Anorganische Chemie für Schüler/ Einteilung chemischer Reaktionen

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Die Vereinigung

Ein wissenschaftlicheres Wort für Vereinigung ist  Synthese.

Die Trennung von Eisen und Schwefel

Oft sind in der Natur und auch im Haushalt Stoffe nicht rein, sondern vermischt. Kann man das wieder rückgängig machen? Wie kann man ein Gemisch trennen? Wenn Du kurz überlegst, fallen Dir sicherlich viele Methoden ein.

Mischung und Trennung von Eisen und Schwefel


Drei mögliche Methoden, mit denen sich Eisen- und Schwefelpulver trennen lassen:

  1. Trennung durch einen Magneten unter einem Blatt Papier
  2. Trennung durch unterschiedliche Schwimmeigenschaften in Wasser (schwierig!!!)
  3. Sortieren, nach Farbe, Körnchengröße und Struktur


Gemische kann man (durch geeignete Hilfsmittel) voneinander trennen. Dabei macht man sich zunutze, dass sich zwei Stoffe in mindestens einer ihrer Eigenschaften unterscheiden.


Abwandlung des Experiments: Reaktion von Eisen mit Schwefel

Versuchsbeschreibung
Entzündung mit glühendem Nagel oder einer Stricknadel

Beobachtung
Selbstständiges Durchglühen, es bildet sich ein schwarzes, festes Produkt

Test auf weitere Eigenschaften

  • höhere Dichte als Wasser
  • das Produkt ist nicht mehr magnetisch

Schlussfolgerung
Die neuen Eigenschaften zeigen, dass ein völlig neuer Stoff entstanden ist. Dieser Stoff ist nicht Eisen und nicht Schwefel, sondern komplett neu! Er wird nach seinen Ausgangsstoffen benannt: "Schwefeleisen" oder auch Eisensulfid.

Er war vorher nicht dort, er ist erst entstanden. Eisen und Schwefel sind nicht mehr vorhanden!

Eisen + Schwefel Eisensulfid + Energie


Entsteht aus mindestens 2 verschiedenen Reinstoffen ein völlig neuer Reinstoff, so spricht man von einer Vereinigung. Dieser neue Reinstoff wird auch "Verbindung" genannt.

Vereinigung von Kupfer mit Schwefel

Versuchsbeschreibung

  1. Gib in ein Reagenzglas 2 Spatelspitzen Schwefel und spanne es fast waagerecht ein. Schiebe einen 1 cm • 5 cm langen Kupferstreifen bis zur Mitte in das Reagenzglas und verschließe es locker mit Glaswolle.
  2. Erhitze zuerst das Kupferblech und bringe dann den Schwefel zum Sieden, so dass der Schwefeldampf über das heiße Kupferblech streicht.
  3. Untersuche nun die entstandene Substanz. Notiere Beobachtung und Schlussfolgerung im Heft.
Ergebnis des Versuches in Natura

Beobachtung
Das Kupferblech glüht → Energie wird frei. Das Endprodukt ist ein blau-grauer, brüchiger Stoff

Schlussfolgerung
Kupfer und Schwefel haben sich zu einem neuen Stoff, dem Schwefelkupfer, mit chemischen Namen  Kupfersulfid, vereinigt. Die Verbindung Kupfersulfid ist ein blaugrauer, poröser und brüchiger Stoff.

Kupfer + Schwefel Kupfersulfid + Energie
Vereinigung von Kupfer und Schwefel


Zersetzung von Wasser

Wenn sich ein Stoff zersetzt, nennen wir es zukünftig  Analyse.

Versuchsbeschreibung
Im  Hofmannschen Zersetzungsapparat (= Dreischenkelgerät) wird Wasser unter etwa 12 V Spannung gesetzt und die Produkte werden untersucht.

Zersetzung


Beobachtung Schlussfolgerung
2 Gase entstehen im Verhältnis 1:2 → Aus Wasser bilden sich zwei neue Stoffe
Die Menge des Wassers nimmt ab

→ Das Wasser ist der Ausgangsstoff der Reaktion, das in Gas
       umgewandelt wird.

Gas 1 zeigt eine positive Knallgasprobe → Es ist Wasserstoff entstanden
Gas 2 zeigt eine positive Glimmspanprobe → Es ist Sauerstoff entstanden
Wird der Strom ausgeschaltet, findet keine Reaktion mehr statt → Die Reaktion benötigt Energie zum Ablaufen


Wasser + E Sauerstoff + Wasserstoff


Der Reinstoff Wasser (eine Verbindung) wurde in zwei Reinstoffe zersetzt. Dieser Vorgang läuft nur solange, wie Energie zugefügt wird.
Zusatzinformation

Vielleicht hast Du schon mal die chemische Formel H2O gehört. Sie ist die Formel von Wasser. In einem späteren Kapitel wirst Du mehr darüber lernen.

Die Zersetzung von Quecksilberoxid

Wikipedia hat einen Artikel zum Thema:

Der folgende Versuch ist für die Schule ungeeignet, da im Verlauf ein sehr giftiger Stoff entsteht.

Theoretischer Versuch: Erhitzen von Quecksilberoxid. Das entstehende Gas wird in einem mit Wasser gefülltem Reagenzglas aufgefangen (pneumatisch).

Zersetzung von Quecksilberoxid


Beobachtung
Schlussfolgerung
  • beim Erhitzen entstehen Gasblasen
  • die spätere Glimmspanprobe ist positiv
→ Sauerstoff ist entstanden
silbrig glänzende Tröpfchen am oberen Ende des Reagenzglases
(dort wo es noch kälter ist)

→ Es ist das Metall Quecksilber entstanden


Quecksilberoxid besteht aus zwei Elementen: Quecksilber und Sauerstoff. Quecksilber ist ein grauer Stoff, der sich nach dem Erhitzen am kalten Reagenzglasrand absetzt.

Spaltung Quecksilber


Entstehen aus 1 Reinstoff mindestens 2 neue Reinstoffe, so spricht man von einer Zersetzung.


Quecksilberoxid + E Quecksilber + Sauerstoff
Reinstoff + E Reinstoff + Reinstoff
Verbindung + E Element + Element

Quecksilber selbst kann durch keinen weiteren Versuch zersetzt werden.

Erweiterte Elementdefinition: Ein Element ist ein Reinstoff, der nicht weiter zersetzt werden kann.

Die Zersetzung von Silbersulfid

Ein ähnlicher Versuch ist durch das Erhitzen von Silbersulfid ('Schwefelsilber') möglich. Kannst Du ihn erklären?

Vor der Reaktion:


vor der Reaktion


Nach der Reaktion sieht das Glasrohr folgendermaßen aus:


nach der Reaktion



Auflösung:

Beobachtung
Schwefelsilber ist ein grau/schwarzer Stoff, der in einem Rohr zur Reaktion gebracht wird. Dabei entsteht aus ihm Schwefel und Silber. Das Schwefel setzt sich am kalten Glasrand ab, das Silber bleibt wegen seiner hohen Dichte am Glasboden liegen.

Schlussfolgerung
Beim Erhitzen zerfällt Schwefelsilber in seine Elemente Silber und Schwefel. Man spricht auch von einer „thermischen Zersetzung“.

Berzelius neue „Geheimschrift“

 Alchemisten hatten im Mittelalter oft die Aufgabe Gold herzustellen. Sie waren dazu auf der Suche nach dem so genannten „Stein der Weisen“, welcher auch ewiges Leben versprach. Damit niemand die "Geheimnisse" der Alchemisten stehlen konnte, notierte jeder von ihnen seine Ergebnisse in einer anderen Geheimschrift. Da Alchemisten zwar kein Gold herstellen konnten, aber oft unglaubliche und eindrucksvolle Experimente durchführten, glaubten viele Menschen, dass die Chemie Hexerei sei und hatten Angst davor.

Der Schwede  Jöns Jakob Freiherr von Berzelius (1779-1848) führte sehr umfangreiche und für die damalige Zeit extrem genaue Experimente durch. Er wusste dadurch, dass es eine Vielzahl von Stoffen gab und er nannte alle Reinstoffe, die nicht durch eine Vereinigung entstanden sind, Elemente. Stoffe die durch eine Vereinigung entstehen, nannte er Verbindung. Er bestimmte die für Elemente noch heute gültige und wichtige Definition:

Ein Element ist ein Reinstoff, der nicht weiter zersetzt werden kann

Durch diese genaue Definition war es ihm möglich, sogar drei neue chemische Elemente,  Cer ,  Selen und  Thorium zu entdecken und die Elemente  Silizium,  Zirkonium und  Titan als Erster in reiner Form zu isolieren.

Damit alle Chemiker davon profitieren konnten, führte er zur Vereinheitlichung das heute übliche System der chemischen Formelzeichen ein, bei dem jedes Element durch einen oder zwei Buchstaben des Alphabets symbolisiert wird. Bei Symbolen mit zwei Buchstaben wird, um Verwechslungen zu vermeiden, der Zweite grundsätzlich klein geschrieben. Nun konnten auch nicht-Chemiker diese Schrift verstehen und Einblick in die neue Wissenschaft haben. So verdiente sich Berzelius die Ehre, kein Alchemist mehr gewesen zu sein, sondern vielmehr der Begründer der modernen Chemie.

Beispiele für Berzelius neue „Schrift“:

Elementname Symbol Ursprung   Elementname Symbol Ursprung
Wasserstoff H Hydrogenium   Aluminium Al Aluminium
Sauerstoff O Oxygenium   Gold Au Aurum
Kohlenstoff C Carboneum   Silber Ag Argentum
Stickstoff N Nitrogenium   Quecksilber Hg Hydrargyrum
Schwefel S Sulfur   Blei Pb Plumbum
Kupfer Cu Cuprum   Magnesium Mg Magnesia
Eisen Fe Ferrum   Phosphor P Phosphorium
Hinweis: Der wissenschaftliche Name hat oft seinen Ursprung aus dem Latein oder Altgriechischen.

Aufgaben:

  1. Lies den Text und unterstreiche mit einem Bleistift alle Schlüsselwörter mit einer Wellenlinie, alle Nebeninformationen mit einer geraden Linie.
  2. Lies den Text nochmals durch, wenn Du keine Änderungen mehr an Deinen Schlüsselwörtern und den Nebeninformationen hast, kennzeichne die Schlüsselwörter mit einem Textmarker und unterstreiche die Nebeninformationen mit einer feinen roten Linie.
  3. Erstelle einen Spickzettel mit den 10 wichtigsten Schlüsselwörtern (und Zeichnungen/ Skizzen)
  4. Übe mit Deinem Spickzettel einen freigesprochenen Vortrag zu halten
  5. Überlege Dir, warum Berzelius eine „Kurzschreibweise“ eingeführt hat. (Tipp: Welchen Sinn haben Abkürzungen im Straßenverkehr)
  6. Warum hatten die Elemente damals oft einen lateinischen oder griechischen Namen?

Zusammenfassung: Gemisch - Reinstoff - Element - Verbindungen

Reinstoffe
waagerechte Pfeile 1

Gemisch

Eigenschaften von Reinstoffen
Jeder noch so kleine Teil besitzt alle Eigenschaften des Stoffes. Das heißt: alle Teilchen dieses Stoffes sind gleich! zum Beispiel:

  • reiner Zucker
  • reines Kochsalz
senkrechte Pfeile

Eigenschaften eines Gemisches
Jeder einzelne Bestandteil eines Gemisches ist einem der beiden ursprünglichen Reinstoffe zuzuordnen und hat dessen Eigenschaften. Beispiele sind:

  • Schwefel / Eisen;
  • Mineralwasser/ Kohlensäure
  • Kakao = Schokolade/ Fett/ Milch/ Wasser
  • Kaffee/ Wasser

Eigenschaften von Elementen
Elemente sind nicht zersetzbar

Eigenschaften von Verbindungen
Verbindungen wie zum Beispiel

  • Schwefeleisen
  • Schwefelsilber
  • Quecksilberoxid

sind zersetzbar.

Element
waagerechte Pfeile 2

Verbindung

Aufgaben

  1. Lies den Text in der Tabelle aufmerksam und vervollständige die folgenden Sätze:
    a) Die Trennung eines ............... ist mit einfachen physikalischen Methoden möglich.
    b) Ein ................ kann nicht mehr in zwei Reinstoffe zersetzt werden.
    c) Die ........................ funktioniert nur bei Verbindungen.
    d) Bei der Vereinigung zweier Reinstoffe entsteht eine ........................... .
    e) Die Trennung (Zersetzung) einer Verbindung ist nur mit ....................... Mitteln möglich.
    f) Zerkleinert man ein Gemisch, so findet man mindesten zwei verschiedene ........................... .
    g) Ein Element ist ein Reinstoff, der nicht weiter ...................... werden kann.
  2. 2. Beispiele aus der Chemie:
    a) Schwefel und Eisen vereinigen sich zu ....................... .
    b) Zersetzt man Silberschwefel so entstehen ................. und .................... .
    c) Die Verbrennung von Kohle ist eine ...................... von Kohlenstoff und Sauerstoff.
    d) Kakao ist ein Gemisch aus ................., ..................., ..................... und ....................... .
    e) Mineralwasser mit Sprudel ist ein ................... aus Kohlenstoffdioxid und Wasser.
  3. Schlage in Deinem Chemieheft alle bisher benutzen Chemikalien nach und trage sie in Dein Heft in eine Tabelle ein. Unterstreiche dann alle Stoffe mit den folgenden Farben:
    Gemische in gelb, Verbindungen in grün, Reinstoffe in blau und Elemente in rot
Stoff Zersetzungsprodukt Weiter zersetzbar?
Rohrzucker Zuckerkohle, Qualm nein
..... ..... .....

Karteikarten erstellen

Erstelle zum Lernen eigene Karteikarten mit den bisher genannten Definitionen und Zeichnungen.

Folgende Begriffe sollten dabei auf keinen Fall fehlen:

  • Element
  • Vereinigung,
  • Zersetzung,
  • Elementsymbole,
  • Reinstoff,
  • Aggregatzustände
  • Gemisch
  • Trennungsmethoden

Ein Element ist ein Stoff, der aus gleichen Atomen besteht.

Wiederholungsfragen Kapitel 2

  1. Nenne Merkmale von chemischen Reaktionen und entscheide, ob eine in den Beispielen eine solche vorliegt:
    a) Wäsche bei 40°C waschen
    b) eine CD zerbrechen
    c) eine CD schmelzen
    d) Holz im Kamin entzünden
  2. Erkläre die Begriffe Vereinigung und Zersetzung und nenne für beide Reaktionen je zwei Beispiele.
  3. Was ist der Unterschied zwischen einer Vereinigung (von z. B. Eisen und Schwefel) und dem Mischen (von z. B. Eisen und Schwefel)?
  4. Was ist der Unterschied zwischen einer Zersetzung und dem Trennen?
  5. Nenne Stationen im Leben von Berzelius.
  6. Erkläre mit Deinen Worten den Vorgang der Vereinigung. Warum ist ein Gemisch nicht vereinigt?
  7. Eine Testfrage lautete: Wie kann man feststellen, ob sich Silber und Schwefel in einer Reaktion tatsächlich vereinigt habe? (5P)
    Ein Schüler schreibt dazu: „Wenn sich Silber und Schwefel zu Silbersulfid vereinigen, kann man es leicht zeigen, indem man beide Stoffe in Wasser gibt. Silber schwimmt nicht und Schwefel schwimmt. Durch diese Trennung ist beweisen, dass beide Stoffe in Silbersulfid enthalten sind.“
    Wie viele Punkte würdest Du dem Schüler geben? Begründe Deine Meinung?
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