1 Eigenschaften und Aufbau von Stoffen

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1 Inhaltsverzeichnis Entsorgung von Chemikalienresten 8 Laborgeräte 9 Basiskonzepte im Chemieunterricht 10 Chemie ist überall 12 Methode: Sicher experimentieren 14 Methode: Der Umgang mit dem Gasbrenner 16 Methode: Wir fertigen ein Versuchsprotokoll an 18 Pinnwand: Laborgeräte richtig verwenden 19 Methode: Wie arbeitet ein Naturwissenschaftler? 20 1 Eigenschaften und Aufbau von Stoffen 3 Chemische Reaktionen im Alltag 46 Chemische Reaktion mit Schwefel 48 Exkurs: Chemisches Licht 49 Müllverbrennung: Wo bleibt der Müll? 50 Gesetz von der Erhaltung der Masse 51 Elemente und Verbindungen 52 Im Reich der Elemente 53 Alle Stoffe bestehen aus Atomen 54 Exkurs: Modelle helfen beim Verstehen 55 Exkurs: Ein Atommodell ganz einfach erklärt! 56 Atome und Moleküle in der Luft 58 Symbole und Formeln: Die Sprache der Chemie 59 Blick in die Nanowelt der Atome 60 Exkurs: So arbeitet ein Rastertunnelmikroskop 61 Basiswissen 62 Trainer Eigenschaften und Aufbau von Stoffen 22 Unsere Umwelt eine bunte Vielfalt von Stoffen 24 Mini-Projekt: Lernen an Stationen: Stoffe mit den Sinnen untersuchen 26 Stoffe erkennen mit unseren Sinnesorganen 27 Stoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein 28 Methode: So erstellt man eine Temperaturkurve 29 Stoffe mit Hilfsmitteln untersuchen 30 Steckbriefe und Stoffgruppen 34 Pinnwand: Stoffe richtig eingesetzt 36 Pinnwand: Werkstoff und Beruf: Wer braucht was? 37 Umgang mit Gefahrstoffen im Labor 38 Gefährliche Stoffe im Haushalt 40 Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen 42 Exkurs: Zauberei mit Wasser und Alkohol? 43 Die kleinen Teilchen näher betrachtet 44 Exkurs: Teilchenmodell und Aggregatzustand ganz einfach! 45 Von der Saline zum Kochsalz 66 Kochsalz im Alltag 68 Salzgewinnung heute 70 Exkurs: Wer braucht das viele Salz? 71 So gewinnt man Kochsalz im Labor 72 Exkurs: Trennung im Teilchenmodell 74 Die Eigenschaften von Kochsalz 75 Das Kern-Hülle-Modell der Atome 76 Exkurs: Das Rutherford-Experiment 77 Der Atomkern 78 Exkurs: Isotope 79 2 Von der Saline zum Kochsalz

2 4 Inhaltsverzeichnis Die Elektronenhülle des Atoms 80 Exkurs: Licht verrät den Bau der Elektronenhülle 81 Atombau und Periodensystem 82 Exkurs: Nebengruppenelemente im Periodensystem 83 Exkurs: Das Periodensystem ganz einfach! 84 Ionenbildung: Aus Atomen werden Ionen 86 Exkurs: Vom Atom zum Ion ganz einfach! 89 Ionenbindung: Ordnung in Kristallen 90 Eigenschaften von Salzen 91 Pinnwand: Salze 92 Trinkwasser aus Meerwasser 94 Weitere Trennmethoden 96 Methode: Stoffe trennen ganz einfach! 97 Basiswissen 98 Trainer Energie aus Stoffen Richtig Feuerlöschen! 119 Verbrennungen sind chemische Reaktionen mit Sauerstoff 120 Analyse und Synthese von Wasser 122 Das Wasserstoff-Auto 123 Energie bei chemischen Reaktionen 124 Exkurs: Energie im Diagramm 126 Brennwerte von Treibstoffen 127 Bindung bei Molekülen: Die Elektronenpaarbindung 128 Exkurs: Die Lewis-Schreibweise 129 Exkurs: Elektronenpaarbindung ganz einfach! 130 Exkurs: Moleküle räumlich betrachtet 131 Methan - überall zu finden 132 Exkurs: Brennendes Eis: Methanhydrat 133 Kohlenwasserstoffe als Brennstoffe 134 Pinnwand: Vielfalt der Kohlenwasserstoffe 135 Atome ordnen sich unterschiedlich an 136 Methode: Zwei Modelle für die Bindigkeit (Wertigkeit) 138 Reaktionsgleichungen aufstellen 139 So gelangen Schadstoffe in die Luft 140 Treibhauseffekt und CO 2 -Bilanz 141 Pinnwand: Die Belastung der Luft 142 Exkurs: Der Auto-Abgas-Katalysator 144 Exkurs: Der Rußpartikel-Filter 144 Alkohol als Treibstoff 145 Treibstoffe aus Nahrungsmitteln 146 Methode: Pro-und-Contra-Diskussion 147 Basiswissen 148 Trainer Energie aus Stoffen 102 Energie im Alltag 104 Energie aus der Nahrung 106 Feuer nützlich und schädlich 108 Pinnwand: Feuer schafft Wärme, Licht und Bewegung 109 Wie funktioniert eine Kerze? 110 Wie Feuer entsteht 90 Exkurs: Wie funktionieren Wunderkerzen? 114 Exkurs: Vorsicht beim Grillen! 114 Exkurs: Hilfe: Ein Fettbrand! 115 Pinnwand: Brandgefahren überall 116 Exkurs: Chemie aus der Zeitung 117 So verhält man sich bei Feuer Vom Erz zum Metall 152 Ötzi ein Steinzeitmensch 154 Kupfer aus Erz gewonnen 155 Kupfer ein wichtiger Werkstoff 156 Exkurs: Kupferlegierungen 158 Metalle eine glänzende Stoffgruppe 159 Exkurs: Die Dichte - ganz einfach! 160 Exkurs: Möglichkeiten zur Dichtebestimmung 161 Pinnwand: Leichtmetalle und Schwermetalle 162 Pinnwand: Metalle interessant und nützlich 163 Exkurs: Edel und beständig: Gold, Silber und Platin 164 Exkurs: Der Preis des Goldes 165 Methode: Ein Referat vorbereiten 196

3 5 4 Vom Erz zum Metall 5 Sauber und schön So sind Metalle aufgebaut 168 Vom Erz zum Roheisen 170 Aus Roheisen wird Stahl 172 Metalle als Reduktionsmittel 174 Exkurs: Redoxreaktion ganz einfach! 175 Exkurs: Schienenschweißen mit Thermit 176 Viel Strom für Aluminium 177 Dem Rost auf der Spur 178 Schrott Abfall oder Rohstoff? 180 Exkurs: Recycling von Kupferschrott 181 Exkurs: Alte Handys nicht in den Müll! 182 Exkurs: Metalle Meilensteine des Fortschritts 183 Exkurs: Bindungen im Vergleich 184 Basiswissen 185 Trainer Sauber und schön 188 Wasser löst viele Stoffe 190 Wasser, eine polare Verbindung 192 Exkurs: Die besonderen Eigenschaften des Wassers 194 So löst sich Salz in Wasser 195 Exkurs: Chemische Bindung und Elektronegativität 196 Waschbenzin, ein unpolares Lösemittel 197 Alkane eine große Familie 198 Exkurs: Zwischenmolekulare Kräfte 200 Exkurs: Was hat ein Gecko mit Chemie zu tun? 201 Exkurs: Isomerie gleiche Formel, aber andere Eigenschaften 202 Ethanol, ein vielseitiges Lösemittel 203 Ethanol, chemisch betrachtet 204 Exkurs: Die alkoholische Gärung 205 Alkanole - vielseitige Flüssigkeiten 206 Pinnwand: Alkohole 207 Auch Essigsäure kann Stoffe lösen 208 Pinnwand: Alkansäuren 209 So wirkt Seife 210 Exkurs: Seifenteilchen näher betrachtet 213 Neue Tenside 214 Exkurs: Tenside die fleißigen Helfer 215 So wirkt Waschpulver 216 Basiswissen 218 Trainer Säuren und Laugen in Alltag und Umwelt 222 Säuren und Laugen im Alltag 224 Saure und alkalische Lösungen nachweisen 226 Lernstationen: Saure und alkalische Lösungen 227 Salzsäure die bekannteste Säure 229 Saure Lösungen haben etwas gemeinsam 230 Exkurs: Säuren und saure Lösungen 231 Exkurs: Starke und schwache Säuren 231 Schwefelsäure eine technisch wichtige Säure 232 Exkurs: So entstehen Säuren 233 Exkurs: Kohlensäure selbst herstellen 234 Exkurs: Saurer Regen schädigt Bauwerke, Gesteine und Pflanzen 234 Pinnwand: Säuren aus der Natur 235 Entstehung und Eigenschaften von Laugen 236 Laugen im Alltag 238 Exkurs: Natronlauge überall Exkurs: Hydroxide und Laugen im Überblick 239

4 6 Inhaltsverzeichnis 7 Kunststoffe überall 6 Säuren und Laugen vom Handy bis zur Babywindel in Alltag und Umwelt Ammoniakwasser eine alkalische Lösung 240 Exkurs: Brönsted: Protonen auf Wanderschaft 241 Auf den ph-wert kommt es an 242 Gegensätze heben sich auf: Die Neutralisation 244 Exkurs: Wie gefährlich sind Säuren und Laugen? 246 Basiswissen 247 Trainer Kunststoffe überall - vom Handy bis zur Babywindel 250 Eigenschaften von Kunststoffen 252 So sind Kunststoffe aufgebaut 254 Exkurs: Kunststoffe für verschiedene Aufgaben 255 Mono-Poly wie Kunststoffe entstehen 256 So kommen Kunststoffe in Form 258 Exkurs: Durch Zufall entdeckt: Teflon 260 Exkurs: Nylons - Feine Strümpfe aus dem Labor 260 Exkurs: Superabsorber für Wüsten und Windeln 261 Kunststoff-Verwertung gar nicht so einfach! 262 Kunststoffe biologisch abbaubar 263 Pinnwand: Kunststoffe 264 Kunststoffe Pro und Contra 266 Exkurs: Makromoleküle aus der Natur 268 Exkurs: Ausbildung in der Kunststoffindustrie 270 Basiswissen 271 Trainer Vom Reagenzglas zum Reaktor 254 Exkurs: Die chemische Industrie in Rheinland-Pfalz 256 Exkurs: Vom Abfall zum Farbstoff Die Entwicklung der Chemieindustrie 261 Die chemische Fabrik 222 WIe arbeitet ein Chemiebetrieb? 224 Exkurs: Das kleine 1 x 1 einer Chemieanlage 238 Exkurs: Chemieanlagen steuern 238 Exkurs: Vom Stickstoffproblem zur Ammoniak-Synthese 241 Technische Herstellung von Ammoniak 242 Exkurs: Die Ammoniak-Synthese näher betrachtet Vom Reagenzglas zum Reaktor

5 7 Exkurs: Vom Ammoniak zum Dünger 245 Wie wirkt ein Katalysator? 248 Methode: Tipps für eine Betriebserkundung 266 Exkurs: Berufe in der chemischen Industrie 283 Basiswissen 284 Trainer Gefährliche Stoffe 9 Den Stoffen auf der Spur 294 Chemische Analyse was ist das? 296 Exkurs: Von der Flammenfärbung zur High-Tech-Analyse 297 Was ist drin im Wasser? 298 Arbeiten mit einem Wasserkoffer 300 Stoffe trennen durch Chromatografie 302 Exkurs: Gas-Chromatografie 303 Wie viel ist drin? 304 Methode: Die Maß-Analyse 308 Exkurs: Arbeiten im Analyse-Labor 310 Basiswissen 311 Trainer 312 Exkurs: Alfred Nobel vom Nitroglycerin zum Dynamit 328 Exkurs: Feuerwerksfabrik explodiert 329 Exkurs: Mehlstaub kann explodieren! 329 Feuerwerk 330 Exkurs: Von Beruf: Pyrotechniker/-in 331 Basiswissen 332 Trainer Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima 334 Exkurs: Die Geschichte der Erdatmosphäre 336 Woraus besteht Luft? 338 Pinnwand: Kohlenstoffdioxid ein interessantes Gas Den Stoffen auf der Spur 11 Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima 10 Gefährliche Stoffe 314 Gefährliche Stoffe im Haushalt 316 Gefährliche Stoffe am Arbeitsplatz 318 Exkurs: Transport von Gefahrgütern 319 Was ist giftig? 320 Wie giftig sind Gifte? 322 Pinnwand: So wirken Gifte 323 Gefährliche Stoffe: Nutzen, Risiken, Verantwortung 324 Sprengstoffe gefährlich und nützlich 326

6 8 Inhaltsverzeichnis Methode: Vorbereitung auf eine mündliche Prüfung 341 Der natürliche Treibhauseffekt 342 Der Mensch verstärkt den Treibhauseffekt 344 Die Folgen der Erwärmung und was man dagegen tun kann 346 Exkurs: Der Treibhauseffekt ganz einfach! 348 Exkurs: Kontroverse um das CO2 349 Kohlenstoff weltweit im Kreislauf 350 Wetter, Klima, Klimamodelle 354 Basiswissen 356 Trainer Mobile Energieträger 360 Die Chemie steckt voller Spannung 362 Exkurs: Elektrolyse einer Zinkiodid-Lösung 363 Redoxreaktionen Austausch von Elektronen 364 Batterien Strom für unterwegs 366 Akkumulatoren 368 Exkurs: Lithium ein Metall macht Karriere 370 Exkurs: Alte Batterien und Akkus aus Abfall wird Rohstoff 371 Exkurs: Batterie oder Akku? 372 Brennstoffzellen liefern elektrische Energie 374 Exkurs: Das Donator-Akzeptor-Konzept 376 Basiswissen 377 Trainer Mobile Energieträger Lösungen zu den Trainer-Aufgaben 380 Die chemischen Elemente 404 Stoffliste 405 Gefahrensymbole alt und neu 410 Gefahren- und Sicherheitshinweise nach GHS-Verordnung 411 Stichwortverzeichnis 412 Entsorgung von Chemikalienresten Chemikalienreste darf man nicht ohne weiteres in den Ausguss oder Abfalleimer geben. Gefährliche Stoffe müssen ordnungsgemäß entsorgt werden. Für den Chemieunterricht genügt ein einfaches Entsorgungssys tem aus vier Behältern. Im Behälter 1 werden saure und alkalische Lösungen gesammelt, etwa Natronlauge. Der Inhalt von Behälter 1 sollte neutralisiert werden, bevor er ganz gefüllt ist. Der neutralisierte Inhalt kann dann in den Ausguss geschüttet werden. Deshalb dürfen keine giftigen Stoffe in diesem Behälter gesammelt werden. Im Behälter 2 werden giftige anorganische Stoffe wie Schwermetallsalze gesammelt, etwa Kupfersulfatlösung. Im Behälter 3 werden halogenfreie organi sche Stoffe gesammelt, etwa Benzin. In den Behälter 4 gehören alle halogenhaltigen organischen Stoffe. Die endgültige Entsorgung der Behälter 2, 3 und 4 muss durch ein Entsorgungsunternehmen erfolgen. Alle Experimente dürfen grundsätzlich nur mit einer Schutzbrille ausgeführt werden!