Arbeitsblatt: Erhaltung der Masse

Chemie Chemische Reaktionen im Alltag Vorgänge, die mit einer Stoffumwandlung und mit einem Energieumsatz verknüpft sind, bezeichnet man als chemische Reaktionen. Ein Streichholz wird entzündet: Der Streichholzkopf und die Reibfläche enthalten Stoffe, die leicht miteinander reagieren. Wenn man mit dem Zündkopf über die Reibfläche streicht, entsteht so viel Reibungswärme, dass sich der Streichholzkopf entzündet. Das Streichholz flammt auf, der Streichholzkopf verändert sich und es entstehen Gase. Eine Brausetablette löst sich in Wasser auf: An der Oberfläche der Tablette bilden sich kleine Gasbläschen. Sie werden grösser, lösen sich ab und steigen auf. Es bildet sich ein Wirbel von Gasblasen und schliesslich hat sich die Tablette aufgelöst. Dabei ist als Reaktionsprodukt ein neuer gasförmiger Stoff entstanden, Kohlenstoffdioxid. Nährstoffe liefern Energie zum Leben: Wir nehmen Nährstoffe wie Kohlenhydrate, Fette oder Eiweissstoffe mit der Nahrung auf. Als Reaktionspartner dient Sauerstoff, den wir mit der Luft einatmen. Nährstoffe und Sauerstoff werden mit dem Blut bis in die einzelnen Zellen transportiert. Dort finden dann chemische Reaktionen statt, die uns lebenswichtige Stoffe und die Energie zum Leben liefern. Die Reaktionsprodukte Kohlenstoffdioxid und Wasser werden ausgeschieden. Woran sind chemische Reaktionen zu erkennen? Chemische Reaktion: Neue Stoffe mit neuen Eigenschaften entstehen Beispiel: Kupfersulfid ist kein Gemisch der beiden Stoffe Kupfer und Schwefel, sondern ein neuer Reinstoff, der durch eine chemische Reaktion aus Kupfer und Schwefel gebildet wird. Kupfersulfid lässt sich nicht durch Trennverfahren wieder in Kupfer und Schwefel zerlegen. Aus Kupfersulfid kann nur durch eine chemische Reaktion wieder Kupfer gewonnen werden. Wichtig: Änderungen des Aggregatzustands sind keine chemischen Reaktionen, denn es entstehen keine neuen Stoffe. Energieumsatz: Bei der Reaktion von Kupfer mit Schwefel wird Energie in Form von Wärme frei. Diese Energie wird beim Abkühlen von der Umgebung aufgenommen. Ein solcher Energieaustausch ist neben der Stoffumwandlung charakteristisch für chemische Reaktionen. Viele chemische Reaktionen sind umkehrbar. Exotherme Reaktion: Eine Reaktion, bei der Wärme frei wird(abgegeben wird) Endotherme Reaktion: Eine Reaktion, bei der Wärme zugeführt wird(aufgenommen wird) Reaktionsschema: Kupfer Schwefel Kupfersulfid, exotherm Gesetz von der Erhaltung der Masse Gesetz: Bei chemischen Reaktionen ist die Masse der Endstoffe gleich der Masse der Ausgangsstoffe! (keine Masseveränderung) Beispiel: Kupfer reagiert mit Sauerstoff zu Kupferoxid. Alle Kupfer und Sauerstoffatome finden sich im Produkt wieder. Es entsteht zwar ein Stoff mit neuen Eigenschaften, aber es werden keine Atome neugeschaffen oder zerstört, sondern sie werden umgruppiert. Chemische Energie und Energieerhaltung Die chemische Energie einer einzelnen Stoffportion kann nicht gemessen werden. Messbar sind dagegen Änderungen der chemischen Energie. Text einfügen Der bei chemischen Reaktionen beobachtete Energieumsatz ergibt sich aus der Umwandlung von chemischer Energie in andere Energieformen. Der Energiehaltungssatz gilt somit auch für chemische Reaktionen. Aktivierungsenergie und Katalysatoren Aktivierungsenergie: zum Start notwendige Energie, die zugeführt wird. Eine chemische Reaktion kann nur ablaufen, wenn die Teilchen zusammenstossen. Ein Stoss führt allerdings nur dann zu einer Reaktion, wenn die Teilchen heftig genug zusammenprallen. Die erforderliche Aktivierungsenergie wird durch Erwärmen zugeführt. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Teilchen so weit erhöht, dass der Stoss heftig genug erfolgt und eine Reaktion abläuft. Katalysator: Sind Stoffe, die die Aktivierungsenergie herabsetzen, und die Reaktion kann rascher ablaufen. Ein Katalysator nimmt zwar an der Reaktion teil, wird aber selbst nicht dauerhaft verändert. Wichtig: Jede chemische Reaktion braucht Aktivierungsenergie! Sauerstoff-Reaktionspartner aus der Luft Bei einer Verbrennung reagiert ein Stoff mit dem Sauerstoff aus der Luft zu einem Oxid. Diese Reaktion nennt man Oxidation. Alle Oxidationen verlaufen exotherm. Oxidation: Eisen Sauerstoff Kohlenstoff Sauerstoff Eisenoxid, exotherm Kohlenstoffdioxid, exotherm Beispiele: Eine Kerze erlischt bei Luftabschluss, Massenzunahme bei der Verbrennung, Verbrennung von Eisen und von Holzkohle in Sauerstoff. Text einfügen Die Luft-ein Gasgemisch Verbrennt man Eisen in einem abgeschlossenen Luftraum, so verringert sich das Volumen um rund ein Fünftel. Bei diesem Anteil der Luft handelt es sich um Sauerstoff. Dieses Gas bildet mit Eisen Eisenoxid. Die Luft enthält etwa 21% Sauerstoff, 78% Stickstoff und 1% andere Gase. Sauerstoff reagiert mit vielen Stoffen zu Oxiden. Stickstoff ist reaktionsträge und lässt Flammen ersticken. Diese Angaben gelten nur für saubere und trockene Luft. Die Luft der Atmosphäre enthält aber immer einen gewissen Anteil an Wasserdampf(Bei 20C kann ein Liter Luft bis zu 23 ml Wasserdampf aufnehmen/17 Wasserdampf pro Kubikmeter).Man sagt die relative Luftfeuchtigkeit beträgt 100%. Ausserdem sind Schadstoffe in der Atmosphäre, die teils bei natürlichen und teils bei technischen Vorgängen entstehen.