Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Stoffe können sich verändern
Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Stoffe können sich verändern
Wir haben die Eigenschaften von Stoffen untersucht und diese Stoffeigenschaften genutzt, um sie zu unterscheiden.
Es kann aber vorkommen, dass ein Stoff sich verändert, das er neue Eigenschaften bekommt. Das kann langsam gehen oder schnell:
Eisen rostet mit der Zeit, es ist eine sehr langsame Veränderung, die unspektakulär ist.
Eisen ist ein silber glänzendes Metall.
Kommt es mit Feuchtigkeit und Luft in Kontakt rostet es oft und dabei verändert sich die Farbe.
Magnesium verbrennt, wenn man es anzündet mit heller Flamme
Magnesium ist ein helles, silberglänzendes Metall.
Wenn man es anzündet, brennt es mit sehr heller Flamme. Es steigt weißer Rauch auf was aber nur das verbrannte Magnesium ist, dass zurückbleibt, wenn die Flamme ausgegangen ist.
Weißer Rückstand der Magnesiumverbrennung.
Die Veränderung von Stoffen, um gezielt neue Stoff herstellen zu können, ist eigentlich nichts Besonderes. Schon in der Frühzeit der Menschheit, hat man Beobachtungen von natürlichen Vorgängen oder auch die Auswirkung von Feuer auf verschiedene Materialien wahrgenommen und auch genutzt. So werden Verbrennungsreaktionen, die alkoholische Gärung oder die Gewinnung von Metallen aus Erzen schon lange genutzt.
Nachbau eines keltischen Rennofens zur Herstellung Eisen.
Schnaps-Brennerei aus dem 18. Jahrhundert.
Die ersten Theorien, was bei solchen Veränderungen passiert, stammen von den griechischen Philosophen, aber sie sind aus unserer Sicht sehr merkwürdig. Lange hat sich bei der Frage, was bei chemischen Reaktionen passiert, nicht getan.
Im Mittelalter, waren es die Alchemisten, die sich auf die Nutzung von chemischen Reaktionen spezialisiert haben, Rezepte gesammelt und gezielt bestimmte Stoffe hergestellt haben.
Szene aus einem alchemistischen Labor
Original Apparate aus einem alchemistischen Labor
Viele Alchemisten hatten sicherlich das Ziel Gold herzustellen, was hinter der "Umwandlung" von Stoffen war für sie nicht so wichtig.
Untersuchung der Veränderungen bei Stoff
Wir wollen einige Vorgänge genauer betrachten, bei denen sich Stoffe verändern. Du wirst selber ein solche Experiment durchführen und dabei lernen, wie man Beobachtungen bei Experimenten richtig in einerm Versuchsprotokoll festhält.
Diese Aktivität beschreibt, wie du Experiment durchführen sollst und erklärt dir die Vorgehensweise zum richtigen Protokollieren dieses Epxerimentes.
⇒ Verhalten von Kupfer beim Erhitzen mit Schwefel
Nun, war dieses Experiment etwas Besonderes? Nicht unbedingt, denn das durch unsere Einwirkung sich Stoffe verändern und auch verändert bleiben findet andauern im Alltag statt.
Aber Achtung, du darfst Veränderung von Stoffe nicht mit Änderungen des Aggregatzustandes verwechseln, denn diese Änderungen können ja wieder ganz einfach rückgängig gemacht werden. So wird Schwefel beim Erhitzen flüssig und ändert seine Farbe, wenn man es aber abkühlen lässt und einige Zeit wartet wird er wieder fest und bekommt seine gelbe Farbe zurück.
Du wirst es vielleicht schon geahnt haben, denn beim Experiment von Kupfer mit Schwefel haben wir eine sogenannte Chemische Reaktion durchgeführt.
Beim Erhitzen schmilzt Schwefel und ändert auch seine Farbe!
Und nun du: fallen dir Vorgänge im Alltag ein, die chemische Reaktionen sind? Denke daran, du musst überlegen, ob sie vielleicht nur Änderungen des Aggregatzustandes sind? Überlege also immer, ob die Veränderung dauerhaft ist? Welche Eigenschaften hat man vorher, welche verändern sich?
Suche 5 bis 10 Vorgänge im Alltag heraus, die eine chemische Reaktion sind und notiere sie im Heft unter der Überschrift "Chemische Reaktionen im Alltag". Überlege jeweils welche Stoffeigenschaft sich ändert. Lasse zwischen jedem Vorschlag eine Zeile frei, da du später noch etwas dazu notieren sollst.
Wir besprechen eure Vorschläge im Unterricht und überlegen, ob es sich bei der Änderung um eine chemischen Reaktion handelt.Nun wollen wir diesen neuen Begriff etwas genauer definieren und weitere Beispiele dazu anschauen.
Nachdem du nun einige Experiment kennengelernt hast, bei denen eine chemische Reaktion stattgefunden hat, soll dieser Begriff nun etwas genauer betrachtet werden.
⇒ Chemische Reaktionen genauer betrachtetChemische Reaktionen im Teilchenmodell
Bevor wir uns genauer anschauen, was bei den chemischen Reaktionen auf Teilchenebene geschieht, führen wir noch ein weitere chemische Reaktion durch:
Die Durchführung des Experimentes und was du dabei genau beachten sollst, wird auf der folgenden Unterseite genauer beschrieben.
⇒ Reaktion von Kupfer mit IodNach unseren bisherigen Vorstellungen ist es so, dass unterschiedliche Stoffe unterschiedliche Teilchen haben müssen. Wenn bei einer chemischen Reaktion ein neuer Stoff entsteht, dann müssen nun neue Teilchen vorhanden sein. Man könnte sich also vorstellen, das bei der Reaktion von Kupfer mit Iod passiert, was im folgenden Film zu sehen ist ...
Schau dir schon einmal die Vorschau des Videos an. Was ist gegeben?
- Zunächst einmal sieht man die rosa-farbenen Kugeln, die eng und geordnet beieinander liegen. Das soll hier der Feststoff, also das Kupfer, sein.
- Herum schwebend sind da noch die kleinen, türkis-farbenen Teilchen, welche die Iod-Atome darstellen sollen, die in den gasförmigen Zustand gebracht wurden.
Für die chemische Reaktion treffen sie aufeinander. Schau dir einmal an, was dann passiert:
Schau dir das Video ruhig gleich mehrfach an, denn es geht relativ schnell.
DBeschreibe mit eigenen Worten was hier passiert?
Wie kommt es du der Änderung im Verhalten der Teilchen vor und nach der Reaktion?
Verstehst du, warum hier eine chemische Reaktion stattgefunden hat? Oder siehst du ein Problem zu unseren bisherigen Beobachtungen?Die zwei Reaktionen, die ihr bisher selber durchgeführt habt, also die Reaktionen von Kupfer mit Schwefel und mit Iod lassen sich mit dieser Idee recht gut beschreiben. Betrachten wir andere Reaktionen, so wird der Versuch, dies ähnlich wie im Video zu erklären, nicht so einfach sein.
Wir betrachten nun eine ganz andere Reaktion, die wir ohne Feuer durchführen. Energie kommt hier in Form von Elektrizität vor. Denk daran: Energie spielt eine wichtige Rolle bei chemischen Reaktionen. Neben dem Umsatz von Stoffen (es verschwinden Stoffe und es entstehen neue) gibt es auch immer einen Umsatz von Energie. Wir müssen wir entweder Energie zufügen (das Kochen von Eiern) oder es wird Energie frei (eine brennende Kerze, das Glühen bei der Reaktion von Kupfer mit Schwefel).
Bei diesem Experiment wirst du auch kennenlernen, wie man einige Stoffe nachweisen kann. Denn die bei diesem Experiment entstehenden Gasen sind beide unsichtbar und man kann nicht wirklich viel Unterschied erkennen.
Die Unterseite beschreibt wieder die Durchführung des Experimentes und wie man die Edukte untersuchen kann.
⇒ Elektrolyse von WasserEs gibt einige Begriffe, die für spezielle chemische Reaktionen verwendet werden. Zuletzt habt ihr die Elektrolyse durchgeführt, die Begriffe Synthese und Analyse solltet ihr schon einmal im Alltag gehört haben.
- Synthese = Reaktion, bei der ein bestimmter Stoff hergestellt wird, z.B. die Synthese von Kupfersulfid aus Kupfer und Schwefel.
- Analyse = Allgemein eine Reaktion, bei der ein Stoff zerlegt wird. Meist beschreibt man damit Verfahren, mit denen man feststellen will, um welche Art von Stoff es sich handelt.
- ... lyse = Reaktion zum Zerlegen von Stoffen
- Elektrolyse = Reaktion zum Zerlegen eines Stoffes mit Hilfe von elektrischem Strom.
- Thermolyse = Reaktion zum Zerlegen eines Stoffes mit Hilfe von Wärme.
Die Elektrolyse von Wasser ist übrigens ein wichtiges technisches Verfahren. Bei der Elektrolyse wird mit Hilfe von elektrischen Strom der brennbare Wasserstoff gewonnen, um zum Beispiel die gewonnene Energie aus regenerativen Energiequellen längerfristig lagerbar zu machen. Dieser Wasserstoff kann dann wieder zur Gewinnung von Energie genutzt werden. Teilweise wird dieser Wasserstoff auch weiterverarbeitet, zum Beispiel zum flüssigen Methanol, um dieses als Treibstoff für Autos, ähnlich wie Benzin nutzen zu können. Oder auch in Brennstoffzellen, was noch besser ist.
Elektrischer Strom wird mit Hilfe von Windrädern gewonnen. Dieser Strom wird genutzt ...
Elektrischer Strom wird mit Hilfe von Windrädern gewonnen. Dieser Strom wird genutzt ...
... und der Wasserstoff wird dann an speziellen Tankstellen für Brennstoffzellen-Autos zum Tanken angeboten.
Und nun? Lässt sich diese chemische Reaktion bei der Elektrolyse mit Hilfe des Teilchenmodells erklären? Wie müsste ein Video mit einer Teilchensimulation aussehen? Geht das überhaupt?
Nun soll es um die endgültige Auflösung gehen und damit sollen alle möglichen Reaktionen chemische erklärbar werden. Dabei rückt das "Atom" wieder mehr in den Mittelpunkt. DU lernst neue Begriffe kenne und
⇒ Reaktionen mit dem Atommodell erklärenChemische Reaktionen mit Atomsymbolen beschreiben
Du hast gelernt, was chemische Reaktionen sind und was dabei passiert. Als ein Beispiel haben wir die Verbrennung von Oktan betrachtet.
Bild:Verbrennung von Oktan
Da das Oktanmolekül aus vielen Atome besteht, müssen wir sehr viele Atome zeichnen, was einige Zeit dauert. Einfacher wäre es zum Beispiel, wenn wir bei den Sauerstoff-Molekülen nicht jedes Molekül einzeln zeichnen müssten, sondern einfachen sagen könnten, dass (wir hier im Beispiel) 25 Sauerstoff-Moleküle reagieren.
Noch einfacher geht das allerdings, wenn wir statt einen Kreis für ein Atom zu zeichnen ein einfaches Symbole verwenden. Nämlich einfach Buchstaben. Die sogenannten Atomsymbole, sind spezielle Buchstaben-Kombinationen, die man international festgelegt hat, so dass Chemiker, aus aller Welt sich damit verständigen können.
Für die Verbrennung von Oktan schreibt man dann in einer sogenannten Reaktionsgleichung ganz schnell.
Historische Entwicklung der Atomsymbole
Wie schon vorhin erwähnt, haben die die Chemiker vor über 200 Jahren sich mit der Untersuchung von chemischen Reaktionen beschäftigt, indem sie die Mengen der Edukte und Produkte genau gewogen haben.
....
Die "moderne" Symbolschreibweise
Die Symbolschreibweise chemischen Reaktionen
Erinnerst du dich an die Reaktionsgleichung für die Beschreibung der Verbrennung des Oktans im Benzin? Was das alles bedeutet, sollte dir nun klar sein, oder?
2 C8H18 + 25 O2 ⟶ 16 CO2 + 18 H2O
Da du nun die Symbolschreibweise kennst, können wir uns daran machen, sie bei weiteren chemischen Reaktionen anzuwenden. Dabei benutzen immer noch das Reaktionsschema und betrachten dazu das Teilchenmodell, denn du hast noch nicht so viel Erfahrung.
Als Abschluss des Thema soll nun alles, was du rund um die Symbolschreibweise gelernt hast, und auch noch einmal das Teilchenmodell, angewendet werden. Wir nutzen dazu fertige Arbeitsblätter, die nur noch ausgefüllt werden müssen.
⇒ Betrachtung von Chemischen Reaktionen auf verschiedenen Ebenen
Abschluss - Erstellen einer Concept-Map
Nun hast du hoffentlich genau verstanden, was chemische Reaktionen sind und was es auch auf Teilchenebene bedeutet. Um sich selber Begriffe und ihre Zusammenhänge besser merken zu können, nutzt man gerne MindMaps oder hier noch besser sogenannten Concept-Maps.
Das folgende Arbeitsblatt führt die ein, in die Erstellung von Concept-Maps. Zuerst einmal wird es dir recht einfach gemacht und genau erläutert, was Concept-Maps sind und wie sie "funktionieren".
Lade dir das Arbeitsblatt als → PDF oder → ODT-Datei herunter, drucke es dir aus und fülle es aus.
Wir vergleichen es am Ende und besprechen die Lösungen.Die Idee der Concept-Maps kann dir immer - egal in welchen Fächern - helfen dein Wissen zu struktuieren. Nutze es ruhig auch in anderen Fächern. Wir werden noch öfters Concept-Maps in Chemie nutzen und du wirst auch noch eine Software kennenlernen, mit der du solche Concept-Mapsrecht bequem erstellen kannst.
