Wodurch ist die Stellung der Elemente im Periodensystem festgelegt?

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01.Atom und Periodensystem
Wodurch ist die Stellung der Elemente im Periodensystem festgelegt?
Im Periodensysteme sind die Chemischen Elemente auf der Grundlage ihres Atombaus geordnet. Das
Periodensystem enthält die für jedes Element charakteristischen Angaben wie z.B. Name , Symbol,
Ordnungszahl , Elektronegativität und relative Atommasse.
Die Anzahl der Protonen legt die Stellung der Elemente im Periodensystem fest. Protonen sind
elektrisch positiv geladene Masseteilchen im Atomkern. Die Protonenzahl gestimmt die
Kernladungszahl, die Anzahl der elektrisch positiven Ladung . Die Protonenzahl ist die Ordnungszahl
gleich.
02.
Atom und Periodensystem
Was sind Elektronen und Neutronen?
Neutronen sind elektrisch neutrale Masseteilchen mit etwa der gleichen Masse wie die Protonen: Sie
befinden sich im Atomkern. Für Atome des gleichen Elements kann die Neutronenanzahl
unterschiedlich sein.
Elektronen sind elektrisch negativ geladene Masseteilchen in der Atomhülle. Sie bewegen sich mit
sehr großer Geschwindigkeit um den Atomkern. Die Anzahl der Elektronen ist gleich der Zahl der
Protonen.
Protonen= Kernladungszahl= Elektronenzahl= Ordnungszahl
03.Chemische Reaktion
Woran erkennt man, dass es sich bei der Oxidation von Magnesium um eine chemische
Reaktion handelt?
Beschreiben Sie die Reaktion in Form einer Wortgleichung und einer chemischen Gleichung?
2Mg + O3 = 2MgO
Magnesium + Sauerstoff = Magnesiumoxid
Bei einer chemischen Reaktion entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Magnesiumoxid ist ein
weises Pulver, ein neuer Stoff, der sich aus Magnesium ( Mg) und Sauerstoff ( O2) unter Verbrennung
gebildet hat.
04.Dissoziation
Wie lautet die Dissoziationsgleichung für HCL, H2SO4, Mg(O)2?
Salzsäure
Schwefelsäure
Natrionlauge
Magnesiumhydroxid
HCL
H2SO4
NaOH
Mg(OH)2
H+ CL
2H+ + SO2- 4
Na+ + OHMg2+ + 2OH-
05.Elektrolyse
Welche Bedeutung hat die Elektrolyse in der Technischen Anwendung?
3. Beispiele
Die Elektrolyse wird angewendet bei
1. der Herstellung metallischer Überzüge durch Galvanisieren, Verchromen, Verzinken,
Verkupfern, Vernickeln.
2. der Reinigung von Rohmetallen Kupfer, Aluminium, Blei.
3. der Herstellung von einigen Grundstoffen wie z.B. Natronlauge, Wasserstoff und Chlor
durch Natriumchloridelektrolyse bzw. Magnesium und Aluminium durch
Schmelzflusselektrolyse.
06.Korrosionsformen
Korrosionserscheinungen können in vielfältigerArt und Weise auftreten.
Nennen Sie 3 Erscheinungsformen von Korrosion und beschreiben Sie deren Merkmale.
1.Die ebenmäßige Korrosion ist die häufigste Form. Dabei erfolgt ein gleichmäßiger Angriff
des Materials, der Werkstoff wird parallel zur Oberfläche abgetragen. Je rauer die Oberfläche
abgetragen. Ist desto stärker die Korrosion.
2. Die Lochfraßkorrosion ist auf bestimmte lokale Stellen beschränkt . Besonders gefährlich
sind kraterförmige, unterhöhlende und nadelstichartige Vertiefungen, die zur Durchlöcherung
des Metalls führen.
3. Kontaktkorrosion erfolgt bei Berührung unterschiedlicher Metalle in Anwesenheit eines
Elektrolyten.
.4. Bei der selektiven Korrosion werden bestimmte Bezirke des Metalls bevorzugt
angegriffen und herausgelöst. Die Korrosion wirkt auch im inneren des Werkstoffs
.
07.Korrosion
Verkupfertes Eisenblech rostet schneller als Nägel oder Bleche aus verzinktem Eisen.
Beschreiben Sie die Unterschiede bei der elektrochemischen Korrosion eines verzinkten
Eisenteils und eines verkupferten Eisenblech.
Schrauben, Nägel oder Bleche bestehen oft aus verzinktem Eisen. Da Zink unedler als Eisen ,
bleibt Eisen selbst bei einer beschädigten Zinkschicht noch vor Korrosion geschützt. Wenn
Wasser an die beschädigte Stelle gelangt, löst sich zuerst nur die Zinkschicht langsam auf.
Das Eisen bleibt solange erhalten, bis das unedle Zink sich völlig aufgelöst hat.
Verkupfertes Eisenblech tostet dagegen schneller, wenn die Kupferschicht erst einmal
beschädigt ist. Da Kupfer edler ist als Eisen, bleibt es erhalten, während das Eisen sich löst
und Rost bildet.
. Korrosion eines verzinkten Eisenteils.
Beschädigung der Oberfläche
Zink
Eisen
+ Wasser
Wasser
Zink
Eisen
An der ( beschädigten) Oberfläche eines ^verzinkten Eisenblech bildet sich zusammen mit Wasser ein
galvanisches Element Lokalelement.
Die Zinkatome geben Elektronen ab und bilden Zinkionen . Das Eisen bildet den Pluspol die
Eisenatome geben keine Elektronen ab. Das metallische Eisen bleibt erhalten.
. Korrosion eines verkupferten Eisenblechs
Kupfer
Eisen
+ Wasser
Wasser
Kupfer
Eisen
Bei einem verkupfertes Eisenteil bildet das unedlere Eisen den Minuspol des Lokalelements.Die
Eisenatome geben Elektronen ab und bilden Eisenionen. Das Eisen löst sich auf. (verrostet.)
08.Löschen von Bränden
Welche Löschmittel werden beim Brand folgender Stoffe bzw. Gegenstände eingesetzt?
a)
b)
c)
d)
Kleidung von Personen Haare
Mit Wasser mischbare Flüssigkeiten (z.B. Spiritus)
Mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeiten( Fett,Öl,Benzin)
Elektrische Geräte, Leitungen, Anlagen.
Zu a) Wasser feuchte Tücher, Löschdecken
Zu b) Wasser feuchte Tücher, Löschdecken, Feuerlöscher aller Art.
Zu c) Sand, feuchte Tücher , Löschdecken Trockenlöscher, Schaumlöscher.
Zu d) Löschdecken, Trockenlöscher, Schaumlöscher (Nie mit Wasser löschen!)
09.Treibhauseffekt
In der Atmosphäre ist CO2 ( Kohlenstoffdioxid) nur in einer äußerst geringen Konzentration
vertreten. Bereits die geringste Änderung dieser Konzentration kann den Treibhauseffekt auf
der Erde beeinflussen. Beschreiben Sie, wie der Treibhauseffekt entsteht?
Ein Teil der Wärmestrahlung von der Erde wird durch die Atmosphäre immer wieder zur Erde
reflektiert. Die Reflexion erfolgt vor allem an Wolken Wasserdampf und solchen Gasen wie
Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon und FCKW(Fluorenchlorkohlenwasserstoffen). Vor allem
Kohlenstoffdioxid trägt zum Treibhauseffekt bei. Steigt die CO2 Konzentration in der Atmosphäre an,
wird der Treibhauseffekt verstärkt. Damit ist eine Temperaturerhöhung auf der Erde verbunden und
demzufolge eine Veränderung des Klimas.
10.Säuren und Basen
Warum sind Laugen für die Haut meist gefährlicher als verdünnte Säure?
Durch die Lauge werden die Zellen der oberste Hautschicht zersetzt, die Haut wird deshalb an der
Oberfläche etwas schmierig. Dadurch wird der Säureschutzmantel der Haut (pH Wert der Haut 5,5)
zerstört. Laugen zersetzen auch viele andere Materialien. Wegen dieser ätzenden Wirkung muss mit
Laugen besonders vorsichtig umgegangen werden.
11.Neutralisation
Erklären Sie die Neutralisation am Beispiel von Salzsäure(HCL) und Natronlauge(NaOH)?
Wenn bestimmte Mengen an Säure und Lauge zusammengebracht werden, ensteht eine neutrale
Lösung: Säure und Lauge neutralisieren sich gegenseitig.
HCL + NaOH
Säure + Base
NaCL + H2O
Säure + Wasser
Aus Salzsäure und Natronlauge entsteht eine neutrale Natriumchloridlösung. Diese Reaktion zwischen
einer Säure und einer Base nennt man Neutralisation. Dabei reagieren Wasserstoffionen mit
Hydroxidionen zu Wassemolekülen.
12.Eigenschaften von Metallen
Durch welche Eigenschaften zeichnen sich Metalle im Gegensatz zu Nichtmetallen aus?
-
relativ hohe Schmelz und Siedetemperatur
Wärmeleitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit
Verformbarkeit
Metallischer Glanz
13.Verbrennung und Schadstoffe
Welche Schadstoffe entstehen bei der Verbrennung von Benzin, Diesel und Kohle und durch
welche Maßnahmen kann der Schadstoffausstoß verringert werden?
Durch Verbrennung eines Benzin Luft Gemisches im Benzinmotor entstehen überwiegend
Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Auch wenn das Benzin optimal verbrennt, entstehen noch
kleinere Mengen giftiger Stickoxide und Kohlenstoffmonoxid. Mit den Abgasen wird auch
unverbranntes Benzin ausgestoßen.
Der Dieselmotor bildet sich bei der Verbrennung zusätzlich noch Ruß (feinverteilter Kohlenstoff) .
Kraftfahrzeuge werden deshalb heute mit Abgaskatalysatoren und Rußfiltern ausgerüstet
Energieformen Im Betrieb sowie Auswirkung Mensch und
Umwelt
01. Energieträger, Energienutzung
Die Mehrzahl der Primärenenergieträger, die wir heute nutzen, sind auf der Erde nur in
begrenzter Umfang vorhanden. Außerdem besteht die Gefahr dass durch die extensive
Energienutzung die Natürliche Lebensgrundlagen von Menschen und Tieren und Pflanzen
zerstört werden.
Beschreiben Sie drei Möglichkeiten, wie die natürliche Lebensgrundlagen erhalten bleiben und
trotzdem ausreichend Energie nutzbar gemacht werden kann?
1. Stärkere Nutzung erneuerbarer bzw. regenerativer Energiequellen: Sonnenstrahlung,
Wasser, Wind, Biowärme, Gezeiten und Erdwärme. Zum Teil ist die Nutzung dieser
Primärenergiequellen noch mit hohen technischen Aufwand und hohen Kosten verbunden;
weitere Forschung ist deshalb notwendig.
2. Rationeller und Sparsamer Umgang mit der vorhandener Energie ; Der gewünschte Nutzen
soll mit einem möglichst geringen Energieaufwand erreicht werden. Energieverluste sollen
gering gehalten werden. Das geschieht durch ständige Verbesserung des Wirkungsgrades von
Anlagen und Geräten.
3. Energierückgewinnung: Die Nutzung der Energieverluste für andere Zwecke ist eine
weitere wichtige Möglichkeit rationeller Energieanwendung.
02. Primär- und Sekundärenergie
Was sind Primär und Sekundärenergiequellen?
Erklären Sie den Unterschied und nennen Sie Jeweils vier BeispielePrimärenergiequellen: sind solche, die in der Natur unmittelbar vorhanden sind:
Beispiele: Braunkohle, Steinkohle Erdöl, Sonnenstrahlung Wind, Holz, Erdgas, Uranerz, Erwärme,
fließendes oder gestautes Wasser.
Sekundärenergiequellen: sind aus Primärenenergiequellen umgewandelte Energieformen, wie z.B.
Koks oder Briketts aus Braun oder Steinkohle Benzin, Heizöl, Dieselkraftstoff. Aus Erdöl.
Elektrischer Strom oder Fernwärme aus Kohle, Eröl, Erdgas.
Statistische Verfahren, einfache statistische Berechnung.
01.Maßnahmen zur Fehlerbehebung im Rahmen der
Qualitätssicherung
Im Rahmen der Qualitätssicherung müssen erkannte Fehler behoben werden. Nennen Sie sechs
Beispiele für geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehebung.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Korrigieren und Neueinrichten der Maschine
Ersatz Nacharbeit der Werkzeuge
Unterweisung Kritik des MA bei fehlerhafter Arbeitsweise
Änderung des Fertigungsverfahren (z.B.Kombination Mensch+ Maschine)
Verbesserte Wahreneingangsprüfung
Qualitätsmaßnahmen in Zusammenarbeit mit Lieferanten
verbesserte Verpackung beim Transport versand.
02. Stichprobe(Vorraussetzung Messfehler)
Sie haben die Aufgabe, die Fertigung von Edelstahlteilen zu überprüfen. Dazu sollen Sie eine
Stichprobe aus dem Fertigungslos entnehmen.
a) Welche Voraussetzungen müssen für eine Stichprobenkontrolle
erfüllt werden?
b) Die Erfassung der Stichprobendaten kann mit Fehler behaftet
sein. Unterscheiden Sie in diesem Zusammenhang systematische
und zufällige Fehler und geben Sie jeweild´s ein Beispiel.
Zu a) ausreichend große Grundgesamtheit
ausreichend großer Stichprobenumfang
zahlenmäßig abgegrenzte Beurteilungsmenge
Zufälligkeit der Stichprobenentnahme
Zu b) Systematische Fehler sind Fehler in der Messeinrichtung, die sich gleichmäßig auf alle
Messungen auswirken.
Beispiel: fehlerhafter Messstab, o.Ä.
Zufällige Fehler entstehen durch unkontrollierbare Einflüsse während der Messung; sie sind
verschieden und unvermeidbar.
Bsp. Die erste Stichprobe von n=30 ergibt zwei fehlerhafte Stücke; die Zweite Stichprobe ergibt drei
fehlerhafte Stücke, obwohl das Messverfahren gesichert ist und die Versuchsdurchführung
(Experiment) nicht geändert wurde.
03.Erfassung und Verarbeitung Technischer Messwerte
In ihrem Betrieb läuft zurzeit das Projekt, Planung und Implementierung der
Fertigungskontrolle an der neuen biaxialen Reckanlage zu Folienherstellung. In der nächsten
Teamsitzung sollen unterschiedliche Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung der
Prozessdaten diskutiert werden. Nennen Sie dazu vier Beispiele.
1.einfache Messeinrichtung z.B. Thermometer
2. ......
2.Erfassung und Verarbeitung über Prozessrechner
3.elementare Messwertverarbeitung Verarbeitung.der Messwerte mithilfe einfacher mathematischer
Operation
4.höhere Messwertverarbeitung Verarbeitung der Messwerte mithilfe komplexer mathematischer
Operation.
Aufgabe1
Bei einer Kraftmaschine wird die zugeführte Energie in folgenden Anteilen genutzt.
.Kühlwasserbeheizung
.ungenutzte Energie in Form von Reibung
.Abgaswärme
.Bewegungsenergie
14%
18%
28%
40%
Zeichnen Sie ein Kreisdiagramm zur Grafischen Darstellung der Energienutzung;dabei soll ein
Segment in explodierender Darstellung gezeigt werden.
Aufgabe 1.
100% =360 grad
1% =3,6 grad
14%
18%
28%
40%
=50,4
grad
=64,8
grad
=100,8 grad
144,0
grad
Kühlwasserbeheizung
Bewegungsenergie
40%
14%
28%
18%
18
Ungenutzte Energie
Abgaswärme
Aufgabe2
a) Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer Kraftmaschine und einer Arbeitsmaschine
b) Geben Sie jeder Maschine vier Beispiele.
Zu a) Kraftmaschinen wandeln Energie um in eine für den Mensch nutzbare Form.
Beispiel: Dieselmotor, Ottomotor, Elektromotor, Turbine
Zu b) Arbeitsmaschinen sind stoffumsetzende Maschinen, d.h. sie bearbeiten Stoffe mit dem Ziel der
Umformung.
Beispiel: Stanze, Biegemaschine, Pumpe, Werkzeugmaschine
Aufgabe 3
Säuren bilden Salze mit unedlen Metallen, mit Metalloxiden oder mit Metallhydroxiden.
Vervollständigen Sie folgenden Salzbildungsreaktion und nennen
Sie die Bezeichnung der jeweiligen Salze
2HCL + Mg
2HCL + MgO
HCL + KOH
MgCL2 + H2
MgCL2 + H2O
KCL + H2O
Magnesiumchlorid
Magnesiumchlorid
Kaliumchlorid
Aufgabe 4
Metallteile sollen zum Schutz vor Korrosion galvanisiert werden. Beschreiben Sie
stichwortartig, welche Arbeitsgänge erforderlich sind, damit auf eienr Metalloberfläxhe ein gut
haftender Chromüberzug entsteht .
1. Die Oberfläche des Metallgegenstandes wird zuerst gereinigt und poliert. Potenzielle
Korrosionsherde müssen entfernt und kleinste unebenheiten beseitigt werden.
2. Metallüberzüge haften nur auf fettfreiem Oberflächen, deshalb ist eine Entfettung erforderlich.
( z.B. Lösungsmittel)
3. Nun wird das Metallteil zunächst verkupfert (Kupfersalzlösung). Die Kupferionen scheiden
sich aus der Salzlösung als Kupferatome auf dem Metall ab.
4. Anschließend wird das Metallteil vernickelt (Nickelsalzbad).
5. Zum Schluss wird die Metalloberfläche in einer Chromsalzlösung verchromt,gründlich gespült
und getrocknet.
05.Welche Eigenschaften haben Sauerstoff und Wasserstoff? Wie werden sie
verwendet und hergestellt?
O2 Sauerstoff
Eigenschaften
Verwendung
Herstellung
H2 Wasserstoff
- gasförmig, geruchs, geschmacklos.
- ist Bestandteil der Luft, tritt
chemisch gebunden als
Bestandteil des Wassers und
fast aller Gesteine auf.
- reaktionsfreudig
- unterhält die Verbrennung,
verbrennt aber nicht selbst.
- Bildet mir anderen Elementen
Oxide
-gasförmig,geruchs, geschmacklos
- ist das leichteste Gas mit der
geringsten Dichte.
- reaktionsträge; in Wasser
wenig löslich
- hochentzündlich bzw.
explosiv; WasserstoffSauerstoff Gemische
reagieren bei Entzündung
explosionsartig(Knallgas)
- bildet mit anderen Elementen
Hydride.
- beim autogenen Schweißen in
- beim Raketenantrieb; in
Atemgeräten, als Bestandteil von
Wasserstoffmotoren , beim autogenen
Raketentreibstoffen, zur
schweißen und Schneiden; bei
Stahlherstellung.
Hydrierungsreaktionen; zur Kühlung
von Generatoren in Kraftwerken.
- durch fraktionierte Destillation
- durch Elektrolyse verdünnter
verflüssigter Luft(Stickstoff
Alkalilauge oder
wird abgegeben, Sauerstoff
Schwefelsäure entsteht
bleibt übrig)
Wasserstoff als
- Elektrolyse des Wassers;
Nebenprodukt.
- 2H2O
2H2+O2
- Vergasung von Kohle mit
Wasserdampf.
06. Was ist Trockene Luft?
Trockene Luft ist ein Gasgemisch, das Sauertsoff , Kohlendioxid,Stickstoff und Edelgase enthält.
Unsere Erde ist von einer lebenswichtigen Lufthülle umgeben, die schädliche Strahlen absorbiert
und extreme Temperaturen verhindert.
Die Luft besteht aus, Edelgase 1%, Kohlendioxid 0,03%, Sauerstoff 21%, Stickstoff 78%.
07. Wie wird Luft verflüssigt und wozu wir flüssige Luft verwendet?
Flüssige Luft wird hergestellt, indem man sie kompriemirt ind die dabei freiwerdende Wärme
abführt. Bei der nachfolgenden Expansion kühlt sich die Luft ab. Durch mehrfache Wiederholung
mithilfe von Vorkühlung wird Luft bei – 190°C flüssig. Flüssige Luft wird z.B. zur Kühlung aber
auch zur Gewinnung von Sauerstoff Sticlstoff und Edelgasen verwendet.
08. Wodurch sind Oxidations und Reduktion gekennzeichnet?
Oxidation:eine chemische Reaktion, bei der sich ein Stoff mit Sauerstoff zu einem Oxid
verbindet. Beispiel. 2Mg + O2 = 2MgO
Reduktion: eine chemische Reaktion, bei der einem Oxid Sauerstoff entzogen wird.
Beispiel: 2 Ag2O = 4Ag + O2
Im erweiterten Sinn beziehen sich die Begriffe
Oxidation= auf die Aufgabe von Elektronen
Reduktion= auf die Aufnahme von Elektronen
09. Was ist Redoxreaktion?( im engeren Sinn)
Als Redoxreaktion wir eine Reaktion bezeichnet, bei der Reduktion und Oxidation gleichzeitig
ablaufen bzw. gekoppelt sind.
Beispiel:
Reduktion
Kupferoxid + Eisen
Kupfer + Eisenoxid
Oxidation
Hierbei wird <kupferoxid zu Kupfer reduziert und Eisen nimmt Sauerstoff auf; es oxidiert.
Redoxreaktionen ( im weiteren Sinn)
Sind Reaktionen, bei denen zwichen Teilchen der Ausgangstoffe Elektronen übertragen werden.
Oxidation und Reduktion werden hier als Reaktion mit Elektronenübergang verstanden.
10. Was sind Oxidationsmittel und Reduktionsmittel?
Wenn man das o.g. Beispiel der Reaktion von Kupferoxid und Eisen genauer beschreibt, so ist
festzustellen, dass
Kupferoxid: Sauerstoff abgibt und dadurch die Oxidadtion des Eisens ermöglicht. Das
Kupferoxid ist das Oxidationsmittel, es wird selbst reduziert.
Eisen:Sauerstoff aufnimmt und dadurch die Reduktion des Kupferoxids ermöglicht. Das Eisen
reduziert das Kupferoxid, es ist das Reduktionsmittel und wird selbst oxidiert.
Im erweiteren Sinn gibt das Reduktionmittel Elektronen ab und das Oxidatinsmittel nimmt
Elektronen auf.
10. Was bezeichnet man als Spannungsreihe der Metalle und was bedeutet Redoxpotenzial?
Ein Maß für das Reduktions- bzw. Oxidationsvermögen eine Stoffes ist sein Redoxpotenzial. Eine
nach dem Wert des Redoxpotenzials geordnete Reihe ist die Spannungsreihe. Je höher das
Redoxpotenzial ist, um so größer ist die Oxidationskraft eines Stoffes.
Da die Metalle so geordnet sind, dass die links stehenden die jeweils davon stehenden Metalle
ausfällen, bezeichnet man die Spannungsreihe auch als Fällungsreihe.
Unedel
Edel
LI, CA, Mg, Zn, Fe, Pb, (H) Cu, Hg, Ag, Au,
Der Wasserstoff wurde als Bezugsgröße mit in die Spannungsreihe aufgenommen, im wird ein
Standartpotenzial von 0 V zugeordnet. Alle links vom Wasserstoff stehenden Metalle wirken ihm
gegenüber als Reduktionsmittel
Kurzzeichen der wichtigsten Elemente:
Metalle
Metalle
Aluminium
Blei
Chrom
Eisen
Gold
Kalium
Kalzium
Kobalt
Kupfer
Magnesium
Mangan
Molybdän
Al
Pb
Cr
Fe
Au
K
Ca
Co
Cu
Mg
Mn
Mo
Natrium
Nickel
Niob
Platin
Quecksilber
Silber
Tantal
Titan
Vanadium
Wolfram
Zink
Zinn
Nichteisenmetalle
Na l
Ni
Nb
Nb
Hg
Ag
Ta
Ti
V
W
Zn
Sn
Argon
Chlor
Fluor
Helium
Kohlenstoff
Phosphor
Neon
Sauerstoff
Schwefel
Silicium
Stickstoff
Wasserstoff
Ar
Cl
F
Ha
C
P
Ne
O
S
Si
N
H
10. Was bezeichnet man al galvanisches Element?
Zwei verschiedene Metalle in einer leitfähigen Lösung bilden eine „chemischen Spannungsquelle“
eine galvanisches Element. Dabei wird chemische Energie in elektrischer Energie Umgewandelt.
Je weiter die Metalle in der Spannungsreihe auseinander liegen, um so höher ist die Spannung das
galvanischen Elements. Man erhält also hohe Spannungen, wenn man edle Metalle zusammen mit
sehr unedlen verwendet.
11. Was ist eine elektrochemische Reaktion?
Elektrochemische Reaktion sind solche chemischen Reaktionen, die unter Aufnahme oder Abgabe
von elektrischer Energie ablaufen. Es findet dabei eine wechselseitige Umwandlung von
chemischer und elektrischer Energie statt.
12.Was sind exotherme und endotherme Reaktionen?
Damit Stoffe einer chemischen Reaktion eingehen können, müssen sie meist zuvor aktiviert
werden, d.h. es muss Energie (z.B. thermische) zugeführt werden. Diese Startenergie nennt man
Aktivierungsenergie.
Wird nun bei einer Reaktion
Wärme frei so heißt diese Reaktion exotherm. Dabei wird mehr Energie frei, als an
Aktivierungsenergie zugeführt werden muss.
Wärme zugeführt so heißt diese Reaktion endotherm . Diese Reaktionen laufen nur bei
ständiger Energiezufuhr ab.
13.Wie entsteht Korrosion?
Korrosion ist die Zerstörung eines Metalls von der Oberfläche her durch chemische Reaktionen,
die durch Luft, Wasser, Säuren, oder aggressive Gase verursacht werden. Auf der Eisenoberfläche
bildet sich im Kontakt mit feuchter Luft eine lockere Rostschicht, die porös und bröckelig ist.
Wasser und Sauerstoff können diese Schicht durchdringen und tiefere Schichten angreifen;
dadurch setzt sich das Rosten fort.
Zunächst bildet das Eisen in Verbindung mit Luftsauerstoff und Wasser das Eisen(H)-hydroxid :
2Fe+ O2+ H2O = 2Fe(OH)2
Diese Eiden(H)-hydroxid bidet unter weiterem Sauerstoffeinfluss den eigentlichen Rost:
4Fe(OH)2+O2 = 4FeO(OH) + 2 H2O
14.Welchen Vorgang bezeichnet man als elektrochemische Korrosion?
Wenn zwei verschiedene Metalle zusammentreffen und an deren Berührungsstelle eine
Elektrolytlösung (z.B.Wasser, oder Salzlösung) gelangt. Tritt eine elektrochemische Korrosion
ein; Die beiden sich berührenden Metalle bilden zusammen mit der Elektrolytlösung ein
Lokalelement(galvanische Zelle). Es wird dabei das jeweils edlere Metall auf Kosten des
unedleren Metalls vor Korrosion geschützt. Indem das unedlere Metall durch Oxidation zerstört
wird.
15.Wie können Metalle vor Korrosion geschützt werden?
indem möglichst elektrochemisch ähnliche Metalle verwendet werden. Da die Zerstörung der
Metalle in der Regel von der Oberfläche Alle Maßnahmen des Korrosionsschutzes zielen auf
Verhinderung der Korrosion von metallischen Werkstoffen ab. Bereits bei der Auswahl der
Werkstoffe kann die Korrosion beeinflusst werden, her erfolgt, muss diese besonders wirksam
geschützt werden. Dadurch wird der Kontakt des Metalls mt Wasser, Luft. Säuren und Gasen
verhindert.
Verfahren
Beispiele
Metallische Überzüge
Tauchen, Metallspritzen, Plattieren, Galvanisieren.
Nichtmetallische Überzüge
Anstriche, Fetten, Emaillieren, Kunststoffbeschichten.
Chemische Schutzschichten
Phosphatieren, Aloxidieren, Passivieren.
Legierungen
Herstellen non Werkstoffen aus Mischung versch. Met.
Schutzanoden
Herstellen einer leitender Verbindung zwischen dem
zu schützenden Metall und einem unedleren Metall. ( z.B. Tanklager, Schiffswände, Brücken.
Wasser, Säuren, Basen und Salze sowie deren industrielle Nutzung.
01. Welche Bedeutung hat Wasser?
Wasser (H2O) ist die wichtigste Verbindung auf der Erde, Täglich werden große Mengen
Wasser in der Industrie und in den Haushalten verbraucht. Wasser ist eine geschmacklose
Flüssigkeit, die als natürliches Wasser stets verunreinigt vorkommt. Trinkwasser ist
aufbereitendes natürliches Wasser , das klar und geruchlos sowie frei von krankheitserregenden
Bakterien sein soll.
02. Wie lassen sich die besonderen Eigenschaften des Wassers erklären?
Die Eigenschaften des Wassers entstehen aufgrund der Eigenschaften der Wassermoleküle.
Durch eine Elektronenpaarbildung sind im Wassermolekül jeweils zwei Wasserstoffatome mit
einem Sauerstoffatom verbunden. Dabei zieht das Sauerstoffatom die bindenden Elektronen
etwas stärker an; es entsteht dort ein Überschuss an negativer Ladung. Entsprechend bilden sich
an den Wasserstoffatomen Pluspole. Diese Ladung gleichen sich aufgrund der gewinkelten
Bauweise des Wassermoleküls nicht aus . Die Moleküle mit positiver und negativen Polen
heißen Dipolmoleküle.
-große Wärmekapazität, hohe Siede- und Schmelztemperatur, Dichteanomalie
03.Was bezeichnet man als Dichteanomalie des Wassers?
Beim Gefrieren .von Wasser entsteht durch die Wassermoleküle ein streng geordnetes,
weiträumig aufgebautes Eisengitter. Das ein größeres Volumen einnimmt als flüssiges Wasser.
Diese Volumenzunahme von gefrorenem Wasser erzeugt eine große Sprengkraft(geplatzte
Wasserrohre). Flüssiges Wasser hat bei 4°C die größte Dichte und ist bei dieser Temperatur
somit am schwersten. Deshalb schwimmt Eis auf Wasser.
04.Was ist hartes Wasser?
Sind im Wasser viele Calzium und Magnesiumsalze gelöst, spricht man von hartem Wasser.
Regenwasser enthält immer etwas Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Löst so neben anderen
Salzen auf dem Weg durch den Boden auch Kalk CaCO3+ CO2+H2O = Ca2+ + 2HCO3
Aus schwer löslichem Calziumcarbonat entsteht das gut lösliche Calziumhydrogencarbonat,
das jetzt in Wasser gelöst vorliegt(Grundwasser). Wird dieses harte Wasser erwärmt, zerfällt das
Calziumhydrogencarbonat wieder in Kalk, Kohlendioxid und Wasser.
Ca2+ + 2HCO3-= CaCO3 + CO2 + H2O
05.Was bezeichnet man als Carbonathärte?
Die Carbonathärte wird auch als vorübergehende Härte bezeichnet. Sie ist durch Kochen
weitgehend entfernbar. Wird hartes Wasser gekocht. So setzt sich Kalk ab; das Wasser wird
weicher , da ein Teil der gelösten Salze entfernt sind.
06. Was versteht man unter Nichtcarbonathärte und Gesamthärte?
Die auch nach dem Abkochen noch vorhanden Resthärte wird als Nichtcarbonathärte oder
bleibende härte Bezeichnet. Sie ist auch nach dem Abtrennen von Kalk noch vorhanden und
lässt sich nicht durch Kochen entfernt. Sie wird verursacht durch gelöste Salze , Die nach dem
Abkochen an Säuren gebunden bleiben. Die Gesamthärte setzt sich wie folgt zusammen
Gesamthärte+ Carbonathärte + Nichtcarbonathärte
( Vorübergehende Härte
(Bleibende Härte)
07. Wie kann die Wasserhärte gemessen werden?
Die Angabe von Härtegraden des Wassers erfolgt durch die Angabe der Calzium- und
Magnesiumkonzentration in Millimol pro Liter (mmol/l) . Auch noch gebräuchlich ist die früher
verwendete Angabe in Grad deutscher Härte (°dH). Ein Grad deutsche Härte bedeutet einen
Gehalt von umgerechnet 10 mg CaO in 1 Liter Wasser. Das entspricht 7,19 mg Calzium. Bzw.
4,34 mg Magnesium je Liter ( 1 mmol/l)= °dH= 0,18 mmol/l)
Härtebereich
Härtegrad in mmol/l
Härtegrade in °dH
1 Weich
2 mittelhart
3 hart
4 sehr hart
< 1,3
1,3 bis 2,49
2,5 bis 3,8
>3,8
<7
7 bis 14
15 bis 21
>21
08. Welche Möglichkeiten gibt es, Wasser zu enthärten?
Für die technische Verwendung von Wasser wird möglichst weiches Wasser benötigt. Dazu ist
es erforderlich, das vorhandene Wasser, das gelöste Salze enthält, zu enthärten oder zu
entsalzen.
1.Durch Erhitzen: Dabei wird die Carbonathärte beseitigt, die Nichtcarbonathärte ist weiter
vorhanden.
2.Durch hinzufügen Niederschlag bildender Chemikalien, z.b. Soda, Phosphate.
3.Durch Ionenaustauscher Das Wasser durchfließt ein Rohr, das mit Ionenaustauscher
Kunstharzen gefüllt ist. Das mit Natrium angereicherte Austauschharz besteht aus vielen kleinen
Kunststoffkügelchen. Diese enthalten feinste Hohlräume, in denen an bestimmten Stellen H+Ionen und OH- Ionen locker gebunden sind. Fließt nun Leitungswasser durch einen mit
Kunstharzen gefüllten Behälter, kommt es zum Ionenaustausch; Positiver geladen Ionen(
Calzium oder Magnesiumionen) Negativ geladener Ionen( Chloridionen Carbonationen.)
09. Warum ist Wasser das wichtigste Lösungsmittel?
Im Alltag, in der Industrie und der Natur ist das Wasser das wichtigste Lösungsmittel. Aufgrund
der Dipole wird Wasser auch als polares Lösungsmittel bezeichnet; es löst Salze besonders gut.
Im Wasser werden die Wassermoleküle von den Ionen des Salzkristalls angezogen. Sie lagern
sich an der Oberfläche des Kristalls an und ziehen nach und nach die Ionen aus dem Ionengitter
heraus, die dabei vollständig von Wassermolekülen umhüllt werden.
Beispiel: Natriumchlorid wird in Wasser gelöst. NaCL in Wasser
Na+ + CL-
10. Was sind Säuren und Basen?
Auf der Grundlage der Ionentheorie von Arrhenius werden Säuren und Basen folgendermaßen
erklärt:
Säuren :sind chemische Verbindungen, die in wässriger Lösung positiv geladene
Wasserstoffionen H+ und negativ geladene Säurerestionen dissozieren.
H2SO4
2H+
+ SO2-4
Säuremolekül
Wasserstoffen + Säurerstionen
Es gibt sauerstofffreie Säuren, wie z.B. Chlorwasserstoff(HCL) oder Schwefelwasserstoff
Es gibt sauerstoffhaltige Säuren, wie z.B. Schwefelsäure ( H2SO4) oder Salpetersäure.
Die sauerstoffhaltigen Säuren entstehen durch Reaktion von Nichtmetalloxiden mit Wasser
Nichtmetalloxid + Wasser
Säure SO3 + H2O
= H2SO4
Basen: sind chemische Verbindungen, die mit Säuren Salze bilden. Die typischen Eigenschaften
von Basen werden von der Hydroxidionen OH- verursacht. Alle Metalle können Basen bilden.
Base entstehen aus folgenden Reaktionen:
Unedles Metall + Wasser
Base
+ Wasserstoff
3Fe
+ 4H2O
Fe3O4 +
4H2
Metalloxid
Na2O
+ Wasser
H2O
Base
2NaOH
Basen dissoziieren in der Schmelze und in wässriger Lösung in positive Metallionen und negative
Hydroxidionen. Die wässrigen Lösungen von Basen werden im Allgemeinen auch als Laugen
bezeichnet. Bekannte Basen und deren Laugen sind z.B.
Base:
wässrige Lösung
Natriumhydroxid
Kaliumhydroxid
Calziumhydroxid
.
NaOH
KOH
Ca(OH)2
Natronlauge
Kalilauge
Kalkwasser
Metall + Metalloxid + Matallhydroxid
und Wasser ergibt
Lauge
11. Welche typischen Eigenschaften haben Säuren?
Die typischen Eigenschaften der Säuren werden von hydratisierten Wasserstoffionen
(Hydroniumionen H3O+) hervorgerufen. Alle Säuren sind potenzielle Elektrolyte. Erst in
wässriger Lösung werden unter dem Einfluss der Dipolmoleküle des Wassers Wasserstoffionen
abgespalten, die sofort zu Hydroniumionen (H3O+) hydratisiert werden.
H+ + H2O
H3O+
Beispiele für potenzielle Elektrolyte.
Chlorwasserstoff HCL
bei Zimmertemperaturen gasförmig
Beim Lösen in Wasser entsteht Salzsäure
Schwefelsäure
H2SO4
enthält keine Ionen ist nicht elektrisch leitfähig.
Erst beim Lösen in Wasser tritt die elektrolytische Dissoziation ein.
12. Wie wird die Säure- Base- Reaktion als Abgabe und Aufnahme von Protonen erklärt?
Eine zweite Definition der Säuren und Basen nach dem dänischen Chemiker Brönsted erklärt die
Säure Base Reaktion als Abgabe und Aufnahme von Protonen . Danach sind
Säuren
Stoffe die Protonen abgeben können und
Basen
Stoffe die Protonen aufnehmen können
In diesem Sinne werden.
Säuren
als Protonendonatoren (donator-Geber) und
Basen
als Protonenakzeptoren( acceptor- Empfänger)
bezeichnet.
Es entsteht eine Analogie zu den Redoxreaktionen, bei denen eine Abgabe und Aufnahme von
Elektronen Stattfindet. Wie jeder Reduktionsmittel ein Oxidationsmittel entspricht.Stoffe, die
sowohl als Säure als auch als Base auftreten können, werden Ampholyte genannt.
13. Was sind Salze?
Nach der Ionentheorie von Arrhenius sind Salze Verbindungen, die in der Schmelze und in
wässrigern Lösungen in positiv geladene Metallionen und negativ geladene Säurerestionen
dissoziieren. Salz
Basekation + Säureanion
Beispiele: K2CO3
2K+ + CO2-3
AL2(SO4)3
2AL3+ + 3SO2-4
Salze liegen schon im Kristallgitter in Form von Ionen vor. Sie sind echte Elektrolyte. An die
Stelle von Metallionen kann auch das Ammoniumion NH4+ treten.
14. Welche Möglichkeiten der Salzbildung gibt es?
1.Neutralisation
2.Neutralisation(unter Beteiligung von Anhydriden)
3.Metall+Säure, Salz + Wasserstoff
4.Metall+ Nichtmetall,
Salz
Zu1) Base + Säure
2KOH+H2SO4
Salz+ Wasser
K2SO4 + 2H2O
Zu2) A. Metalloxid + Säure
CuO + H2SO4
Salz + Wasser
CUSO4 + H2O
B Base + Nichtmetalloxid
Salz + Wasser
Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O
C Metalloxid + Nichtmetalloxid
CaO + SIO2
CaSIO3
Zu3)
Zu4)
Metall + Säure
Zn + 2HCI
Salz
Salz+ Wasserstoff
ZNCL2+ H“
Metall + Nichtmetall Salz
2Na + CL2
2NaCL
15. Was sagt der ph- Wert aus?
Der ph – wert sagt aus, wie stark alkalisch oder sauer Wasser oder Lösung reagiert. Stoffe mit dem
ph- Wert 7 reagieren weder sauer noch alkalisch, sondern neutral.
Zu Angabe des ph- Wertes verwendet man eine Skala mit Zahlenwerten zwischen 0 und 14. Diese
Werte beruhen auf einer Umrechnung des negativen dekadischen Logarithmus der
Konzentration.der Wasserstoffionen in einer reelle Zahl und sind damit übersichtlicher und besser
vergleichbar.
16. Was ist ein Indikator?
Indikatoren sind Verbindungen, die bei Anwesenheit einer Säure oder einer Base ihr Farbe ändern
können und damit anzeigen, ob eine Lösung sauer, alkalisch oder neutral ist.
Beispiel für die gebräuchlichsten Indikatoren.
- Lackmus nimmt bei Anwesenheit einer Säure ein Proton auf und färbt sich rot; gibt in einer
Base ein Proton ab und färbt sich Blau.
-
Phenolphtalein bleibt farblos in neutralen und sauren Lösungen, färbt sich rot in basischen
Lösungen
-
Methylorange färbt sich rot in sauren Lösungen, gelb in neutralen und basischen Lösungen.
17. Welchen Vorgang bezeichnet man als Hydrolyse?
Die Hydrolyse ist nach Arrhenius eine Zerlegung von Salzen mithilfe von Wasser in Säure und
Base. Die Hydrolyse ist die Umkehrung der Neutralisation
Die Hydrolyse findet nur bei solchen Salzen statt, die aus einer schwachen Säure oder einer
schwachen Base aufgebaut sind. Salze aus einer starken Säure und einer starken Base unterliegen
nicht einer Hydrolyse ihre wässrigen Lösungen reagieren neutral.
18. Was ist ein Puffer?
Ein Puffer besteht aus einer schwachen Säure oder Base und deren vollständiger dissoziiertem
neutralem Salz.
19.Was ist Natronlauge und wozu kann sie verwendet werden?
Eine besondere wichtige Lauge in der Industrie ist die Natronlauge, die wässrige Lösung von
Natriumhydroxid (NaOH) . Das NaOH kommt als eine feste, kristalline und stark ätzende
Substanz in Form von Schuppen, Stangen oder Plätzchen in den Handel. Sie ist leicht löslich und
muss immer verschlossen aufbewahrt werden.
- zur Herstellung von Zellstoff für Papier und Verbandmaterial
- zur Reinigung von Pfandflaschen
- zu Herstellung von Aluminium und Seifen
- in Backbetrieben
Wirkungsweise von Dampferzeugnisanlagen und nachgeschalteter
Anlagen
01. Welche grundsätzlichen Vorgänge erfolgen bei der Dampferzeugung?
-Wasser wird aus einer Quelle entnommen (Fluss, Brunnen, öffentliches Versorgungsnetz
usw.)und aufbereitet,
- Das wasser wir vorgewärmt und in den Dampferzeuger geleitet.
- Im Dampferzeuger wird Wasser durch heiße Feuerungsgase erhitzt. Die für die Feuerung
notwendige Verbrennungsluft wird ebenfalls vorgewärmt.
- Das Wasser verdampft; Es entsteht Sattdampf, der sich über dem siedenden Wasser bildet. Der
Siedepunkt des Wassers ist abhängig vom Druckzustand in Inneren des Kessels.
- Der eingeschlossene Dampf hat Druckenergie die umgewandelt werden kann.
- Bei weiter entwickelten Geräten wird der Sattdampf in einen Überhitzer geleitet; Es entsteht
Heißdampf von mehreren 100°C bei hohen Druckzustand
- Nassdampf; Der Dampf enthält noch kleine Wasserteilchen.
- Sattdampf: Die Flüssigkeit ist völlig verdampft.
- Heißdampf: Wird dem Sattdampf weitere Wärme zugeführt so entsteht Heißdampf bzw.
überhitzter Dampf, er beträgt z.B. bei der Dampflokomotive 300- 400 °C
02. Welche Stoffe können zur Befeuerung von Dampferzeugnisanlagen eingesetzt werden?
Feste Brennstoffe:
Steinkohle, Braunkohle, Holz, Torf
Flüssige Brennstoffe:
Erdöl, Pflanzenöl
Gasförmige Brennstoffe: Stadtgas, Erdgas
Verbrennungskraftmaschinen
01. Was sind Verbrennungskraftmaschinen?
Verbrennungskraftmaschinen wandeln die durch Verbrennung entstehende Wärmeenergie direkt
in mechanische Energie um.
Beispiel: Vergaser, Ottomotor, Ottomotor mit Saugrohreinspritzung , Einspritz- Ottomotor, Gas
Ottomotor
Dieselmotor, Dieselmotor mit Direkteinspritzung.
02. Wie unterscheiden sich die Verbrennungsverfahren beim Ottomotor und
Dieselmotor?
Beim Ottomotor: Ein Kraftstoff- Luftgemisch wird angesaugt, verdichtet und durch einen
Hochspannungsfunken gezündet. Mann unterscheidet 3 wesentliche Arten der Gasgemische.
1) Vergasermotor,2)Einspritzmotor,3)Gasmotor
Beim Dieselmotor: Reine Luft wird angesaugt und verdichtet. Im Gegensatz zum Ottomotor
erfolgt eine viel höhere Verdichtung sodass die verdichtete Luft eine Temperatur von ca. 600°C
erreicht. In die hoch verdichtete Luft wird mithilfe einer Zerstäuberdüse Dieselöl unter hohem
Druck eingesprüht und entzündet sich von selbst.
03. Welche Anforderungen werden an Kraftstoffen für Verbrennungsm. Gestellt?
Allgemein
- rückstandlose Verbrennung
- hohes spezifisches Gewicht
- einfache und schnelle Gas. Luftgemischbildung und Zündung
- Sicherheit beim Transport
Speziell beim Ottomotor:
-hohe Klopffestigkeit gemessen in Oktan,
Speziell Dieselmotor.
-hohe Zündwilligkeit gemessen in Cetan
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