Chemische Reaktionen ergeben neue Stoffe mit neuen Eigenschaften

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1 1 Grundbegriffe 1.1 Die Entwicklung der Chemie Im Vergleich zu anderen Naturwissenschaften wie der Physik oder der Biologie ist die Chemie eine junge Wissenschaft. Denn erst vor etwa 200 Jahren gelangten Forscher wie ANTOINE LAVOISIER oder JOHN DALTON zu Erkenntnissen, die auch heute noch Gültigkeit besitzen. 1.2 Physikalische und Chemische Vorgänge Physikalische Vorgänge Vorgänge wie das Brechen von Holz oder das Schmelzen eines Eiswürfels werden als physikalische Vorgänge bezeichnet. Die Körper ändern zwar ihre äussere Form oder ihren Aggregatszustand, ihre Substanz bleibt aber unverändert Chemische Vorgänge Wird der Stoff hingegen in eine neue Substanz mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften umgewandelt, wie dies z. B. bei einer Verbrennung der Fall ist, so handelt es sich um einen chemischen Vorgang. Chemische Reaktionen ergeben neue Stoffe mit neuen Eigenschaften 1.3 Einteilung der Stoffe In der Natur und Technik sind einige Millionen verschiedene Stoffe bekannt. Alle bestehen letztlich aus kleinsten Teilchen. Um eine Übersicht zu schaffen, ist eine Einteilung dieser Stoffe in verschiedene Stoffgruppen mit jeweils vergleichbaren Eigenschaften unumgänglich Homogene und heterogene Gemische Die meisten in der Natur vorkommenden Stoffe sind Gemische, d.h. sie bestehen aus mehreren Stoffen. Viele von ihnen zeigen (manchmal erst unter dem Mikroskop) ein uneinheitliches (=heterogenes) aussehen (z. B. Holz, Granit, ). Sie werden deshalb als heterogene Gemische bezeichnet. Andere Gemische hingegen (z. B. Kochsalzlösung, Luft, ) sehen einheitlich (=homogen) aus. Man bezeichnet sie daher als homogene Gemische.

2 1.3.2 Arten von Gemischen In der Natur gibt es kaum Reinstoffe (siehe 1.4), Gemische dafür umso mehr Trennung von Gemischen Zur Trennung eines Gemisches werden die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften seiner Bestandteile ausgenutzt. Löslichkeit in bestimmten Lösungsmittel Dichte Siedepunkt, Schmelzpunkt Elektrische Leitfähigkeit Trennverfahren beruht auf Beispiel Sortieren, Auslesen optische Kartoffeln sortieren Unterschiede (Grösse, Form) Sieben Grösse Kies auftrennen Filtrieren Grösse, fest/flüssig Filterkaffee Sedimentieren Dichte Urinsediment Zentrifugieren Dichte Blut auftrennen Ausschmelzen Schmelzpunkt Metall aus Erzen Verdunsten/Abdampfen Siedepunkt Salzwasser entsalzen Destillieren Siedepunkte dest. Wasser, Schnaps Extrahieren Löslichkeit Tee zubereiten Chromatographieren Fliessfähigkeit Filzstiftfarben auftrennen Elektrophorese Ladung Erbmaterial auftrennen mit elektrischem Strom

3 1.4 Verbindungen, Elemente Ein Reinstoff kann ein Element sein oder eine Verbindung Verbindung Verbindungen können durch physikalische Verfahren nicht weiter aufgetrennt werden. Durch chemische Reaktionen ist allerdings in den meisten Fällen eine weitere Zerlegung möglich. Verbindungen bestehen demzufolge immer aus mehreren Atomsorten. Wasser (H 2 O) kann beispielsweise mittels elektrochemischer Reaktion in Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zerlegt werden Element Wasser besteht dementsprechend aus noch kleineren Bestandteilen, nämlich Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Diese lassen sich hingegen durch chemische Reaktionen nicht mehr in weitere Stoffe zerlegen, sie sind Elemente. Elemente werden auch als Grundstoffe bezeichnet und bestehen aus einer einzigen Atomsorte. alle Stoffe Gemische Physikalische Trennverfahren Reinstoffe Homogene Gemische Heterogene Gemische Elemente Verbindungen 1 2 1: Chemische Aufbaureaktion 2: Chemisches Trennverfahren

4 Beispiele der Stoffeinteilung Stoff Einteilung Begründung Papier Luft heterogenes Gemisch homogenes Gemisch besteht aus Zellulose, Leim, Farbe etc; Bestandteile mindestens unter dem Mikroskop unterscheidbar. 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, CO 2, Edelgase, Abgase...; Teilchen auch mit dem Mikroskop nicht unterscheidbar; in flüssigem Zustand (tiefe Temperaturen) durch Destillation auftrennbar. Sauerstoff Element Im PSE enthalten, nur 1 Teilchen-sorte (Formel O 2 ). Eisen Element im PSE enthalten Kunststoff (z.b. Plastiksack) homogenes Gemisch Enthält Kunststoff (Verbindung) und Farbe (Verbindung); Farbe mit geeignetem Verfahren extrahierbar. Ethanol Verbindung Formel C 2 H 5 OH (Sprit, Trinkalkohol) Hämoglobin Verbindung Moleküle mit vielen verbundenen Atomen (Formel im Prinzip bekannt)

5 Homogene Gemischtypen Aggregatzustände der Gemischbestandteile Beispiele Legierung fest - fest Messing, Bronze Lösungen fest - flüssig Salzwasser flüssig - flüssig Desinfektionsalkohol gasförmig - flüssig Gasgemische gasförmig - gasförmig Luft In Wasser gelöste Luft Homogene Gemische sind einheitliche Gemische. Die Gemischbestandteile (Teilchen) sind von Auge oder mit dem Mikroskop nicht unterscheidbar. Heterogene Gemischtypen Aggregatzustände der Gemischbestandteile Beispiele Gemenge fest - fest Gartenerde Suspension fest - flüssig Blut, Zahnpasta Emulsion flüssig - flüssig Milch, Salben, Crèmen Aerosole: Nebel flüssig - gasförmig Spraywolke Schaum gasförmig - flüssig Badeschaum Rauch fest - gasförmig Zigarettenrauch Heterogene Gemische sind uneinheitliche Gemische. Die Gemischbestandteile (Teilchen) sind von Auge oder mit dem Mikroskop unterscheidbar (Form, Grösse, Farbe, etc.)

6 1.4 Übungen Welche der folgenden Stoffe sind heterogene Gemische, welche homogene Gemische? Welche sind Reinstoffe? Kochsalz, Brot, Kristallzucker, Milch, Wein, Rauch, Tinte Wie könnte die folgenden Gemische getrennt werden: a) Zucker + Sand b) Wasser + Zucker c) Alkohol + Wasser Wie kann aus der bei der Müllverbrennung entstehenden Asche der darin enthaltene Eisenschrott abgetrennt werden?

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