g/cm 3 ) Kalium ( = 0,86g/cm 3 ) Blei ( = 11,4g/cm 3 ) Magnesium ( = 1,74g/cm 3 ) Zink ( = 7,2g/cm 3 ) Cobalt ( = 8,83g/cm 3 ) Gold ( = 19,3g/cm 3 ) Platin ( = 21,45 g/cm 3 ) Eigenschaft Zink Zinn Schmelztemperatur 420 C 232 C Siedetemperatur 910 C 2400 C Dichte 7,2g/cm 3 7,3g/cm 3 1. Gold ist ein Edelmetall, Kupfer ein Halbedelmetall. Auf den Kupfermünzen hat sich im Laufe der Zeit eine xidschicht gebildet, auf den goldenen Gegenständen nicht. 2. Bei der Verarbeitung der Schmuckstücke ist vor allem von Vorteil, dass Gold weich und besonders gut dehnbar ist. Aus 1cm 3 Gold (19,3g) lässt sich ein Draht von 58 km Länge ziehen! Goldlegierungen sind härter und mechanisch haltbarer als reines Gold. 4. Die Schmelztemperatur von Zinn ist sehr niedrig (232 C). Man kann das Metall mit einfachen Mitteln zum Schmelzen bringen und aus dem flüssigen Metall Figuren gießen. 5. Der Umgang mit quecksilberhaltigen Gegenständen erfordert besondere Sorgfalt. Quecksilberdämpfe sind stark gesundheitsgefährdend. Da sie bereits bei Zimmertemperatur entweichen, muss das Metall stets verschlossen aufbewahrt werden. 6. Verbrauchte Batterien und Leuchtstoffröhren gehören zum Sondermüll (bzw. können dort zurückgegeben werden, wo man diese Artikel gekauft hat). 7. Ein Liter Quecksilber wiegt 13550g, also beeindruckende 13,55 kg! Seite 15 Exkurs:Alltag Was sind eigentlich Dispersionen? 1. Trotz Emulgator setzt sich im Laufe der Zeit ein kleiner Teil der gelösten Flüssigkeit auf dem Gemisch ab, bzw. ein Teil des gelösten Feststoffes setzt sich am Boden des Gefäßes ab. Gründliches Rühren oder Schütteln mischt die Stoffe wieder. Seite 17 a) Das Steinsalz wird zerkleinert und in Wasser gelöst. Die Verunreinigungen sedimentieren (setzen sich ab). Die Salzlösung kann danach dekantiert (abgegossen) werden. Die Lösung kann statt dessen auch filtriert werden. Die gewonnene Lösung wird dann eingedampft, das Speisesalz bleibt zurück. b) Beim Filtrieren werden die Stoffe nach der Teilchengröße ihrer Bestandteile getrennt. Beim Eindampfen nutzt man die unterschiedlichen Siedetemperaturen von Wasser und Kochsalz. c) Destilliertes Wasser ist durch Destillation (Sieden und Kondensieren) gereinigtes Wasser. d) Im Leitungswasser befinden sich u.a. gelöste Mineralstoffe wie Calcium- und Magnesium-Salze. Beim Erwärmen würden diese Stoffe Ablagerungen an den Heizstäben des Bügeleisens verursachen. Destilliertes Wasser hingegen ist frei von diesen Stoffen. 2 Experiment Beispiel: Glasscheibe 3. Wolfram besitzt eine sehr hohe Schmelztemperatur (3410 C). Der Glühfaden hat deshalb eine relativ lange Lebensdauer. Becherglas Schale mit Salzwasser 6

7 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 7 1 Stoffe und ihre Eigenschaften 3 Medizin Meerwasser hat mit etwa 3,6% einen erheblich höheren Salzgehalt als unser Körper (physiologische Kochsalzlösung ca. 0,9%). rganen würde wegen des Konzentrationsunterschiedes Wasser entzogen. Der Körper würde austrocknen. Destilliertes Wasser enthält dagegen keinerlei Salze. So würden den Körperzellen lebenswichtige Mineralstoffe entzogen. Seite 19 a) Die Abfallentsorgung ist unterschiedlich geregelt. Die Gemeinde gibt Auskunft. b) Batterien, Medikamente und Altöldosen gehören zum Sondermüll. Batterien: Sammelboxen beim Händler; Medikamente: Apotheke; Altöldosen: Verkaufsstellen, z. B. Tankstellen. c) Papier wird zerkleinert und gewässert und so wieder in einzelne Fasern aufgelöst. (Der eingeweichte Papierbrei wird oft noch gebleicht bzw. die alte Druckfarbe wird entfernt; das ist aber im Buch nicht dargestellt.) Der Brei wird auf ein Sieb aufgetragen und entwässert. So bildet sich wieder ein neues Papierblatt. Das fertige Papier wird geglättet und aufgerollt. d) Ein Dreizehnjähriger hat statistisch gesehen bereits 6500 kg, ein Vierzehnjähriger 7000 kg und ein Fünfzehnjähriger 7500 kg Müll verursacht. 2 Aufgabe a) Hier sind verschiedene Trennverfahren denkbar. Beispiel: Ein Magnet zieht die Eisennägel heraus. Papierschnipsel, Styropor und Plastikteilchen könnten durch Auslesen getrennt werden, der Sand bleibt zurück. Die leichten Teile kann man auch mit einem Fön herausblasen. In Wasser wird der Sand absinken (die Nägel natürlich auch), Kunststoffteile werden schwimmen; die Papierschnipsel werden zunächst schwimmen und sich dann mit Wasser voll saugen und schweben oder langsam absinken. b) (lndividuelle Antwort) Seite 20 a) Aktivkohle absorbiert Geruchsstoffe an ihrer berfläche. Sie reinigt den Kochdunst von diesen Stoffen. b) Durch die schnelle Rotation der Siebtrommel wird der Saft aus den Früchten herausgeschleudert und so vom Fruchtfleisch getrennt. c) Bei der Extraktion wird die unterschiedliche Löslichkeit von Stoffen eines Stoffgemischs genutzt. Seite 23 Trainer 1. An ihrer unterschiedlichen Dichte, Schmelztemperatur und ihrem Verhalten beim Erwärmen. 2. Magnesium gehört zur Stoffgruppe der Metalle, Quarz ist ein diamantartiger Stoff und Kerzenwachs ein flüchtiger Stoff. 3.a) und b) Reinstoff Eisen Silber Kupfer Schwefel Kohlenstoff Sauerstoff Stoffgemisch Granit (Gemenge) Benzin (Lösung) Duschgel (Emulsion) Tinte (Lösung oder ggf. Suspension) Parfüm (Lösung) Meerwasser (Lösung) Edelstahl (Legierung) Messing (Legierung) Brausepulver (Gemenge) Fruchtsaft (Suspension) Bronze (Legierung) Badeschaum (Schaum) c) Schaum ist ein Gemisch eines Gases in einer Flüssigkeit, z.b. Luft in Wasser (Badeschaum). Fruchtsaft ist eine Suspension. Hier sind feste Teilchen (Fruchtfleisch) in einer Flüssigkeit (Wasser) verteilt. Eine Legierung besteht aus mindestens einem Metall und einem weiteren Feststoff, z.b. Stahl (Eisen/Kohlenstoff) oder Messing (Kupfer/Zink). 4. a) Es handelt sich um eine Emulsion. b) Das Eigelb hat die Aufgabe des Emulgators. Es sorgt für die dauerhafte Vermischung von Öl und Wasser bzw. Essig. 5. Beim Goldwaschen wurde die unterschiedliche Dichte der Stoffe genutzt. Der leichtere Sand wurde vom Wasser weggespült, die schwereren Goldteilchen setzen sich ab. 6. Die wässrige Magermilch hat die größere Dichte. Das Fett schwimmt oben. 7. Beim Aufgießen des Kaffees werden die Geschmacks-, Farb- und Wirkstoffe aus dem Pulver extrahiert. Anschließend wird der Kaffeesatz vom Kaffeegetränk durch Filtrieren getrennt. 8. Wasser hat zwar eine Siedetemperatur von 100 C, doch es werden bereits ab 80 C dampfförmige Wasserteilchen mit den Alkoholteilchen destilliert. Die Siedetemperaturen der beiden Stoffe unterscheiden sich zu wenig, um sie vollständig voneinander zu trennen. 9. Fette, Öle und Benzin lösen sich nicht im Wasser. Im Ölabscheider schwimmen sie aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem Wasser und können dort entfernt werden. 7

8 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 8 2 Chemische Reaktionen Seite 29 a) Bei einer chemischen Reaktion entstehen aus vorhandenen Stoffen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Aus der metallischen Eisenwolle ist ein dunkelgrauer spröder Stoff entstanden, der schwerer ist als Eisenwolle. b) Die xidation ist eine chemische Reaktion, bei der sich ein Stoff mit Sauerstoff verbindet. c) Nein, verbinden sich zwei Stoffe zu einem neuen Stoff, ohne dass Sauerstoff beteiligt ist, so ist das eine chemische Reaktion, aber keine xidation. 2 Theorie a) Aus dem metallischen Magnesium hat sich ein neuer Stoff, nämlich das weiße, pulvrige Magnesiumoxid, gebildet. b) Magnesium + Sauerstoff Magnesiumoxid; Energie wird frei. 3 Experiment a) Die Außenflächen des Kupferbriefs haben sich dunkel verfärbt. Die Innenflächen haben sich nicht verändert. b) An den Außenflächen hat eine xidation des Kupfers stattgefunden, es hat sich ein neuer Stoff, das dunkle Kupferoxid, gebildet. An den Innenflächen konnte diese chemische Reaktion nicht stattfinden, da kein Sauerstoff ins Innere des Kupferbriefs gelangen konnte. c) Kupfer + Sauerstoff Kupferoxid; Energie wird frei. Seite 31 a) Aus zwei vorhandenen Stoffen (Zink und Schwefel) ist ein neuer Stoff entstanden, der andere Eigenschaften als Zink und Schwefel hat. Er hat ein anderes Aussehen, eine andere Dichte, eine andere Schmelztemperatur als Zink und ist nicht elektrisch leitfähig. Er hat sogar eine neue Eigenschaft, er leuchtet fluoreszierend im UV-Licht. b) Zink + Schwefel Zinksulfid; Energie wird frei c) Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die zum Auslösen einer Reaktion zugeführt werden muss. 2 Alltag a) Schwefel. b) Es handelt sich um eine chemische Reaktion zwischen Silber und Schwefel. 3 Demonstrations-Experiment a) Unter Aufglühen wird aus dem metallischen Kupfer und dem gelben Schwefel mattes, dunkles Kupfersulfid. b) Es ist ein neuer Stoff entstanden, der völlig anders aussieht als die Ausgangsstoffe Kupfer und Schwefel. c) Kupfer + Schwefel Kupfersulfid; Energie wird frei. Seite 33 a) Kohlenstoffmonooxid b) Schwefeldioxid und Stickoxide c) Kohlenstoffdioxid d) Kohlenstoffdioxid und Schwefeldioxid Seite 34 a) Rosten ist eine sehr langsame Reaktion. Die Energieabgabe ist über einen so langen Zeitraum verteilt, dass es zu keiner fühlbaren Erwärmung des Metalls kommt. b) Das Eisen wird dadurch vor dem Sauerstoff aus der Luft und vor Wasser geschützt. 2 Experiment a) Die mit Wasser befeuchtete, entfettete Stahlwolle rostet. Die entfettete, trockene Stahlwolle rostet erst nach längerer Zeit und die eingeölte Stahlwolle rostet nicht. b) Bei der mit Wasser befeuchteten, entfetteten Stahlwolle steigt der Wasserspiegel im Reagenzglas bis fast auf ein Fünftel der Reagenzglashöhe. Der Sauerstoff der im Reagenzglas eingeschlossenen Luft wird bei der xidation des Eisens zu Eisenoxid verbraucht. Bei der entfetteten trockenen Stahlwolle steigt der Wasserspiegel zunächst nicht. Erst nach einiger Zeit steigt er sehr langsam an. Die trockene Stahlwolle rostet wesentlich langsamer, da nur die Luftfeuchtigkeit das Rosten unterstützt. Der Wasserspiegel bei der eingeölten Stahlwolle steigt nicht, da durch den Ölfilm das Rosten verhindert wird. Seite 36 a) Elemente: Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Zink, Aluminium, Magnesium, Schwefel, Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton Verbindungen: Eisenoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Kupferoxid, Silberoxid, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Zinksulfid, Kupfersulfid, Eisensulfid b) Zinksulfid: Zink und Schwefel Eisenoxid: Eisen und Sauerstoff Kohlenstoffdioxid: Kohlenstoff und Sauerstoff c) Bei der Verbrennung von Holz entstehen im Wesentlichen Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Beide Stoffe sind gasförmig und verflüchtigen sich. 2 Experiment Beide Wägungen ergeben das gleiche Ergebnis. In einem geschlossenem System (mit dem Luftballon abgeschlossen) ist eine chemische Reaktion abgelaufen. Da nichts entweichen und nichts hinzukommen kann, muss die Masse gleich bleiben. 3 Umwelt Sauerstoff: Luft (elementar), Wasser (Verbindung), Gesteine, Erze und Sand (als Silicate und xide). 8

9 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 9 2 Chemische Reaktion Silicium: Gesteine, Erde, Sand (Silicate). Aluminium: in Verbindungen mit Silicium und Sauerstoff in Gesteinen und Erde. Eisen: Erze Calcium, Magnesium: Kalk, Dolomit (Carbonate) Natrium, Kalium: Salze (Chloride, Sulfate, Carbonate) Wasserstoff: Wasser (Verbindung). c) + Seite 38 a) Alle Stoffe sind aus kleinsten, kugelförmigen Teilchen, den Atomen, aufgebaut. Atome sind unveränderlich und unteilbar. Alle Atome eines Elements haben die gleiche Größe und Masse. Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Größe und Masse. b) Die Atome werden bei einer chemischen Reaktion umgeordnet. Es kommt weder eins hinzu, noch verschwindet eins, noch werden die Atome verändert. Die Anzahl und die Masse der beteiligten Atome bleiben dabei immer gleich. c) Magnesium + Sauerstoff Magnesiumoxid; Energie wird frei Magnesium-Atome und Sauerstoff-Atome gruppieren sich um und verbinden sich zu Magnesiumoxid; dabei wird Energie frei. Seite 39 + Zink + Sauerstoff Zinkoxid; Energie wird frei. 4. a) Mit der Glimmspanprobe kann man den Sauerstoff nachweisen. Silber ist ein glänzendes Metall, das sich leicht verformen lässt. b) Man bläst die Atemluft in Kalkwasser. Es bildet sich ein weißer Niederschlag. 5. a) Aktivierungsenergie. b) Zunächst müssen die Kupfer- und die Schwefel-Atome voneinander getrennt werden. Erst dann können sie reagieren. Dabei entsteht soviel Energie, dass immer mehr Kupfer- und Schwefel-Atome voneinander getrennt werden und miteinander reagieren können. 6. a) Das Wachs wird flüssig, steigt den Docht hoch und verdampft. Der Wachsdampf reagiert mit dem Sauerstoff der Luft. Die entstehenden heißen, gasförmigen xide ziehen nach oben ab. Von unten wird weiterer Sauerstoff nachgesaugt. b) Kohlenstoff + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid; Energie wird frei. 7. a) Die Stahlwolle rostet. Das Eisen reagiert mit Sauerstoff zu Eisenoxid. b)das Wasser nimmt nach einiger Zeit fast 20 % des Reagenzglasvolumens ein. Das ist das Volumen des Sauerstoffs in der Luft, der mit dem Eisen zu Rost reagiert hat. 8. a) Der Zerteilungsgrad ist sehr groß. b) Aus Eisen bildet sich Eisenoxid. Der dazu nötige Sauerstoff stammt aus der Luft. Das Eisenoxid, in dem der Sauerstoff fest gebunden ist, muss also schwerer sein als das Eisen zuvor. Trainer 1. a) Mit Löschschaum muss die Sauerstoffzufuhr unterbunden werden. Brennendes Benzin würde auf dem Wasser schwimmend weiterbrennen. Bei großer Hitze kann das Löschwasser explosionsartig verdampfen und das brennende Benzin weiter verbreiten. b) Mit Wasser wird das brennende Holz abgekühlt. c) Bei der Verbrennung von Lacken und Lösungsmitteln können giftige Gase entstehen. 2. Luft ist ein Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Edelgasen, Kohlenstoffdioxid und weiteren Gasen. Durch Abkühlen auf sehr tiefe Temperaturen lässt sich das Gemisch trennen. 3. a) Es ist ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften (weiß, Nichtmetall) entstanden. b) Zink + Sauerstoff Zinkoxid; Energie wird frei 9

10 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 10 3 Wasser eine Grundlage des Lebens Seite 43 a) Grundwasser, Quellwasser, berflächenwasser. b) Uferfiltrat wird aus Brunnen neben einem Fluss gewonnen und anschließend einer Reinigung unterworfen. c) Das Wasser sickert durch verschiedene Bodenschichten, an denen die Verunreinigungen hängen bleiben. Kleinstlebewesen im Boden bauen weitere Verschmutzungen ab. d) Aktivkohle besitzt eine sehr große berfläche, an der die Verunreinigungen haften bleiben (Adsorption). e) Chlor oder zon töten Krankheitserreger ab. 2 Eperiment a) Die Tinte wird von der Aktivkohle adsorbiert. Die Filtration liefert klares Wasser. b) Das Dieselöl wird von der Aktivkohle adsorbiert, das Wasser ist dann fast wieder geruchlos. 3 Experiment Die Teststäbchen sind nach Vorschrift zu verwenden. Der Nitratgehalt der meisten Mineralwässer liegt unter 10mg/l. 4 Alltag a) Informationen erhält man vom örtlichen Wasserwerk. b) Der Wasserverbrauch lässt sich mithilfe der Wasseruhr feststellen (oder über die letzte Wasser-Abrechnung). Seite 44 a) Wasser ist aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff aufgebaut. b) Man kann dies durch eine Analyse zeigen. c) Eine Synthese ist der Aufbau eines Stoffes aus Elementen; eine Analyse ist die Zerlegung eines Stoffes in seine Elemente. Seite 45 2 Demonstrations-Experiment a) An der Glasspitze brennt Wasserstoff. b) Magnesium reagiert mit Wasser zu Magnesiumoxid und Wasserstoff. Dabei wird Wärme frei. c) Das Magnesium wird oxidiert, das Wasser reduziert. 3 Experiment a) Der brennende Holzspan erlischt im aufsteigenden Wasserdampf; das brennende Magnesiumband reagiert unter heftiger Feuererscheinung mit dem Wasserdampf. b) Magnesium + Wasser Magnesiumoxid + Wasserstoff; Energie wird frei. (Der Wasserstoff kann bei Zutritt von Luft wieder zu Wasserdampf verbrennen.) c) Magnesium wird oxidiert, Wasser wird reduziert. 4 Experiment a) Wasser und Sauerstoff reagieren zu Wasser. Dabei wird Wärme frei. b) Man führt sie durch, um ungewollte und gefährliche Explosionen zu vermeiden. (Reiner Wasserstoff ist nicht so gefährlich wie ein Wasserstoff-Luft-Gemisch). c) Das wasserfreie weiße Kupfersulfat wird durch Wasseraufnahme zu blauem, wasserhaltigem Kupfersulfat. Dies nutzt man zum Nachweis von Wasser. 5 Demonstrations-Experiment a) Die Reaktion verläuft vollständig, ohne dass ein Restgas übrig bleibt. b) Zwei Raumteile Sauerstoff bleiben übrig, weil für eine vollständige Reaktion zwei Raumteile Wasserstoff und ein Raumteil Sauerstoff benötigt werden. Seite 47 a) 1,3g/l : 0,084 g/l = 15,5 15,5 I Wasserstoff sind ebenso schwer wie 1 l Sauerstoff. b) Wasserstoff ist ein brennbares Gas. Die Luftschiffe können brennen oder sogar explodieren. c) Wasserstoff wird zum Schweißen und Schneiden, als Reduktionsmittel, für unbemannte Wetterballons oder als Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet. d) In einem Gasentwickler lässt man z.b. Salzsäure auf Zink tropfen. (Knallgasprobe nicht vergessen!) 2 Demonstrations-Experiment a) Es ist kein Knallgasgemisch im Zylinder vorhanden, es kann also keine Explosion erfolgen. b) Der Wasserstoff entzündet sich an der unteren (offenen) Seite des Zylinders. Im Zylinder ist kein Sauerstoff vorhanden, die Kerze erlischt deshalb. Wenn man die Kerze herauszieht, entzündet sie sich wieder an der Flammenfront. 3 Demonstration-Experiment a) Aus dem matten, schwarzen Kupferoxid wird rot-glänzendes, metallisches Kupfer. b) Der Wasserstoff reduziert das Kupferoxid zu Kupfer; der Wasserstoff oxidiert dabei zu Wasser. 4 Theorie a) Wasserstoff ist etwa 15-mal leichter als Luft. Der Ballon steigt durch den Auftrieb. b) Die Dichte von Helium ist ebenfalls geringer als die der Luft; deshalb eignet sich Helium auch zum Füllen von Ballons. Seite 49 a) BERZELIUS schlug vor, die lateinischen oder griechischen Anfangsbuchstaben der Elemente als Abkürzungen 10

11 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 11 3 Wasser eine Grundlage des Lebens zu verwenden. Beginnen mehrere Elemente mit dem gleichen Buchstaben, wird ein zweiter, kleingeschriebener Buchstabe zugefügt. b) Sie bezeichnen zum einen das Element, den Stoff. Zum anderen stehen sie für ein Atom eines Elementes. c) Molekülformeln geben die Atomanzahl an, die in einem Molekül vorhanden sind. Verhältnisformeln geben das Anzahlverhältnis der verschiedenen Atomarten in einer salzartigen Verbindung an (Elementargruppe). d) Chemische Formeln beschreiben den Aufbau eines Moleküls oder einer Elementargruppe und stehen als Abkürzungen für die entsprechenden Stoffe. 3. a) Br, Ni, K, Au, Ag, Xe b) Bor, Rubidium, Zinn, Platin, Antimon, Fluor c) Wasser, Kohlenstoffdioxid, Bleioxid, Diphosphorpentoxid, Zinksulfid, Distickstofftrioxid 4. a) C + 2 C 2 b) H 2 + Ca Ca + H 2 2 Theorie a) Wolfram (W), Titan (Ti), Platin (Pt). b) Fe = Eisen, Co = Cobalt, Ga = Gallium, Sb = Antimon. Seite 50 Exkurs:Theorie Die Wertigkeit ein Hilfsmittel zum Aufstellen von Formeln 1. Wasserstoff ist einwertig, Sauerstoff zweiwertig, Chlor einwertig, Kohlenstoff vierwertig. 2. Magnesium ist zweiwertig. 3. Al Im S 2 ist der Schwefel vierwertig, im S 3 sechswertig. Seite 51 a) Wortgleichung aufstellen, Symbole und Formeln einsetzen, Reaktionsgleichung einrichten, Energieumsatz angeben. b) Sie ist kürzer und überschaubarer. Sie gibt auch an, in welchem Mengenverhältnis die Stoffe miteinander reagieren. c) Exotherm: Energie wird frei; endotherm: Energie muss zugeführt werden. Seite 52 Trainer 1. Etwa indem man ausgeatmete Luft über ein Glas streichen lässt, das man mindestens eine Stunde in den Kühlschrank gestellt hat. Der Wasserdampf kondensiert an der kalten berfläche, es entstehen Wassertröpfchen. 2. Die Öffnung muss nach unten zeigen, weil Wasserstoff leichter als Luft ist. 11

12 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 12 4 Wie gewinntman Metalle? Seite 54 a) Kupfer kommt teilweise gediegen vor. Es lässt sich gut aus Kupfererzen gewinnen, leicht schmieden und in Formen gießen. b) Man findet es wegen seiner Korrosionsbeständigkeit auf Hausdächern und Kirchtürmen und als Röhrenwerkstoff in der Gas-, Wasser- und Heizungsinstallation. Als guter Wärmeleiter begegnet es uns in Wärmetauschern von Heizkesseln und Kühlanlagen oder in Edelstahlkochtöpfen als Kupfer-Sandwichboden. Die meisten Elektrogeräte und elektronischen Geräte würde es ohne Kabel, Draht und Leiterbahnen aus Kupfer als hervorragenden Stromleiter nicht geben. Seite 61 Pinnwand: Metalle 1. Es werden etwa 2,34 g benötigt. 2. Neusilber, Alpaka, ist eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung. Man nennt es daher auch Nickel-Messing. Es enthält 50 65% Kupfer, 8 26 % Nickel, der Rest ist Zink. 3. Die Metalle finden sich in den Elektronikbauteilen als Elektrokabel, in Drähten und Leiterbahnen, in Lötverbindungen und als Kontaktmaterial in Schaltern. 4. Bei der Verwertung von Elektronikschrott können die natürlichen Vorkommen der Metalle geschont und die mit der Gewinnung einhergehenden Umweltbelastungen gemindert werden. 5. Beim Recyceln von Elektronikschrott können neben den gewünschten Metallen aus den Platinenkunststoffen Produkte entstehen, die gefährlich sind für die Gesundheit des Menschen und die Umwelt. 6. Weißgold kann eine Legierung aus Gold und Palladium oder aus Gold, Nickel, Kupfer und Zink sein. Gelbgold kann Gold von hoher Reinheit sein, aber auch aus Gold, Silber, Kupfer und Zink (Zahngold) bestehen. Rotgold kann 58 % Gold, 38% Kupfer und 4% Silber, aber auch 75%Gold und 25%Kupfer enthalten. 7. Quecksilber führt im menschlichen Körper zu schweren rgan- und Nervenschäden. Es ist nicht auszuschließen, dass über Jahre aus dem Amalgam Quecksilber herausgelöst wird. Bei Risikopatienten empfehlen die Zahnärzte daher heute Keramik-, Kunststoff- oder Goldplomben. Seite 63 Trainer 1. a) Gediegen heißt, dass das Metall als Element vorkommt, nicht in der Form einer chemischen Verbindung. b) Kupfer kommt in seinen Verbindungen in Form von Erzen, aber auch in Spuren als Metall vor. c) Es ist als Halbedelmetall beständig gegen Korrosion, lässt sich gut verarbeiten, schmieden, ziehen und legieren und ist ein guter Wärmeleiter und Leiter für den elektrischen Strom. 2. a) Edelstahl ist Stahl, der durch Legierungsbestandteile wie Chrom und Nickel besondere Eigenschaften erhält, wie hohe Elastizität und Bruchfestigkeit. b) Das Kupfer leitet die Wärme schneller und gleichmäßiger von der Herdplatte in das Innere des Topfes. c) Das Beschichtungsmetall, z.b. Zinn, verhindert die Entstehung von giftigen Kupferverbindungen durch Einwirkung von Essig oder Fruchtsäuren. 3. a) 2Pb + C 2Pb + C 2 b) Zinkoxid lässt sich mit Magnesium oder Aluminium reduzieren. c) Der Kohlenstoff reduziert das Bleioxid zu Blei. Er nimmt den Sauerstoff des Bleioxids auf und wird dadurch zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Den Gesamtvorgang bezeichnet man als Redoxreaktion. d) BIeioxid ist das xidationsmittel, Kohlenstoff das Reduktionsmittel. 4. a) lm Hochofen wird aus Eisenerz Roheisen gewonnen. b) Eisenoxid wird mithilfe von Kohlenstoffmonooxid zu Eisen reduziert. Das Kohlenstoffmonooxid wird zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. c) Das Anfahren eines Hochofens ist sehr langwierig und nicht einfach. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen und das eventuelle Herunterfahren würden zu erheblichen Wärmespannungen innerhalb der Stahlkonstruktion und zu Brüchen in der Ausmauerung führen. 5. a) Roheisen ist wegen seiner geringen Elastizität nicht schmied- oder walzbar. Stahldrähte oder -bleche lassen sich daraus nicht herstellen. b) Kohlenstoff, Silicium, Phosphor, Schwefel und Mangan werden durch das Frischen entfernt. c) Die Begleitstoffe verbrennen durch den zugeführten Sauerstoff. Dabei wird Wärme frei. 6. a) lm Elektroofen werden durch Hinzufügen von bis zu 25% Stahlschrott und Legierungsmetallen zur Stahlschmelze Stähle nach Maß erschmolzen. b)hoch belastbare Sägeblätter und Stahlbohrer werden aus sog. HSS-Stahl hergestellt. Das ist eine Stahllegierung mit 6 % Wolfram, 5%Molybdän und 2 % Vanadium. 7. a) Schmuck soll über lange Zeit sein Aussehen behalten, wertbeständig bleiben und durch Umwelteinflüsse nicht verändert werden. b) Reines Gold ist sehr weich. Es würde als Schmuck schnell abnutzen und wird daher mit Metallen wie Kupfer, Nickel oder Silber legiert. 8. a) Der Lötdraht enthält Zinn, Blei und Kupfer. b) Zink wird mithilfe von elektrischen Strom oder in der Schmelze flüssig als Rostschutz auf Eisenteile aufgebracht. Zinkstaubfarben haben den gleichen Zweck. 12

13 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 13 4 Wie gewinntman Metalle? 9. a) Platin hat eine hohe Schmelztemperatur (1770 C) und ist sehr widerstandsfähig gegenüber aggressiven Stoffen. Es ist ein Edelmetall. b) Ein Kilogramm Platin kostet etwa Euro (Stand: 2002). Ließen sich die im Abgaskatalysator verwendeten zwei Gramm komplett wiedergewinnen, hätte das Recycling-Platin einen Wert von 36 Euro. 13

14 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 14 5 Chemische Verwandtschaften Seite 71 Trainer 1. a) Alle Alkalimetalle sind sehr reaktionsfreudig, besonders Rubidium und Caesium. Sie würden sich z.b. sofort mit dem in der Luft enthaltenen Wasser, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid zu entsprechenden Produkten umsetzen. b) Natrium reagiert mit Wasser zu Natronlauge, dabei entsteht auch Wasserstoff. Wasserstoff ist brennbar und mit Luft zusammen explosiv (Knallgas)! 2. a) Zunächst entzündet sich der entstehende Wasserstoff, dann verbrennt auch das Natrium. b) Die Verbrennungstemperatur des Natriums wird durch das Wasser herabgesetzt. Hauptreaktionspartner ist das Wasser und nicht der umgebende Luftsauerstoff. 3. Fluor, Chlor, Brom und Iod haben gemeinsame Eigenschaften. Sie kommen wegen ihrer Reaktionsfähigkeit nur in Verbindungen als Salze vor. Es sind alles Nichtmetalle, die unterschiedlich stark reagieren. Fluor ist das reaktionsfähigste und giftigste Halogen. b) Brennendes Magnesium würde mit Wasser zu Wasserstoff und Magnesiumoxid und mit Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoff und Magnesiumoxid verbrennen. Der Einsatz von Löschwasser oder Kohlensäurelöschern würde den Brand also noch verstärken. 10. a) Chlor tötet gesundheitsschädliche Keime im Trinkwasser ab. b) Fluor, Chlor und Brom sind starke Atemgifte. Insbesondere Fluor reagiert darüberhinaus sehr heftig und zerstört Haut und Schleimhäute. 11. a) Alkalimetalle reagieren mit Wasser unter Bildung von Laugen und Wasserstoff. b) Chlorwasserstoff kann durch Verbrennung von Wasserstoff in Chlor hergestellt werden. Salzsäure erhält man dann durch Einleiten von Chlorwasserstoff in Wasser. c) Es entsteht ein Salz, ein Halogenid. Aus Chlor und Eisen entsteht Eisenchlorid. 4. Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Halogene sind sehr reaktionsfreudige Elemente, die wasserlösliche Salze bilden. 5. Es könnten eingesetzt werden: Barium-, Lithium- oder Strontium- und Calciumverbindungen. Der Lichtblitz könnte durch schlagartige Verbrennung von Magnesiumpulver erfolgen. 6. a) Kaliumiodid könnte durch Reaktion von Iod mit Kalium, Calciumfluorid durch Einwirkung von Fluor auf Calcium entstehen. b) Unterscheidung durch die Flammenfärbung. 7. a) Edelmetalle und Edelgase sind sehr reaktionsträge; sie sind außerdem selten und daher auch relativ teuer. b) Sie lassen sich nicht durch chemische Reaktionen nachweisen, weil sie so reaktionsträge sind. c) Helium: Füllgas für Ballons, Zeppeline und Atemgas für Taucher. Argon: Füllgas in Lampen und Schutzgas beim Schweißen. Krypton: Füllgas für Lampen. Xenon: Füllgas für Gasentladungslampen, das sind z.b. moderne Autolampen und Blitzlampen. 8. a) Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Radium. Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium. b) Die Edelgase stehen in der achten Hauptgruppe des Periodensystems, die Nichtmetalle findet man rechts und oben. Eine Ausnahme bildet der Wasserstoff. 9. a) Das blanke Magnesium reagiert in geringem Maße mit dem Wasser. Es entsteht eine schwache Lauge am Magnesiumstreifen. Auch kleine Wasserstoffperlen werden sichtbar. Die Lauge bewirkt die Rotfärbung des Phenolphtaleins. 14

15 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 15 6 Die Welt der kleinsten Teilchen Seite 75 a) Weil sehr wenige der positiv geladenen und sehr energiereichen -Teilchen stark abgelenkt wurden oder in die Ausgangsrichtung zurückprallten, musste der Atomkern sehr schwer und positiv geladen sein. b) mm = 20 m. c) DALTNs Atom ist eine gleichmäßig von Masse erfüllte Kugel ohne elektrische Ladungen. RUTHERFRDs Atom besteht aus einem winzigen, elektrisch positiv geladenem Kern, der fast die gesamte Masse enthält und aus einer nahezu leeren Hülle. Sie wird von den schnell kreisenden, negativ geladenen Elektronen gebildet. Seite 80 a) Die Anzahl der Protonen im Atomkern ist gleich der Anzahl der Elektronen in der Atomhülle. Somit bestimmt die Protonenzahl zugleich den Bau der Elektronenhülle und bestimmt damit die Anordnung der Elemente im Periodensystem. b) Sie besitzen 3 Elektronenschalen. c) Sie besitzen 2 Außenelektronen. d) Alle Edelgase haben voll besetzte Außenschalen. Sie sind chemisch besonders reaktionsträge. 2 Theorie Seite 77 a) Aus Protonen und Neutronen b) Die Anzahl der positiven Ladungen im Kern ist gleich der Anzahl der negativen Ladungen in der Hülle. c) H: 1u; He: 4u; Li: 7 u; Be: 9u; B: 11 u; C: 12u; N: 14 u; : 16u; F: 19 u. a) 2 Theorie b) Phosphor, Chrom, Platin, Gold, Quecksilber, Radium, Cobalt ( Co) oder Nickel ( 59 Ni). 28 c) Weil sie sich chemisch nicht voneinander unterscheiden. 3 Theorie a) 69u b) 189 u. c) 24,3g. d) 111,6g. 1 H H 3 1 H 12 C Al 32 S 33 S 34 S p e n Theorie Ca 20p + 20 n 4. Schale als Außenschale 4. Periode 2 Außenelektronen II. Gruppe 20 Protonen Element Nr. 20 a) Die Atome in der 1. Gruppe haben jeweils ein Außenelektron, die in der zweiten Gruppe jeweils 2, die in der dritten Gruppe haben jeweils 3 Außenelektronen und so weiter. b) Die erste Schale (K-Schale) kann maximal zwei Elektronen aufnehmen, die zweite Schale 8 Elektronen. c) Theorie Ein Cobalt-Atom besitzt im Durchschnitt mehr Neutronen als ein Nickel-Atom. 5 Experiment Im Modellversuch zum Massenspektrographen rollen Stahlkugeln von unterschiedlicher Masse über eine Glasplatte. Sie werden durch das Magnetfeld eines Stabmagneten unterschiedlich stark aus ihrer Bahn abgelenkt. Auf diese Weise werden sie nach ihrer Masse getrennt. Stickstoff 18+ Argon Schwefel 19+ Kalium 15

16 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 16 6 Die Welt der kleinsten Teilchen d) Die Metall-Atome haben in der Regel weniger Außenelektronen als die Nichtmetall-Atome. e) Alle genannten Perioden beginnen mit den chemisch sehr reaktionsfähigen Alkalimetallen. Es folgen weniger reaktionsfreudige Metalle, dann Übergangselemente und Nichtmetalle bis zu den Halogenen. Die Edelgase schließen die Perioden ab. Exkurs:Theorie Nebengruppenelemente im Periodensystem 1. Die Schalenmodelle der genannten drei Atome sehen ganz ähnlich aus. Die 1. Schale ist jeweils mit 2 Elektronen besetzt, die 2. Schale mit 8 Elektronen, die 4. Schale mit 2 Elektronen; lediglich in der 3. Schale gibt es Unterschiede: Eisen hat 14, Cobalt hat 15 Elektronen, Nickel hat 16 Elektronen. b) Diese Chlor-Atome haben gleich viele Protonen und Elektronen, aber eine unterschiedliche Neutronenzahl (18 bzw. 20). 11. Ihre Atome haben unterschiedlich viele Außenelektronen, und diese sind für die chemischen Eigenschaften verantwortlich. 12. Die Karteikarten sollen selbstständig erarbeitet werden. Seite 81 Trainer km Kohlenstoff-Atome. 3. Der massive Atomkern ist über 10000mal kleiner als die praktisch leere Atomhülle. Durch diese Atomhüllen können die a-teilchen leicht hindurchfliegen. 4. Das Atommodell von Dalton enthält keine elektrischen Ladungen und besitzt keine strukturierte Elektronenhülle. Damit lassen sich weder die elektrischen Eigenschaften der Materie noch die Anordnung der Elemente im PSE und die chemischen Verwandtschaften erklären cm = 700 m. 6. Der Bernstein wurde durch das Reiben negativ elektrisch geladen. 7. Alle Isotope eines Elements besitzen gleiche chemische Eigenschaften. Ihre Atome unterscheiden sich nur in der Neutronenzahl, nicht in der Zahl der Protonen und Elektronen. Beispiele: 12 6 C 13 6 C 14 6 C. 8. a) Die Atome sind nach der Anzahl ihrer Schalen in Perioden und nach der Besetzung ihrer Außenschalen in Gruppen chemisch verwandter Elemente im PSE angeordnet. b) Alle Halogen-Atome besitzen 7 Außenelektronen und stehen in der VII.-Gruppe des PSE. c) Alle Edelgase. Sie sind chemisch besonders reaktionsträge. 9. Das Atom hat 6 Elektronenschalen und 4 Außenelektronen. 10. a) Das Chlor-Atom hat insgesamt 17 Elektronen in 3 Elektronenschalen (3. Periode). Es besitzt 7 Außenelektronen (VII. Gruppe). 16

17 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 17 7 Chemische Bindung Seite 85 a) Im Metalldraht bewegen sich freie Elektronen (vom negativen zum positiven Pol einer Stromquelle). b) Es entstehen neue Stoffe, Energie wird umgesetzt. c) Die positiv geladenen Kupfer-Ionen werden von der negativ geladenen Kathode angezogen. Die negativ geladenen Chlor-Ionen werden von der positiv geladenen Anode angezogen. 2 Experiment a) Festes Kaliumnitrat und fester Schwefel sind Nichtleiter. b) Geschmolzenes Kaliumnitrat leitet, geschmolzener Schwefel nicht. Die Kaliumnitrat-Schmelze enthält bewegliche Ladungsträger, die Kalium- und Nitrat-Ionen. 3 Experiment a) b) An der Kathode bildet sich ein hellgrauer Überzug aus Zink. Nach einiger Zeit wachsen daraus verzweigte, metallisch glänzende Kristalle. An der Anode bildet sich eine braune Lösung c) Die Stärkelösung verfärbt sich dunkelblau. Bei der braunen Lösung handelt es sich um eine Iod-Lösung. Seite 86 Exkurs:Technik 1. Aluminium ist ein leichtes, festes und korrosionsbeständiges Metall, das sich gut mit anderen Metallen zu Legierungen verarbeiten lässt. Aluminium lässt sich leicht verformen, zu hauchdünnen Folien auswalzen oder zu komplizierten Formen pressen. Die xidschicht von eloxiertem Aluminium lässt sich leicht und dauerhaft einfärben. 2. Bauxit wird von Eisen- und Siliciumverunreinigung gereinigt. Die Elektrolyse wird in graphitverkleideten Wannen mit Graphitanoden bei 5V Spannung und Stromstärken von A durchgeführt. Das gewonnene Aluminium wird vom Boden der Elektrolysewanne abgesaugt, zu Blöcken vergossen und kann dann weiterverarbeitet werden. 3. Da die Schmelztemperatur von Aluminiumoxid bei 2045 C liegt, setzt man zur Schmelzpunkterniedrigung Kryolith (Na 3 AlF 6 ) zu und erreicht so eine Schmelztemperatur von 950 C. Allerdings entstehen bei der Elektrolyse hochgiftige Fluorverbindungen, die aus den Abgasen herausgefiltert werden müssen. Seite 88 a) Gute elektrische Leiter, gute Wärmeleiter, verformbare, glänzende berfläche. b) Metallgitter: positiv geladene Metall-Ionen werden durch freie Elektronen (Elektronengas) zusammengehalten. Ionengitter: positiv und negativ geladene Ionen, die sich gegenseitig anziehen. Die Metall-Ionen lassen sich verschieben, ohne dass das Gitter zerbricht. Die freien Elektronen sorgen für die elektrische Leitfähigkeit. Das Ionengitter besitzt keine beweglichen Ladungsträger. Es zerbricht, wenn die Gitterbausteine verschoben werden. Seite 91 Trainer 1. Der durchschnittliche Kochsalzgehalt in Körperflüssigkeiten beträgt 0,9%. Ausgeschiedenes Kochsalz muss ersetzt werden, um Gesundheitsschäden zu vermeiden. Zuviel Kochsalz ist ebenfalls gesundheitsschädlich. 2. Sie sind spröde, bilden regelmäßige Kristalle, leiten als Schmelze und wässrige Lösung den elektrischen Strom. 3. Es liegt an der inneren Struktur des Kochsalzes. Die Ionen ordnen sich würfelförmig an. 4. Elektrische Leitfähigkeit der Lösungen untersuchen. Zuckerlösung leitet nicht. 5. Metalldraht: Gute Leitfähigkeit im festen Aggregatzustand durch freie bewegliche Elektronen. Salzlösung: deutlich schlechtere Leitfähigkeit. Die Elektrizität wird durch die vergleichsweise großen Anionen und Kationen transportiert. Außerdem nimmt die Leitfähigkeit ständig ab und ist beendet, wenn alle Ionen entladen sind. 6. Kaliumchlorid besteht aus den chemisch stabilen K + - und Cl -Ionen. Sie besitzen eine Edelgasschale. 7. Gold lässt sich gut verformen, wobei der Zusammenhalt im Kristallgitter erhalten bleibt. Die Verformbarkeit beruht darauf, dass die Schichten der positiven Metall- Ionen aneinander vorbeigleiten können. Sie sind dabei ständig von Elektronen umgeben. 8. a) Alle drei Teilchen besitzen eine Neonschale. b) Neon-Atome sind elektrisch neutral, Natrium-Ionen sind einfach positiv und Sauerstoff-Ionen zweifach negativ geladen. 9. a) Metalle bestehen aus positiv geladenen Metall- Ionen und freien Elektronen. b) Die Verformbarkeit und die gute elektrische Leitfähigkeit kann man mit dem Elektronengas-Modell erklären. 10. Die Anziehungskräfte zwischen benachbarten Molekülen sind sehr viel geringer als die Kräfte zwischen Ionen. 11. Neon: Atome; Sauerstoff: Moleküle; Wasser: Moleküle; Kupfer: Ionen und freie Elektronen; Kupferoxid: Ionen; 17

18 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 18 7 Chemische Bindung Zinkchlorid: Ionen; Helium: Atome; Eis: Moleküle; Kohlenstoffdioxid: Moleküle. 12. Sie besitzen eine maximal gefüllte Außenschale und können deshalb keine Elektronenpaarbindungen bilden. 13. a) Im rechten Becherglas ist gefrorenes Wasser. b) Kerzenwachs. c) Wasser-Moleküle sind elektrische Dipole. Sie ziehen sich stärker an als unpolare Moleküle. 14. a) Der Kühler würde platzen, wenn das Wasser gefriert. b) Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus. 15. Metalle bilden regelmäßige Kristallgitter. 16. Die Karteikarten sollen selbständig erarbeitet werden. 18

19 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 19 8 Säuren,Basen und Salze Seite 98 a) Mit einem Indikator wie beispielsweise Universalindikator lassen sich Säuren nachweisen. Universalindikator färbt sich durch Säuren rot. b) Beim Zersetzen von kalkhaltigem Gestein durch Säuren entsteht Kohlenstoffdioxid. c) Säurehaltige Flüssigkeiten leiten den elektrischen Strom, weil frei bewegliche Ionen vorhanden sind. d) Die typischen Säureeigenschaften gehen auf die H + - Ionen zurück. ( Hinweis: Tatsächlich sind es hydratisierte Ionen (H 3 + ); der Einfachheit halber wird in Treffpunkt Chemie aber immer nur von H + -Ionen gesprochen.) 2 Experiment bstsäfte (z.b. rangensaft) und Erfrischungsgetränke (z.b. Mineralwasser) enthalten stets Säuren, die durch Indikatoren nachgewiesen werden können. Hinweis: Es ist empfehlenswert, bei der Untersuchung beispielsweise von rangensaft oder Multivitaminsaft Indikatorpapier oder Indikatorstäbchen zu verwenden, um die Farbunterschiede und Farbveränderungen deutlich zu erkennen. 3 Experiment a) Universalindikatorlösung wird durch Essig rot gefärbt, durch Leitungswasser dagegen violett. b) Je nach Indikator verändert sich die Farbe der Lösung, jedoch sind nicht alle Indikatoren geeignet, um saure und neutrale Lösungen unterscheiden zu können: Indikator sauer neutral Bromthymolblau gelb grün Phenolphthalein farblos farblos Methylrot rot gelb Lackmus rot rotviolett c) Bromthymolblau, Universalindikator, Methylrot, Lackmus und Rotkohlsaft eignen sich gut zum Erkennen von Säuren, nicht aber Phenolphthalein. 4 Experiment Muschelschalen und Schneckenhäuser bestehen wie Kalkstein vor allem aus Calciumcarbonat. Gibt man eine Säure wie Salzsäure hinzu, so entsteht das Gas Kohlenstoffdioxid. Dieses lässt sich mit Kalkwasser nachweisen. 5 Experiment a) Magnesium, Eisen und Zink sind unedle Metalle und reagieren mit verdünnter Salzsäure. Es entsteht ein farbloses Gas (Wasserstoff). Kupfer (Halbedelmetall) dagegen reagiert mit Salzsäure nicht. b) Reaktionsgleichungen: Mg + 2 HCI MgCI 2 + H 2 Fe + 2 HCI FeCI 2 + H 2 Zn + 2 HCI ZnCI 2 + H 2 6 Theorie a) Feste Citronensäure enthält keine Ionen, deshalb verfärbt sich Indikator-Papier nicht. Gibt man einige Tropfen Wasser hinzu, so reagiert es mit den Citronensäure-Kristallen und es entstehen frei bewegliche Ionen. Die H + - Ionen der entstandenen Citronensäure-Lösung verfärben den Indikator. b) Löß (beispielsweise am Kaiserstuhl zu finden) enthält Calciumcarbonat, das mit Salzsäure unter Entwicklung von Kohlenstoffdioxid reagiert. 7 Theorie Die Reaktionsgleichungen lauten: a) 2 Na + 2 HCI 2 NaCI + H 2 b) Zn + H 2 S 4 ZnS 4 + H 2 c) 2 K + 2 HN 3 2 KN 3 + H 2 8 Demonstrations-Experiment Der Schwefel verbrennt mit bläulicher Flamme; dabei reagiert er mit dem Sauerstoff im Standzylinder nach folgender Reaktionsgleichung: S + 2 S 2 ; Energie wird frei Das Schwefeldioxid reagiert mit Wasser in einer exothermen Reaktion zu Schwefliger Säure: S 2 + H 2 H 2 S 3 Die Schweflige Säure zerfällt in Wasser in H + -Ionen und Säurerest-Ionen. Die Protonen sind für die Farbveränderung des Indikators verantwortlich. Seite 104 a) Der ph-wert ist ein Maß dafür, ob eine Lösung sauer, neutral oder alkalisch ist. b) Saure Lösungen haben einen ph-wert kleiner 7, neutrale Lösungen von 7 und alkalische (basische) Lösungen einen ph-wert über 7. Die ph-skala reicht von 0 bis 14. c) Den ph-wert kann man mit Indikatoren oder Messgeräten bestimmen. Vorteile der Indikatoren: preiswert, geringer Materialaufwand. Vorteile der Messgeräte: genaue und schnelle Messungen, elektronische Verarbeitung der Messwerte. d) Stoff e) Die Aussage ist falsch: Eine Flüssigkeit mit ph 3 enthält nicht doppelt so viele H + -Ionen, sondern 10-mal so viele wie eine Flüssigkeit mit ph 4. 2 Experiment ph-wert Batteriesäure etwa 1 Meerwasser etwa 8 Reinigungsmittel für etwa 12 Geschirrspülmaschinen a) Die Messwerte können etwas schwanken, je nach bstsorte; ungefähre Richtwerte: 19

20 Treffpunkt Chemie Lösungen :00 Uhr Seite 20 8 Säuren, Basen und Salze Früchte ph-wert Zitronen etwa 2,5 Äpfel etwa 3,5 rangen etwa 3,0 Kiwi etwa 3,0 b) Die Messwerte können mitunter stark schwanken (z.b. Mineralwasser normal: deutlich sauer, Mineralwasser medium: kaum sauer, Mineralwasser still: fast neutral); die folgenden Werte sind deshalb als Richtwerte zu verstehen: Flüssigkeit ph-wert Mineralwasser etwa 4 Kaffee etwa 5 Cola-Getränke etwa 3,5 Tee etwa 6 3 Technik Die eingesetzten ph-messgeräte haben den Vorteil, dass kontinuierlich und sehr exakt Messungen durchgeführt werden können, Trübungen nicht stören und die Messwerte elektronisch aufgezeichnet weitergegeben werden. So können automatisch schnelle Abstimmungen zwischen Messwerten und zugegebener Säure bzw. Lauge vorgenommen werden. 4 Alltag a) Regenwasser ist leicht sauer, weil es aus der Luft C 2 aufgenommen hat und daher Kohlensäure enthält. b) Sprudel, den man längere Zeit offen stehen lässt, verliert Kohlenstoffdioxid an die Luft (Zerfall von Kohlensäure), sodass der ph-wert zunimmt (z.b. von ph 5 auf ph 6 ansteigt). Seite 106 Die Reaktionsgleichungen lauten (die Formeln der Salze sind fett gedruckt): a) 2 HN 3 + Ca Ca(N 3 ) 2 + H 2 b) H 2 S K K 2 S 4 + H 2 c) H 3 P NaH Na 3 P H 2 d) 2 HCI + MgC 3 MgCI 2 + H 2 + C 2 Seite 107 Trainer 1. a) Rotkohl-Gemüse wird oft mit Äpfeln oder etwas Essig gekocht; durch die zugesetzte Säure wird das Gemüse dann rot ( Rotkohl ). hne Säurezusatz wird der Kohl beim Kochen blau. b) Ein Indikator ist ein Farbstoff, der je nach ph-wert eine unterschiedliche Farbe hat. Mit Indikatoren kann man saure, neutrale oder alkalische Lösungen unterscheiden. c) Man schneidet frische Rotkohlblätter möglichst klein, kocht sie aus und filtriert den Rotkohlsaft. Die enthaltene Lösung ist der Rotkohl-Indikator. 2. a) Salzsäure kann im Labor aus Kochsalz und Schwefelsäure hergestellt werden, deshalb der Name Salzsäure. b) Gibt man Salzsäure zu Kalk, entweicht Kohlenstoffdioxid. Lässt man Salzsäure mit einem unedlen Metall wie zum Beispiel Zink reagieren, so erhält man als Gas Wasserstoff. Wasserstoff erhält man aber auch, wenn man Salzsäure elektrolysiert: Wasserstoff entsteht dann am Minus-Pol (Kathode). c) Eigenschaften der Schwefelsäure sind: flüssig, farblos, ätzend, hygroskopisch, färbt den Universalindikator rot, ph kleiner 7, leitet den elektrischen Strom, zersetzt viele organische Stoffe wie zum Beispiel Baumwolle oder Schafwolle. 3. Die Aussagen b), c) und f) treffen auf Natronlauge zu. 4. Vergleich von Säuren und Laugen (Auswahl) Eigenschaften Säure- Hydroxid- Lösungen Lösungen (Laugen) Leiten den elektrischen Strom ja ja Enthalten Ionen ja ja ph-wert <7 >7 Charakteristische Ionen H + H 5. a) Saure Lösungen: ph kleiner als 7; neutrale Lösung: ph 7; alkalische (basische) Lösungen: ph größer als 7. b) Der Universalindikator färbt sich im sauren Bereich rot, im neutralen Bereich ist er grün und im alkalischen Bereich ist er blauviolett. c) Der Indikator Phenolphtalein ist im sauren und neutralen Bereich farblos, im alkalischen Bereich rötlich. Saure und neutrale Lösungen kann man mit Phenolphthalein also nicht unterscheiden. 6. In einem ersten Schritt prüft man die ph-werte der Flüssigkeiten: Salzsäure hat einen ph-wert kleiner 7, Natronlauge größer als 7. Die übrigen drei Flüssigkeiten sind neutral. Durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit kann man in einem zweiten Schritt die drei Flüssigkeiten unterscheiden: Destilliertes Wasser leitet den elektrischen Strom nur sehr schwach, Leitungswasser etwas stärker und Salzwasser am stärksten, weil in letzterem relativ viele Ionen vorhanden sind. 7. Saure und alkalische Abfallflüssigkeiten neutralisieren sich gegenseitig. Wenn saure bzw. alkalische Lösungen im Labor anfallen, kann man sie im gemeinsamen Abfallbehälter leicht neutralisieren. 8. Versucht man Salzsäure mit Zuckerwasser zu neutralisieren, so schlägt der Titrationsversuch fehl, weil Zucker- 20