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
