Chemie, Klasse 8

Chemie - Klasse 8

Zusammensetzung der Luft:

- 21% Sauerstoff
- 78% Stickstoff
- 1% andere Bestandteile

Andere Bestandteile :

Edelgase ( Helium, Neon, Argon, Koypton, Xenon, Radon)

Wasserstoff

Kohlen(stoff)dioxid (0,03%)

Der Sauerstoff hat eine größere Dichte als Luft >>> Glimmspanprobe

Steckbrief : Sauerstoff Stickstoff

Farbe farblos farblos

Geruch geruchlos geruchlos

Aggregat= gasförmig gasförmig

zustand bei

Raumtemp.

Dichte (bei 1,429g/l 1.25g/l 0°C,1013hPa)

Siedepunkt -183°C -196°C

Schmelzpunkt -219°C -210°C

Löslichkeit 49,1 ml pro Liter 23,2 ml pro Liter in Wasser

Brennbarkeit nicht brennbar; nicht brennbar;

unterhält die Verbrennung unterhält die Verbrennung nicht

Nachweis Glimmspan -----

Ausgangsstoff typische Eigenschaften

Kupfer rot, metallisch glänzend, biegsam als Blech

Schwefel gelb

Endstoff

Kupfersulfid blau-schwarz

Chemische Reaktionen

Chemische Reaktionen sind Vorgänge bei denen neue Stoffe entstehen.

Die neuen Stoffe haben andere Eigenschaften als die Ausgangsstoffe.

Jede chemische Reaktion ist mit einem Energieumsatz verbunden.

Bsp.: Eisen+Schwefel >>>Eisensulfid

Eisen + Schwefel >>>Aktivierungsenergie >>> angeregter Zustand >>> freiwerdende Energie ( z.B. Wärme )>>> Eisensulfid

Exotherm und endotherm :

Bei einer exothermen Reaktion wird Energie frei.

Bei einer endothermen Reaktion muss Energie hinzugefügt werden.

Die Unterschiede von Gemisch - Verbindung und Element - Verbindung

Gemisch: Ein Gemisch kann man bei Erhitzung wieder trennen, z.B.:

Kupfer-Schwefel-Gemisch. Es besteht aus mehreren Reinstoffen, deren Eigenschaften nach der Trennung noch nachweisbar sind.

Verbindung: Verbindungen sind Reinstoffe, die sich aus Elementen aufbauen oder in mindestens zwei Elemente zerlegbar sind.

In einer Verbindung liegen die Elemente chemisch gebunden vor. Eine Verbindung läßt sich nur durch chemische Reaktion in die Elemente zerlegen.

Eine Verbindung hat andere Eigenschaften als die Stoffe aus denen sie entstanden sind , z.B.: Kupfersulfid

Element: Elemente sind Reinstoffe, die durch chemische Reaktion nicht in andere Stoffe zerlegt werden können; sie sind Grundstoffe der Materie.

In der Natur kommen 90 Elemente vor. Davon sind: 70 Metalle und 20 Nichtmetalle.

Enteilung der Stoffe: Stoffe

Gemische -------Reinstoffe

Elemente---------Verbindungen

Metalle----Nichtmetalle

(ca.4/5 aller Elemente)

Oxidation ----- Reduktion >>>>Redoxreaktion

Die Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff wird Oxidation genannt.

Versuche mit reinen Sauerstoff:

a) glühende Eisenwolle
b) brennendes Magnesium

wird jeweils in einen mit Sauerstoff gefüllten Zylinder gehalten. Beob.: Die Reaktion verläuft heftiger als in Luft

Deutung: Sowohl in Luft als auch in Sauarstoff finden folgende Reaktionen statt:

Eisen + Sauerstoff >>> Eisenoxid

Magnesium + Sauertsoff >>> Magnesiumoxid

Einige Metalle bilden an ihrer Oberfläche dichte Oxidschichten, die die weitere Reaktion mit Sauerstoff verhindern, z.B.: Aluminium, Zink

Versuch: Das Bindungsbestreben der untersuchten Metalle zu Sauerstoff nimmt in der Reihenfolge Kupfer, Eisen, Magnesium zu.

V.: In einem RG wird eine kleine Portion eines Gemisches aus schwarzem Kupferoxid und grauem Eisenpulver bis zum Aufglühen erhitzt.

Beob.: Rot Einschüsse in grauschwarzem Pulver.

Deutung: Kupferoxid + Eisen >>> Kupfer + Eisenoid

Kupferoxid >>> Kupfer = Reduktion

Eisen >>> Eisenoxid = Oxidation.

Gesamtvorgang: Redoxreaktion

Metalloxide ---- Nichtmetalloxide

Nichtmetalle reagieren mit Sauerstoff

V: Brennender Schwefel in Sauerstoff

Beob.: In reinem Sauerstoff verbrennt Schwefel mit blauer Flamme zu einem Gas mit stechendem Geruch.

Deutung: Schwefel + Sauerstoff >>>> Schwefeldioxid / exotherm

Weitere Beispiele : Kohlenstoff + Sauerstoff >>> Kohlen(stoff)dioxid

Nachweis von Kohlenstoffdioxid (in ausgeatmeter Luft ) :

Das im Versuch entstandene Kohlenstoffdioxid wird mit klarem Kalkwasser geschüttelt.(>> Ausgeatmete Luft )

Beob.: Es tritt eine Trübung ein.

W ä ssrige L ö sungen von Metalloxiden und Nichtmetalloxiden

V: Schwefeldioxid wird in Wasser gelöst. Man fügt Lackmuslösung hinzu. Beob.: Rotfärbung der Lackmuslösung !

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V: Zu einer wässerigen Lösung von Kohlenstoffdioxid gibt man Lackmuslösung. Beob.: Rotfärbung

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V: Zu einer Suspension von Calciumoxid gibt man Bromthymolblau-Lösung. Beob.: Blaufärbung

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V: Magnesiumoxid wird auf angefeuchtetem roten Lackmuspapier verrieben.

Beob.: Blaufärbung

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Ergebnis: Nichtmetalloxide ergeben mit Wasser saure Lösungen.

Metalloxide ergeben mit Wasser alkalische Lösungen.

Arbeitsblatt: Saure, neutrale und alkalische L ö sungen

Alltagserfahrungen:

- Der Saft vieler Früchte schmeckt sauer. Auch Essig schmeckt sauer.
- Die Seifenlösung fühlt sich glitschig an. Gelangt sie in den Mund, schmeckt sie unangenehm.

Anmerkung:

Der saure Geschmack mancher Flüssigkeiten wird durch Stoffe hervorgerufen, die im Wasser löslich sind, und er ist der Hintergrund für die Bezeichnung saure Lösung.

Lösungen, die sich ähnlich verhalten wie Seifenlösung, werden alkalische Lösungen genannt. Flüssigkeiten, die weder sauer noch alkalisch sind (z:B. reines Wasser) werden neutral genannt.

- Viele Farbstoffe ändern ihre Farbe, wenn sie mit sauren oder alkalischen Lösungen zusammengebracht werden.

Bsp:: Versetzt man Tee (enthält charakteristische barune Farbstoffe) mit Zitronensaft (saure Lösung), so wird der Tee heller.

Der Farbstoff des Rotkohls wird bei Zugabe von

-sauren Lösungen (z.B. Zitronensaft oder Essig) intensiver rot.
-alkalischen Lösungen (z.B. Seifenlösung) blau.

Indikatoren

Indikatoren zeigen durch ihre Farbe an, ob lösungen sauer, neutral oder alkalisch sind. Beispiele gebräuchlicher Indikatoren:

Lackmuslösung (wird aus Flachten gewonnen)

Bromthymolblau (künstl. hergestellt.)

Phenolphthalein (künstl. hergestellt.)

Indikator: Farbe in saurer neutraler alkalischer Lösung

Lackmus rot violett blau-violett

Bromthymolblau gelb grün blau

Phenolphthalein weißlich weißlich rot

Wasser

Thema: Die Zusammensetzung der Verbindung mit Wasser

Hypothese: Wasser ist eine Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff

V: Reaktion von Magnesium mit Wasser

Durchführung:Scgwer schmelzbares RG mit 4cm hoch Sand >>mit Wasser befeuchten>>>RG fast waagerecht in ein Stativ klemmen>>>Magnesium vor Sand bringen>>RG wird mit Gummistopfen, durch den ein gewinkeltes Galsrohr führt, zum Auffangen des entstehenden Gases, verschlossen>>>Metall u. Sand werden erhitzt>>>Aufgefangenes Gas versuchen zu entzünden.

Beob.: Glas beschlägt sich nach dem Erhitzen, silbriggraue Magnesiun wird weiß, beim Halten in die Flamme gibt dea aufgefangene Gas einen Ton von sich.

Deutung: 1: Beim Erhitzen des Magnesiums entseht in einer stark exothermen Reaktion zunächst Magnesiumoxid, wobei der Luftsauerstoff Reaktionspartner ist.

2:Beim Erhitzen des feuchten Sandes entsteht Wasserdampf, der die Luft im RG verdrängt. Von nun an ist Wasserdampf der Reaktionspartner des Magnesiums.

3: Bei der Reaktion des Wasserdampfs mit dem Magnesium entstehen

- weiteres Magnesiumoxid
- ein Gas

Es heißt Wasserstoff, weil es aus Wasser erzeugt wurde.

Magnesium + Wasser >>> Magnesiumoxid + Wasserstoff

Gesetz von der Erhaltung der Masse

Bei jeder chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse erhalten.

Beispiel:

V: 1: Ein mit Kupferblech und Schwefel gefülltes RG, das mit einem Luftballon verschlossen ist, wird ausgewogen.

2: Man erhitzt und läßt dabei die Kupfersulfid-Bindung ablaufen.

3: Nach Abkühlen wiegt man erneut.

Beob.: Keine Massenveränderung !!!

Deutung des Gesetzes durch das Teilchenmodell der Materie

Anordnung der Teilchen Anordnung der Teilchen Anordnung der Teilchen in in Element A in Element B in der Verbindung AB

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eine chemische Reaktion läßt sich als UMGRUPPIERUNG von Teilchen verstehen.

Gesetz von den konstanten Massenverh ä ltnissen

Das Massenverhältnis der Elemente, aus denen eine Verbindung aufgebaut ist, ist konstant.

Zusatz: Massenabnahme, bsp. bei Kerze: stehende Gase entweichen, offenes system

Daltons Atomhypothese

1: Die chemischen Elemente bestehen aus sehr kleinen, bei chemischen Vorgängen ungeteilt bleibenden ATOMEN.
2: Die Massen der Atome eines bestimmten Elementes sind gleich. Die Massen der Atome verschiedener Elemente sind verschieden.
3: Bei chemischen Reaktionen werden miteinander verbundene Atome getrennt und in neuer Kombination verbunden.
4: Eine bestimmte Verbindung wird von den Atomen der betreffenden Elemente in einem ganz bestimmten einfachen Zahlenverhältnis gebildet.

Atommasseneinheit u

1 u = 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms

1 u = 1,661 x 10 g

1 u >>> vom englischen "unit" = Einheit

Für das Atom mit der geringsten Masse, das Wasserstoffatom, ergibt sich folgende Masse: m (1 Wasserstoffatom) =0,000000000000000000000001674 g

Da eine Angabe der Atommasse in g sehr umständlich ist, wurde die Atomeinheit u eingeführt. Man wählt dafür nicht die Masse eines Wasserstoffatoms, jedoch einen geringfügig abweichenden Wert:

1 u = 0,000000000000000000000001661 g = 1,661 x 10 g

Für das Wasserstoffatom ergibt sich damit :

m (1 Wasserstoffatom) = 1,008 u

Ein Sauerstoffatom, m (1 Sauerstoffatom) = 16,00 u, besitzt demnach ungefähr die Masse von 16 Wasserstoffatomen.

Modellversuch:

Eine rollende Kugel wird durch eine seitlich wirkend Kraft um so stärker abgelenkt, je kleiner die Masse der Kugel ist. Kugeln gleicher Masse gelangen somit auch an dieselbe Stelle. Im Gerät zur Bestimmung der Atommassen erhalten die Atome zunächst eine elektrische Ladung und werden dann beschleunigt. Die Teilchen erfahren durch elektrische und magnetische Kräfte eine Ablenkung, die von der Masse des Teilchens abhängt.

Die Masse eines geladenen Teilchens unterscheidet sich von der Masse des Atoms nur geringfügig.

Mit dem Dalton-Atommodell läßt sich die Entstehung geladener Teilchen noch nicht erklären. Läßt man die Atome auf einen Film auftreffen, kann man ihre Ablenkung sichtbar machen. Da Teilchen gleicher Masse gleich weit abgelenkt werden, ergibt sich ein Streifenmuster. Es heißt Massenspektrum.

Symbole f ü r die Atome

Elementname Zeichen für Atommasse deutsch lat./griech. das Atom in u

Wasserstoff (Hydrogenium) H 1,008

Kohlenstoff (Carboneum) C 12,00

Stickstoff (Nitrogenium) N 14,01

Sauerstoff (Oxygenium) O 16,00

Magnesium (Magnesium) Mg 24,31

Aluminium (Aluminium) Al 26,98

Schwefel (Sulfur) S 32,07

Eisen (Ferrum) F 55,85

Kupfer (Cuprum) Cu 63,55

Zink (Zincum) Zn 65,39

Silber (Argentum) Ag 107,87

Blei (Plumbum) Pb 207,2

Elementargruppe = Bsp.: 2m (1Cu) >>> Massenverhältnis der Atomsorten in 1m ( 1s ) der Elementargruppe >>> 0°0

>>>> Bsp.: Eisenoxid >>>> Fe O

Zurück zum Gesetz von den konstanten Massenverhältnissen

>> Deutung:

m (Kupferportion) = N (Cu-atome) x m (1Cu)

m (Schwefelportion) = N (S-atome) x m(1S)

N : numerus = Anzahl

m (Kupferportion) = N ( Cu-atome ) x m ( 1Cu )

m (Schwefelportion) N ( S-atome ) x m ( 1 S )

D.h.: 3,97 = N ( Cu-atome ) x 63,5 u / x 32

1 N ( S -atome ) x 32,0 u 63,5

= 3,97 x 32 = N ( Cu-atome )

1 63,5 N ( S - atome )

= 2 = N ( Cu-atome)

1 N ( S - atome )

Weitere Versuche :

- Reaktion von Bleisulfid mit Holzkohle :

V : In einer Vertiefung einer Holzkohle wird Bleisulfid mit dem Brenner erhitzt. Luft wird durch ein Lötrohr hinzugefügt.

Beob.: Ein flüssiges Metall entsteht.

Deutung: Bleisulfid >>>> Blei + Schwefel ( reagiert mit Luftsauerstoff weiter) / endotherm

- Reaktion von Kupferoxid mit Holzkohle

V: Kupferoxid und Holzkohle (zu 90% Kohlenstoff) werden in einem RG erhitzt. Durch einen Stopfen führt ein gewinkeltes Glasrohr in einen Behälter mit Kalkwasser.

Beob.: (1) Das Kalkwasser trübt sich

(2) Zwischen der Holzkohle sind rote Teilchen entstanden.

Deutung: Kupferoxid + Kohlenstoff >>> Kupfer + Kohlen(stoff)dioxid

- Reaktion von Magnesium mit Wasserdampf > siehe oben
- Rosten von Eisen

V: Eisenwolle wird in das untere Ende eines RG "gesteckt"; das Rg wird "kopfüber" in einen Behälter mit Wasser gestellt.

Beob.: nach einiger Zeit rostete die Eisenwolle

Deutung: Langsames Rosten des Eisens in feuchter Luft

- Vorgänge in der Reduktionszone des Hochofens

Reduktionszone = etwa 900°C

In der Reduktionszone wird der größte Teil der Eisenerze schrittweise durch Kohlenstoffmonooxid reduziert.

Eisenoxid+Kohlenstoffmonooxid >> Eisen + Kohlenstoffdioxid

Das Kohlenstoffdioxid reagiert mit der nächsten Koksschicht wieder zu Kohlenstoffmonooxid

Kohlenstoffdioxid+Kohlenstoff >> Kohlenstoffmonooxid

Ein kleiner Teil der Eisenerze wird durch feinverteilten Kohlenstoff reduziert. Dieser Kohlenstoff entsteht im oberen, weniger heißeren Teil der Reduktionszone durch Zerfall von Kohlenstoffmonooxid zu Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid.

Weitere Abschnitte des Hochofens :

Vorwärmzone = ca. 400°C; Koks und Möller werden vorgewärmt u. von anhaftendem Wasser befreit.

Kohlungszone (nach Reduktionszone) = ca. 1400°C ; das schwammige eisen nimmt den übriggebliebenen Kohlenstoff auf; außer der Gangart, dem Zuschlag, und dem koks kommen noch weiter Stoffe ( Mangan,...) hinzu >> Schmelztemp. sinkt von 1536°C auf etwa 1100°C- 1200°C.

Schmelzzone = ca. 1600°C-2000°C; Eisen tropft durch den glühenden und verglühenden Koks, sammelt sich im Gestell. Schlacke (Gangart, Zuschlag) schwimmt über dem Eisen, die untere Schicht schützt das Roheisen vor einer Oxidation.

Moleküle

Moleküle sind zwei oder mehrere fest miteinander verbundene Atome, die Zusammenfassung von Atomen zu einer Gruppe ist nicht beliebig.

Bsp.: Wasser oder Alkohol

Eine Elementargruppe kann man sich als Baueinheit eines Atomverbandes vorstellen, sie läßt sich beliebig aus dem Atomverband herausgreifen.

Beim schmelzen der Moleküle werden die Kräfte zwischen den Molekülen zum teil überwunden, die Moleküle bleiben jedoch als zusammengesetzte Teilchen erhalten und bewegen sich als Ganzes in der Flüssigkeit.

Nicht nur Verbindungen, sondern auch Elemente können molekulare Stoffe sein, so sind z.B. die Gasteilchen von Stickstoff zweiatomige Moleküle. Die Größe der Moleküle kann von Stoff zu Stoff unterschiedlich sein. Moleküle können zweiatomig sein, wie beim Stickstoff oder aus mehreren Atomen bestehen.

Alle elementaren Gase mit Ausnahme der Edelgase bestehen aus mind. zweiatomigen Molekülen.