physikalische Vorgänge Chemische Reaktionen

Transkript

1 physikalische Vorgänge Chemische Reaktionen

2 Im täglichen Leben lassen sich vielfältige Veränderungen von Stoffen beobachten. Ob es sich dabei um physikalische oder chemische Vorgänge handelt, sollen folgende Beispiele zeigen:

3 Wasser wird zu Eis: Durch Erwärmen wird daraus wieder Wasser. Änderung des Aggregatzustandes, kann auf physikalische Weise rückgängig gemacht werden. Physikalischer Vorgang Eis schmilzt: Durch Abkühlen wird wieder Eis daraus. Änderung des Aggregatzustandes, kann auf physikalische Weise rückgängig gemacht werden. Physikalischer Vorgang Salz wird in Wasser gelöst: Wenn Wasser verdunstet, bleibt das Salz wieder übrig. Ein Gemenge kann durch physikalische Methoden getrennt werden. Physikalischer Vorgang Erdbeerfruchtpulver wird durch Trocknen von Erdbeeren hergestellt: Im Vakuum wird das Wasser zum Verdampfen gebracht. Die festen Stoffe bleiben übrig, das Wasser verdampft. physikalischer Vorgang

4 Erdbeerfruchtpulver wird durch Trocknen von Erdbeeren hergestellt: Im Vakuum wird das Wasser zum Verdampfen gebracht. Die festen Stoffe bleiben übrig, das Wasser verdampft. physikalischer Vorgang Aus roten Rüben wird der Farbstoff gewonnen: Mit heißem Wasser wird der Farbstoff herausgelöst. Das Wasser wird verdampft, der Farbstoff bleibt übrig. physikalischer Vorgang Eisen wird mit Schwefel gemischt: Mit einem Magnet lässt sich Eisen abtrennen. Ein Gemenge kann durch physikalische Methoden getrennt werden. physikalischer Vorgang

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7 Physikalische Vorgänge lassen sich auf physikalische Weise rückgängig machen, da die Stoffe dabei nur ihre Form oder ihren Aggregatzustand ändern. Chemische Reaktionen lassen sich nicht auf physikalische Weise rückgängig machen, da dabei andere Stoffe entstehen.

8 Zusammenfassung: Vorgänge, bei denen nur die äußere Form eines Stoffes oder sein Aggregatzustand geändert wird, werden als physikalische Vorgänge bezeichnet. Eine chemische Reaktion ist es dann, wenn bei der Vermischung oder bei der Verbrennung zweier Stoffe ein neuer Stoff entsteht.

9 Beispiel 1) Sand, Salz und Wasser werden gemischt. Handelt es sich um einen physikalischen Vorgang oder um eine chemische Reaktion? Könnte man das Ganze rückgängig machen? Wie könnte man dies tun?

10 Lösung Es handelt sich um einen physikalischen Vorgang, da die Stoffe nur gemischt werden. Dabei behalten sie ihre Eigenschaften. man kann das Gemenge z. B. trennen, indem man zuerst den Sand abfiltriert und dann das Wasser verdampfen lässt, sodass das Salz übrigbleibt. Wenn man Salzwasser destilliert, dann hat man auch noch das Wasser zurückgewonnen

11 Beispiel: 2) Mehl, Wasser, Butter und Backpulver werden im richtigen Verhältnis gut gemischt, in eine Form getan und im Backrohr längere Zeit erhitzt. Handelt es sich um einen physikalischen Vorgang oder um eine chemische Reaktion? Könnte man das Ganze rückgängig machen? Wie könnte man dies tun?

12 Im Backrohr passieren chemische Reaktionen, dabei verändern sich die Stoffe und reagieren miteinander. Die Reaktionsprodukte haben andere Eigenschaften und lassen sich nicht mehr in die Ausgangsstoffe umwandeln (oder hast Du vielleicht eine Idee, wie man aus dem Kuchen wieder Mehl, Wasser, Butter und Backpulver machen könnte?).

13 Beispiel 3) Ein Nagel liegt einige Monate im Freien. Wie sieht er vorher aus, wie nachher? Was wird mit dem Nagel vermutlich passieren? Handelt es sich um einen physikalischen Vorgang oder um eine chemische Reaktion? Könnte man das Ganze rückgängig machen? Wie könnte man dies tun?

14 Der Nagel wird vermutlich rosten. Das Eisen reagiert in Gegenwart von Wasser mit dem Sauerstoff der Luft und es bildet sich ( Rost ) Eisenoxidhydroxid [FeO(OH)]. Diese chemische Reaktion lässt sich nicht rückgängig machen

15 Eine chemische Reaktion Eisen und Schwefel werden im Verhältnis 7:4 gemischt. Die eine Hälfte des Gemenges wird auf seine Eigenschaften untersucht, die andere Hälfte wird durch Erhitzen zur Reaktion gebracht und danach untersucht:

16 Physikalische Vorgänge: Eisen grau, metallisch, Dichte 7,9 Schmelztemp.>1500 Physikalische Vorgänge: C magnetisch Schwefel gelb, nicht metallisch, Dichte ca. 2, Schmelztemp. ca. 120 C nicht magnetisch,

17 Fe + S = 7 : 4 gut mischen in 2 Hälften teilen

18 1. Hälfte in RG1 2. Hälfte in RG 2

19 Untersuchung des Gemenges: Was passiert bei der Zugabe von Wasser? Eisen sinkt zu Boden, Schwefel schwimmt auf dem Wasser (durch die Oberflächenspann ung

20 Was passiert bei Zugabe von Salzsäure HCl? Es beginnt zu schäumen, ein geruchloses Gas (Wasserstoff) entsteht.

21 Man könnte das Gemenge aus Fe und S auch mit einem Magnet trennen: Eisen ist magnetisch und bleibt am Magnet hängen, der Schwefel bleibt übrig. Das Mischen von Substanzen und die Trennung mithilfe eines Magneten, durch Filtrieren oder Destillieren, etc. sind physikalische Vorgänge. Dabei bleiben die Stoffe unverändert und behalten ihre Eigenschaften.

22 Nun zur chemischen Reaktion: RG 2 wird in der Flamme erhitzt, bis das Gemenge aufglüht. Fe und S reagieren, es entsteht ein anderer Stoff: Die Verbindung FeS, die ganz andere Eigenschaften hat als die Ausgangsstoffe.

23 Das RG wird zerschlagen und der Inhalt wird in einer Reibschale zu einem Pulver gemahlen. Das Pulver wird auf zwei RG verteilt

24 Untersuchung des entstandenen Lässt er sich mit Wasser noch in Fe + S trennen? Stoffes Wie reagiert der Stoff auf Zugabe von Salzsäure? 1. Hälfte Keine Trennung von Fe und S im Wasser, da FeS (Eisensulfid) eine andere Eigenschaften hat. 2. Hälfte Mit Salzsäure bildet sich aus FeS ein übel riechendes Gas (Schwefelwasserstoff).

25 Die Verbindung FeS ist ein anderer Stoff als Fe und S, er sieht anders aus, hat eine andere Dichte, eine andere Schmelztemperatur und verhält sich auch anderen Stoffen gegenüber anders als die Ausgangsstoffe. Beim Erhitzen hat eine chemische Reaktion stattgefunden, die sich mit physikalischen Mitteln nicht mehr rückgängig machen lässt.

26 Neben den stofflichen Veränderungen bei chemischen Reaktionen passieren auch Energie- Umsetzungen: Zum Starten dieser Reaktion wird Aktivierungsenergie benötigt und wenn die Reaktion begonnen hat, wird Reaktionsenergie frei. Auch bei Verbrennungen benötigt man zuerst Aktivierungsenergie, bevor dann aus einem Brennstoff größere Energiemengen frei werden. Es gibt auch Reaktionen, bei denen ständig Energie zugeführt werden muss, damit sie ablaufen (z.b. die Photosynthese oder das Kochen von Eiern).

27 Ein weiteres Beispiel:

28 Was spielt bei der Weinherstellung eine Rolle? a) Kohlensäure b) Äpfelsäure c) Milchsäure d) Essigsäure e) Schweflige Säurewort.

29 Alle fünf Säuren können auf dem Weg von der Traube zum Wein involviert sein. Erklärung: Wenn Weintrauben ausreichend Zucker und nur noch ganz wenig Äpfelsäure enthalten, ist der Erntezeitpunkt gekommen. Äpfelsäure, auch Hydroxybutandisäure (oder Hydroxybernsteinsäure genannt), ist ein natürlicher Bestandteil des angehenden Weines. Bei einer nicht zu kühlen Lagerung über 15 Grad Celsius tritt im Normalfall spontan der Biologische Säureabbau ein. Dabei wandeln Milchsäurebakterien die Äpfelsäure zu Milchsäure und Kohlendioxid um. Aus HOOC-CH 2 -CH(OH)-COOH (Äpfelsäure) wird dann CH 3 -CH(OH)-COOH (Milchsäure) und CO 2.

30 Das ist für den Geschmack des späteren Weines von großer Bedeutung, denn im Gegensatz zur ebenfalls enthaltenen Weinsäure wirkt die Äpfelsäure im Mund härter und spitzer. Sie verursacht am Gaumen und an der Mundschleimhaut Irritationen, die Speichelfluss oder ein deutliches Prickeln hervorrufen. Der saure Geschmack ist zudem ausgeprägter als bei der Wein- und Milchsäure. Passiert der Säureabbau nicht von alleine, muss der Kellermeister eingreifen und den Prozess durch Zugabe von Milchsäurebakterien von außen anstoßen..

31 Eine weitere Säure im Wein ist die Essigsäure, die entsteht, wenn der edle Rebensaft intensiv mit Luft in Berührung kommt. Ein gewisses Maß, genauer gesagt ein Anteil von 0,15 bis 0,5 Gramm pro Liter, ist dabei durchaus normal. Das Geheimnis der Essiggärung zu lüften, gelang Louis Pasteur, der feststellte, dass sich die in der Luft befindlichen Essigbakterien an den Nährstoffen auf der Oberfläche einer leicht alkoholischen Flüssigkeit festsetzen, vermehren und so den Alkohol in Essig umwandeln.

32 Dabei oxidiert Ethanol und es entsteht Essigsäure (CH 3 -COOH) oder Acetaldehyd (CH 3 -CHO). Da bei der Gärung - der Umwandlung von Zucker in Alkohol - jedoch Gase entweichen, muss der Tank, in dem der Wein während dieses Prozesses gelagert wird, ein Ventil besitzen. Er platzt sonst irgendwann. Der so genannte Gärtrichter wird dafür in die einzige Öffnung des Fasses gesteckt und erlaubt den Gasen zu entweichen, aber kein Eindringen von Luft. Allerdings können auch Milchsäurebakterien oder bestimmte Hefen die Bildung der flüchtigen (und damit riechbaren) Essigsäure auslösen. Wenn die Menge an Essigsäure 1,4 Gramm pro Liter oder die Menge an Acetaldehyd 300 Milligramm pro Liter übersteigt, ist der Wein "gekippt"; er riecht deutlich nach Essig.

33 und ist irreparabel verdorben. Um solchen Katastrophen vorzubeugen, wird eine weitere Säure eingesetzt: Schweflige Säure beziehungsweise Schwefeldioxid. Diese traditionellen antimikrobiellen und antioxidativen Maßnahmen beugen Bakterien, Schimmelpilzen und damit Mykotoxinen vor und schützen den Wein vor zu schneller Oxidation. Die Zugabe dieser Substanzen stellt folglich eine Schutzmaßnahme dar. Allerdings wird Schweflige Säure unter normalen physiologischen Bedingungen ohnehin von Hefen bei der Gärung gebildet. Deshalb ist in jedem Wein eine geringe Konzentration bis zu dreißig Milligramm SO 2 pro Liter - vorhanden. Schwefelfreien Wein gibt es nicht. Gar nicht schädlich ist dagegen die Kohlensäure, die bei der Gärung entsteht. Ganz im Gegenteil: Für die Herstellung von Sekt wird gar eine weitere Gärung herbeigeführt, um Kohlensäure zu entwickeln, die im Wein gebunden bleibt und zum gewünschten Sprudeleffekt verhilft.

34 Gar nicht schädlich ist dagegen die Kohlensäure, die bei der Gärung entsteht. - Ganz im Gegenteil: Für die Herstellung von Sekt wird gar eine weitere Gärung herbeigeführt, um Kohlensäure zu entwickeln, die im Wein gebunden bleibt und zum gewünschten Sprudeleffekt verhilft.

35 Das war ein Beispiel für eine chem. Reaktion in der Natur. ( org. Chemie) Im weiteren Verlauf des Kurses werden wir uns der anorganischen und org. Chemie zu wenden.