Arbeitsblatt: Trennverfahren

Naturlehre 1. Klasse Trennverfahren Die uns umgebenden Stoffe liegen meistens als Stoffgemische vor (Bachwasser, Milch, Gesteine). Damit sind ihre Eigenschaften meist uneinheitlich und je nach Zusammensetzung verschieden. Will man Aussagen über einzelne Komponenten dieser Gemische machen, müssen sie in ihre Bestandteile, d.h. in die Reinstoffe aufgetrennt werden. Dazu setzen wir verschiedene Trennmethoden ein, welche die unterschiedlichen Eigenschaften der Mischpartner ausnützen. Du wirst überrascht sein, wie viele dieser Trennverfahren du aus dem täglichen Leben kennst. Dabei hast du bestimmt schon festgestellt, dass wir zum Trennen zwar die verschiedenen Stoffeigenschaften ausnützen, diese aber nicht verändern. Z.B. werden die Teekräuter beim Sieben immer noch nach dem gleichen Tee duften wie im Gemisch. Beim Goldwaschen nutzt man die Eigenschaft aus, dass Gold schwerer ist als Sand. Die Sandkörner sinken deshalb langsamer auf den Beckenboden als die Goldkörnchen und werden mit dem Wasser weggespült. Man sagt: Gold sedimentiert schneller als Sand. Ihre Eigenschaften bleiben unverändert. Zähle einige weitere Stoffeigenschaften auf: spezifisches ( stofftypisches) Gewicht, . . . Verschiedene Trennmethoden kennst Du zum Teil schon aus dem Alltag oder aus dem Naturlehrunterricht. Welche? Trennwerkstatt An verschiedenen Posten werden Gemische untersucht und aufgetrennt. Die notwendigen Geräte und ein Postenblatt (Material liste, Ziel) liegen jeweils bereit. Die Reihenfolge der Posten ist frei. Arbeite in Zweier oder Dreiergruppen. Aufgaben: Lies das Postenblatt und den entsprechenden Teil der Blätter 1-4 sorgfältig durch. Die Ergebnisse wirst Du direkt auf die Blätter 1-3 notieren. Ergänzende Beobachtungen oder Experimente schreibst Du auf ein Extrablatt mit dem Titel Weitere Versuche. Zielsetzungen: Nach dem Abschluss der Werkstatt solltest Du folgende Fähigkeiten besitzen: • Du solltest Stoffe als Gemische erkennen und sie in die Gruppe der einheitlichen und uneinheitlichen Gemische einteilen können. • Du kannst feste Bestandteile aus einer flüssigen Mischung abtrennen. Du kannst die entsprechenden Geräte benennen und sie zu einer geeigneten Apparatur zusammenbauen. • Du bist fähig, das Prinzip der Papierchromatographie zu erklären. • Du kannst zwischen Mischungen und reinen Stoffen unterscheiden. • Du bist in der Lage, Beispiele der Trennmethoden im Alltag oder in der Technik anzugeben. • Du kannst sorgfältig protokollieren. 2009 fle 1/8 Naturlehre 1. Klasse Gemische Reinstoffe In unserer Welt finden wir verschiedene Stoffe. Meistens sind es Stoffqemische. Um reine Stoffe zu erhalten, müssen wir die Gemische in ihre Bestandteile, d.h. in die Reinstoffe auftrennen. Dazu verwendet man nur physikalische Methoden. Dabei werden die Eigenschaften der Komponenten nicht verändert. Sie nutzen zur Trennung die unterschiedlichen Eigenschaften der Mischpartner aus, z.B. Farbe, Teilchengrösse, Siedetemperatur, Löslichkeit in Wasser oder Alkohol, spezifisches Gewicht, etc. Reinstoffe sind mit physikalischen Methoden nicht trennbare Stoffe. Sie haben einheitliche Eigenschaften. Gemische sind mit physikalischen Methoden trennbar. Sie bestehen aus unterschiedlichen Stoffen mit jeweils verschiedenen Eigenschaften. Wir unterscheiden Gemische in zwei Gruppen: 1. Einheitliche Gemische: Mit dem besten Lichtmikroskop kann keine Mischung entdeckt werden. Z.B. Legierungen (Messing ist ein Gemisch aus Kupfer und Zinn), Lösungen (Zuckerwasser ist ein Gemisch aus Wasser und Zucker). 2. Uneinheitliche Gemische: Die Bestandteile lassen sich von Auge oder mit dem Mikroskop erkennen. Sie lassen sich in verschiedene Typen unterteilen: a) Gemenge (fest/fest) sind miteinander vermischte Feststoffe (Waschpulver, Gesteine). b) Suspension (fest/flüssig): Feststoffe sind in einer Flüssigkeit verteilt (Lehmwasser) c) Emulsion (flüssig/flüssig) besteht aus zwei schlecht mischbaren Flüssigkeiten (Salatsauce, ital.) d) Schaum (gasförmig/flüssig): Luft ist in einer Flüssigkeit verteilt. e) Rauch (fest/gasförmig): Feststoffteilchen sind in einem Gas verteilt (Russ in der Luft) f) Nebel (flüssig/gasförmig): Flüssigkeitsteilchen sind in einem Gas. (Wasser in der Luft) Stoffe können bei Zimmertemperatur als Festkörper, als Flüssigkeit oder als Gas vorliegen. Gemische lassen sich nur nach dem Zustand, in dem die Mischungspartner vorliegen einteilen. Stoffe können verändert werden durch chemische Reaktionen. Sie werden entweder zerlegt oder zusammengebaut oder umgebaut. Bei chemischen Methoden entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. So wird Holz zu Kohle, Asche und Wasser verbrannt. Eisen reagiert mit Wasser und Sauerstoff zu Rost, der rot und sehr spröde ist. Stoffe Reine Stoffe 2009 fle Elemente Gold, Verbindungen Wasser, . . Gemische 2/8 Homogene Gemische Zuckerwasser, Heterogene Gemische Erde, . Naturlehre 1. Klasse Posten 1 Gemisch Reinstoff Vor Dir stehen 4 nummerierte Stoffe. Betrachte die Stoffe genau. Trage in die folgende Tabelle einen Namen für den Stoff, die festgestellte Gemischart ein oder bezeichne sie als Reinstoff. Gib aus Deinen Beobachtungen eine Begründung für Dein Ergebnis. Stoff-Name 1. 2. 3. 4. Ergebnis Begründung Posten 2 Gemisch Reinstoff Theorieübung mit Hilfe von Seite 2: kreuze das in Frage kommende Feld an: Stoff Orangensaft Nussschokolade Salzwasser Luft Stein Einheitliches G. Uneinheitliches G. Trage die Namen der passenden Gemischarten ein und gib je ein Beispiel an: Mischpartner flüssig/flüssig flüssig/ gasförmig fest/fest fest/flüssig Gemischart Beispiel Posten 3 Sedimentieren Versuch oder b): Fülle ein Becherglas mit einem trüben Gemisch und beobachte mindestens 2 Minuten. a) mit Teichwasser (mit Sand und Schlamm) b) mit Kork, Sand und Wasser Es gibt Stoffe, die im Wasser schwimmen; andere sinken sofort zu Boden und wiederum andere sind fast gleich schwer wie Wasser und schweben deshalb lange im Wasser, bevor sie absinken oder auftauchen. Bei der Sedimentation ( Absetzen) nutzt man die unterschiedliche Dichte der Bestandteile eines Gemischs aus. Die Dichte ist das Verhältnis von Masse zu Volumen. D.h. je schwerer ein Stoff ist, desto schneller sinkt er ab. Von zwei gleich schweren Stoffen wird derjenige mit dem kleineren Volumen schneller sinken (Eisen schneller als Eis). Wo wird die Sedimentation im Alltag angewendet? Nenne mindestens 3 Beispiele: 2009 fle 3/8 Naturlehre 1. Klasse Posten 4 Filtrieren Versuch oder b): Fülle ein Becherglas mit einem trüben Gemisch und versuche es mit Hilfe eines Filters (Rund-, Faltenfilter oder Teesieb) zu reinigen. Beschreibe das Ergebnis. a) mit Teichwasser (mit Sand und Schlamm) b) mit Kork, Sand und Wasser Beschrifte die folgende Darstellung: Bei der Filtration werden Bestandteile von Der Papierfilter besteht aus kreuz und quer liegenden getrennt. die ganz feine Poren bilden. Die kleineren schlüpfen durch diese Poren, die grösseren werden Welche Eigenschaft wurde für die Trennung ausgenutzt? Die Wo wird die Filtration im Alltag angewendet? Nenne mindestens 3 Beispiele: Überlege: Warum können gelöste Stoffe nicht durch Filtrieren vom Lösungsmittel (z.B. Wasser) getrennt werden? Weil 2009 fle 4/8 Naturlehre 1. Klasse Posten 5 Verdampfen Versuch: Fülle ein Reagenzglas ca. 3 cm hoch a) mit Salzwasser oder b) mit Mineralwasser. Gib 3 Siedesteinchen dazu und erhitze das Wasser vorsichtig (Achtung: Siedeverzug!) über einer kleinen Bunsenbrennerflamme bis es verdampft ist. Was stellst Du fest? a) b) Welche Stoffeigenschaft wurde für die Trennung ausgenutzt? Posten 6 Destillieren Versuch: Wir gewinnen reines Wasser aus a) Salzwasser oder b) aus 30% Alkohol. Dazu hast Du verschiedene Materialien zur Verfügung. Probiere aus, welche Anordnung am besten funktioniert. Gib in jedes Reagenzglas 3 Siedesteinchen und erhitze das Wasser vorsichtig (Achtung: Siedeverzug!) und langsam. Was stellst Du fest? a) b) Schülerversuch 1 Schülerversuch 2 Demonstrationsversuch Lehrer Beschreibe das Prinzip der Destillation: Welche Stoffeigenschaft wurde für die Trennung ausgenutzt? 2009 fle 5/8 Naturlehre 1. Klasse Posten 7 Extrahieren Versuch a): Hänge einen Teebeutel während einigen Minuten ins heisse Wasser (ab Wasserleitung). Beschreibe, was dabei geschieht (2 Sätze!) Ein Teeblatt besteht vereinfacht aus Pflanzenfasern, Farbstoffen und Aromastoffen. Welche dieser Bestandteile sind wohl wasserlöslich? Bei der Extraktion werden die verschiedenen Teilchen eines Stoffgemischs mit einem Lösungsmittel (z.B. Wasser oder Alkohol) herausgelöst. Dabei nutzt man die unterschiedliche Löslichkeit der einzelnen Teile aus. Mit welchem Lösungsmittel könnte man die folgenden Stoffe herauslösen? Salz im Gestein Fett in Kleidern Filzstiftstriche auf der Haut Versuch b): Bestimme den Zuckergehalt eines Kaugummis in seines Gewichtes. Dir stehen eine Waage, ein Wägepapierchen (ev. Kleenex) und Deine eigener Speichel zur Verfügung. Gewicht des Kaugummis am Anfang Gewicht des Kaugummis nach dem Kauen (ca. 5) bis er nicht mehr süss ist. Gewichtsverlust durch . Zuckergehalt des Kaugummis Welche Eigenschaft unterscheidet Zucker und Kaumasse? Die unterschiedliche Löslichkeit von Stoffen wird in der Chromatographie für die Trennung von Gemischen zur Reinigung oder für den Nachweis von Stoffen in einem Gemisch genutzt. 2009 fle 6/8 Naturlehre 1. Klasse Posten 8 Chromatographieren Filzstifte sind in der Regel Gemische aus verschiedenen Farbstoffteilchen (Pigmente). Sie sind je nach Sorte wasserlöslich oder wasserunlöslich. Versuch: Auf einem schmalen Filterpapierstreifen zeichnest Du mit Bleistift zuerst eine Startlinie ca. 2cm über dem unteren Rand. Bring von zwei unterschiedlichen Filzstiften je einen kleinen Fleck (ca. 2mm) auf dieser Linie auf. Stelle anschliessend das Filterpapier in ein Becherglas mit einem Lösungsmittel (hier auch Laufmittel genannt). Es darf die Startlinie nicht berühren! Nimm das Papier heraus, sobald die Farbflecken bis zum Rand hinauf gelaufen sind. Beobachtungen: Klebe das getrocknete Filterpapier auf dieses Blatt und beschrifte es (die Farben verblassen mit der Zeit!) mit dem entsprechenden Filzstift. Unser Chromatogramm: Bei der Papierchromatografie wandert ein Laufmittel (z.B. Wasser) durch ein Filterpapier und nimmt dabei verschiedene Stoffe unterschiedlich weit mit. Gut lösliche Stoffe wandern schneller und werden weiter mitgetragen als schlecht lösliche. Stoffe, die stärker am Filterpapier haften (angelagert adsorbiert), wandern langsamer und weniger weit. Die Stoffe unterscheiden sich also in ihrer Löslichkeit respektive in ihrer Haltekraft. Anstelle von Filterpapier könnte man auch Kreide oder eine Platte mit Kieselgel verwenden (Dünnschichtchromatografie, sehr genaue Trennung). Wo könnte man die Chromatografie praktisch anwenden? Beschreibe zwei Beispiele! Link im Internet: Zusätzliche Experimente auf Blatt 8 2009 fle 7/8 Naturlehre 1. Klasse Posten 9 Check-Prüfung Polizeirapport: Der aus Polizeiakten wohlbekannte G.Müller wollte heute 09.30 in der Luzerner Hauptpost beiliegenden Check im Betrage von Fr. 330.- einlösen. Als Detektiv kam mir die Sache nicht geheuer vor. Ich beschlagnahmte den Check und bitte um umgehende Prüfung. Du bist Laborant im Polizeilabor. Du sollst prüfen, ob einige der Zahlen gefälscht sein könnten. Dazu stehen Dir Wasser und Aceton (Nagellackentferner) als Lösungsmittel zur Verfügung. Achtung: Du kannst den Check nur einmal testen! Beobachtung: . Versuche eine Erklärung zu geben: Posten 10 Dünnschichtchromatographie Gemische, die man auftrennen will, gibt man auf ein Plättchen mit einer weissen, dünnen Schicht (Kieselsäure). Je nach Stoff wirken die Haltekräfte der Kieselsäure oder die Löslichkeit im Laufmittel stärker. So können wir z.B. Farben viel feiner trennen als mit der groben Papier-Chromatographie oder seltene Stoffe im Blut und Urin nachweisen (Bsp Dopingkontrolle). Ein rotes Auto habe ein blaues beim Parkieren touchiert. Weil der Verursacher dies bestreitet, untersucht man die Lacke der beiden Autos und die roten Kratzspuren am blauen Auto. Weil es sehr verschiedene rote Lackfarben gibt, versucht man nun mit einer Dünnschichtchromatographie herauszufinden, ob der verdächtigte Fahrer schuldig ist oder nicht. Analog dem Posten 8 zeichnest Du zuerst eine Startlinie auf das Kieselgelplättchen (ca. 1cm über dem Rand). Trage von den drei zur Verfügung stehenden Farben je einen Tupfer auf die Startlinie. Dies musst Du mindestens 10x am gleichen Ort tun, dazwischen muss das Plättchen trocknen. So gelangen ausreichend Stoffe auf einen kleinen Fleck. Dann wird das Plättchen in ein schmales Becherglas oder in eine Färbekuvette mit einem Lösungsmittel gestellt. Beobachtung: . Versuche eine Interpretation zu geben: 2009 fle 8/8