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Chemistry

University, School

Gymnasium am Stefansberg Merzig

Grade, Teacher, Year

2013/14

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Die Wärmelehre Inhalt 1. Aggregatzuständ­e. 2 2. Wärmekraftmasch­in­en. 5 3. Wärmeausbreitun­g. 8 1. Aggregatzuständ­e: Änderung der Aggregatzuständ­e: - durch Temperatur Durch die Erwärmung schwingen die Teilchen schneller à die Kohäsionskräfte werden überwunden. Fest: Starke Kohäsionskräfte Flüssig: schwache Kohäsionskräfte­, Teilchen schwingen stärker Gasförmig: Ekin der Teilchen nimmt zu à überwinden Kohäsionskräfte à Teilchen reißen sich los - durch Druck (Bsp.: Flüssiggaslager­un­g: es braucht dicke Stahlflaschen,…
Steckbrief Wasser: Aggregatzustand­: flüssig Geruch: geruchlos Geschmack: geschmacklos Farbe: farblos Brennbarkeit: nicht brennbar Schmelzpunkt: 0°C Siedepunkt: 100°C Dichte: 4°C: 1,0 (Anomalie des Wassers) weitere Eigenschaften: Löschmittel, Lösemittel Elektronegativi­tä­tswert= Maß für die Fähigkeit eines Atoms Elektronenpaare anzuziehen → PSE Atome mit unterschiedlich­er EN im Molekül sind durch polare Atombindung verbunden. Polare Atombindung ist eine Art der chemischen Bindung, die auf der Anziehungskraft­…

Chemieheft – 8b

Die Eigenschaften von Stoffen


Mit dem Begriff Stoff wird nicht nur das Material bezeichnet, aus dem feste Gegenstände (z.B. Glas, Holz, Metall) bestehen, sondern durch Flüssigkeiten (z.B. Wasser, Benzin) und Gase (Helium) sind Stoffe.

Stoffe erkennen wir an charakteristischen Eigenschaften:


Beispiel: Eigenschaften des Stoffs Wasser:


  • flüssig

  • farblos, geruchlos

  • nicht brennbar

  • nicht giftig

  • Sieder Temperatur: 100°C

  • Gefriertemperatur: 0°C

  • Dichte 1g/cm3

  • Härte


Die Dichte als spezifische Stoffeigenschaft


Definition:


Die Dichte, der Quotient aus Masse und Volumen, ist eine Stoffeigenschaft. Sie wird meist ein g/cm3 angegeben


Beispiel:


Bestimme die Dichte „unförmiger“ Stoffe.


m = 243,53g

v = 400ml


In diesen Fällen nehmen wir die Verdrängung zur Hilfe.

Die Metalle


Die Metalle haben spezifische Eigenschaften:


  • Aussehen: glänzend


Die meisten Metalle haben einen silber – grauen Glanz.


Kupfer glänzt rot – braun

Gold glänzt gelb – gold


  • Verformbarkeit: Metalle sind verformbar (duktil)

  • Metalle leitet den elektrischen Strom


Elektrische Leitfähigkeit


  • Wärmeleitfähigkeit: Metalle leiten die Wärme

  • Magnetisierbarkeit: Es gibt 3 Metalle, die Magnetisierbar sind: Eisen, Nickel, Kobalt


Exkurs


Auf Schmuckgold ist eine Prägung aufgebrannt, z.B. 333. Das bedeutet: In einem Kilogramm Schmuckgold sind 333g Gold enthalten und es sind 667g andere Metalle enthalten. Die Prägung gibt Auskunft über die Karat zahl. Ein Stück aus reinem Gold besitzt 24 Karat.


Gag: Prägung 333

gez.: Karat zahl


Karatzahl: 333g Gold enthalten 33,3%


100% 24 Karat

1% 0,24 Karat

33,3g 0,24 Karat 33,3 = 7,992 ≈ 8 Karat


geg: Prägung 585

ges: Karatzahl


100% 24 Karat

1% 0,24 Karat

58,5% 0,24 58,5 = 14,04 Karat


ges: Prägung

geg: 18 Karat


100% 24 Karat

1% 0,24 Karat

18 Karat 100/24 18 = 75% = 750g


Legierung


Viele metallische Gegenstände bestehen nicht aus reinem Metall, sondern aus Legierungen.


Wir stellen eine Legierung her:


Durchführung: Man schmilzt auf einer Ceranplatte einige Blei – und Zinkkörnchen, danach vermischt man die beiden geschmolzenen Metalle miteinander und lässt die Mischung erkalten.


Beobachtung: Die schmelze der Metalle lösen sich ineinander auf. Beim Abkühlen erstarrt die Schmelze.


Erklärung: Zinn & Blei können sich im geschmolzenen ineinander lösen. Die erstarrte Schmelze hatte den Namen „Lötzinn“ – eine Legierung aus Blei & Zinn.


Definition: Eine Legierung ist eine erstarrte Mischung aus 2 oder mehreren Metallen.


Die Einteilung der Metalle



  1. nach ihrem Verhalten an der Luft


  • unedle Metalle


Metalle, die sich an der Luft rasch verändern, z.B. Blei, Zinn, Zink, Eisen


  • halbedle Metalle


Metalle, die sich an der Luft langsam verändern, z.B. Silber, Kupfer, Quecksilber


  • edle Metalle


Metalle, die sich an der Luft nicht verändern, z.B Gold, Platin


HA: Finde zu Gold, Platin und Quecksilber jeweils 2 Beispiele für ihre Verwendung!


Metall

Verwendung

Gold

Schmuck, Münze, Goldbaren

Platin

PC, Katalysator

Quecksilber

Thermometer, Barometer, Leuchtröhren, für verschiedene Azneimittel

  1. Unterteilung der Metalle nach der Dichte


Leichtmetalle: Metalle deren Dichte kleiner als 5 g/cm3 ist.


Schwemetalle: Metalle, deren Dichte größer oder gleich 5 5 g/cm3 ist

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Die Aggregatzustände


(lat.: aggregare: zusammen lagern)


Den Stoff Wasser kennnen wir als festes Eis, als flüssiges Wasser und als gasförmiger Wasserdampf. Durch erwärmen oder abkühlen kann man den Stoff Wasser in diese drei zustände überführen. Man nennt diese Zustände Aggregatzustände.


Beispiel: Ein Bseispiel für die Resublimation ist Raureif. Bei –10°C resublimiert Gasförmiger

Wasserstoff in festen Raureif.


Das Teilchenmodel


Die Teilchen eines Stoffes besitzen eine kompakte Kugelform.


Die Teilchen eines Stoffes besitzen die gleiche Größe und die gleiche Masse.


Der Raum zwischen den Teilchen ist absolout leer.


Versuch: Mischt man 50 ml Wasser mit 50 ml Alkohol erhält man ein Gesamtvolumen von 97 ml.


Erklärung: Die kleinen Wasserteilchen setzen sich in die Hohlräume / Lücken, die zwischen den größeren Alkoholteilchen entstehen. Dadurch verringert sich das Volumen.


Erklärung der Aggregatzustände mit dem Teilchenmodell


Je höher die Temperatur ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen.


Die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen werden geringer.


Aggregatzustände und das Teilchenmodel


Aggregatzustand

fest

flüssig

gaßförmig

Abstand zwischen den Teilchen

Teilchen berühren sich


(Gitterstruktur)

Teilchen berühren sich


(größerer Abstand im festen Zustand)

sehr großer Abstand


(Berührung sehr selten)

Anziehungskräfte zwischen

sehr stark

Relativ starke Anziehung

kaum Anziehungskraft


(keine Wirkung)

Ordnung der Teilchen

regelmäßige Anordnung im Gitter

unregelmäßig

Chaos


(völlig ungeordnet)

Beweglichkeit der Teilchen

Schwingen


(außer bei 273° = absoluter Nullpunkt)


geringe Geschwindigkeit

gegeneinander Beweglich


hohe Geschwindigkeit

frei beweglich


sehr hohe Geschwindigkeit

Darstellung im Model




Das Lösen und die Diffusion


Versuch:


Lösen von lila Kristalen in Wasser. Gibt man einen roten Kristall in Wasser, beginnt er sich aufzulösen. Das Wasser um den Kristall färbt sich rot. Die rote Farbe breitet sich allmählich zum Rand hin aus. Hierbei nimmt die Intensität ab.


Erklärung:


Die kleinen Teilchen des Wassers schieben sich zwischen die Teilchen des Feststoffes. Dabei werden die Anziehungskräfte zwischen den Feststoffteilchen geschwächt und diese aus dem Gitter herausgelöst. die Teilchen des geslösten Stoffes verteilen sich dann aufgrund ihrer Beweglichkeit im Wasser.

Lässt man das Wasser anschließend verdampfen, bleibt nur noch der lilane Stoff übrig. Die Teilchen des Stoffes sind wieder im Gitternetztzustand angeordnet.


Die Diffusion

(von diffudere= lat. verbreiten, verstreuen)


Versuch:


Man sprüht Deo in eine Ecke des Raumes.


Beobachtung:


Nach kurzer Zeit hat sich das Spray im gesamten Raum verteilt


Erklärung:


Die Pafümteilchen wandern aufgrund ihrer Eigenbeweglichkeit in leere Räume zwischen den Luftteilchen, und umgekehrt. Dadurch kommt es zur Durchmischung beider Stoffe.


Merke: Diffusion ist die selbstständige Durchmischung von Stoffen aufgrund der Eigenbeweglichkeit der Teilchen


Eigenschaften von Eisen und Schwefel


Eigenschaften

Eisen

Schwefel

Farbe

grau-glänzend

gleb

Dichte

7,87 g/cm3

2,07 g/cm3 > als Wasser

Brennbarkeit

nicht brennbar

verbrennt mit blauer Flamme

Verformbarkeit

duktil

nicht duktil

Lösbarkeit

Wasser: nicht löslich;

Tolud: nicht löslich

Wasser: nicht löslich

Tolud: löslich

Geruch

geruchlos

geruchlos

Schmelztemperatur

1535°C

119°C

Siedeltemperatur

2750°C

444°C

Leitfähigkeit

ja

nein

Leitfähigkeit Stom

ja

nein

Letfähigkeit Wasser

ja

nein

Magnetisierbar

ja

nein

Eisen – Schwefel – Gemisch


Durchführung:


Methode

Verhalten des Gemischs

Art des Vorgangs

Magnet

Eisen wurde angezogen, Schwefel sollte übrig bleiben, wurde aber Teilweise mitgezogen.

Physikalischer Vorgang

Xylol

Der Schwefel wird herausgelöst, das Eisen bleibt zurück und die Lösung kann abgeschüttet (dekantiert) werden.


Der Schwefel wird erhalten durch eindampfen des Xylols.

Physikalischer Vorgang






Physikalischer Vorgang

Verbesserung 1. SÜ


  1. Der Raum zwischen den Teilchen ist absolut leer.

  2. Sie können außer von der Temperatur auch noch vom Druck abhängig sein.

  3. fest

    a; c ; e ; f ; j ; l

    1. Im flüssigen Zustand werden die Anziehungskräfte wieder wirksam, im gaßförmigen Zustand herrst ein zu großer Abstand, sodass sie keine Wirksamkeit zeigen. Durch die Erhöhung des Drucks werdne die Teilchen langsamer, durch senken des Drucks werden sie schneller.

    2. Die Teilchen verteilen sich aufgrund ihrer Eigenbeweglichkeit.


    Eisen-Schwefel – Gemisch unter dem Mikoskop



    Feststoffgemisch


    Merkmale Eisen – Schwefel – Gemisch:


    1. Eigenschaften von Eisen und Schwefel bleiben im Gemisch erhalten

    2. Das Gemisch lässt sich durch physikalische Vorgänge in seine Bestandteile zerlegen.

    3. Das Mischungsverhältnis von Eisen und Schwefel ist beliebig.


    Typen von Stoffgemischen


    1. Feststoffgemisch (heterogen)
      min. 2 Feststoffe; Trennverfahren: Sieben, sotieren (auslesen)

    2. Suspension (heterogen)
      (lat: suspendere: aufschwemmen, schweben); Bsp.: Sand + Wasser; Stoffe: Flüssigkeit + Feststoff; Trennverfahren: Dekantieren, Verdampfen der Flüssigkeit, filterm
      Definintion: Eine Suspension ist ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und einem Darin schwebenden Stoff. (Bsp: Essig und Öl)

    3. Lösung (homogen)
      Lösungen bestehen aus einer Flüssigkeit und anderen Stoffen, die sich darin auflösen. Die Stoffe können sein: Feststoffe; Zucker oder Salz, Flüssigkeiten wie Alkohol oder Sirup oder Gase: z.B. Kohlenstoffdioxid (Sprudel).

    Die Stoffe, die sich im Wasser auflösen, nennt man Lösestoffe, das Wasser selbst nennt man Lösungsmittel.
    Definition:
    Eine Lösung ist ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und einem darin schwebenden löslichen Stoff

    1. Emulsion (heterogen) (lat: abmelken)

    Bsp. Salatsoße, Milch

    Wasser


    Fettkörperchen


    Definition: Die Emulsion ist ein Gemisch aus zwei Flüssigkeiten, die sich nicht ineinander auflösen.


    1. Nebel (heterogen)

    Merke:

    Nebel ist ein Gemisch aus einem Gas und darin schwebenden kleinsten Flüssigkeitsteikchen

    1. Rauch (heterogen)
      Verbrennt man ein Stück Papier, so entsteht fein verteilte Asche.
      Die Aschenpartikel verteilen sich gleichförmig in der Luft.
      Merke:
      Rauch ist ein Gemisch aus einem Gas und einem Feststoff.


    Einteilung der Gemische

    homogen

    heterogen

    Selbst unter dem Mikroskop sind die einzelnen Bestandteile nicht zu erkennen

    Mit bloßem Auge oder unter dem Mirkoskop sind die einzelnen Bestandteile zu erkennen


    Hausaufgaben 25.11.13


    Art des Gemischs

    Aggregatzustand

    Aussehen

    Beispiel

    Feststoffgemisch

    fest

    heterogen

    Zimt und Zucker

    Suspension

    fest / flüssig

    heterogen

    Sand + Wasser

    Lösung

    flüssig (fest)

    homogen

    Zucker + Salz

    Emulsion

    flüssig

    heterogen

    Salatsoße

    Nebel

    gasförmig / flüssig

    heterogen

    ----

    Rauch

    gasförmig / fest

    heterogen

    -----

    Gemisch

    Trennverfahren

    Feststoffgemisch

    sieben, auslesen

    Suspension

    dekantieren, verdampfen, filtern

    Lösung

    Verdampfen, siedeln

    Emulsion

    Erhitzen

    Nebel


    Rauch


    1. Sieben: Die Bestandteile des Gemisches werden aufgrund unterschiedlicher Teilchengröße getrennt.

    2. Auslesen: Die Trennung erfolgt aufgrund unterschiedlichen Aussehens.

    3. Herauslösen: Die Trennung erfolgt aufgrund unterschiedlicher Löslichkeit der Stoffe (Schwefel löst sich in Xylol). Die endgültige Trennung erfolgt durch filtrieren.

    4. Magnetscheiden: Die Trennung aufgrund der Magnetisierbarkeit eines Bestandteils.

    5. Aufschwämmen: Unterscheiden sich die Bestandteile Gemisches in ihrer Dichte, so lassen Sie sich mit einer Flüssigkeit, deren Dichte zwischen der der Feststoffe liegt, aufzuschwemmen.


    1. Eindampfen: Die Trennung erfolgt durch das Eindampfen des Lösemittels

    2. Erklärung: Die Farbteilchen im Feststoff besitzen unterschiedliche Dichten, daher trennen sie sich je nach ihrer Masse auf dem Filterpapier auf. Man benötigt für die Auftrennung in ein Lösemittel (Wasser; Etanol)

    3. Adsorption (Auflagerung)
      Beispiel: Verunreinigtes Wasser wird mit Kohlepulver versetzt.
      Erklärung:
      Die Schadstoffe, die im Wasser gelöst sind, werden von dem Kohlepulver absorbiert. Durch Filtern kann man nun das Wasser von den restlichen Bestandteilen trennen.


    1. Filtrieren (filtrum, lat. Durchsiebgerät aus Filz)
      Die Trennung beruht aufgrund der verschiedenen Teilchengröße der Bestandteile des Gemisches. Dabei ist die Porengröße des Filters entscheidend.


    1. Emulsion
      a) zentrifugieren

    1. Absetzen im Scheidetrichter
      Die Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Dichte. Der Bestandteil mit der größeren Dichte kann in ein Becherglas gelassen werden.

    1. Suspension

    1. Aufschwemmen

    2. Sedimentieren (Absetzen) und dekantieren (Abschütten)
      Die Trennung erfolgt aufgrund unterschiedlichen Dichten der Teilchen. Die Feststoffteilchen setzten sich ab, aber die Flüssigkeit kann abgezogen werden.
      Beispiel: Sand im Wasser,

    3. Zentriefugieren


    1. Herstellung (Synthese) einer chemischen Verbindung

    Reaktionsshema:

    Ausgangsstoffe (Edukte) Endstoffe (Produkte)

    Eisen+ Schwefel ­­ Eisensulfid

    Definition:

    Eine chemische Reaktion ist ein Vorgang, bei dem aus den Edukten neue Produkte mit anderen Eigenschaften entstehen.


    Eine chemische Verbindung ist ein Stoff, der durch chemische Reaktionen entstanden ist.


    Zerlegung einer Verbindung


    1. Zerlegung einer Verbingung (Analyse)


    Versuch:


    Wir erhitzen, die in einer Batterie enthaltene chemische Verbindung, Quecksilberoxid (Stauerstoff = lat. Oxygenium).


    Versuchsaufbau:


    -Bild von einem Reagenzglas-


    Beobachtung:


    Der orangefarbene Stoff ist verschwunden. Es bildet sich ein Gas (Bläschen). Das Gas wird mit der sogenannten „Glimm-Spahn-Probe“ als Sauerstoff identifiziert.

    An der Reagenzglaswand bilden sich silbrig glänzende Tröpfchen


    Erklärung:


    Die Chemische Verbindung Quecksilberoxid wurde durch eine chemische Reaktion in das Metall „Quecksilber“ und das Gas „Sauerstoff“ zerlegt.


    Reaktionsschema: Quecksilber + Sauerstoff Quecksilberoxid

    Edukte Produkt


    Merke:


    1. Eine Verbindung ist ein Stoff der sich durch eine Chemische Reaktion in seine

    Bestandteile zersetzten lässt oder sich zusammen setzt


  1. Die Glimmspahnprobe: Die Glimmspahnprobe ist ein Nachweis für das Gas Sauerstoff


(hält man einen glimmenden Holzspan in eine Sauerstoffathmosphäre, flammt er wieder auf.)


a)Beim Erhitzen wird Silbersulfid in Silber und Schwefel zerlegt.

b) bei hohen Temperaturen reagieren Kupfer und Sauerstoff miteinander

c) Eisenoxid wird beim Erhitzen unter Bildung eine farblosen Gases zerlegt, das einen glimmenden Holzspan zu entflammen bringen


Vergleich von Edukten und Produkten:



Vor dem Versuch

Nach dem Versuch


Stoff

Quecksilberoxid

Quecksilber

Sauerstoff

Farbe

rot/orange

silber-glänzend

farblos

Aggregatzustand

fest

flüssig

gasförmig

Vergleich von Gemisch und Verbindung



Gemisch

Verbindung

Art des Vorgangs, der Bildung

physikalisch

Chemisch

(synthese)

Vergleich der Eigenschaften von Produkten und Edukten

bleiben gleich

neuer Stoff mit neuen Eigenschaften

Art des Vorgangs der Zerlegung


physikalisch

chemisch

(Analyse)

Die Elemente


Die Stoffe Quecksilber und Sauerstoff lassen sich nicht mehr in weitere Bestandteile zerlegen, weder durch physikalische-, noch duchr chemische Vorgänge.

Diese Stoffe nennt man Grundstoffe oder Elemente (elementum lat. Baustein).


Die chem. Zeichen der Elemente


Bis heute sin über 100 Elemente bekannt, die im Periodensystem der Elemente (PSE) zusammengefasst sind. Circa 80% der Elemente sind Metalle, die restlichen Elemente sind Nichtmetalle.


Der Chemiker schreibt die Elemente mit international festgelegten Symbolen. Sie setzen sich aus dem ersten und manchmal einem weiteren Buchstaben des wissenschaftlichen Namens zusammen.


Name

Wissenschaftlicher Name

Chem. Symbol

Sauerstoff

Oxygenium

O

Quecksilber

Hydrogynum

H

Schwefel

Sulfur

S

Eisen

Ferrum

Fe

Kupfer

Cuprum

Cu

Zink

Zincum

Zn

Zinn

Stannum

Sn

Blei

Plumbum

Pb

Magnesium

Magnesium

Mg

Mangan

Manganum

Mn

Gold

Aurum

Au

Silber

Argentum

Ag

Einteilung v. Stoffen


Stoffe

Gemische Reinstoffe


Heterogen homogen chem. Verbindung Elemente

Feststoffgemisch Lösung

Nichtmetalle Metalle

Eldemetalle unedle Metalle


Hausaufgaben 20.1.14


heterogen

homogen

Edelmetalle

unedle Metalle

chem. Verbind.

Suspension

Legierung (Messing)

Gold

Aluminium

Eisensulfid

Emulsion

Gasgemisch (Sauerstoff)

Silber

Blei

Quecksilberoxid

Ergänzung:


Aus verschiedenen Stoffen bildet sich immer ein homogenes Gemisch. Das bekannteste Gemisch ist die Luft, in der neben Sauerstoff und Stickstoff noch viele andere Gase enthalten sind.

Die Metalle verbrennen unter Feuererscheinung oder Aufglühen. Dabei entsteht ein neuer Stoff. Das Verbrennen der Metalle geschieht unter einer Flammenerscheinung. Der neue Stoff der entsteht hat neue Eigenschaften.


Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion.

Wir untersuchen welche Faktoren für die Veränderung der Ausgangsstoffe verantwortlich sind.

Versuch 1: Verbrennung von Eisenwolle unter einblasen von Luft.


Man bläst Luft in eine glühende Eisenwolle.


Beobachtung: Die Eisenwolle glüht stärker, an den Stellen, an die die Luft gerät.


Erklärung: Offenbar spielt die Luft bei der Verbrennung eine wichtige Rolle.


Versuch 2: Wir halten einen gefalteten Kupferbrief in die Bunsenbrennerflamme.


Beobachtung: Nur an der Außenseite des Briefs ist der schwarze Feststoff entstanden. Die

Innenseite bleibt unverändert.


Erklärung: Die Wärme allein ist nicht der Grund für die Veränderung der Ausgangsstoffe.

Man benötigt Luft für die Verbrennung.


Untersuchung der Luft


Versuch: Eine abgeschlossene Luftportion wird mehrmals über glühende Eisenwolle geleitet.


Beobachtung: 1. Das Volumen der Aparatur nimmt von 100 auf 80 ml ab.

2. Aus der glühenden Eisenwolle ist eine blau- schwarze Substanzt

entstanden.


Bei der Verbrennung ist nur ein kleiner Teil der Luft beteiligt (ca. 20%). Bei diesem Gas handelt es sich um das Gas Sauerstoff. Die Eisenwolle reagiert mit Sauerstoff der Luft zu blauschwarzem Eisenoxid.


Steckbrief Sauerstoff und Stickstoff



Sauerstoff

Stickstoff


Elementsymbol

O

H


lat. Name

- Oxid

-elementar (in der Luft)

-

-cehm. gebunden (Nitraten, DANN, Eiweiß, …)


Vorkommen


Aufbewahrung

blauen Stahlflaschen

grünen Stahlflaschen


Eigenschaften

  • farblos

  • g= 1,33 g/l

  • -183°C

  • nicht brennbar

  • Reaktionsfreudigkeit

  • sehr reaktiv

  • unterhält Verbrenung

  • farblos

  • g= 1,16 g/l

  • nicht brennbar

  • -199,8°C

  • nicht brennbar

  • sehr reaktionsträge unterhält Verbrennung nicht


Verwendung

  • Atemgas

  • Raketenantrieb

  • Warzenentfernung

Nachweis

  • Glimmspanprobe

Merke: Luft ist ein Gasgemisch. Neben dem Hauptbestandteil Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%) enthält sie Edelgase (ca.1%) und Kohlendioxid (0,03%).

Metalle reagieren bei Verbrennen


Edelgase sind normalerweise sehr Reaktionsarme Elemente, die somit nicht mit anderen Elementen reagieren.


Zu den Edelgasen gehören:

  • Helium He (helios gr. die Sonne)

  • Neon Ne

  • Argon Ar (Argos gr. der Träge)

  • Krypton Kr

  • Xenon Xr


Verwendung:


  1. Man verwendet Edelgase z.B. Argon als Schutzgas in Glühbirnen.


Der heiße Glühfaden wird durch die Argon Atmosphäre vor der Reaktion mit

Sauerstoff geschützt.


Wolfram:

  • sehr widerstandsfähig

  • höchste Schmelztemperatur aller Metalle 3410°C

  • besonders hartes Metall

  • Verwendung in Glühlampen ( hier werden Temperaturen bis zu 2500°C erreicht)

  • Verhinderung der Oxidation von Wolfram durch Edelgase ( Argon Krypton oder Xenon)


Aufgabe: 1.) Warum wird Wolfram in Glühlampen verwendet?

2.) Warum ist die Glühlampe mit Argon gefüllt und nicht mit Luft?

3.) Beziehe Stellung zu der Aussage „das Licht brennt“.


Fehlvorstellung: Die Glühbirne „brennt“; diese Aussage ist falsch, da beim Betätigen des

Lichtschalters keine chemische Reaktion abläuft, sondern ein

physikalischer Vorgang. Würde die Glühbirne brennen, müsste

Wolframoxid entstehen. Man sollte daher besser sagen, die Glühbirne

glüht.


  1. Leuchtreklame: Legt man an eine Glühbirne, die mit Edelgasen gefüllt ist eine hohe Spannung an, so sendet das Edelgas farbiges Licht aus. ( Helium = gelb/orange, Neon(Ne) = rot/orange, Argon (Ar) = violett, Krypton (Kr) = blau, Xenon(Xe) = violett)


  1. Füllgas für Luftschiffe: Helium wird wegen seiner geringen Dichte als Füllgas für Luftschiffe oder Ballons verwendet.


Säuren und Laugen


Säuren sind sauer und Laugen sind schmierig.


  1. Säuren: Zitronensaft und Essig schmecken sauer. In diesen Flüssigkeiten sind Säuren enthalten, die den sauren Geschmack hervorrufen. Säuren kann man also am sauren Geschmack erkennen. Da aber viele Säuren Haut- und Schleimhäute verletzen, hat der der Chemiker eine ungefährliche Methode gefunden Stoffe zu erkennen. Verschiedene Farbstoffe ändern in einer Säure ihre Farbe. Blauer Lackmus färbt sich in einer Säure rot.


  1. Laugen: Seifenwasser fühlt sich schmierig an. In Seife ist ein Stoff enthalten, der mit Wasser eine sog. Lauge bildet. Man spricht auch von einer alkalischen Lösung. Da jedoch die meisten Laugen ebenfalls schädlich sind benutzt der Chemiker auch hier einen Farbstoff um sie zu erkennen. Roter Lakmusfarbstoff färbt sich in einer Lauge blau.


Merke: 1.) Flüssigkeiten, die einen Lakmusstreifen blau anzeigen lassen, sind Säuren (bzw.

sauer)


Flüssigkeiten, die Lakmus

Farbstoffe, die durch eine Farbänderung anzeigen, ob eine Lösung sauer, neutral, oder alkalisch reagiert nennt man Indikatoren.



Farbe in Säuren

Farbe im Wasser

Farbe in Laugen

Lackmus

rot

violett

blau

Phenolphthalein

farblos

farblos

pink

Bromthymolblau (BTB)

gelb

grün

blau

Rotkohl



Hausaufgabe: Schneide ein Rotkolhblatt in kleine Streifen und koche diese etwas 5 Minuten in etwa 200ml Wasser. Siebe dann die Rotkohlstreifen ab und un verteile den Rotkohlsaft auf verschieden Gläser. Versetze diese jeweils mit folgenden Substanzen.


Der pH-Wert


Zur genauen Angabe, wie stark Sauer oder alkalisch eine Lösung reagiert, wird der pH-Wert ermittelt. Der pH-Wert wird in einer Skala von 0 – 14 angegeben.


neutral


stark sauer stark alkalisch


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

schwach sauer schwach alkalisch


Beispiel:

Unsere Hand hat einen Säureschutzfilm der unsere Haut vor Bakterien Schützt.

Der pH-Wert unserer Haut beträgt 5,5. Stehen auf einer Seife „pH-Hautneutral“, so bedeutet dies, dass der pH-Wert der Seifenlösung, dem pH-Wert der Haut entsprechen soll. Normale Seife würde den Säureschutzfilm zerstören.


  • Wein pH 3 Sauer

  • Zitronensaft pH1 Sauer

  • Cola pH3 Sauer

  • Rohrreiniger pH12 alkalisch

  • Seifenlösung pH 8 schwach alkalisch


Das Wasser


Versuch: Man erhitzt Wasser in einem Erlenmeyer Kolben und hält in den Wasserdampf einen brennenden Holzspan.


Beobachtung: Der Holzspan erlischt.


Erklärung: Für die Verbennung ist Sauerstoff erforderlich, der in dem Wasserdampf nicht vorhanden ist.


Versuch2: Man hält in den Wasserdampf ein brennendes Stück Magnesium


Beobachtung: Das Magnesium brennt mit heller Flamme weiter.


Erklärung: Das Magnesium verbrennt mit so heißer Flamme, dass es in der Lage ist

Sauerstoff aus dem Wasser zu entferhnen. Der Sauerstoff kann nur aus dem Wasser stammen, da Magnesium ein Element ist.


Somit ist gezeigt, das Wasser kein Element sondern eine chemische Verbindung ist.

Im weiteren werden wir untersuchen, welche anderen Elemente neben Sauerstoff in Wasser enthalten sind.


-----ab hier 01.04.2014--

Eigenschaften des Wassers:


  1. Siedetemperatur: 100°C

  2. Schmelzpunkt: 0°C

  3. Aggregatzustand bei Raumtemperatur: flüssig

  4. Dichte (ist vom Druck und der Temperatur abhängig) bei Raumtemperatur: 1g/m3

  5. Dichteanomalie des Wassers: Wasser hat seine höchste Dichte bei 4°C im festen Zustand hat Wasser eine geringere Dichte als im flüssigen. Dies ist eine Anomalie da bei den meisten Stoffen die Dichte im festen Aggregatzustand zunimmt.


Erklärung der Dithermolaie:

Die Dichte von festem Wasser ist geringer als die Dichte von flüssigem Wasser da sich zwischen den Teilchen ein Hohlraum befindet. Dieser Hohlraum wird verursacht durch Wasserstoffbrückenbindungen. Diese Wasserstoffbrückenbindungen werden verursacht durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen.


Wasserstoff

Eigenschaften: - brennbar

- Dichte <Luft (0,0083 g/l) geringste Dichte aller Stoffe.

- farblos geruchlos

- Siedepunkt: -253°C

- geschmaklos

- verbrennt mit orangefarbener Flamme


Versuch: Man zündet einen mit Wasserstoff gefüllten Ballon an.


Beobachtung: Es ist eine Druckwele zu spüren.


Erklärung: Wasserstoff verbrennt mit einer orangefarbenen Flamme. Kommt Wasserstoff mit Sauerstoff in einem Verhältnis von 2:1 zusammen und wird dieses Gemisch entzündet, kommt es zu einer sogenannten Knallgasexplosion. Dabei wird Wasser gebildet.




Definition Explosion:(lat. explodere und bedeutet auseinandertreiben) Eine extrem schnell verlaufende Reaktion, die mit starker Gas und Hitzeentwicklung verbunden ist, wodurch es zu einem großen Druckanstieg kommt.

Die Knallgasreaktion ist eine typische Nachweisreaktion für Wasserstoff. Entzündet man ein Knallgasgemisch kann man ein leises hohes Pfeifen vernhemen oder ein leises Klopfen (dumpfes Plop). Dies ist von der Anzahl der Wasserstoffteilchen abhänig.


Die Reduktion:


Versuch: Der aus der Versuchsapparatur wieder autretende Wasserstoff wird entzündet. anschließend wird das Kupferoxid stark erhitzt.


Beobachtung: Der Rückstand ist rotbraun gefärbt; es bilden sich Flüssigkeitströpchen an der Glaswand.


Erklärung: Reduktion Oxidation


Kpferoxid + Wasserstoff kupfer + Wasser

(Wasserstoffoxid)


Reduktion


Merke: 1. Eine Reduktioin (reducere lat. = zurückführen) ist ein Vorgang bei dem einem Stoff (Oxid) Sauerstoff entzogen wird. Sie ist die Umkehrung von der Oxidation

2. Eine Reduktion ist immer mit einer Oxidation gekoppelt. Beide Reaktionen laufen gleichzeitig ab, man nennt diese Reaktion daher Redoxreaktion.

4. Ein Reduktionsmittel ist ein Stoff, der einem anderen Stoff Sauerstoff entzieht. Das Reduktionmittel wird selbst Oxidiert.


Übung: 1) Magnesiumoxid + Kupfer Magnesium + Kupferoxid

Oxidationsmittel Reduktionsmittel


  1. Aluminium + Eisenoxid Aluminiumoxid + Eisen

  2. Silberoxid + Eisen Eisenoxid + Silberoxid


Die Thermitreaktion


Versuch: Man gibt ein Gemisch aus Eisenoxid und Aluminium in einen Tontopf, der mit Sand gefüllt ist. Der Tontopf wird in einem Eisenring gehalten. Auf das Gemisch gibt man ein Zündgemisch, das mit einem Magnesiumband gezündet wird.


Beobachtung: Die Reaktion läuft sehr heftig und unter massiver

Flammenerscheinung ab. bei der Reaktion entsteht Eisen, das aufgrund der hohen Temperatur (2400°C) im flüssigen Zustand aus dem Reaktionsgefäß tropft.


Red.


Aluminium + Eisenoxid Aluminiumoxid + Eisen


OX


Erklärung: Aluminium entzieht dem Eisenoxid den Sauerstoff, (Reduktion)in dieser unter starker Wärmeentwicklung ablaufenden Reaktion wird Eisenoxid, zu Eisen reduziert und Aluminium zu Aluminiumoxid oxidiert.





Die „Affinität“


Merke: Unter Affinität versteht man das Bestreben eines Stoffes, sich mit einem

anderen zu Verbinden


ob Reaktionen ablaufen oder nicht hängt von der Affinität eines Stoffes zu einem anderen Stoff ab. Für Redoxreaktionen ordnet man daher die Stoffe nach ihrer Affinität zu Sauerstoff in der Affinitätsreihe:

Aus der Affinitätsreihe erkennt man


  1. ein Metall das links von einem anderen Metall steht kann dessen Oxid reduzieren.

  2. mit Hilfe der Affinitätsreihe kann man Aussagen darüber machen ob eine Reaktion abläuft oder nicht.

  3. Je edler die Metalle, desto geringer ist die Affinität zu Sauerstoff.


Magnesium Aluminium Eisen Wasserstoff Kupfer Silber Gold


Höchste Affinität geringste Affinität


Typen von Reaktionen


In der Chemie gibt es verschiedene Reaktionstypen die sich anhand ihres Energieumsatzes unterscheiden.

Man unterscheidet exotherme und endotherme Reaktionen.


wärme wird frei

Eisenoxid+ Aluminiumoxid Aluminiumoxid + Eisen

exotherm


wärme wird benötigt

Kupferoxid + Wasserstoff Kupfer + Wasserstoffoxid


Bei manchen Reaktionen benötigt man jedoch zusätzlich eine Aktivierungsenergie AE

d

Definitionen


Endotherme Reaktion:


Bei der Reaktion wird die Wärme an die Umgebung abgegeben.


Exotherne Reaktion:


Bei der Reaktion wird (Wärme-) Energie aufgenommen. Sie läuft nur unter ständiger Energiezufuhr ab. Wird die Energiezufuhr unterbrochen, so kommt die Reaktion zum Stillstand

amit die Reaktion überhaupt in Gang gesetzt wird.


1. chemisches Grundgesetz: Gesetz der Erhaltung der Masse


Untersuchung des Verhaltens der Masse von verschiedenen Stoffen bei der Verbrennung.


Stoff

Masse vor dem Verbrennen

Masse nach dem Verbrennen

Kupfer

2,35 g

2,33 g

Eisenwolle

2,65 g

2,72 g

Magnesium

3,66 g

3,55 g

Holzkohle

8,90 g

7,34 g

Papier

4,89 g

1,34 g

Man kann keine allgemeingültige Aussage über das Verhalten der Masse von Stoffen anhand dieses Versuchs tätigen. Wir benötigen eine Versuchsanordnung, bei der wir garantieren können, dass alle Stoffe vor und nach dem Versuch vorhanden sind.


Versuch:

Wir führen eine Reaktion in einem abgeschlossenen System durch (Glühbirne). Hierzu wird eine geplatzte Glühbirne mit Sauerstoff gefüllt und zur Reaktion gebracht. Man wiegt die Glühbirne vor und nach der Reaktion.


Masse Glühbirne nach der Reaktion: 22,1 g


Beobachtung:

Die Masse der Glühbirne vor der Reaktion ist gleich der Masse der Glühbirne nach der Reaktion.

Erklärung:

Bei der Reaktion von Wolfram mit Sauerstoff ist die Masse der Edukte genauso groß wie die Masse des Produktes (Wolframoxid).


Erklärung des Gesetz der Erhaltung der Masse:


Das Gesetz lässt sich erklären, wenn man animmt, dass sich die Teilchen der Stoffe bei der Reaktion einfach umgruppieren. Da keine Teilchen verloren gehen und keine Teilchen hinzukommen, bleibt die Gesamtmasse vor und nach der Reaktion gleich groß.


Gesetz der Erhaltung der Masse

Bei allen chemischen Reaktionen sind die Massen der Edukte genauso groß wie die Massen der Produkte.


2. Grundgesetz: Das Gesetz der Konstanten Massenverhältnisse:


Versuch: IN einem Reagenzglas wird eine Prtion Schwefel mit einem Stück Kupferblech erhitzt.


Beobachtung:


  1. Das Kupferblech beginnt zu glühen

  2. Es entsteht i eine blau-schwarze Substanz, die leicht zerbröselt. Man nennt die Substanz Kupfersulfid.

  1. Es Bleibt Schwefel übrig.


Problem: Lässt man viel Kupfer mit wenig Schwefel reagieren bleibt Kupfer übrig.

Lässt man viel Schwefel mit wenig Kupfer reagieren bleibt Schwefel übrig.


Welche Masse Kupfer und Schwefel benötig man, damit beide Stoffe vollständig miteinander reagieren?


Masse Kupfer

Masse Schwefel

Masse Kupfersulfid

Verhältniss

06,g

0,15g

0,75g

4:1

0,48g

0,12g

0,6g

4:1

4g

1g

5g

4;1

Ergebnis: Das Massenverhältnis von Kupfer zu Schwefel ist immer 4:1 im Kupfersulfid.


Gesetz der konstanten Massenverhätnisse:


Zwei Elemente reagieren miteinander zu einer Verbindung immer in einem konstanten Massenverhältnis.


M(cu)

M(o)

m(Kupferoxid)

Verhältniss

7,85g

1,92g

9,89g

3,94g:1

9,05g

2,27g

11,32g

1,1,99:1,241

12,31g

3,60g

13,32g

4,08:1

M(Mg)

M(O)

M(Magnesiumoxid)

Verhältnis

4,11g

2,71g

6,82g

1,5:1

5,05g

3,35g

8,4g

1,5:1

12,12g

8,13g

20,25g

1,49:1

Erklärung:


Der englische Chemiker John Dalton führt den Begriff Atom in die Wissenschaft ein. Er machte dabei folgende Annahmen:

  1. Die Elemente bestehen aus winzigen Kugelförmigen nicht weiter zerlegbaren Teilchen, den Atomen (atomos gr. unteilbar).

  2. Die Atome eines Elementes sin untereinander gleich. Sie haben gleiche Masse und Größe.

  3. Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Größe.


Die relative Atommasse


Wir betrachten die Masse eines Wasserstoffatoms.

m (Wasserstoff) = 0,000 000 000 000 000 000 000 0017g = absolute Atomasse von Wasserstoff

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