Naturwissenschaft Vermutungswissen Alles ist Chemie!!! Analyse Synthese

Transkript

1 SPF 2 Chemie Was ist Chemie? - Chemie ist eine Naturwissenschaft Wie schafft eine Naturwissenschaft wissen? - Vermutungswissen; naturwissenschaftlicher Erkenntnisgang Womit beschäftigt sich die Chemie? - Alles ist Chemie!!! - Stoffe, ihr Aufbau und ihre Umwandlung - Analyse und Synthese

2 Stoffe Alle Dinge in unserer Umgebung bestehen aus Stoffen. Die Stoffe lassen sich einteilen in......reinstoffe und Gemische. Um Gemische genauer zu untersuchen, müssen sie in Reinstoffe getrennt werden. Dies geschieht mit Hilfe verschiedener......trennmethoden. Die erhaltenen Reinstoffe können weiter aufgeteilt werden in......elemente (im PSE) und Verbindungen. Die Verbindungen können in die Elemente zerlegt werden, aus denen sie bestehen. Dies nennt man......analyse.

3 Stoffeigenschaften Alle Stoffe besitzen Eigenschaften, an Hand derer sie klar identifiziert werden können und deren Kenntnis wichtig ist, um die Stoffe als Werkstoff benutzen zu können. Fertige eine Tabelle an mit allen Stoffeigenschaften, die du kennst. Gib an, ob die Eigenschaft quantifizierbar ist und wofür das Wissen über die Stoffeigenschaft nützlich sein kann. Stoffeigenschaft... Quantifizierbar? (Einheit) Nutzen

4 Quantifizierbare Eigenschaften - Schmelz- und Siedetemperatur (auch Erstarrungs-und Kondensationstemperatur oder Fest-, Schmelzpunkt...) in C: Aggregatzustände - Dichte (ρ; rho) in g/cm 3 oder g/ml: Wie Misst man die Dichte von Feststoffe, Flüssigkeiten und Gasen? - Löslichkeit in g/100g Lösungsmittel (z.b. g/100g Wasser, also g/100ml Wasser): Wie ändert sich die Löslichkeit mit der Temperatur? --> Arbeitsblatt (wer nicht alles schafft, macht den Rest als Hausaufgabe)

5 Stoffgruppen Auf Grund der Stoffeigenschaften lässt sich von jedem Stoff eine Art Steckbrief erstellen. Die Stoffe können grob in Unterkategorien geordnet werden: - Metalle: Glanz, Verformbarkeit, gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit - Salzartige Stoffe: hohe Schmelz- und Siedetemperatur, bilden Kristalle, nur elektrisch leitfähig als Schmelze oder in Lösung - Flüchtige Stoffe: niedrige Schmelz- und Siedetemperaturen, bei Raumtemperatur oft flüssig oder gasförmig, schlechte elektrische Leitfähigkeit

6 Der Alkoholiker Ein Alkohol-Liebhaber schwört auf Vodka mit ca. 45% Alkohol. Auf Urlaubsreise entdeckt er eine Flasche fast reinen (95%) Trinkalkohol und denkt sich: Fein, daraus stelle ich mir durch Mischen mit einer Flasche Wasser zwei Flaschen Vodka her. Warum ist der Herr am Ende eventuell enttäuscht?

7 Das (erste) Teilchenmodell Alle Stoffe bestehen aus kleinen, kugelförmigen Teilchen. Die Teilchen eines Stoffes sind untereinander gleich. Die Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich in Größe und Masse. Mit Hilfe des Teilchenmodells lassen sich viele physikalische Vorgänge erklären Ziehe aus dem Becherglas einen Zettel mit einem Vorgang. Denke nach und fertige eine Zeichnung im Teilchenmodell an mit der du den Vorgang erklären kannst (auf ein A4 Blatt; nutze Farben). Einige Begriffe kommen zweimal vor. Wenn du einen Vorgang nicht verstehst, frage mich oder Kollegen. Hänge die Zeichnung auf (z.b. Fenster). Wir machen einen Rundlauf.

8 Gemische Als Chemiker wollen wir unbekannte Stoffe auf ihre Eigenschaften untersuchen. Der erste Schritt ist es, Gemische in Reinstoffe zu trennen. Dazu müssen wir wissen, welche Gemische es gibt. Die Aggregatszustände der Bestandteile und die Mischbarkeit der Bestandteile bestimmen das Gemisch. Aggregatszustände: fest, flüssig, gasförmig Mischbarkeit: gut --> keine Grenze zwischen den Stoffen erkennbar (Phasengrenze) = homogen Schlecht --> Phasengrenze erkennbar = heterogen Wir erstellen eine Tabelle mit den Gemischarten.

9 Trennmethoden Um die Stoffe in der Natur untersuchen zu können, müssen sie möglichst rein vorliegen. Der erste Schritt einer Analyse ist es, Gemische in Reinstoffe zu trennen. Es gibt eine Vielzahl von Trennmethoden, die jeweils auf eine bestimmte Art von Gemisch zugeschnitten sind Schau dir die Begriffe zu den Trennmethoden an, überlege dir, ob du weißt, wie die Methode jeweils funktioniert. Kläre unbekannte Methoden mit deinen Klassenkameraden oder mit mir und versuche eine Ordnung in die Begriffe zu bringen. Ordne nach: - Trennung eines homogenen oder heterogenen Gemisches - Trennung von festen, flüssigen oder gasförmigen Phasen - Stoffeigenschaft, nach der zu trennende Stoffe unterschieden werden. --> ordne immer wieder um!

10 Beispiel aus der Industrie Gewinnung von Trinkwasser aus dem Meer Weitere Beispiele: Gewinnung von Kochsalz aus Steinsalz; Gewinnung von Metallen aus Erzen; Destillation von Erdöhl zur Erzeugung u.a. von Benzin

11 Beispiel aus der Forschung Zellfraktionierung durch Zentrifugation

12 Die Chromatographie Ein vielfältiges Trennverfahren Schnelles und schonendes Trennverfahren. Bei der Chromatographie nutzt man entweder die unterschiedliche Verteilung von Stoffen in zwei verschiedenen Phasen oder die unterschiedlich große Adsorption von Stoffen an einem Material. Somit halten sich Stoffe unterschiedliche lange in oder auf dem Trennmaterial des Chromatogrpahen auf. Anwendungsbeispiele: -Gaschromatographie -Papierchromatographie -Dünnschichtchromatographie -Säulenchromatographie

13 Chromatographie Aufgabe: -Lies die Texte zur Chromatographie und sieh dir die Bilder an. -Versuch folgenden Begriffe zu klären: -Mobile und stationäre Phase -Adsorption -Retentionsfaktor und Retentionszeit -Welche Rolle spielt das Gleichgewicht bei der Chromatographie? Welches Gleichgewicht? -Woher kommt der Name der Trennmethode?

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15 Die chemische Reaktion Die Chemie beschäftigt sich mit Stoffen und ihren Eigenschaften. Die Dinge in unserer Umwelt bestehen aus vielen verschiedenen Stoffen, die häufig miteinander vermischt sind. Mit Hilfe verschiedener Trennmethoden werden Reinstoffe gewonnen. Die Reinstoffe können charakterisiert werden, aber, wenn es sich um Verbindungen handelt, auch noch weiter zerlegt werden in ihre Elemente. Diesen Vorgang nennt man Analyse. Er ist eine chemische Reaktion.

16 Die Synthese Die Umkehrung der Analyse ist die Synthese. Aus Elementen wird ein neuer Stoff hergestellt. Reagieren Schwefel und Silber miteinander, so entsteht der neue Stoff Silbersulfid. Die Reaktion kann mit Hilfe eines Reaktionsschemas und einer Reaktionsgleichung dargestellt werden: Silber + Schwefel --> Silbersulfid 2Ag + S --> Ag 2 S

17 Merkmale einer chem. Reaktion Typische Beispiele chemischer Reaktionen sind Verbrennungen. Es sind Reaktionen an denen das Element Sauerstoff (O 2 ) beteiligt ist. Merkmale: - Es entstehen neue Stoffe. - Die Eigenschaften des Sauerstoffes und des Brennstoffes werden verändert. - Es wird Energie umgesetzt. - Die Massen der Stoffe bleiben erhalten.

18 Chemische Reaktion im Teilchenmodell Synthese <----> Analyse Von Silbersulfid

19 Chemische Reaktion und Energie Chemische Stoffe haben einen bestimmten Energiegehalt (innere Energie). Nahrungsmittel sind chemische Stoffe mit hohem Energiegehalt. Abfallprodukte des Stoffwechsels, wie Wasser und CO 2 haben einen niedrigen Energiegehalt. Chemische Reaktionen können entweder zu energieärmeren oder energiereicheren Produkten führen. Dies hängt auch vom Energiegehalt der Edukte ab. Energie Nahrung Wachs Silber + Schwefel CO 2 CO 2 Silbersulfid

20 Exotherm und endotherm und Aktivierungsenergie Damit chemische Reaktionen ablaufen braucht es eine Aktivierung der Stoffe. Dies ist unabhänhig vom energetischen Zustand von Produkten und Edukten. Die notwendige Energie heißt Aktivierungsenergie

21 Massenerhaltung Konstante Massenverhältnisse Stöchiometrie Chemische Reaktionen Vollständigkeit Energetik Geschwindigkeit Gleichgewichtslehre Thermodynamik Kinetik