Einführung in die Grundlagen der Chemie und Aufbau der Materie Teil I

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1 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1. Woche Einführung in die Grundlagen der Chemie und Aufbau der Materie Teil I Inhaltsverzeichnis Seite 1.1. Unterschiede zwischen physikalischen Vorgängen und 2 chemischen Reaktionen 1.2. Stoffeigenschaften Die Masse von Gasen Beziehung Struktur/Eigenschaften Einteilung der Stoffe Gemische Ölbrand und Feuerball Trennmethoden 16 1

2 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.1. Unterschiede zwischen physikalischen Vorgängen und chemischen Reaktionen Theorie Die Chemie beschäftigt sich mit den Stoffen und ihren Eigenschaften sowie mit den Umwandlungen der Stoffe (chemische Reaktionen). Eine chemische Reaktion ist eine bleibende stoffliche Veränderung, es entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Zum Einstieg in die Chemie soll den Schülern ein Gefühl dafür vermittelt werden, wo wir es mit physikalischen Vorgängen und wo mit chemischen Reaktionen zu tun haben. Didaktische Hinweise Neben den angeführten klassischen Versuchen können eine Reihe weiterer praktischer Beispiele aus der Alltagserfahrung der Schüler angesprochen werden (z.b. Patina auf Kupferdächern, Verbrennen von Papier, Erdgas usw., Elektrolyse von Wasser, Sieden von Wasser,...). Für die verwendeten Stoffe sollten jeweils auch praktische Anwendungen angegeben werden. MgO-Pulver verwenden Turner, um die Rutschfestigkeit ihrer Hände zu verbessern, Sn wird z.b. in Form von Lötzinn (= Legierung aus Zinn und Blei) verwendet, Mg früher in Blitzlichtern, heute in Form von Legierungen im Flugzeugbau. Beim Verbrennen von Holz, Papier usw. ist darauf hinzuweisen, dass bei einer chemischen Reaktion auch gasförmige Reaktionsprodukte entstehen können (Kohlendioxid, Wasserdampf, usw.). Geräte Teclubrenner Reagenzglas Tiegelzange Chemikalien Magnesiastäbchen Platindraht Zinn-Granalien oder -Stücke Magnesiumband Holzspan Blatt Papier Versuchsablauf Ein Magnesiastäbchen wird in die Flamme des Teclubrenners gehalten und beobachtet, was passiert. Statt des Magnesiastäbchens kann auch ein Stück Platindraht verwendet werden. 2

3 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Einige Zinn-Granalien (Schmelzpunkt: 232 C) werden in ein Reagenzglas gegeben und mit dem Brenner erhitzt. Das Schmelzen des Metalls wird beobachtet. Ein Stück Magnesiumband wird mit einer Tiegelzange in die Flamme des Teclubrenners gehalten. Das Magnesium verbrennt unter greller Lichterscheinung (ACHTUNG! Nicht direkt ins grelle Licht schauen!), es entsteht Magnesiumoxid als weißes Pulver. Ein Holzspan wird an der Brennerflamme entzündet. Statt des Holzspans kann auch ein Stück Papier verwendet werden. Verbrennung von Magnesium Entsorgung Magnesium Getrennt von anderen Gefahrenstoffen in eigenem Behälter entsorgen Sicherheitshinweise Magnesium 3

4 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.2. Stoffeigenschaften Theorie Es sollen ausgewählte physikalische und chemische Eigenschaften von Stoffen experimentell untersucht werden. Zu den physikalischen Eigenschaften zählen u.a. Dichte, Siedepunkt, Schmelzpunkt, Magnetisierbarkeit, Farbe, Härte, Elastizität, elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Chemische Eigenschaften sind z.b. Brennbarkeit, Geruch, Geschmack, Reaktivität und Toxizität. Die Löslichkeit nimmt eine Zwischenstellung ein, man könnte sie als physikalisch-chemische Eigenschaft bezeichnen. Ferromagnetismus zeigen neben Eisen auch noch Nickel, Cobalt, Gadolinium, Dysprosium sowie eine Reihe von Legierungen aus Kupfer, Aluminium und Mangan (Heusler- Legierungen). Didaktische Hinweise Das Lernen wird erleichtert, wenn im Unterricht alle Sinne angesprochen werden. Die Schüler sollen also insbesondere die Möglichkeit erhalten, Dinge anzugreifen oder zu riechen. Reizende Stoffe (z.b. NH 3, SO 2 ) dürfen nur in kleinsten Mengen eingeatmet werden (mit der Hand ein wenig zufächeln), kein Schüler darf natürlich dazu gezwungen werden. Absolut verboten im chemischen Labor und damit auch im Chemieunterricht ist das Kosten von Stoffen! Geräte Waage Messzylinder 5 Cent-Stücke Stabmagnet Bleistiftspitzer Reagenzglas Uhrglas Chemikalien Wasser Aceton Versuchsablauf Es soll die Dichte von 5 Cent-Münzen experimentell bestimmt werden. Dazu müssen Masse und Volumen ermittelt werden ( = m / V). Es ist günstig, 20 Stück 5-Cent-Münzen zu verwenden. Diese wiegen etwa 78 g und verdrängen 10 cm³ Wasser (Messzylinder!). Aus der erhaltenen Dichte von 7,8 g/cm³ kann man schließen, dass die Münzen (entgegen der Erwartung vieler Schüler) nicht aus reinem Kupfer bestehen können ( = 8,9 g/cm³), die 4

5 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Dichte würde aber gut zu Eisen ( = 7,87 g/cm³) passen. Tatsächlich bestehen die 1-, 2- und 5-Cent-Münzen aus einem Eisenkern mit einer wenige µm dicken Kupferschicht. Diese Münzen werden im Gegensatz zu reinem Kupfer von einem Permanentmagneten angezogen. Auch 1- und 2-Euro Münzen sind wegen des hohen Ni-Gehaltes magnetisierbar. Eine weitere Dichtebestimmung kann mit einem Bleistiftspitzer durchgeführt werden (Klinge vorher entfernen). Dieser ist nicht aus Aluminium ( = 2,7 g/cm³), sondern aus einer magnesiumreichen Mg-Al-Legierung ( (Mg) = 1,7 g/cm³). Geruch und Brennbarkeit können am Beispiel von Aceton gezeigt werden. Das Aceton kann in einem Uhrglas entzündet werden oder in geringen Mengen an die Tafel gesprüht und dort entzündet werden. Entsorgung Aceton Gefäß für flüssige organische Abfälle halogenfrei Sicherheitshinweise Aceton 5

6 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.3. Die Masse von Gasen Theorie Der gasförmige Zustand ist der dem Verständnis am schwersten zugängliche. Luft, ein Gasgemisch, das uns ständig umgibt, wird meist mit nichts, mit leerem Raum, gleichgesetzt. Ein weit verbreitetes Fehlkonzept ist daher, dass Gas keine Masse hat, also nichts wiegt. Didaktische Hinweise Die Vorgänge des Evakuierens eines Kolbens, des Befüllens mit Luft und der Wägung des Kolbeninhaltes machen sehr deutlich, dass Gas nur ein bestimmter Zustand von Materie ist, die wie gewohnt Masse, Volumen und somit Dichte aufweist. Geräte 1 L Rundkolben mit Hahn Waage Stativmaterial Vakuumpumpe Versuchsablauf Die Masse des Rundkolbens mit offenem Hahn wird auf einer Waage bestimmt. Anschließend wird der Rundkolben mittels Vakuumpumpe entleert, der Hahn verschlossen und erneut gewogen. Beim Öffnen des Hahnes kann nun wieder eine Massenzunahme beobachtet werden. Anstelle von Luft können auch andere Gase, wie z.b. Kohlendioxid oder Methan (Erdgas) gewogen werden. Zum Befüllen des Kolbens aus Gasflaschen eignet sich am besten ein Dreiweghahn. Hat man entsprechende Druckgasflaschen zur Verfügung, kann man je einen Luftballon mit Wasserstoffgas und Kohlendioxid befüllen und das unterschiedliche Verhalten der beiden Ballons beobachten. 6

7 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Versuchsaufbau 7

8 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.4. Beziehung Struktur/Eigenschaften Theorie und didaktische Hinweise Hier soll verdeutlicht werden, dass strukturelle Eigenschaften auf Ebene der Teilchen (Atome, Moleküle), z.b. Molekülmasse und Elektronegativität, unmittelbare Auswirkungen auf die makroskopischen Eigenschaften von Stoffen, z.b. den Siedepunkt, haben. Es soll also die Mikrowelt mit der Makrowelt verknüpft werden. Als (grobes) Kriterium dafür, ob in einer Verbindung Ionenbindung oder Atombindung (kovalente Bindung, Elektronenpaarbindung) auftritt, kann die Elektronegativitätsdifferenz herangezogen werden. Es gilt: 1,5: Ionenbindung 1,5: kovalente Bindung Für 0,5 liegt eine polare kovalente Bindung vor, darunter eine unpolare. Der Siedepunkt eines Stoffes ist nun in erster Näherung von der Molekülmasse und der Polarität der Verbindung abhängig. Hierzu einige Beispiele: 1) SO 2 und SO 3 haben gleiche Polarität (polare, kovalente Bindung), es sollten also Molmasse und Siedepunkt in Beziehung gebracht werden können (Sdp.(SO 2 ) = 10 C, Sdp.(SO 3 ) = +44 C). 2) H 2 O und NH 3 haben ungefähr gleiche Molmassen (M(H 2 O) = 18 g/mol, M(NH 3 ) = 17 g/mol), man kann also und den Siedepunkt miteinander vergleichen. (H 2 O) = 1,3; (NH 3 ) = 0,9; das wesentlich stärker polare Wasser hat einen viel höheren Siedepunkt als Ammoniak (Sdp.(H 2 O) = 100 C, Sdp.(NH 3 ) = 33 C). Ähnliche Überlegungen kann man auch mit Schmelzpunkten anstellen. So steigen die Schmelzpunkte innerhalb der Gruppe der Halogene (unpolare X 2 -Moleküle) kontinuierlich an. Wie aus untenstehender Abbildung ersehen werden kann, ist für die homologe Reihe von Cl 2 bis At 2 die Abhängigkeit von Siede- und Schmelzpunkt von der Molmasse M sogar linear. Iod (I 2 -Moleküle) und Schwefel (S 8 -Moleküle, natürlich beide unpolar) haben etwa dieselbe Molmasse und deshalb denselben Schmelzpunkt usw. 8

9 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 9

10 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.5. Einteilung der Stoffe - Gemische Theorie Gemische bestehen im Gegensatz zu Reinstoffen aus zwei oder mehreren chemisch verschiedenen Substanzen. Diese können durch physikalische Trennmethoden (siehe Kap. 1.7.) aufgetrennt werden. Man unterscheidet homogene, einphasige Gemische und solche, die aus mehr als einer Phase (durch Grenzflächen abgetrennte Bereiche) bestehen und daher heterogen sind. Diese heterogenen Gemische werden als Gemenge bezeichnet. Diese erscheinen entweder bereits makroskopisch (mit dem Auge betrachtet) inhomogen wie Sand + Kochsalz, Gesteine (z.b. Granit) oder mikroskopisch inhomogen wie Suspensionen (Schlamm, Löschkalk), Emulsionen (Milch, Butter, Mayonnaise) und kolloide Lösungen (z.b. Dispersionsfarbe). Die so genannten echten Lösungen, wo einzelne Atome, Ionen oder Moleküle gemischt vorliegen (molekular dispers), sind homogene Gemische und bestehen auch mikroskopisch betrachtet nur aus einer Phase. Es gibt gasförmige homogene Gemische (z.b. Luft), flüssige (Lösungen, Flüssigkeitsgemische) und feste (Legierungen, Mischkristalle). Didaktische Hinweise Hier werden nur die Gemenge näher betrachtet, da homogene Gemische ohnehin häufig in den anderen Kapiteln vorkommen. Ziel ist es, die Systematik und Einteilung der Stoffe verständlich zu machen. Dabei sollte mit möglichst vielen anschaulichen Beispielen, die den Schülern bereits bekannt sind, gearbeitet werden. Eine sinnvolle Übung dazu ist, bekannte Stoffe in das Schema einordnen zu lassen. Zu beachten sind zweierlei Dinge: i; Die Ambivalenz von Begriffen in Alltag und Chemie, ii; die Abgrenzungen sind zum Teil willkürlich und es gibt Fälle, die sich nicht genau in das Schema einordnen lassen. Zudem werden die verwendeten Begriffe nicht in allen Lehrbüchern einheitlich gebraucht. Geräte Reagenzgläser mit Stopfen Bechergläser Chemikalien Sand fein Kochsalz Gestein (z.b. Granit, Schiefer, etc.) Löschkalk (CaO + Wasser) Dispersionsfarbe Speiseöl Eigelb 10

11 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Versuchsablauf Feste Gemenge Im Becherglas wird ein Gemisch aus Sand und Kochsalz hergestellt (siehe auch Kap. 1.4.). Ein Gestein wird genauer betrachtet. Suspensionen Eine Suspension von Calciumhydroxid in Wasser (Löschkalk) wird hergestellt. Dazu schlemmt man am besten etwas CaO in Wasser auf. Eine beginnende Auftrennung der milchigen Flüssigkeit in festes Ca(OH) 2 und Wasser kann nach einigen Minuten beobachtet werden. Im Vergleich dazu trennt sich die Dispersionsfarbe (kolloide Lösung) auch nach langem Stehen nicht auf. Achtung: Löschkalk ist stark alkalisch und daher ätzend! Emulsion Emulsionen sind feinste Verteilungen zweier nicht homogen mischbarer Flüssigkeiten. Zu ihrer Stabilisierung dienen Emulgatoren, die auch als Lösungsvermittler bezeichnet werden. Dabei werden kleine Tröpfchen der einen Flüssigkeit von Emulgatormolekülen eingeschlossen und so in der anderen Flüssigkeit gehalten. Sehr häufig vorkommende Emulsionen sind Wasser/Öl-Gemische. Ist das Öl in Wasser emulgiert, spricht man von O/W- Emulsionen (z.b. Milch), im umgekehrten Falle von W/O-Emulsionen (Mayonnaise, Butter). Im Eigelb enthaltenes Lezithin dient bei den folgenden Versuchen als Emulgator. In zwei Reagenzgläsern werden ca. 10 ml Wasser und 1 ml Öl gegeben. Nur in ein Reagenzglas kommt ein Tropfen Eigelb. Beide Reagenzgläser werden nun kräftig geschüttelt. Ohne Emulgator tritt sehr rasch wieder Entmischung ein, während mit Emulgator die Mischung über Stunden stabil bleibt. In einem zweiten Versuch geht man ähnlich vor. Man nimmt nun aber nur 1 ml Wasser und 10 ml Öl. Hier ist der Unterschied mit/ohne Lezithin noch drastischer. Entsorgung Calciumoxid in den Abfluss, mit Wasser nachspülen Sicherheitshinweise Calciumoxid 11

12 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.6. Ölbrand und Feuerball Theorie Gerät eine brennbare, mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit mit geringerer Dichte als Wasser in Brand, so darf keinesfalls mit Wasser gelöscht werden. Wasserzutritt fördert den Brand, da die brennbare Substanz fein verteilt wird (Aufschwimmen, Spritzen, Verteilung an kondensierenden Wassertröpfchen) und somit rascher verbrennt. Dies trifft nicht nur auf Ölbrände, sondern auch auf Benzinbrände und Lösungsmittelbrände (z.b. Ether) zu. Didaktische Hinweise Der Versuch ist sehr eindrucksvoll und zudem sicherheitsrelevant! Schon in Kinderliedern wird Wasser als Löschmittel besungen und auch die Volksmeinung lautet nicht anders. Leider ist Wasser kein universell einsetzbares Löschmittel. Jährlich gibt es in Österreich hunderte Küchenbrände, die nicht selten durch Überhitzung von Speiseöl ausgelöst werden. Menschen, die versuchten, brennendes Öl mit Wasser zu löschen, erlitten schwerste Verbrennungen mit gelegentlich tödlichem Ausgang. Es bietet sich auch die Gelegenheit, auf alternative Löschmittel einzugehen. Geräte Kleine Pfanne oder Eisenschale mit Deckel Kochplatte Spritzflasche und Schlauchmaterial Tiegelzange Reagenzgläser Reagenzglashalter Becherglas Teclubrenner Hitzebeständige Handschuhe Schutzschild Chemikalien Speiseöl Paraffin ( Kerzenwachs ) Versuchsablauf Ölbrand ACHTUNG! Dieser Versuch kann nur in einem verschließbaren Abzug oder im Freien durchgeführt werden. Zuerst bastelt man sich mit Spritzflasche und Schläuchen eine Vorrichtung, um Wasser aus sicherer Entfernung bzw. von außerhalb des Abzuges in die Pfanne zu spritzen. Man füllt, den Boden bedeckend, Speiseöl in die Pfanne und erhitzt auf einer elektrischen Kochplatte bei voller Leistung. Das Öl beginnt zu rauchen und entzündet sich nach einigen Minuten von selbst. Heizplatte sofort ausschalten. Nun wird demonstriert, dass der Brand durch Abstellen 12

13 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e der Heizquelle und Abdecken (Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr) rasch zu löschen ist. Man nimmt nach kurzer Zeit den Deckel wieder ab, um zu zeigen, dass sich das noch heiße Öl auch ohne weiteres Erhitzen nach wenigen Sekunden wieder entzündet Nun wird gezeigt was passiert, wenn man versucht, den Brand mit Wasser zu löschen. Beim kurzen Sprühen von Wasser in das brennende Öl entsteht ein beeindruckender Feuerball, heißes Öl spritzt heraus und das Öl brennt nachher immer noch weiter. Ölbrände im Haushalt können durch Abdecken (Deckel, Löschdecke, etc.) und Feuerlöscher für die Brandklasse B (z.b. Pulverlöscher, CO 2 -Löscher) bekämpft werden. Großflächige Ölund Fettbrände gehören zur Brandklasse F und verlangen professionellen Löscheinsatz. Selbstentzündung von Speiseöl durch Erhitzen 13

14 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Spontane Wiederentzündung "Löschversuch" mit Wasser Feuerball Dieser etwas unglücklich auch als chemischer Flammenwerfer bezeichnete Versuch fällt wohl in die Kategorie Schauversuche und passt thematisch zu diesem Kapitel. ACHTUNG! Handschuhe und Visier tragen! Man braucht bei diesem Versuch Paraffin, welches man am besten aus Überresten von Kerzen und Teelichtern gewinnt. Nur spezielle Kerzen sind aus echtem Wachs, welches chemisch in eine ganz andere Substanzklasse fällt und für diesen Versuch nicht geeignet ist. Man gibt ca. 2-3 cm hoch Paraffinstücke in ein trockenes Reagenzglas und erhitzt mit harter Brennerflamme, bis das Paraffin schmilzt und in weiterer Folge siedet. Nach ca. 30 Sekunden 14

15 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Sieden setzt man das Reagenzglas rasch in ein mit Wasser gefülltes Becherglas. Eine bis zu einen Meter hohe Stichflamme entweicht aus dem Reagenzglas. Feuerball Entsorgung Rückstände von Speiseöl Gefäß für flüssige organische Abfälle halogenfrei 15

16 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e 1.7. Trennmethoden Theorie Das Auftrennen von Gemengen und Gemischen verschiedener Reinstoffe ist ein Standardvorgang bei unzähligen Prozessen in Natur und Technik. Grundlage jeder Trennung sind Unterschiede bei den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Komponenten. Die Anzahl der Methoden ist groß - mit Dekantieren, Filtrieren, Zentrifugieren, Absorbieren, Adsorbieren, Extrahieren und Destillieren seien nur einige recht bekannte Beispiele genannt. Didaktische Hinweise Jeder kennt aus seinem Alltag Trennmethoden, ist sich aber des Zusammenhanges mit diesem Kapitel des Chemieunterrichts nicht bewusst. Als Einstieg sollte man daher zumindest in der Unterstufe nicht zögern, mit recht einfachen Versuchen wie z.b. der Auftrennung von Sand/Kochsalz-Gemengen zu beginnen. Dieses Unterrichtsthema eignet sich bestens zum Einsatz von Schülerexperimenten und sollte auch weitgehend auf diese Weise behandelt werden. Dabei eröffnen sich der Lehrkraft mannigfaltige Möglichkeiten und es muss betont werden, dass hier nur einige Beispiele angeführt sind. Geräte Reagenzgläser Bechergläser Trichter Rundfilter Reagenzglasgestell Destillationsapparatur mit Thermometer Kristallisierschalen Teclubrenner Reibschale mit Pistill Laufmitteltrog Kieselgel-DC-Platten Chemikalien Sand fein Kochsalz Himbeersaft Aktivkohle Rotwein Filzstifte (verschiedene Farben, vorwiegend schwarz und braun) grüne Blätter (evt. Spinat) Quarzsand grob Aceton Petrolether 2-Propanol 16

17 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Versuchsablauf Filtration Abdampfen Im Becherglas wird ein Gemenge aus Sand und Kochsalz in Wasser aufgenommen und gut vermengt. Die Suspension wird filtriert. Aus dem Filtrat wird Wasser solange abgedampft, bis wieder Salz im Reagenzglas zurückbleibt. Alternativ kann auch ein Löffel zum Eindampfen verwendet werden. Eine Variante dieses Versuches mit Praxisbezug ist die Gewinnung von Kochsalz aus Salzstein (z.b. als Lecksteine für Land- und Forstwirtschaft erhältlich). Dabei wird der Salzstein zerkleinert und dann genau so vorgegangen wie bei Sand/Kochsalz. Zentrifugieren Eine Suspension von Calciumhydroxid in Wasser wird zentrifugiert. Dazu schlemmt man am besten etwas CaO in Wasser auf. Eine vollständige Auftrennung der milchigen Flüssigkeit in festes Ca(OH) 2 und Wasser kann beobachtet werden. Die Auftrennung erfolgt durch unterschiedliche Dichte der Reinstoffe im Gemenge. Auch Emulsionen können auf diese Weise getrennt werden, z.b. Milch (Butterherstellung) oder Blut (Trennung von Serum und Plasma). Ein Alltagsbezug ist durch die Verwendung von Zentrifugen im Haushalt (Waschmaschine, Kaltentsafter, Salatschleuder) gegeben, wobei hier aber die Auftrennung über ein Sieb erfolgt und nicht durch die unterschiedliche Dichte. Adsorption In einem Becherglas wird etwas Himbeersaftkonzentrat mit Wasser 1:1 verdünnt und ein Esslöffel Aktivkohlepulver gut eingerührt. Die Suspension wird filtriert. Achtung: Nicht alle erhältlichen Aktivkohleprodukte erwiesen sich als geeignet. Die Körnung sollte nicht zu fein aber keinesfalls zu grob sein. Natürlich ist die Kohle nur dann aktiv, wenn sie nicht zu lange offen gelagert wurde. Gesättigte Kohle lässt sich durch Ausheizen unter dynamischem Vakuum reaktivieren. Ein weiterer Versuch beschäftigt sich mit dem so genannten Superabsorber in Babywindeln. Es handelt sich dabei um ein Polymer, das sehr viel Wasser ad- und absorbieren kann. Eine geeignete Babywindel mit körnigem Adsorberpolymer (z.b. Pampers Active Fit) wird aufgerissen und in einen Plastiksack gesteckt. Dieser wird nun kräftig geschüttelt, so dass das Polymer aus der Windel fällt. Das Polymer kommt dann in ein 400 ml Becherglas und wird mit ml Wasser übergossen. Es entsteht eine feste Masse das Becherglas kann auf den Kopf gestellt werden, ohne dass Wasser ausfließt. Chromatographie Versuch A: In einem Rundfilter wird in der Mitte ein Loch gestochen, durch das man einen Docht aus eingerolltem Filterpapier steckt. Im Abstand von etwa 2 cm rund um den Docht werden mit verschiedenen wasserlöslichen Filzstiften Kreissegmente auf das Filterpapier aufgetragen. Man stellt nun den Rundfilter mit dem Docht in eine Kristallisierschale mit Wasser und beobachtet die entstehende Farbtrennung. Außer Filzstiften können mit dieser Technik auch Lebensmittelfarbstoffe aufgetrennt werden, wobei als Laufmittel eine Lösung von 2,5 % Na-Citrat in 5 %iger NH 3 -Lösung dient. Der Vorteil der Filzstifte ist, dass sie sich ohne weitere Schritte bereits zum Auftragen eignen und Wasser als Laufmittel geeignet ist. 17

18 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Chromatographie, Versuch A Versuch B: Man zerreibt frische, grüne Blätter mit Quarzsand und Aceton in der Reibschale und filtriert die Farbstofflösung ab. Als Laufmittel stellt man eine Mischung aus 10 Teilen 2- Propanol und 100 Teilen Petrolether her. Auf einer Kieselgel-DC-Platte bringt man mittels Kapillare einen Punkt der Farbstofflösung auf und stellt die Platte in den mit Laufmittel ca. 1 cm hoch gefüllten Laufmitteltrog. Gut geeignet für diese Dünnschichtchromatographie ist auch das Aceton-Extrakt von Paprikapulver. Das Pulver sollte aus einer frisch geöffneten Packung stammen. Chromatographie, Versuch B Destillation Als Beispiel sei hier die Rotweindestillation angeführt. Rotwein wird in der Destillationsapparatur unter Beobachtung der Siedetemperatur destilliert. Zum Vergleich wird anschließend versucht, etwas Rotwein und etwas Destillat zu entzünden. Eine Option ist, die Dichte und somit den Alkoholgehalt des Destillats zu bestimmen. Dieser Versuch entspricht im Groben der Herstellung von Weinbrand. 18

19 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Destillationsapparatur - Lehrerversuch Destillationsapparatur - Schülerversuch 19

20 A n o r g a n i s c h e / M a t e r i a l c h e m i e Entsorgung Petrolether flüssige organische Abfälle, halogenfrei Aceton flüssige organische Abfälle, halogenfrei Ethanol in den Abfluss, mit Wasser nachspülen 2-Propanol flüssige organische Abfälle, halogenfrei Sicherheitshinweise Petrolether Aceton Ethanol 2-Propanol 20