Arbeitsblatt: Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen

Kapitel 2: Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen Wie nennt man allgemein Stoffe, die man durch Trennverfahren in ihre Bestandteile (bestimmte Stoffe) auftrennen kann? Diese Stoffe sind Stoffmischungen oder einfach Gemische Beispiel: Wein (besteht hauptsächlich aus Alkohol und Wasser) Reinstoffe Wie nennt man Stoffe, bei denen es auf keinen Fall gelingt, diese durch Trennverfahren aufzutrennen? Wie könnte man eine Mischung aus Eisenpulver und Sand auftrennen? Wie könnte man ein Gemisch aus Sand und Kochsalz in Reinstoffe auftrennen? Beispiele: Reines Wasser, reiner Alkohol, reines Salz. Man könnte einen Magneten über das Gemisch halten. Dieser zieht dann das Eisenpulver an, den Sand aber nicht 1. Gemisch in Wasser geben. Das Salz löst sich auf, der Sand nicht 2. Filtrieren, um den Sand zurückzuhalten. Das Salzwasser läuft durch das Filterpapier durch. 3. Eindampfen der Salzlösung 4. Reines Salz bleibt zurück. Das Wasser ist verdampft. Auf diese Weise wird auch Kochsalz aus Steinsalz, das man aus Bergwerken erhält, gewonnen. Steinsalz ist ein Gemisch aus Salz, Steinchen, Sand und anderen Verunreinigungen. Das Extrahieren. Dabei wird aus einem Gemisch (hier Textilfasern und Farbstoff) ein Bestandteil herausgelöst. (Hier die Farbe des Flecks) Ein Farbfleck auf der Hose wird mit Alkohol entfernt! Welches Trennverfahren hat man hier angewandt? Weiteres Beispiel für ein solches Trennverfahren? Weitere Beispiele für Extraktion: Tee zubereiten (aus den Teeblättern Geschmackstoffe Farbstoffe herauslösen) Für Gemische gibt es ganz unterschiedliche Bezeichnungen, je nachdem, ob das Gemisch durchsichtig oder undurchsichtig ist und je nachdem, welche Aggregatzustände die beteiligten Stoffe haben. Welche Bezeichnungen unterscheidet man hier? Suspension: Undurchsichtiges Gemisch aus einem festen und einem flüssigen Stoff. Beispiel: Lehm in Wasser Emulsion: Undurchsichtiges Gemisch aus einem flüssigen und einem anderen flüssigen Toff. Beispiel: Fetttropfen Wasser ( Milch) Lösung: Durchsichtiges Gemisch eines flüssigen und eines gasförmigen Stoffes (Wasser und Sauerstoff sauerstoffreiches Bachwasser) oder eines flüssigen und eines anderen flüssigen Stoffes (Schnaps ist Alkohol und Wasser) oder eines flüssigen und eines festen Stoffes (Meerwasser ist Wasser und Salz) Nebel: Undurchsichtiges Gemisch aus einem flüssigen Stoff und einem gasförmigen Stoffe. Beispiel: Winzige Wassertropfen in der Luft verteilt. Rauch: Undurchsichtiges Gemisch aus einem festen Stoff (z.B. Zigarettenasche) und einem gasförmigen Stoff (z.B. Luft). Für andere Gemische gibt es keine besonderen Bezeichnungen Was ist ein heterogenes Gemisch im Unterschied zu einem homogenen Gemisch? Heterogenes Gemisch (links): Es ist uneinheitlich. Bei näherem Betrachten kann man die verschiedenen Bestandteile erkennen (z.B. Granitgestein) Homogenes Gemisch (rechts): Dieses sieht völlig einheitlich aus. Auch bei genauerer Betrachtung sieht man keine unterscheidbaren Bestandteile. Beispiel: Ein Tropfen Kaffee auf dem Frühstückstisch (ist homogen) Ein Granitstein ist heterogen. Mit bloßem Auge sieht man bei ihm die Bestandteile Man erhält dabei nur etwa 96 ml Gemisch. Was stellt man fest, wenn man 50 ml Alkohol (trinkbarer Alkohol, der in Wein vorkommt) mit genau 50 ml Wasser mischt? Erklärung: Nimmt man an, dass Alkohol und Wasser aus kleinsten Teilchen bestehen (hier als rote und blaue Kugeln dargestellt), dann kann man das Ergebnis damit erklären, dass die kleineren kleinsten Teilchen in die Zwischenräume zwischen den etwas größeren kleinsten Teilchen gehen. Er griff eine Vorstellung des griechischen Philosophen Demokrit auf (vor 2000 Jahren lebte dieser im antiken Griechenland), nach der Stoffe aus unteilbaren, kleinsten Teilchen bestehen, die nach Demokrit als Atome bezeichnet werden. Welche Vorstellung vom Aufbau der Stoff geht auf John Nach John Dalton ist diese Vorstellung von Dalton (Anfang des 19. Jahrhunderts) zurück? den kleinsten Teilchen gut geeignet, verschiedene Verhaltensweisen von Stoffen (wie beim Versuch der Mischung von Alkohol und Wasser) zu erklären! Solche kleinsten Teilchen hat man sich nach Dalton als ungeheuer winzige Kugeln vorzustellen, die sich in ihrer Masse und ihrer Größe unterscheiden. Die kleinsten Kugeln mit der geringsten Masse sind die des Gases Wasserstoff. Alle anderen sind größer und schwerer. Ein Rätsel Die rote Schachtel ist vollständig verschlossen. Darin befindet sich ein Gegenstand, nur weißt du nicht, welcher! Deine Aufgabe besteht nun darin, eine Zeichnung dieses Gegenstands anzufertigen. Wie gehst du dabei vor? Du wirst die Schachtel mit dem Gegenstand schütteln und herauszufinden versuchen, wie es sich anhört, wenn der Gegenstand gegen die Wand der Schachtel schlägt! Wenn du hörst, dass der Gegenstand rollt, wirst du wohl annehmen, dass es sich dabei um einen runden Gegenstand handelt. Mit anderen Worten: Du wirst von einem Ding, dass du nicht direkt beobachten kannst, die äußerlich feststellbaren Eigenschaften dazu benutzen, dir eine Vorstellung davon zu machen. Man sagt auch: Du bildest dir eine Modellvorstellung. Auch die Vorstellung von den kleinsten Teilchen als kleine runde, verschieden große und schwere Kugeln ist eine solche Modellvorstellung. Man spricht daher vom Atommodell in diesem Fall vom Atommodell nach John Dalton. Was versteht man unter Diffusion Stoffe breiten sich von selbst in dem ganzen Raum aus, der ihnen zur Verfügung steht. Beispiel: Die Duftstoffe im Parfüm breiten sich im ganzen Zimmer aus, wenn die Parfümflasche offen auf dem Tisch stehen bleibt. Die kleinsten Teilchen der Stoffe müssen die Wie kann man mit dem Verhalten der kleinsten Teilchen Fähigkeit besitzen, sich erklären, dass sich Stoffe bei der Diffusion von selbst im zu bewegen Man nennt dies die Brownsche ganzen Raum, der ihnen zur Verfügung steht, ausbreiten? Bewegung. Wie lässt sich die Brownsche Bewegung sichtbar machen? Nach Robert Brown kann man diese Bewegung sichtbar machen, beispielsweise wenn man im Wasser verteilte Öltröpfchen mit dem Mikroskop beobachtet. Sie bewegen sich schnell zitternd hin und her. Der Grund dafür ist, dass sie von den kleinsten Wasserteilchen (die viel zu klein sind, um sie im Mikroskop zu sehen) dauernd hin und her geschubst werden! Die Bewegung der kleinsten Teilchen wird daher nach Robert Brown benannt. Schneller werden die kleinsten Teilchen durch Zufuhr von Wärmeenergie. Wenn wir also feststellen, dass sich ein Stoff warm anfühlt, dann heißt das: Seine kleinsten Teilchen bewegen sich heftiger als bei einem sich kühl anfühlenden Stoff. Wird ein Stoff abgekühlt, so werden die kleinsten Teilchen immer langsamer, bis sie Wie kann man die Bewegung der kleinsten Teilchen eines schließlich ganz still stehen. Das ist bei Stoffes verstärken, bzw. verlangsamen? 273,5 C der Fall. Das ist die Temperatur im Weltall. Man bezeichnet sie als den absoluten Nullpunkt (die so genannte Kelvin-Skala hat hier hier ihren Nullpunkt K) Eine Temperatur von 1000 kann es gar nicht geben. Die kleinsten Teilchen können sich ja schließlich nicht noch weniger bewegen als ganz still zu stehen. Wie nennt man es, wenn die kleinsten Teilchen zuerst leicht zittern und sich dann (nach Energiezufuhr) mittelschnell bewegen? Erkläre auch die Umkehrung dieser Erscheinung mit den kleinsten Teilchen. Wie verändert sich die Teilchenbewegung beim Kondensieren? Veränderung der Teilchenbewegung beim Sublimieren und beim Resublimieren? Was versteht man unter einem Atom? Das ist der Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand. Wir haben es hier also mit dem Schmelzen des Stoffes zu tun. Beim Erstarren ist es gerade umgekehrt! Zuerst sind sie mittelschnell und werden dann langsamer, bis sie nur noch leicht zittern. Von ganz schnell (das ist die Bewegung der Teilchen im gasförmigen Zustand) zu mittelschnell (so bewegen sie sich im flüssigen Zustand). Beim Verdampfen ist es gerade umgekehrt: Zuerst sind sie mittelschnell und dann (nach Energiezufuhr) ganz schnell. Sublimieren: Von leichtem Zittern direkt nach ganz schnell Resublimieren: Von ganz schnell nach leicht zitternd! Das ist das kleinste Teilchen eines Elements. Man stellt es sich nach Dalton als kleine Kugel vor. (Daltonsches Atommodell) Teilchen, die aus miteinander verbundenen Atomen bestehen, nennt man Moleküle. Einzelne Atome können miteinander verbunden sein. Wie nennt man die Teilchen, die aus miteinander verbundenen Atomen bestehen? Moleküle können aus gleichen Atomen (Bild links) oder aus verschiedenen Atomen bestehen (Bild rechts). Welcher Vorgang ist hier dargestellt Das ist eine Synthese. Bei der Synthese verbinden sich Atome zu Molekülen. Welcher Vorgang ist hier dargestellt? Das ist eine Analyse. Bei einer Analyse werden die in den Molekülen verbundenen Atome wieder voneinander getrennt. Was erhält man, wenn man eine Analyse von Wasser durchführt? Die Sauerstoffatome (hier eine rote Kugel dargestellt) lösen sich von den Wasserstoffatomen (hier rotviolette Kugeln). Das Wassermolekül wird also aufgespalten. Da doppelt so viele rotviolette Kugeln wie rote Kugeln vorhanden sind, erhält man doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff. Das Verhältnis des entstehenden Wasserstoffs zum entstehenden Sauerstoff ist also 2 1 Die Analyse von Wasser führt man folgendermaßen durch: In ein Gefäß (Hofmannscher Apparat genannt) mit Wasser (das mit etwas Schwefelsäure vermischt ist), tauchen von unten zwei Platinbleche. Das eine ist mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden (Anode), das ander mit dem Minuspol (Kathode). Wenn dann Strom fließt, bilden sich bei der Anode Gasbläschen aus Sauerstoff und bei der Kathode Gasbläschen aus Wasserstoff. Es entsteht genau doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff! Wie führt man die Zerlegung von Wasser in Wasserstoffgas und in Sauerstoffgas praktisch durch? Weil dies eine Analyse ist, die durch den elektrischen Strom bewirkt wird, nennt man sie Elektrolyse. Welche besonderen Eigenschaften hat der Wasserstoff? Wozu hat man Wasserstoff früher verwendet? Wasserstoff ist ein sehr leichtes Gas, das keine Farbe hat und nicht riecht. Es ist sehr leicht brennbar. Bei seiner Verbrennung entsteht Wasser. Wasserstoff wird in besonders gekennzeichneten Stahlflaschen mit roter Farbe aufbewahrt. Man kann Wasserstoff folgendermaßen nachweisen: Ein Gemisch von Wasserstoff mit etwas Sauerstoff (im Verhältnis 2:1) explodiert beim Entzünden. Ein lauter Knall ist zu hören. Daher spricht man von der Knallgasprobe. Wasserstoff wurde früher dazu benutzt, Luftschiffe (Zeppeline) zu füllen. Am bekanntesten ist das Luftschiff Hindenburg. Die Brandkatstrophe dieses Luftschiffs war das Ende der Luftschifffahrt. Video Katastrophe des Luftschiffs Hindenburg 1937 in Lakehurst Wo kommt Wasserstoff besonders häufig vor? Wie nennt man einen Stoff, der folgenden Aufbau aufweist? (Atome durch Kugeln dargestellt) Wasserstoff kommt im Weltall sehr häufig vor. Die Sterne, die am Nachthimmel leuchten, sind riesengroße Ansammlungen von Wasserstoff. Unsere Sonne (unser Stern) besteht größtenteils aus Waserstoffgas. Ein Stoff, der aus lauter gleichen Atomen besteht, wird Element genannt. Die gleichartigen Atome können dabei auch (wie hier) zu Molekülen verbunden sein Moleküle des Elements. Wie nennt man einen Stoff, der folgenden Aufbau aufweist? Das ist eine Verbindung. Verbindungen haben lauter gleiche Moleküle, die aus verschiedenartigen Atomen aufgebaut sind. Welche Gemeinsamkeit haben die Elemente und die Verbindungen? Beides sind Reinstoffe, d.h. ihre Atome oder ihre Moleküle sehen alle völlig gleich aus! Wie nennt man einen Stoff, der folgenden Aufbau aufweist? Das ist eine Mischung oder ein Gemisch Mischungen bestehen aus unterschiedlichen Teilchen, die nicht miteinander verbunden sind. In diesem Fall handelt es sich um die Mischung von zwei Elementen, wobei das eine Elemente (mit orangefarbenen Kugeln dargestellt) Moleküle aus seinen Atomen bildet! Was ist hier dargestellt? Das ist eine Mischung von zwei verschiedenen Verbindungen! Das Gemisch besteht aus zwei verschiedenen Arten von Molekülen. Das ist eine Mischung aus zwei Elementen. In diesem Fall bestehen die Elemente aus unverbundenen Atomen. Elemente, die nur aus einzelnen, unverbundenen Atomen bestehen, sind die Edelgase. Das sind Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Edelgase befinden sich in Glühbirnen und Leuchtstoffröhren. Was ist hier dargestellt? Alle anderen gasförmigen Elemente haben Moleküle, bei denen immer zwei gleiche Atome miteinander verbunden sind. Bei festen Metallen (z.B. Gold) oder flüssigen (z.B. Quecksilber) kommen ebenfalls einzelne Atome vor, also keine Moleküle. Die kleinen Lehmbröckelchen können durch die Poren nicht hindurch, nur die wesentlich kleineren Wasserteilchen. Aus dem Filter fließt deshalb unten reines Wasser heraus und der Lehm bleibt im Filterpapier liegen. Man nennt dieses Verfahren der Trennung eines Gemisches Filtern. In diesem Fall wird ausgenutzt, dass manche Stoffe durch die Poren im Filter hindurch passen und andere nicht. Dies ist bei den Lehmbröckelchen der Fall! Merke: Mit Lehmbröckelchen sind hier sichtbare kleine Portionen von Lehm gemeint und auf keinen Fall kleinste Teilchen! Diese Lehmbröckelchen bestehen ihrerseits aus Milliarden von kleinsten Stoffteilchen! Eine Mischung aus Lehm und Wasser wird in einen Trichter geschüttet, in dem sich ein Filterpapier mit vielen Poren (mit bloßem Auge nicht zu sehende kleine Löcher) befindet. Beschreibe, was hier geschieht! a) Auslesen: Die einen Stoffe haben beispielsweise eine andere Farbe als die anderen. Beispiel: Goldklümpchen (Nuggets) zwischen Sandkörnern im Sediment eines Flusses. b) Eindampfen: Der eine Stoff verdampft leicht (geringer Siedepunkt), der andere nicht. Fängt man den verdampften Stoff wieder in einem Gefäß (inneres Rohr des Kühlers) auf und kühlt ihn ab, damit er kondensiert, dann wird dieses Verfahren Destillieren oder Destillation genannt. Welche anderen Verfahren der Stofftrennung (Trennverfahren) gibt es und welche Unterschiede zwischen den Stoffen nutzt man hier jeweils aus, um diese Stoffe voneinander zu trennen. c) Chromatografie: Schreibe auf ein Stück saugfähiges Paper (z.B. von einer Küchenrolle) mit wasserlöslichem schwarzen Filzstift ein Wort. Hänge dann nur die untere Kante dieses Papierstücks in ein Becken mit Wasser und warte eine Weile. Hier wird die unterschiedliche Haftung der verschiedenen Farbstoffe in der schwarzen Filzstiftfarbe ausgenutzt, um das Farbgemisch zu trennen. Genauer wird dieses Verfahren als Papierchromatografie bezeichnet. d) Extrahieren: Herauslösen eines Stoffes aus einem Stoffgemisch. Aromastoffe mit heißem Wasser aus dem Kaffeepulver herauslösen. Das geschieht in der Kaffeemaschine. Beispiel: Destillation von Wein (Bei 78 verdampft Alkohol und wird kondensiert) You Tube Video Destillation Welche Chromatografiemethoden unterscheidet man? a) Papierchromatografie: Hier breitet sich das Wasser (oder ein anderer beweglicher, flüssiger Stoff) in Papier ( unbeweglicher Stoff) aus. b) Dünnschichtchromatgrafie: Hier ist der unbewegliche Stoff eine Schicht eines saugfähigen Pulvers auf einer Glasplatte. c) Gaschromatografie: Hier ist der bewegliche Stoff ein Gas. Dieses nimmt die Bestandteile des Gemischs unterschiedlich schnell mit. Beispiel für Papierchromatografie (Das Laden der Videos dauert ein paar Minuten!) You Tube Video Papierchromatografie