7.2 Periodensystem. Aufgabe. Gibt es Elemente mit ähnlichen Stoffeigenschaften?

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Allgemeine Chemie - 7 Chemische Bindung (P752200) 7.2 Periodensystem Experiment von: Phywe Gedruckt: :3:28 intertess (Version 3.06 B200, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Gibt es Elemente mit ähnlichen Stoffeigenschaften? Untersuche die Elemente Magnesium und Calcium auf ihre Eigenschaften. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen Lernziele Es gibt Elemente, die sich aufgrund in weiten Bereichen ähnlicher Eigenschaften in Gruppen zusammenfassen lassen. Aus den Eigenschaften der vorherigen Gruppenmitglieder lassen sich die Eigenschaften der folgenden Elemente voraussagen. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Anmerkungen zu den Schülerversuchen Die Metalle zünden spontan und mit greller Flamme. Weisen Sie gesondert darauf hin, dass die Schüler/Innen eine Schutzbrille tragen müssen und nicht direkt in die Flamme schauen dürfen. Der Versuch sollte zweckmäßigerweise unter dem Abzug ausgeführt werden. Die Wasserstoffgewinnung aus den Erdalkalimetallen sollte im Schülerversuch nicht in einem Sieblöffel durchgeführt werden, da der Wasserstoff durch lokale Erhitzung dort explosionsartig reagieren kann. H- und P-Sätze Magnesium: H228: Entzündbarer Feststoff. H26: In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. H252: In großen Mengen selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten. P20: Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P402 + P404:In einem geschlossenen Behälter an einem trockenen Ort aufbewahren. Calcium: H26: In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P402 + P404:In einem geschlossenen Behälter an einem trockenen Ort aufbewahren

3 Phenolphthalein: H226: Flüssigkeit und Dampf entzündbar. H350: Kann Krebs erzeugen. H34: Kann vermutlich genetische Defekte verursachen. P20: Vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen. P20: Vor Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P233: Behälter dicht verschlossen halten. P28: Vorgeschriebene persönliche Schutzausrüstung verwenden. P308 + P33: BEI Exposition oder falls betroffen: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen. Gefahren Beim Erhitzen von Magnesium und Calcium wird viel Energie u.a. in Form von Licht frei. Nicht direkt in die Flamme schauen! Wasserstoff reagiert explosionsartig! Schutzbrille aufsetzen! Hinweise Magnesium muss vor den Versuchen mit Iod behandelt werden um es zu aktivieren, da aufgrund der Bildung einer schlecht löslichen Magnesiumoxid/-hydroxidschicht eine Reaktion mit Wasser kaum abläuft. Durch Zugabe von Iod wird diese Oxidschicht entfernt. Dieser Tatbestand kann den Schüler/Innen unter Verweis auf die ihnen bekannte schlechte Schmelzbarkeit und Brennbarkeit des Aluminiums mitgeteilt werden. Die Auswertbarkeit der Phenolphthaleinwirkung hängt vom Stand des Vorwissens ab. Sind Indikatoren im Zusammenhang mit Laugen und Säuren bereits besprochen worden, so können die im Auswertungsteil in Klammern gesetzten Ergebnisse von den Schüler/Innen gefordert werden. Methodische Bemerkungen Auswertungsaufgabe 3 erfordert einen bereits vorgenommenen, wenngleich auch kurzen Einstieg ins Periodensystem, so dass der prinzipielle Aufbau aufgrund der Zunahme der Masse bekannt ist. Die weitere, auch historisch so erfolgte Ordnung nach Gruppen und Gruppeneigenschaften, kann aus diesem und den folgenden Versuchen abgeleitet werden, hier ist also ein historisch-genetisches Verfahren anwendbar und auch empfehlenswert. Entsorgung Sämtliche bei diesem Versuch angefallenen Stoffe können in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen gegeben werden

4 Material Material aus "TESS advanced Chemie Set Allgemeine Chemie, CH-" (Bestellnr ) Position Material Schutzbrille, farblose Scheiben Bestellnr Menge Drahtnetz mit Keramik, mm Stativstange, Edelstahl, l = 400 mm Doppelmuffe Ring mit Muffe, verzinkt, d = 0 cm Stativfuß, variabel Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite Abdampfschale, 75 ml, Oben-d = 80 mm Spritzflasche, 250 ml, Kunststoff Pipette mit Gummikappe, lang Reagenzglas, d = 8 mm, l = 80 mm, 0 Stück (4) 9 Reagenzglasgestell mit 6 Bohrungen Wanne, mm, Kunststoff Tiegelzange, Edelstahl, l = 200 mm Pulverspatel, Stahl, l = 50 mm Pinzette, l = 30 mm, gerade, stumpf Chemikalien, zusätzliches Material Position Material Calcium, gekörnt, 50 g Bestellnr Menge Magnesium, Band (Rolle), 25 g Phenolphthaleinlösung, %, 00 ml Destilliertes Wasser Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -

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6 Aufbau Aufbau Gefahren Beim Erhitzen von Magnesium und Calcium wir viel Energie u.a. in Form von Licht frei. Nicht direkt in die Flamme schauen! Wasserstoff verbrennt explosionsartig! Schutzbrille aufsetzen! Aufbau Baue das Stativ aus dem Stativfuß und der Stativstange nach Abb. und Abb. 2 auf. Abb. Abb. 2 Befestige den Stativring an der Stativstange (Abb. 3) und lege das Drahtnetz auf ihn (Abb. 4). Abb. 3 Abb

7 Stelle den Aufbau auf die Mitte des Arbeitsplatzes und stelle den Brenner unter den Stativring. Verschiebe diesen in der Höhe so, dass die heiße Zone der Brennerflamme das Drahtnetz erreicht. Stelle die vier Reagenzgläser in das Reagenzglasgestell (Abb. 5). Abb

8 Durchführung Durchführung Ablauf Gib in eine Abdampfschale einige kleine Stück Magnesiumband (Abb. 6) in die andere eine Spatelspitze Calciumkörner. Betrachte die Metalle und notiere ihr Aussehen. Abb. 6 Stelle die Abdampfschale mit den Magnesiumstückchen auf das Drahtnetz (Abb. 7), entzünde den Brenner und erhitze die Abdampfschale von unten. Vorsicht! Das Metall reagiert erst nach einiger Zeit, dann aber heftig! Abb. 7 Nimm die Abdampfschale nach kurzem Abkühlen mit der Tiegelzange vom Drahtnetz (Abb. 8) und stelle sie so auf die Arbeitsplatte, dass sie den weiteren Versuchsablauf nicht behindert. Erhitze nun ebenso die Abdampfschale mit den Calciumkörnern

9 Abb. 8 Fülle ein Reagenzglas zur Hälfte mit Wasser (Abb. 9), stelle es wieder in das Reagenzglasgestell (Abb. 0) und füge mit der Pipette 5 Tropfen Phenolphthalein hinzu (Abb. ). Gib hierzu eine halbe Spatelspitze Calciumkörner (Abb. 2). Abb. 9 Abb. 0 Abb. Abb. 2 Nimm ein Stückchen Magnesiumband und gib es wie eben in das zweite, ebenfalls zur Hälfte mit Wasser/Phenolphthalein gefüllte Reagenzglas (siehe oben). Fülle die pneumatische Wanne zur Hälfte (Abb. 3) und die beiden noch unbenutzten Reagenzgläser vollständig mit Wasser. Stelle die beiden gefüllten Reagenzgläser umgekehrt so in die pneumatische Wanne, dass kein Wasser ausfließt (Daumen zur Hilfe nehmen!) (Abb. 4)

10 Abb. 3 Abb. 4 Entnimm mit der Pinzette ein größeres Körnchen Calcium (Abb. 5) und gib es in ein gefülltes, kopfüber stehendes Reagenzglas in der pneumtischen Wanne. Hebe dabei das Reagenzglas nur seitlich an, so dass kein Wasser ausfließt (Abb. 6). Das Calciumstückchen muss in das Reagenzglas gelangen. Wiederhole den Vorgang so oft, bis alles Wasser aus dem Reagenzglas entwichen ist. Führe dann mit dem Gas im Reagenzglas die Knallgasprobe durch (Abb. 7). Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 Verfahre ebenso mit den Magnesiumstückchen aus der Abdampfschale

11 Entsorgung Flüssigkeiten aus den Reagenzgläsern und der pneumatischen Wanne in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben. - -

12 Auswertung Auswertung Frage : Notiere Deine Beobachtungen beim Erhitzen der Metalle. Die Magnesiumstücke schmelzen an den Rändern, sie entzünden sich plötzlich und brennen mit extrem heller, weißer Flamme. Es entsteht ein weißes Pulver. Calcium schmilzt nicht, es entzündet sich ebenfalls und verbrennt mit einer grellweißen Flamme. Frage 2: Stelle die Eigenschaften vor und nach dem Erhitzen in Tabelle gegenüber

13 Tabelle Metall vor dem Erhitzen nach dem Erhitzen Magnesium Calcium Tabelle Metall Magnesium Calcium vor dem Erhitzen silbergrau, biegsam, metallisch silbergrau, hart, metallisch nach dem Erhitzen weiß, zerbröckelt zu einem Pulver weiß, zerbröckelt zu einem Pulver Frage 3: Notiere Deine Beobachtungen bei der Reaktion der Metalle mit Wasser

14 Die Magnesiumstücke reagieren lebhaft mit Wasser, wobei ein Gas aufsteigt. An der Stelle, an der das Metall reagiert, färbt sich das Wasser rotviolett. Die Calciumkörnchen reagieren sehr ähnlich, nur eine Spur heftiger. Die Knallgasprobe verläuft positiv

15 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Erläutere anhand Deiner Beobachtungen, welche Reaktionen abgelaufen sind. Da die Metalle an der Luft verbrannt sind, ist eine Oxidation abgelaufen. Die entstandenen weißen Pulver sind also Oxide. Magnesium + Sauerstoff Magnesiumoxid - E - 5 -

16 Calcium + Sauerstoff Calciumoxid - E Das sich entwickelnde Gas bei der Reaktion der Metalle mit Wasser ist Wasserstoff (Knallgasprobe). Dieser kann nur aus dem Wasser stammen, da die Metalle als Elemente keinen Wasserstoff enthalten können. Da die Metalle sich bei der Reaktion auflösen, muss eine wasserlösliche Verbindung entstanden sein, die das zugesetzte Phenolphthalein violett färbt. (Es ist also eine Lauge entstanden/indikatorwirkung.) Frage 2: Nenne die Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der Reaktion beider Metalle. Beide Metalle reagieren beim Verbrennen sehr ähnlich, wobei die Verbrennung von Calcium etwas heftiger verläuft. In beiden Fällen entsteht ein weißes, pulveriges Oxid. Magnesium schmilzt in der Brennerflamme, Calcium nicht

17 Auch die Reaktion in Wasser verläuft bei beiden Metallen sehr ähnlich, wobei auch hier die Reaktion von Calcium etwas heftiger abläuft. In beiden Fällen wird der zugesetzte Indikator violett gefärbt (Entstehen einer Lauge), in beiden Fällen entwickelt sich Wasserstoff. Frage 3: Suche die beiden Elemente im Periodensystem heraus. Nenne das unter den beiden Metallen befindliche Element, gib an, welche vergleichbaren Eigenschaften dieses Element haben könnte

18 Magnesium und Calcium befinden sich in der gleichen Gruppe (Gruppe II) im Periodensystem, wobei Magnesium über Calcium steht. Das darunter befindliche Element ist Strontium. Da die Reaktionen von Magnesium und Calcium fast identisch sind und gleichartige Produkte entstehen, die Reaktion von Calcium aber etwas schneller als die von Magnesium verlaufen, könnte man vermuten, dass Strontium noch schneller als Calcium zu einem weißen, pulverigen Oxid verbrennt. Ebenso sollte es schneller mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff (zu einer Lauge) reagieren