Was passiert denn genau?

Transkript

1 Was passiert denn genau? - Bei chemischen Reaktionen entstehen neue Stoffe, mit neuen Eigenschaften. - Im Teilchenmodell stellen wir uns vor, dass Kugelteilchen (Edukte) neu kombiniert werden. - Wenn wir uns über ein chemische Reaktion unterhalten wollen, dann können wir ein Reaktionsschema schreiben, wie z.b. Silber + Schwefel --> Silbersulfid Aber, wie genau sind die Teilchen kombiniert? Wieviel Silber und Schwefel reagiert miteinander? Und wie können wir das ordentlich aufschreiben?

2 Wie verändert sich die Masse? - Zwei gleich schwere Stücke Eisenwolle hängen an einer Waage. Eines davon brennt. - Eine Kerze steht brennend auf einer Waage? - Eine Blitzlichtlampe wird gezündet. - Eine Glühbirne brennt durch. - Silber und Schwefel reagieren in einem Reagenzglas, das am Ende mit einem Luftballon verschlossen ist.

3 Gesetz der Massenerhaltung Bei chemischen Reaktionen (in geschlossenen Systemen) tritt keine Massenänderung ein. Die Gesamtmasse der Produkte ist gleich der Gesamtmasse der Edukte. Antoine Laurent de Lavoisier (Ende des 18. Jhd.) vgl. Zelltheorie (1838) Was bedeutet das im Teilchenmodell?

4 Bleibt etwas übrig? - Synthese von Silbersulfid - Probleme: - höhere Kosten - Abfall/ Reinigung - Austesten: Wie viel von Stoff A (z.b. Metall) reagiert mit wie viel von Stoff B (z.b. Schwefel) Wie könnte man dies tun? Denke an das Gesetz zur Erhaltung der Masse. Was müsste man bei der Synthese, was bei der Analyse messen?

5 Synthese: - Edukte wiegen - Produkt wiegen Wie viel mit wie viel? - Differenz ist Masse des überschüssigen Eduktes z.b. 10g Silber + 5g Schwefel --> 11,5g Silbersulfid --> 3,5g Schwefel ist übrig und 1,5g haben reagiert Analyse: - Edukt (Silbersulfid) wiegen - Silberkugel wiegen - Differenz ist Masse des ursprünglich benötigte Schwefels z.b. 23g Silbersulfid --> 20g Silberkugel --> ursprünglich 3g Schwefel haben reagiert.

6 Gesetz der konstanten Massenverhältnisse Die Massenverhältnisse der Elemente, aus denen eine Verbindung entsteht oder in die eine Verbindung zerlegt werden kann, ist konstant. Joseph-Louis Proust (1799)

7 Von den Gesetzen zur Reaktionsgleichung Bisher können wir die Reaktion nur mit Hilfe des Reaktionsschemas Silber + Schwefel --> Silbersulfid Beschreiben. Die Ausgangsstoffe sind Reinstoffe, sogar Elemente. Berzelius hat vorgeschlagen, wie man sie vereinfacht bezeichnen könnte (s.bu. S. 62/63). Jetzt können wir schreiben Ag + S --> Silbersulfid --> Aber, wieviele Teilchen Silber reagieren mit wievielen Teilchen Schwefel???

8 Vereinigung des Teilchenmodells mit den Gesetzen der chemischen Reaktion Atommodell von Dalton (Anfang 19. Jhd.) Aufgabe: Lesen Bu. S. 62/63 bis Elementsymbole Wie unterscheidet sich das Atommodell vom Teilchenmodell? Versuche die Aufgaben A8 und A9 im Buch zu lösen. Wir besprechen sie am Ende der Stunde.

9 Überlege Suche die Elemente Silber und Schwefel im Periodensystem. 2. Wie viel schwerer als ein Wasserstoffatom ist ein Schwefel- und ein Silberatom? 3. Wie viele Schwefelatome müsste man zusammen packen, damit sie 32g wiegen? 4. Wie viele Silberatome müsste man zusammen packen, damit sich 1g wiegen? 5. Wenn du weißt, dass man 10g Silber mit 1,5g Schwefel reagieren lassen kann und du kennst die Massen der Atome, kannst du schätzen wie viele Silber- und wie viele Schwefelteilchen mit einander reagieren?????

10 Atome

11 Zählen durch wiegen Wenn man weiß, wie viel die kleinste Einheit einer Sache wiegt, kann man durch wiegen einer großen Menge, die Stückzahl bestimmen. Wenn man weiß, dass zwei Geldrollen die gleiche Zahl an Geldstücken enthalten, kann man durch Vergleich der Massen das Verhältnis der Massen der Geldstücke bestimmen.

12 Wo waren wir? - Bei Reaktionen in geschlossenen Systemen geht keine Masse (kein Teilchen) verloren. - Bei vollständiger Reaktion reagieren Elemente mit konstantem Massenverhältnis (alle Teilchen werden verbrauch und sind neu angeordnet). - Unter Annahme des Atommodells von John Dalton bestehen die eingesetzten Stoffportionen aus einer bestimmten fixen Anzahl von Teilchen/ Atomen. - Atome sind zu klein, um sie zu sehen oder zu zählen und man kann sie auch nicht einzeln wiegen. Aber durch Vergleich der Massenverhältnisse bei Reaktionen, kann man entscheiden wie schwer sie im Vergleich mit anderen sind (wie bei den Geldrollen).

13 Bsp. Wasserherstellung?!? - Bei der Verbrennung von Wasserstoff (W.) mit Sauerstoff (S.) entsteht Wasser. - Bei vollständiger Reaktion reagieren 2l W. mit 1l S. (durch Experiment bestimmt; s. nächste Folie) - Verkleinert man die Volumina der Gase, so dass nur noch je ein Teilchen hinein passen, so kann man sagen 2 Teilchen W. reagieren mit 1 Teilchen S. - Durch wiegen der Volumina kann man das Massenverhältnis der Reaktion bzw. das Massenverhältnis der Teilchen bestimmen. - Führt man mehrere solcher Reaktionen durch ergibt sich eine Reihenfolge der Teilchenmassen.

14 2l Wasserstoff wiegen 0,168g 1l Sauerstoff wiegen 1,33g --> Massenverhältnis der R. 1:8 Da aber vom W. 2 Teilchen reagieren, muss man rechnen m(w.)/m(s.) = 0,084g/1,33g = 1g/16g --> Ein S.-Teilchen ist 16x schwerer als ein W.- Teilchen

15 ...und weiter geht s - John Dalton hat durch solche Vergleiche herausgefunden, dass Wasserstoff die leichtesten Atome besitzt. Er hat dem Wasserstoffatom die Masse 1u gegeben (u ist die atomare Masseneinheit). - Durch Vergleich ergibt sich z.b. m (Sauerstoffatom) = 16u - Heutzutage kann man die Masse von Teilchen und Atomen bestimmen. Ein Wasserstoffatom wiegt 1,66x10-24 g. Das ist fast nichts!!! - In 1g Wasserstoff sind damit 6x10 23 Teilchen enthalten. Diese große Zahl ist die sogenannte Avogadro-Zahl oder Loschmidt-Zahl.

16 Avogadro- Zahl In 1g Wasserstoff sind mehr Teilchen enthalten, als es Buchstaben in allen Büchern gibt, die in dieser Schule vorhanden sind. Und im nächsten Gramm nochmals so viel...

17 Und wieder anschaulicher... - Kennt man die Masse der eingesetzten Edukte einer Rekation (in g) und die Masse des einzelnen Atoms (in u), kann man berechnen, wie viele Teilchen miteinander reagieren. (Teilchenzahl N = m(stoff A)/m(Teilchen von Stoff A)) - Reagieren 10g Silber mit 1,5g Schwefel, so bedeutet dies, dass je zwei Teilchen Silber mit einem Teilchen Schwefel reagieren. (s. Tafel) - Für Silbersulfid kann man schreiben Ag 2 S. - Setzt man das Teilchenverhältnis in die Formel ein, so erhält man die Verhältnisformel. Sie könnte für Silbersulfid auch Ag 4 S 2 oder Ag 16 S 8 heißen. - Die Kombination mit den kleinsten Zahlen nennt man Formeleinheit. - Diese Formel gibt man bei der Stoffklasse der Salze an.

18 Silbersulfidsynthese

19 ...und wieder zum Wasser - Lässt man Wasserstoff mit Sauerstoff bei > 100 C reagieren, so entsteht gasförmiges Wasser (Dampf). Wir wissen, dass 2 Teilchen Wasserstoff (H) mit 1 Teilchen Sauerstoff (O) reagieren. 2H + O --> H 2 O - Aus 2l Wasserstoff und 1l Sauerstoff entstehen 2l Wasserdampf. - Verringert man das Volumen der Gase, bis ins den Gasraum nur noch ein Teilchen passt, dann kann man sagen, 2 Teilchen Wasserstoff reagieren mit einem Teilchen Sauerstoff zu 2 Teilchen Wasser.

20 -!!! Das geht nur dann, wenn Sauerstoff ein 2er-Teilchen ist. - Da 2 Teilchen Wasserstoff mit 1 Teilchen Sauerstoff reagieren, muss auch Wasserstoff aus 2er-Teilchen bestehen. - Diese Gase sind schon in elementarer Form Verbindungen aus denselben Atomen --> Moleküle (H 2 und O 2 ) - Im festen Zustand nehmen diese Moleküle die festen Plätze ein. Daher kann man keine kleinere Formeleinheit feststellen(man darf nicht schreiben H und O) und behält die Schreibweise bei --> Molekülformel (man sagt auch Summenformel)

21 Ok, das war viel...