1 Stoffe und ihre Eigenschaften

1
Treffpunkt
Chemie
Lösungen
2
Treffpunkt Chemie – neu
Stand 2015- 06 -29
Lösungen
3
Inhaltsverzeichnis
Sicherheits- und Gefahrenhinweise nach GHS
| 1 | Stoffe und ihre Eigenschaften
| 2 | Chemische Reaktionen
| 3 | Wasser – eine Grundlage des Lebens
| 4 | Wie gewinnt man Metalle?
| 5 | Chemische Verwandtschaften
| 6 | Die Welt der kleinsten Teilchen
| 7 | Chemische Bindung
| 8 | Energie aus chemischen Reaktionen
| 9 | Säuren, Basen und Salze
| 10 | Chemie und Boden
| 11 | Baustoffe und Werkstoffe
| 12 | Die Welt des Kohlenstoffs: Organische Chemie
| 13 | Alkohol, Essig, Ester – wichtige Stoffe in Alltag und Technik
| 14 | Chemie und Ernährung
| 15 | Seifen, Waschpulver und Duftstoffe
| 16 | Organische Werkstoffe
Notizen
4
Sicherheits- und Gefahrenhinweise nach GHS
H-Sätze
H200-Reihe: Physikalische Gefahren
H200
H201
H202
H203
H204
H205
H220
H221
H222
H223
H224
H225
H226
H228
H240
H241
H242
H250
H251
H252
H260
H261
H270
H271
H272
H280
H281
H290
Instabil, explosiv.
Explosiv, Gefahr der Massenexplosion.
Explosiv; große Gefahr durch Splitter, Spreng- und Wurfstücke.
Explosiv; Gefahr durch Feuer, Luftdruck oder Splitter, Spreng- und Wurfstücke.
Gefahr durch Feuer oder Splitter, Spreng- und Wurfstücke.
Gefahr der Massenexplosion bei Feuer.
Extrem entzündbares Gas.
Entzündbares Gas.
Extrem entzündbares Aerosol.
Entzündbares Aerosol.
Flüssigkeit und Dampf extrem entzündbar.
Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar.
Flüssigkeit und Dampf entzündbar.
Entzündbarer Feststoff.
Erwärmung kann Explosion verursachen.
Erwärmung kann Brand oder Explosion verursachen.
Erwärmung kann Brand verursachen.
Entzündet sich in Berührung mit Luft von selbst.
Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.
In großen Mengen selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.
In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase, die sich spontan entzünden können.
In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase.
Kann Brand verursachen oder verstärken; Oxidationsmittel.
Kann Brand oder Explosion verursachen; starkes Oxidationsmittel.
Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel.
Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren.
Enthält tiefgekühltes Gas; kann Kälteverbrennungen oder -verletzungen verursachen.
Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.
H300-Reihe: Gesundheitsgefahren
H300
H301
H302
H304
H310
H311
H312
H314
H315
H317
H318
H319
H330
H331
H332
H334
H335
H336
H340
H341
H350
H350i
H351
Lebensgefahr bei Verschlucken.
Giftig bei Verschlucken.
Gesundheitsschädlich bei Verschlucken.
Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein.
Lebensgefahr bei Hautkontakt.
Giftig bei Hautkontakt.
Gesundheitsschädlich bei Hautkontakt.
Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
Verursacht Hautreizungen.
Kann allergische Hautreaktionen verursachen.
Verursacht schwere Augenschäden.
Verursacht schwere Augenreizung.
Lebensgefahr bei Einatmen.
Giftig bei Einatmen.
Gesundheitsschädlich bei Einatmen.
Kann bei Einatmen Allergie, asthmaartige Symptome oder Atembeschwerden verursachen.
Kann die Atemwege reizen.
Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen.
Kann genetische Defekte verursachen (Expositionsweg angeben, sofern schl üssig belegt ist, dass diese Gefahr
bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
Kann vermutlich genetische Defekte verursachen (Expositionsweg angeben, sofern schlüssig belegt ist, dass
diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
Kann Krebs erzeugen (Expositionsweg angeben, sofern schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem
anderen Expositionsweg besteht).
Kann bei Einatmen Krebs erzeugen.
Kann vermutlich Krebs erzeugen (Expositionsweg angeben, sofern schl üssig belegt ist, dass diese Gefahr bei
keinem anderen Expositionsweg besteht).
3
3
5
H360
H360A
H360B
H360C
H360F
H360D
H361
H361A
H361f
H361d
H362
H370
Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen oder das Kind im Mutterleib schädigen (konkrete Wirkung angeben,
sofern bekannt) (Expositionsweg angeben, sofern schl üssig belegt ist, dass die Gefahr bei keinem anderen
Expositionsweg besteht).
Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann das Kind im Mutterleib schädigen.
Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.
Kann das Kind im Mutterleib schädigen. Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen.
Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen.
Kann das Kind im Mutterleib schädigen.
Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen oder das Kind im Mutterleib schädigen (konkrete Wirkung
angeben, sofern bekannt) (Expositionsweg angeben, sofern schlüssig belegt ist, dass die Gefahr bei keinem
anderen Expositionsweg besteht).
Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.
Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen.
Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.
Kann Säuglinge über die Muttermilch schädigen.
Schädigt die Organe (oder alle betroffenen Organe nennen, sofern bekannt) (Expositionsweg angeben, sofern
schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
H400-Reihe: Umweltgefahren
H411
H412
H413
H420
Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.
Schädlich für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.
Kann für Wasserorganismen schädlich sein, mit langfristiger Wirkung.
Schädigt die öffentliche Gesundheit und die Umwelt durch Ozonabbau in der äußeren Atmosphäre.
EUH - Sätze
EUH001
EUH006
EUH014
EUH018
EUH019
EUH044
EUH029
EUH031
EUH032
EUH059
EUH066
EUH070
EUH071
EUH201
In trockenem Zustand explosiv.
Mit und ohne Luft explosionsfähig.
Reagiert heftig mit Wasser.
Kann bei Verwendung explosionsfähige / entzündbare Dampf / Luft-Gemische bilden.
Kann explosionsfähige Peroxide bilden.
Explosionsgefahr bei Erhitzen unter Einschluss.
Entwickelt bei Berührung mit Wasser giftige Gase.
Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase.
Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase.
Die Ozonschicht schädigend.
Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen.
Giftig bei Berührung mit den Augen.
Wirkt ätzend auf die Atemwege.
Enthält Blei. Nicht für den Anstrich von Gegenständen verwenden, die von Kindern gekaut oder gelutscht
werden könnten.
P-Sätze
P200-Reihe: Prevention
P210
P211
P220
P221
P222
P223
P230
P231
P232
P233
P234
P235
P240
P241
P242
P243
Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen.
Nicht gegen offene Flamme oder andere Zündquelle sprühen.
Von Kleidung /.../ brennbaren Materialien fernhalten / entfernt aufbewahren.
Mischen mit brennbaren Stoffen /... unbedingt verhindern.
Kontakt mit Luft nicht zulassen.
Kontakt mit Wasser wegen heftiger Reaktion und möglichem Aufflammen unbedingt verhindern.
Feucht halten mit ...
Unter inertem Gas handhaben.
Vor Feuchtigkeit schützen.
Behälter dicht verschlossen halten.
Nur im Originalbehälter aufbewahren.
Kühl halten.
Behälter und zu befüllende Anlage erden.
Explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel / Lüftungsanlagen / Beleuchtung /... verwenden.
Nur funkenfreies Werkzeug verwenden.
Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffen.
6
P244
P250
P251
P260
P261
P262
P263
P264
P270
Druckminderer frei von Fett und ÖI halten.
Nicht schleifen / stoßen /.../ reiben.
Behälter steht unter Druck: Nicht durchstechen oder verbrennen, auch nicht nach der Verwendung.
Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol nicht einatmen.
Einatmen von Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol vermeiden.
Nicht in die Augen, auf die Haut oder auf die Kleidung gelangen lassen.
Kontakt während der Schwangerschaft / und der Stillzeit vermeiden.
Nac h Gebr auc h gr ündl ic h wasc hen.
Bei Gebrauch nicht essen, trinken oder rauchen.
P300-Reihe: Reaktion
P313
P314
P315
P320
P321
P322
P330
P331
P332
P333
P334
P335
P336
P337
P338
P340
P341
P342
P350
P351
P352
P353
Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Sofort ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Besondere Behandlung dringend erforderlich (siehe ... auf diesem Kennzeichnungsetikett).
Besondere Behandlung (siehe … auf diesem Kennzeichnungsetikett).
Gezielte Maßnahmen (siehe … auf diesem Kennzeichnungsetikett).
Mund ausspülen.
Kein Erbrechen herbeiführen.
Bei Hautreizung:
Bei Hautreizung oder Hautausschlag:
In kaltes Wasser tauchen / nassen Verband anlegen.
Lose Partikel von der Haut abbürsten.
Vereiste Bereiche mit lauwarmem Wasser auftauen. Betroffenen Bereich nicht reiben.
Bei anhaltender Augenreizung:
Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.
Die betroffene Person an die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert.
Bei Atembeschwerden an die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert.
Bei Symptomen der Atemwege:
Behutsam mit viel Wasser und Seife waschen.
Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen.
Mit viel Wasser und Seife waschen.
Haut mit Wasser abwaschen / duschen.
P306 + P360
Bei Kontakt mit der Kleidung: Kontaminierte Kleidung und Haut sofort mit viel Wasser
abwaschen und danach Kleidung ausziehen.
P307 + P310
Bei Exposition: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.
P307 + P311 Bei Exposition: Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.
P308 + P313
Bei Exposition oder falls betroffen: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
P309 + P310
Bei Exposition oder Unwohlsein: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.
P309 + P311 Bei Exposition oder Unwohlsein: Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.
P332 + P313
Bei Hautreizung: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
P333 + P313
Bei Hautreizung oder -ausschlag: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
P335 + P334
Lose Partikel von der Haut abbürsten. In kaltes Wasser tauchen / nassen Verband anlegen.
P337 + P313
Bei anhaltender Augenreizung: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
P342 + P311
Bei Symptomen der Atemwege: Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.
P370 + P376
Bei Brand: Undichtigkeit beseitigen, wenn gefahrlos möglich.
P370 + P378
Bei Brand: ... zum Löschen verwenden.
P370 + P380
Bei Brand: Umgebung räumen.
P370 + P380 + P375 Bei Brand: Umgebung räumen. Wegen Explosionsgefahr Brand aus der Entfemung bekämpfen.
P371 + P380 + P375 Bei Großbrand und großen Mengen: Umgebung räumen. Wegen Explosionsgefahr Brand aus
der Entfernung bekämpfen.
P400 - Reihe: Aufbewahrung
P401
P402
P403
P404
P405
P406
P407
P410
P411
… aufbewahren.
An einem trockenen Ort aufbewahren.
An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
In einem geschlossenen Behälter aufbewahren.
Unter Verschluss aufbewahren.
In korrosionsbeständigem /... Behälter mit korrosionsbeständiger Auskleidung aufbewahren.
Luftspalt zwischen Stapeln / Paletten lassen.
Vor Sonnenbestrahlung schützen.
Bei Temperaturen von nicht mehr als … °C / … aufbewahren.
7
P412
Nicht Temperaturen von mehr als 50 °C aussetzen.
P413
Schüttgut in Mengen von mehr als ... kg bei Temperaturen von nicht mehr als … °C aufbewahren.
P420
Von anderen Materialien entfernt aufbewahren.
P422
Inhalt in / unter … aufbewahren.
P402 + P404 In einem geschlossenen Behälter an einem trockenen Ort aufbewahren.
P403 + P233 Behälter dicht verschlossen an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
P410 + P403 Vor Sonnenbestrahlung geschützt an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
P410 + P412 Vor Sonnenbestrahlung schützen und nicht Temperaturen von mehr als 50 °C aussetzen.
P411 + P235 Kühl und bei Temperaturen von nicht mehr als … aufbewahren.
P500-Reihe: Entsorgung
P501
P502
Inhalt / Behälter … zuführen.
Informationen zur Wiederverwendung / Wiederverwertung beim Hersteller / Lieferanten erfragen.
8
1 Stoffe und ihre Eigenschaften
Seite 16
1. a) Metalle haben einen metallischen Glanz, sind undurchlässig für Licht, leiten den elektrischen Strom, lassen sich gut
verformen, sind bei Zimmertemperatur fest (mit Ausnahme des Quecksilbers) und sie sind gute Wärmeleiter.
b) Metalle unterscheiden sich hinsichtlich der Magnetisierbarkeit, der Dichte und der Härte. Ebenso weisen sie
unterschiedliche Schmelz- und Siedetemperaturen auf (geht nicht aus dem Text hervor).
2.
Leichtmetalle
Schwermetalle
Titan (ρ = 4,51 g/cm3)
Kupfer (ρ = 8,93 g/cm3)
Aluminium (ρ = 2,7g/cm3)
Silber (ρ = 10,5 g/cm3)
Kalium (ρ = 0,86g/cm3)
Blei (ρ = 11,4 g/cm3)
Magnesium (ρ = 1,74 g/cm3)
Zink (ρ = 7,2 g/cm3)
Cobalt (ρ = 8,83 g/cm3)
Gold (ρ = 19,3 g/cm3)
Platin (ρ = 21,45 g/cm3)
3. a)
Eigenschaft
Zink
Zinn
Schmelztemperatur
420 °C
232 °C
Siedetemperatur
910 °C
= 2400 °C
7,2 g/cm3
7,3 g/cm3
Dichte
b) Aus Zink werden Bleche und Rohre hergestellt. Es ist ein Bestandteil galvanischer Elemente. Als Korrosionsschutz verzinkt
man häufig Eisen. Aus Zinn werden Tuben, dünne Metallfolien, Zinngeschirr (heute seltener) und Zinnfiguren hergestellt.
Zum Schutz vor Korrosion verzinnt man häufig Eisenbleche („Weißblech" als Material für Konservendosen).
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1. Gold ist ein Edelmetall, Kupfer ein Halbedelmetall. Auf den Kupfermünzen hat sich im Laufe der Zeit eine Oxidschicht
gebildet, auf den goldenen Gegenständen nicht.
2. Bei der Verarbeitung der Schmuckstücke ist vor allem von Vorteil, dass Gold weich und besonders gut dehnbar ist. Aus
1 cm3 Gold (19,3 g) lässt sich ein Draht von 58 km Länge ziehen! Goldlegierungen sind härter und mechanisch haltbarer als
reines Gold.
3. Wolfram besitzt eine sehr hohe Schmelztemperatur (3410 °C). Der Glühfaden hat deshalb eine relativ lange
Lebensdauer.
4. Die Schmelztemperatur von Zinn ist sehr niedrig (232 °C). Man kann das Metall mit einfachen Mitteln zum Schmelzen
bringen und aus dem flüssigen Metall Figuren gießen.
5. Der Umgang mit quecksilberhaltigen Gegenständen erfordert besondere Sorgfalt. Quecksilberdämpfe sind stark
gesundheitsgefährdend. Da sie bereits bei Zimmertemperatur entweichen, muss das Metall stets verschlossen aufbewahrt
werden.
6. Verbrauchte Batterien und Leuchtstoffröhren gehören zum Sondermüll (bzw. können dort zurückgegeben werden, wo
man diese Artikel gekauft hat).
7. Ein Liter Quecksilber wiegt 13 550 g, also beeindruckende 13,55 kg!
9
Seite 21
1. Trotz Emulgator setzt sich im Laufe der Zeit ein kleiner Teil der gelösten Flüssigkeit auf dem Gemisch ab, bzw. ein Teil des
gelösten Feststoffes setzt sich am Boden des Gefäßes ab. Gründliches Rühren oder Schütteln mischt die Stoffe wieder.
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1. a) Das Steinsalz wird zerkleinert und in Wasser gelöst. Die Verunreinigungen sedimentieren (setzen sich ab). Die Salzlösung
kann danach dekantiert (abgegossen) werden. Die Lösung kann stattdessen auch filtriert werden. Die gewonnene Lösung wird
dann eingedampft, das Speisesalz bleibt zurück.
b) Dekantieren
c) Beim Filtrieren werden die Stoffe nach der Teilchengröße ihrer Bestandteile getrennt. Beim Eindampfen nutzt man die
unterschiedlichen Siedetemperaturen von Wasser und Kochsalz.
d) Im Leitungswasser befinden sich u. a. gelöste Mineralstoffe wie Calcium- und Magnesium-Salze. Beim Erwärmen würden
diese Stoffe Ablagerungen an den Heizstäben des Bügeleisens verursachen. Destilliertes Wasser hingegen ist frei von diesen
Stoffen.
2.
Beispiel:
v
\ / /
^
Glasscheibe
Schale mit Salzwasser
- Becherglas
3. Meerwasser hat mit etwa 3,6 % einen erheblich höheren Salzgehalt als unser Körper (physiologische Kochsalzlösung ca.
0,9 %). Organen würde wegen des Konzentrationsunterschiedes Wasser entzogen. Der Körper würde austrocknen.
Destilliertes Wasser enthält dagegen keinerlei Salze. So würden den Körperzellen lebenswichtige Mineralstoffe entzogen.
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1. a) Die Abfallentsorgung ist unterschiedlich geregelt. Die Gemeinde gibt Auskunft.
b) Batterien, Medikamente und Altöldosen gehören zum Sondermüll.
Batterien: Sammelboxen beim Händler; Medikamente: Apotheke; Altöldosen: Verkaufsstellen, z. B. Tankstellen.
c) Papier wird zerkleinert und gewässert und so wieder in einzelne Fasern aufgelöst. (Der eingeweichte Papierbrei wird oft
noch gebleicht bzw. die alte Druckfarbe wird entfernt; das ist aber im Buch nicht dargestellt.) Der Brei wird auf ein Sieb
aufgetragen und entwässert. So bildet sich wieder ein neues Papierblatt. Das fertige Papier wird geglättet und aufgerollt.
d) Ein Dreizehnjähriger hat statistisch gesehen bereits 6500 kg, ein Vierzehnjähriger 7000 kg und ein Fünfzehnjähriger
7500 kg Müll verursacht.
2. a) Hier sind verschiedene Trennverfahren denkbar.
Beispiel: Ein Magnet zieht die Eisennägel heraus. Papierschnipsel, Styropor und Plastikteilchen könnten durch Auslesen
getrennt werden, der Sand bleibt zurück. Die leichten Teile kann man auch mit einem Fön herausblasen. In Wasser wird der
Sand absinken (die Nägel natürlich auch), Kunststoffteile werden schwimmen; die Papierschnipsel werden zunächst
schwimmen und sich dann mit Wasser voll saugen und schweben oder langsam absinken.
b) Individuelle Antwort.
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1. a) Durch die schnelle Rotation der Siebtrommel wird der Saft aus den Früchten herausgeschleudert und so vom
Fruchtfleisch getrennt.
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b)
Aussortieren
Zentrifugieren
Sedimentieren
Dekantieren
Extrahieren
Filtrieren
Eindampfen
Destillieren
Feste Materialien voneinander trennen,
z.B. Müsli
Feste von flüssigen Bestandteilen trennen,
z.B. Wäscheschleuder
Feste von flüssigen Bestandteilen trennen,
z.B. schlammhaltiges Wasser
Feste von flüssigen Bestandteilen trennen,
z.B. Bodensatz in Flüssigkeit
Trennung durch unterschiedliche Löslichkeit der
Bestandteile,
z.B. Farbstoffe
Feste von flüssigen Bestandteilen trennen,
z.B. Kaffee
Feste von flüssigen Bestandteilen trennen,
z.B. Salzwasser
Zwei oder mehrere Flüssigkeiten nach ihren
Siedepunkten trennen,
z.B. Rohöl
c) Aktivkohle absorbiert Geruchsstoffe an ihrer Oberfläche. Sie reinigt den Kochdunst von diesen Stoffen. Man kann sie
auch zur Adsorption von Farbpartikeln benutzen.
Seite 30
1. Eine Unterscheidung ist anhand ihrer unterschiedlichen Dichten und Schmelztemperaturen sowie ihrem
unterschiedlichen Verhalten beim Erwärmen möglich.
2. Magnesium gehört zur Stoffgruppe der Metalle, Quarz ist ein diamantartiger Stoff und Kerzenwachs ein flüchtiger Stoff.
3. a) und b)
Reinstoff
Stoffgemisch
Eisen
Granit (Gemenge)
Silber
Benzin (Lösung)
Kupfer
Duschgel (Emulsion)
Schwefel
Tinte (Lösung oder ggf. Suspension)
Kohlenstoff
Parfüm (Lösung)
Sauerstoff
Meerwasser (Lösung)
Edelstahl (Legierung)
Messing (Legierung)
Brausepulver (Gemenge)
Fruchtsaft (Suspension)
Bronze (Legierung)
Badeschaum (Schaum)
c) Schaum ist ein Gemisch eines Gases in einer Flüssigkeit, z. B. Luft in Wasser (Badeschaum).
Fruchtsaft ist eine Suspension. Hier sind feste Teilchen (Fruchtfleisch) in einer Flüssigkeit (Wasser) verteilt.
Eine Legierung besteht aus mindestens einem Metall und einem weiteren Feststoff, z. B. Stahl (Eisen/Kohlenstoff) oder
Messing (Kupfer/Zink).
4. a) Das Eigelb übernimmt die Aufgabe des Emulgators. Es sorgt für die dauerhafte Vermischung von Öl und Wasser bzw.
von Öl und Essig.
b) Individuelle Antwort.
5. Beim Goldwaschen wurde die unterschiedliche Dichte der Stoffe genutzt.
6. Der leichtere Sand wurde vom Wasser weggespült, die schwereren Goldteilchen setzen sich ab.
7. Beim Aufgießen des Kaffees werden die Geschmacks-, Farb- und Wirkstoffe aus dem Pulver extrahiert. Anschließend wird
der Kaffeesatz vom Kaffeegetränk durch Filtrieren getrennt.
11
8. Beim Eindampfen der Zuckerlösung beginnt der Zucker zu karamellisieren, er verändert sein Aussehen, seinen Geruch
und seine Konsistenz. Erhitzt man weiter, verkohlt der Zucker.
9. Fette, Öle und Benzin lösen sich nicht im Wasser. Im Ölabscheider schwimmen sie aufgrund ihrer geringeren Dichte auf
dem Wasser und können dort entfernt werden.
12
2 Chemische Reaktionen
Seite 35
1. a) Bei einer chemischen Reaktion entstehen aus vorhandenen Stoffen neue Stoffe mit neuen
Eigenschaften. Aus der metallischen Eisenwolle ist ein dunkelgrauer spröder Stoff entstanden, der schwerer
ist als Eisenwolle.
b) Die Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der sich ein Stoff mit Sauerstoff verbindet.
2. a)Aus dem metallischen Magnesium hat sich ein neuer Stoff, nämlich das weiße, pulvrige
Magnesiumoxid, gebildet.
b) Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid; Energie wird frei.
3. a) Die Außenflächen des Kupferbriefs haben sich dunkel verfärbt. Die Innenflächen haben sich nicht
verändert.
b) An den Außenflächen hat eine Oxidation des Kupfers stattgefunden, es hat sich ein neuer Stoff, das
dunkle Kupferoxid, gebildet. An den Innenflächen konnte diese chemische Reaktion nicht stattfinden, da
kein Sauerstoff ins Innere des Kupferbriefs gelangen konnte.
c) Kupfer + Sauerstoff → Kupferoxid; Energie wird frei.
Seite 37
1. a) Aus zwei vorhandenen Stoffen (Zink und Schwefel) ist ein neuer Stoff entstanden, der andere
Eigenschaften als Zink und Schwefel hat. Er hat ein anderes Aussehen, eine andere Dichte, eine andere
Schmelztemperatur als Zink und ist nicht elektrisch leitfähig. Er hat sogar eine neue Eigenschaft, er leuchtet
fluoreszierend im UV-Licht.
b) Zink + Schwefel → Zinksulfid; Energie wird frei.
c) Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die zum Auslösen einer Reaktion zugeführt werden muss.
2. a) Schwefelverbindungen
b) Es handelt sich um eine chemische Reaktion zwischen Silber und Schwefel.
3. a) Unter Aufglühen wird aus dem metallischen Kupfer und dem gelben Schwefel mattes, dunkles
Kupfersulfid.
b) Es ist ein neuer Stoff entstanden, der völlig anders aussieht als die Ausgangsstoffe Kupfer und Schwefel.
c) Kupfer + Schwefel → Kupfersulfid; Energie wird frei.
Seite 39
1. a) Kohlenstoffmonoxid
b) Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Stickoxide und Schwefeldioxid.
c) Kohlenstoffdioxid
d) Kohlenstoffdioxid und Schwefeldioxid
Seite 40
1. a) Rosten ist eine sehr langsame Reaktion. Die Energieabgabe ist über einen so langen Zeitraum verteilt,
dass es zu keiner fühlbaren Erwärmung des Metalls kommt.
b) Das Eisen wird dadurch vor dem Sauerstoff aus der Luft und vor Wasser geschützt.
2. a) Die mit Wasser befeuchtete, entfettete Stahlwolle rostet. Die entfettete, trockene Stahlwolle rostet erst
nach längerer Zeit und die eingeölte Stahlwolle rostet nicht.
b) Bei der mit Wasser befeuchteten, entfetteten Stahlwolle steigt der Wasserspiegel im Reagenzglas bis
fast auf ein Fünftel der Reagenzglashöhe. Der Sauerstoff der im Reagenzglas eingeschlossenen Luft wird bei
der Oxidation des Eisens zu Eisenoxid verbraucht.
Bei der entfetteten, trockenen Stahlwolle steigt der Wasserspiegel zunächst nicht. Erst nach einiger Zeit steigt
er sehr langsam an. Die trockene Stahlwolle rostet wesentlich langsamer, da nur die Luftfeuchtigkeit das
Rosten unterstützt.
Bei der eingeölten Stahlwolle steigt der Wasserspiegel nicht, da durch den Ölfilm das Rosten verhindert wird.
c) Das Wasser nimmt nach einiger Zeit fast 20 % des Reagenzglasvolumens ein. Das entspricht dem
Volumen des Sauerstoffs in der Luft, der mit dem Eisen zu Rost reagiert hat.
13
Seite 42
1. a) Elemente: Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Zink, Aluminium, Magnesium, Schwefel, Kohlenstoff, Sauerstoff,
Stickstoff, Argon, Krypton ...
Verbindungen: Eisenoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Kupferoxid, Silberoxid, Kohlenstoffdioxid,
Kohlenstoffmonoxid, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Zinksulfid, Kupfersulfid, Eisensulfid ...
b) Silber, Kupfer und Sauerstoff lassen durch chemische Reaktionen nicht weiter in andere Stoffe
zerlegen.
Zinksulfid, Silberoxid und Kohlenstoffdioxid lassen sich durch chemische Reaktionen zu den
Elementen zerlegen: Zinksulfid: in Zink und Schwefel; Silberoxid: in Silber und Sauerstoff;
Kohlenstoffdioxid: in Kohlenstoff und Sauerstoff.
c) Bei der Verbrennung von Holzkohle entstehen im Wesentlichen Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Beide
Stoffe sind gasförmig und verflüchtigen sich.
2. Beide Wägungen ergeben das gleiche Ergebnis. In einem geschlossenem System (mit dem Luftballon
abgeschlossen) ist eine chemische Reaktion abgelaufen. Da nichts entweichen und nichts hinzukommen
kann, muss die Masse gleich bleiben.
3. Sauerstoff: Luft (elementar), Wasser (Verbindung), Gesteine, Erze und Sand (als Silicate und Oxide).
Silicium: Gesteine, Erde, Sand (Silicate).
Aluminium: in Verbindungen mit Silicium und Sauerstoff in Gesteinen und Erde.
Eisen: Erze.
Calcium, Magnesium: Kalk, Dolomit (Carbonate).
Natrium, Kalium: Salze (Chloride, Sulfate, Carbonate).
Wasserstoff: Wasser (Verbindung).
Seite 44
1. a) - Alle Stoffe sind aus kleinsten, kugelförmigen Teilchen, den Atomen, aufgebaut.
- Atome sind unveränderlich und unteilbar.
- Alle Atome eines Elements haben die gleiche Größe und Masse.
- Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Größe und Masse.
b) Bei einer chemischen Reaktion werden keine neuen Atome geschaffen, Atome vernichtet oder verändert; sie
werden aber ganz neu geordnet. Die Anzahl und die Masse der beteiligten Atome bleiben dabei immer gleich.
c)
Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid; Energie wird frei
Magnesium-Atome und Sauerstoff-Atome gruppieren sich um und verbinden sich zu Magnesiumoxid;
dabei wird Energie frei.
14
Seite 46
1. a) Mit Löschschaum muss die Sauerstoffzufuhr unterbunden werden. Brennendes Benzin würde auf
dem Wasser schwimmend weiterbrennen. Bei großer Hitze kann das Löschwasser explosionsartig
verdampfen und das brennende Benzin weiter verbreiten.
b) Mit Wasser wird das brennende Holz abgekühlt.
c) Bei der Verbrennung von Lacken und Ölen können giftige Dämpfe entstehen.
2. Luft ist ein Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Edelgasen, Kohlenstoffdioxid und weiteren
Gasen. Die Bestandteile der Luft können durch physikalische Methoden voneinander getrennt
werden.
3. a) Es ist ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften (weiß, Nichtmetall, salzartig) entstanden.
b) Zink + Sauerstoff → Zinkoxid; Energie wird frei.
c)
Zink + Sauerstoff → Zinkoxid; Energie wird frei.
4. a) Mit der Glimmspanprobe kann man den Sauerstoff nachweisen. Silber ist ein glänzendes Metall, das
sich leicht verformen lässt.
b) Man bläst die Atemluft in Kalkwasser. Es bildet sich ein weißer Niederschlag.
5. a) Aktivierungsenergie.
b) Zunächst müssen die Kupfer- und die Schwefel-Atome voneinander getrennt werden. Erst dann können
sie reagieren. Dabei entsteht so viel Energie, dass immer mehr Kupfer- und Schwefel-Atome voneinander
getrennt werden und miteinander reagieren können.
6. a) Das Wachs wird flüssig, steigt den Docht hoch und verdampft. Der Wachsdampf reagiert mit dem
Sauerstoff der Luft. Die entstehenden heißen, gasförmigen Oxide ziehen nach oben ab. Von unten wird
weiterer Sauerstoff nachgesaugt.
b) Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid; Energie wird frei.
7. Richtige Antworten: b), d), f) und g).
8. a) Der Zerteilungsgrad der Stahlwolle ist im Vergleich zum Eisennagel sehr groß.
b) Aus Eisen bildet sich Eisenoxid. Der dazu nötige Sauerstoff stammt aus der Luft. Das Eisenoxid, in dem
der Sauerstoff fest gebunden ist, muss also schwerer sein als das Eisen zuvor.
15
3 Wasser – eine Grundlage des Lebens
Seite 49
1. a) Grundwasser, Quellwasser, Oberflächenwasser.
b) Aktivkohle besitzt eine sehr große Oberfläche, an der die Verunreinigungen haften bleiben (Adsorption).
c) Chlor (oder Ozon) töten Krankheitserreger ab.
d) Individuelle Lösung.
2. a) Die Tinte wird von der Aktivkohle adsorbiert. Die Filtration liefert klares Wasser.
b) Das Dieselöl wird von der Aktivkohle adsorbiert, das Wasser ist dann fast wieder geruchlos.
3. Die Teststäbchen sind nach Vorschrift zu verwenden. Der Nitratgehalt der meisten Mineralwässer liegt unter
10 mg/l.
4. a) Informationen erhält man vom örtlichen Wasserwerk.
b) Der Wasserverbrauch lässt sich mithilfe der Wasseruhr feststellen (oder über die letzte WasserAbrechnung).
Seite 50
1. a) Wasserstoff und Sauerstoff.
b) Man kann dies durch eine Analyse zeigen. Wasser kann im Hoffmann’schen Apparat durch elektrischen
Gleichstrom zerlegt werden.
c) Eine Synthese ist der Aufbau eines Stoffes aus Elementen; eine Analyse ist die Zerlegung eines Stoffes in
seine Elemente.
Synthese: Kohlenstoff und Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid
Analyse: Silberoxid wird durch Erhitzen in Silber und Sauerstoff zerlegt.
Seite 51
1. a) An der Glasspitze brennt Wasserstoff.
b) Magnesium reagiert mit Wasser zu Magnesiumoxid und Wasserstoff. Dabei wird Wärme frei.
Magnesium + Wasser → Magnesiumoxid + Wasserstoff; Energie wird frei.
c) Das Magnesium wird oxidiert, das Wasser reduziert.
2. a) Der brennende Holzspan erlischt im aufsteigenden Wasserdampf; das brennende Magnesiumband
reagiert unter heftiger Feuererscheinung mit dem Wasserdampf.
b) Magnesium + Wasser → Magnesiumoxid + Wasserstoff; Energie wird frei.
(Der Wasserstoff kann bei Zutritt von Luft wieder zu Wasserdampf verbrennen.)
c) Magnesium wird oxidiert, Wasser wird reduziert. Das Oxidationsmittel ist Wasser.
3. a) Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Wasser. Dabei wird Wärme frei.
Wasserstoff + Sauerstoff → Wasser; Energie wird frei.
b) Man führt sie durch, um ungewollte und gefährliche Explosionen zu vermeiden. (Reiner Wasserstoff ist
nicht so gefährlich wie ein Wasserstoff-Luft-Gemisch).
c) Das wasserfreie weiße Kupfersulfat wird durch Wasseraufnahme zu blauem, wasserhaltigem
Kupfersulfat. Dies nutzt man zum Nachweis von Wasser. Bei der Knallgasprobe ist Wasser entstanden.
4. a) Die Reaktion verläuft vollständig, ohne dass ein Restgas übrigbleibt.
b) Zwei Raumteile Sauerstoff bleiben übrig, weil für eine vollständige Reaktion zwei Raumteile Wasserstoff und ein Raumteil
Sauerstoff benötigt werden.
Seite 53
1. a) Es ist kein Knallgasgemisch im Zylinder vorhanden, es kann also keine Explosion erfolgen.
b) Der Wasserstoff entzündet sich an der unteren (offenen) Seite des Zylinders. Im Zylinder ist kein Sauerstoff vorhanden,
die Kerze erlischt deshalb. Wenn man die Kerze herauszieht, entzündet sie sich wieder an der Flammenfront.
2. a) Kupferoxid wird rot-glänzendes, metallisches Kupfer.
b) Der Wasserstoff reduziert das Kupferoxid zu Kupfer; der Wasserstoff oxidiert dabei zu Wasser.
16
3. a) Wasserstoff ist etwa 14-mal leichter als Luft. Der Ballon steigt durch den Auftrieb.
b) Die Dichte von Helium ist ebenfalls geringer als die der Luft; deshalb eignet sich Helium auch zum Füllen
von Ballons.
Seite 55
1. a) BERZELIUS schlug vor, die lateinischen oder griechischen Anfangsbuchstaben der Elemente als
Abkürzungen zu verwenden. Beginnen mehrere Elemente mit dem gleichen Buchstaben, wird ein zweiter,
kleingeschriebener Buchstabe zugefügt.
b) Sie bezeichnen zum einen das Element, den Stoff. Zum anderen stehen sie für ein Atom eines
Elements.
c) Molekülformeln geben die Anzahl der Atome an, die in einem Molekül vorhanden sind.
Verhältnisformeln geben das Anzahlverhältnis der verschiedenen Atomarten in einer salzartigen
Verbindung an (Elementargruppe).
d) Chemische Formeln beschreiben den Aufbau eines Moleküls oder einer Elementargruppe und stehen
als Abkürzungen für die entsprechenden Stoffe.
2. a) Wolfram (W), Titan (Ti), Platin (Pt).
b) Fe = Eisen, Co = Cobalt, Sb = Antimon, Ga = Gallium.
Seite 56
1. Wasserstoff ist einwertig, Sauerstoff zweiwertig, Chlor einwertig, Kohlenstoff vierwertig.
2. Magnesium ist zweiwertig.
3. Al 2O3
4. Im SO2 ist der Schwefel vierwertig, im SO 3 sechswertig.
Seite 57
1. a) Wortgleichung aufstellen, Symbole und Formeln einsetzen, Reaktionsgleichung einrichten,
Energieumsatz angeben.
b) Sie ist kürzer und überschaubarer. Sie gibt auch an, in welchem Mengenverhältnis die Stoffe miteinander
reagieren.
c) Exotherm: Energie wird frei; endotherm: Energie muss zugeführt werden.
Seite 58
1. Etwa indem man ausgeatmete Luft über ein Glas streichen lässt, das man mindestens eine Stunde in den
Kühlschrank gestellt hat. Der Wasserdampf kondensiert an der kalten Oberfläche, es entstehen
Wassertröpfchen.
2. Die Öffnung muss nach unten zeigen, weil Wasserstoff leichter als Luft ist.
3. a) Br, Ni, K, Au, Ag, Xe
b) Bor, Rubidium, Zinn, Platin, Antimon, Fluor
c) Wasser (Diwasserstoffmonoxid), Kohlenstoffdioxid, Bleioxid, Diphosphorpentoxid, Zinksulfid,
Distickstofftrioxid
4.a) C + O2 → CO2; Energie wird frei.
b) H2O + Ca → CaO + H2: Energie wird frei.
17
4 Wie gewinnt man Metalle?
Seite 60
1. a) Kupfer kommt teilweise gediegen vor. Es lässt sich gut aus Kupfererzen gewinnen, leicht schmieden und
in Formen gießen.
b) Man findet es wegen seiner Korrosionsbeständigkeit auf Hausdächern und Kirchtürmen und als
Röhrenwerkstoff in der Gas-, Wasser- und Heizungsinstallationen. Als guter Wärmeleiter begegnet es uns
in Wärmetauschern von Heizkesseln und Kühlanlagen oder in Edelstahlkochtöpfen als KupferSandwichboden. Die meisten Elektrogeräte und elektronischen Geräte würde es ohne Kabel, Draht und
Leiterbahnen aus Kupfer als hervorragenden Stromleiter nicht geben.
Seite 67
1. Es werden etwa 2,34 g Blattgold benötigt.
2. Neusilber, „Alpaka", ist eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung. Man nennt es daher auch Nickel-Messing. Es
enthält 50–65 % Kupfer und 8–26 % Nickel, der Rest ist Zink.
3. Die Metalle finden sich in den Elektronikbauteilen als Elektrokabel, in Drähten und Leiterbahnen, in
Lötverbindungen und als Kontaktmaterial in Schaltern.
4. Bei der Verwertung von Elektronikschrott können die natürlichen Vorkommen der Metalle geschont und
die mit der Gewinnung einhergehenden Umweltbelastungen gemindert werden.
5. Beim Recyceln von Elektronikschrott können neben den gewünschten Metallen aus den
Platinenkunststoffen Produkte entstehen, die gefährlich sind für die Gesundheit des Menschen und die
Umwelt.
6. Weißgold kann eine Legierung aus Gold und Palladium oder aus Gold, Nickel, Kupfer und Zink sein.
Gelbgold kann Gold von hoher Reinheit sein, aber auch aus Gold, Silber, Kupfer und Zink (Zahngold)
bestehen.
Rotgold kann 58 % Gold, 38 % Kupfer und 4 % Silber, aber auch 75 % Gold und 25 % Kupfer enthalten.
7. Quecksilber führt im menschlichen Körper zu schweren Organ- und Nervenschäden. Es ist nicht
auszuschließen, dass über Jahre aus dem Amalgam Quecksilber herausgelöst wird. Bei Risikopatienten
empfehlen die Zahnärzte daher heute Keramik-, Kunststoff- oder Goldplomben.
Seite 70
1. a) Gediegen heißt, dass das Metall als Element vorkommt, nicht in Form einer chemischen Verbindung.
b) Kupfer kommt in seinen Verbindungen in Form von Erzen, aber auch in Spuren als Metall vor.
c) Es ist als Halbedelmetall beständig gegen Korrosion, lässt sich gut verarbeiten,
schmieden, ziehen und legieren und ist ein guter Wärmeleiter und Leiter für den elektrischen
Strom.
2. a) Edelstahl ist Stahl, der durch Legierungsbestandteile wie Chrom und Nickel besondere Eigenschaften
erhält, wie hohe Elastizität und Bruchfestigkeit.
b) Das Kupfer leitet die Wärme schneller und gleichmäßiger von der Herdplatte in das Innere des Topfes.
c) Das Beschichtungsmetall, z. B. Zinn, verhindert die Entstehung von giftigen Kupferverbindungen durch
Einwirkung von Essig oder Fruchtsäuren.
3. a) 2 PbO + C → 2 Pb + CO2; Energie muss zugeführt werden.
b) Kohlenstoff nimmt Sauerstoff auf, er wird oxidiert. Bleioxid gibt Sauerstoff ab, es wird reduziert. Die
Oxidation von Kohlenstoff und die Reduktion von Bleioxid sind miteinander gekoppelt. Deshalb handel t es sich
bei der Gesamtreaktion um eine Redoxreaktion.
c) BIeioxid ist das Oxidationsmittel, Kohlenstoff das Reduktionsmittel.
d) Zinkoxid lässt sich mit Magnesium oder Aluminium reduzieren.
18
4. a) Im Hochofen wird aus Eisenerz Roheisen gewonnen.
b) Der Kohlenstoff wird zu Kohlenstoffdioxid oxidiert, das mit weiterem Kohlenstoff bei hoher
Temperatur zu Kohlenstoffmonoxid reduziert wird. Eisenoxid wird mithilfe von Kohlenstoffmonoxid
zu Eisen reduziert. Das Kohlenstoffmonoxid wird dabei zu Kohlenstoffdioxid oxidiert.
c) Das Anfahren eines Hochofens ist sehr langwierig und nicht einfach. Die dabei entstehenden hohen
Temperaturen und das eventuelle Herunterfahren würden zu erheblichen Wärmespannungen
innerhalb der Stahlkonstruktion und zu Brüchen in der Ausmauerung führen. Außerdem würde
sämtliches Material im Hochofen fest werden.
5. a) Roheisen ist spröde und brüchig und wegen seiner geringen Elastizität nicht schmiedoder walzbar. Bruchfeste und elastische Drähte oder Bleche lassen sich daraus nicht
herstellen.
b) Die Begleitstoffe wie Kohlenstoff, Silicium, Phosphor, Schwefel und Man gan werden durch das
Frischen entfernt.
c) Die Begleitstoffe verbrennen durch den zugeführten Sauerstoff. Dabei wird Wärme frei.
6. a) Im Elektroofen werden durch Hinzufügen von bis zu 25 % Stahlschrott und Legierungsmetallen
zur Stahlschmelze Stähle „nach Maß" erschmolzen.
b) Hoch belastbare Sägeblätter und Stahlbohrer werden aus sog. HSS-Stahl hergestellt. Das ist
eine Stahllegierung mit 6 % Wolfram, 5 % Molybdän und 2 % Vanadium.
7. a) Schmuck soll über lange Zeit sein Aussehen behalten, wertbeständig bleiben und durch
Umwelteinflüsse nicht verändert werden.
b) Reines Gold oder Silber sind sehr weich. Der Schmuck würde sich schnell abnutzen oder auch
verformen. Gold wird daher mit Metallen wie Kupfer, Nickel oder Silber legiert.
8. a) Der Lötdraht enthält Zinn, Blei und Kupfer.
b) Zink wird mithilfe von elektrischem Strom oder in der Schmelze flüssig als Rostschutz auf Eisenteile
aufgebracht. Zinkstaubfarben haben den gleichen Zweck.
9. a) Platin hat eine hohe Schmelztemperatur (1770 °C) und ist sehr widerstandsfähig gegenüber
aggressiven Stoffen. Es ist ein Edelmetall.
b) Ein Kilogramm Platin kostet etwa 34 000 Euro (Stand: 2014). Ließen sich die im Abgaskatalysator
verwendeten zwei Gramm komplett wiedergewinnen, hätte das Recycling-Platin einen Wert von 68 Euro.
19
5 Chemische Verwandtschaften
Seite 77
1. Der Name Halogene bedeutet Salzbildner.
Fluor (lateinisch) für Fluss; Chlor von chloros (griechisch) für gelblich-grün; Brom von bromos (altgriechisch)
für Gestank; Iod von ioeides (altgriechisch) für veilchenfarbig; Astat von astateo (altgriechisch) für unbeständig
2. Fluor ist ein hochgiftiges, gelbliches und stechend riechendes Gas. In der Zahnpasta sind verschiedene
Salze (Fluoride) enthalten, die zur Stärkung der Knochen und des Zahnschmelzes (Apatit) beitragen und
vor Karies schützen.
Seite 78
1. a) Alle Alkalimetalle sind sehr reaktionsfreudig, besonders Rubidium und Caesium. Sie w ürden sich
z. B. sofort mit dem in der Luft enthaltenen Wasser, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid zu entsprechenden
Produkten umsetzen.
b) Natrium reagiert mit Wasser zu Natronlauge, dabei entsteht auch Wasserstoff. Wasserstoff ist brennbar
und mit Luft zusammen explosiv (Knallgas)!
2. a) Zunächst entzündet sich der entstehende Wasserstoff, dann verbrennt auch das Natrium.
b)
Die
Verbrennungstemperatur
des
Natriums wird
durch das Wasser herabgesetzt.
Hauptreaktionspartner ist das Wasser und nicht der umgebende Luftsauerstoff.
3. Fluor, Chlor, Brom und Iod haben gemeinsame Eigenschaften. Sie kommen wegen ihrer Reaktionsfähigkeit
nur in Verbindungen als Salze vor. Es sind alles Nichtmetalle, die unterschiedlich stark reagieren. Fluor ist
das reaktionsfähigste und giftigste Halogen.
4. Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Halogene sind sehr reaktionsfreudige Elemente, die wasserlösliche
Salze bilden.
5. Es könnten eingesetzt werden: Barium-, Lithium- oder Strontium- und Calciumverbindungen. Der
Lichtblitz könnte durch schlagartige Verbrennung von Magnesiumpulver erfolgen.
6. a) Der Name Calcium leitet sich vom lateinischen calx (so bezeichneten die Römer Kalk, Kreide
und daraus hergestellten Mörtel) ab. Das Bariummineral Baryt (Schwerspat) ist der Namensgeber.
barys bedeutet im Griechischen „schwer“.
b) In Calciumtabletten ist kein metallisches Calcium enthalten, sondern es liegen verschiedene
Calciumverbindungenvor, wie z.B. Calciumsulfat, Calciumhydrogencarbonat, Calciumcitrat, u.a.
Calcium ist grau, die Tabletten sind dagegen weiß.
7. a) Edelmetalle und Edelgase sind sehr reaktionsträge; sie sind außerdem selten und daher auch relativ
teuer.
b) Sie lassen sich nicht durch chemische Reaktionen nachweisen, weil sie so reaktionsträge sind.
c) Helium: Füllgas für Ballons, Zeppeline und Atemgas für Taucher.
Argon: Füllgas in Lampen und Schutzgas beim Schweißen.
Krypton: Füllgas für Lampen.
Xenon: Füllgas für Gasentladungslampen, das sind z.B. moderne Autolampen und Blitzlampen.
8.a) 2. Gruppe: Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Radium.
3. Periode: Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Phosphor, Schwefel, Chlor, Argon .
b) Die Edelgase stehen in der achten Hauptgruppe des Periodensystems, die Nichtmetalle findet man rechts
und oben. Eine Ausnahme bildet der Wasserstoff.
9. a) Das blanke Magnesium reagiert in geringem Maße mit dem Wasser. Es entsteht eine schwache Lauge
am Magnesiumstreifen. Auch kleine Wasserstoffperlen werden sichtbar. Die Lauge bewirkt die Rotf ärbung des
Phenolphthaleins.
b) Brennendes Magnesium würde mit Wasser zu Wasserstoff und Magnesiumoxid und mit Kohlenstoffdioxid
zu Kohlenstoff und Magnesiumoxid verbrennen. Der Einsatz von Löschwasser oder Kohlensäurelöschern
würde den Brand also noch verstärken.
20
10. a), b)
Aggregatzustand
Metall/
Nichtmetall
Löslichkeit
in Wasser
Kochsalz
Element/
Verbindung/
Stoffgemisch
Verbindung
fest
Nichtmetall
löslich
Eisen
Luft
Messing
Element
Gemisch
Gemisch
fest
gasförmig
fest
Metall
Nichtmetall
Metall
unlöslich
löslich
unlöslich
Zucker
Schwefel
Verbindung
Element
fest
fest
Nichtmetall
Nichtmetall
löslich
unlöslich
Honig
Kalk
Stickstoff
Gemisch
Verbindung
Element
flüssig
fest
gasförmig
Nichtmetall
Nichtmetall
Nichtmetall
löslich
unlöslich
löslich
Kupfer
Element
fest
Metall
unlöslich
11. Die genannten Erdalkalimetallsalze können durch die Flammenfärbung unterschieden werden. Calcium
färbt die Flamme ziegelrot, Strontium karminrot und Barium grün.
12. a) Gasförmig, gelbgrün, giftig, stechend riechend, nicht brennbar, umweltgefährlich, ätzend, desinfizierend,
bleichend, sehr reaktionsfreudig.
b) Zur Desinfektion von Trink- und Badewasser; zur Bleichung von Textilien und Zellstoff; zur Herstellung von
Kunststoffen (PVC) und Lösungsmitteln.
c) Fluor und Chlor sind gasförmig, Brom ist flüssig, Iod und Astat sind bei Zimmertemperatur fest.
d) Halogenide
e) Fluor ist das reaktionsfähigste Halogen bzw. Element überhaupt.
21
6 Die Welt der kleinsten Teilchen
Seite 81
1. a) Weil sehr wenige der positiv geladenen und sehr energiereichen α-Teilchen stark abgelenkt wurden oder in die
Ausgangsrichtung zurückprallten, musste der Atomkern sehr klein, sehr schwer und positiv geladen sein.
b) 20 000 mm = 20 m.
c) DALTONs Atom ist eine gleichmäßig von Masse erfüllte Kugel ohne elektrische Ladungen.
RUTHERFORDs ATOM besteht aus einem winzigen, elektrisch positiv geladenen Kern, der fast die gesamte Masse
enthält, und aus einer nahezu leeren Hülle. Sie wird von den schnell kreisenden, negativ geladenen
Elektronen gebildet.
Seite 83
1. a) Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen.
Protonen: Masse 1 u, positiv geladen
Neutron: Masse 1 u, neutral
b) Die Anzahl der positiven Ladungen im Kern ist gleich der Anzahl der negativen Ladungen in der Hülle.
c) H: 1 u; He: 4 u; Li: 7 u; Be: 9 u; B: 11 u; C: 12 u; N: 14 u; O: 16 u; F: 19 u.
d) Die Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen und der Masse(nzahl).
2. a)
P+
n
eOZ
1
H
1
2
H
1
3
H
1
14
C
6
16
O
8
18
O
8
27
Al
13
32
S
16
33
S
16
34
S
16
1
0
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
6
8
6
6
8
8
8
8
8
10
8
8
13
14
13
13
16
16
16
16
16
17
16
16
16
18
16
16
b) P (Phosphor); Cr (Chrom); Pt (Platin); Au (Gold); Hg (Quecksilber);
59
Ni.
28
226
Ra
88
(Radium);
59
Co
27
(Cobalt) oder
c) Weil sie sich chemisch nicht voneinander unterscheiden.
3. a) Die Anzahl der Neutronen entspricht der Differenz von Massenzahl und Ordnungszahl (= Anzahl der
Protonen).
b)
35
Cl
17
18
17
Protonen
Neutronen
Elektronen
37
Cl
17
20
17
c)
34
S
16
235
U
92
133
Cs
55
14
N
7
200
Hg
80
P+
16
92
55
7
80
n
18
143
78
7
120
4. Wäre bei der Einordnung die Atommasse entscheidend, müsste Cobalt an 28. Stelle im
Periodensystem stehen, da es schwerer ist als Nickel. Allerdings bestimmt die Anzahl der Protonen die
Ordnungszahl. Ein Cobalt-Atom besitzt im Durchschnitt mehr Neutronen als ein Nickel-Atom.
5. Im Modellversuch zum Massenspektrografen rollen Stahlkugeln von unterschiedlicher Masse über
eine Glasplatte. Sie werden durch das Magnetfeld eines Stabmagneten unterschiedlich stark aus ihrer
Bahn abgelenkt. Auf diese Weise werden sie nach ihrer Masse getrennt.
22
Seite 85
1.
Hinweis: Anstelle der Doppelpunkte können auch Striche gesetzt werden.
Seite 86
2. a) Die Elemente sind im Periodensystem nach steigender Protonenzahl ihrer Atomkerne angeordnet.
Deshalb ist die Protonenzahl gleich der Ordnungszahl.
b) Sie besitzen 3 Elektronenschalen.
c) Sie besitzen 2 Außenelektronen.
d) Alle Edelgase (He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn) haben voll besetzte Außenschalen. Sie sind
chemisch besonders reaktionsträge.
3.
𝟒𝟎
𝐂𝐚
𝟐𝟎
4. Schale als
Außenschale
↓
4. Periode
↓
2 Außenelektronen
↓
2. Gruppe
↓
20 Protonen
↓
Element Nr. 20
4. a)
z.B.
1. Periode:
2. Periode:
b) Die erste Schale (K-Schale) kann maximal zwei Elektronen aufnehmen, die zweite Schale 8 Elektronen.
c)
Stickstoff
Schwefel
Argon
d) Die Metall-Atome haben in der Regel weniger Außenelektronen als die Nichtmetall-Atome. Hinweis:
Metalle leiten den elektrischen Strom. Sie stellen dazu ihre Elektronen, die sie leicht abgeben können, zur
Verfügung.
e) Der Metallcharakter nimmt von links nach rechts ab und von oben nach unten zu.
5. Nein, verschiedene Elemente können durchaus dieselbe Atommasse haben, da das Element durch
die Anzahl der Protonen bestimmt wird, die Atommasse hingegen durch die Anzahl von Protonen und
Neutronen. Die Anzahl der Neutronen kann bei ein und demselben Element unterschiedlich sein
(Isotope), wodurch sich verschiedene Atommassen ergeben.
23
Seite 88
1. 19 250 000 km.
2. 6 250 000 000 000 Kohlenstoff-Atome.
3. Der massive Atomkern ist über 10 000-mal kleiner als die praktisch leere Atomhülle. Durch diese
Atomhüllen können die α-Teilchen leicht hindurch fliegen.
4. Das Atommodell von Dalton enthält keine elektrischen Ladungen und besitzt keine strukturierte
Elektronenhülle. Damit lassen sich weder die elektrischen Eigenschaften der Materie noch die Anordnung
der Elemente im PSE und die chemischen Verwandtschaften erklären.
5. a) Stickstoff, Arsen, Antimon und Bismut.
b) GeO2
c) Silicium, Germanium, Zinn und Blei.
d) AsH5
6. Der Bernstein wurde durch das Reiben negativ elektrisch aufgeladen.
7. a) 3 Sauerstoff- und 4 Kohlenstoffatome haben die Masse von je 48 u.
b) Die Masse von Schwefel ist doppelt so groß wie die des Sauerstoffs.
8. a) Die Atome sind nach der Anzahl ihrer Schalen in Perioden und nach der Besetzung ihrer
Außenschalen in Gruppen chemisch verwandter Elemente im PSE angeordnet.
b) Alle Halogen-Atome besitzen 7 Außenelektronen und stehen in der 17. Gruppe des PSE.
9. Germanium Ge: 4 Schalen mit 2, 8, 18 und 4 Elektronen.
10. a) Das Chlor-Atom hat insgesamt 17 Elektronen in 3 Elektronenschalen (3. Periode). Es besitzt 7
Außenelektronen (17. Gruppe).
b) Beide Isotope haben 17 Protonen im Kern und 17 Elektronen in 3 Elektronenschalen. 35Cl enthält im
Atomkern 18 Neutronen, 37Cl um 2 mehr.
11. Für die chemischen Eigenschaften ist nicht die Atommasse entscheidend, sondern die Ordnungszahl
und damit die Anzahl der Protonen und Elektronen. Argon ist ein reaktionsträges Edelgas mit 8
Außenelektronen in der 3. Schale (vollbesetzte Außenschale) und 18 Protonen im Kern, Kalium ist ein
reaktionsfreudiges Alkalimetall mit 1 Außenelektron in der 4. (äußeren) Schale und 19 Protonen, Calcium ist
ein Erdalkalimetall mit 2 Außenelektronen ebenfalls in der äußersten Schale und 20 Protonen.
12. Eigenarbeit.
24
7 Chemische Bindung
Seite 91
1. Magnesium ist ein Metall mit 2 Außenelektronen, Sauerstoff ein Nichtmetall mit 6 Außenelektronen. Um
vollbesetzte Außenschalen zu erhalten, gibt Magnesium 2 Elektronen an den Sauerstoff ab. Es bilden sich
Mg 2+- und O2–-Ionen, die sich gegenseitig anziehen. Es entsteht eine Ionenverbindung, ein Salz.
2. Die Formel lautet MgCl 2. Magnesium hat 2 Elektronen abgegeben und bildet das Mg 2+-Ion, jedes
Chloratom hat ein Elektron vom Magnesium aufgenommen, sodass die beiden Cl –-Ionen entstanden sind.
Seite 94
1. a) Gute elektrische Leiter, gute Wärmeleiter, verformbar, glänzende Oberfläche, bis auf das flüssige
Quecksilber sind alle fest.
b) Metalle bestehen in ihrem Inneren aus positiv geladenen Metall-Ionen (Atomrümpfe). Sie bilden ein
regelmäßiges Metallgitter. Die Metall-Ionen sind von den frei beweglichen Außenelektronen (Elektronengas)
umgeben.
Die Metall-Ionen lassen sich verschieben, ohne dass das Gitter zerbricht (Verformbarkeit). Die freien
Elektronen sorgen für die elektrische Leitfähigkeit.
Ionengitter bestehen aus positiv und negativ elektrisch geladenen Ionen, die sich gegenseitig stark anziehen.
Das Ionengitter besitzt keine beweglichen Ladungsträger. Salze sind deshalb im festen Zustand Nichtleiter.
Das Ionengitter zerbricht, wenn die Gitterbausteine verschoben werden.
Seite 95
Exkurs:
1. Aluminium ist ein leichtes, festes und korrosionsbeständiges Metall, das sich gut mit anderen Metallen
zu Legierungen verarbeiten lässt. Aluminium lässt sich leicht verformen, zu hauchdünnen Folien auswalzen
oder zu komplizierten Formen pressen. Die Oxidschicht von eloxiertem Aluminium l ässt sich leicht und
dauerhaft einfärben.
2. Bauxit wird von Eisen- und Siliciumverunreinigungen befreit. Die Elektrolyse wird in
graphitverkleideten Wannen mit Graphitanoden bei einer Spannung von 5 V und Stromstärken von 300
000 A durchgeführt. Das gewonnene Aluminium wird vom Boden der Elektrolysewanne abgesaugt, zu
Blöcken vergossen und kann dann weiterverarbeitet werden.
3. Da die Schmelztemperatur von Aluminiumoxid bei 2045 °C liegt, setzt man zur
Schmelzpunkterniedrigung Kryolith (Na 3AlF 6) zu und erreicht so eine Schmelztemperatur von 950 °C.
Allerdings entstehen bei der Elektrolyse hochgiftige Fluorverbindungen, die aus den Abgasen
herausgefiltert werden müssen.
Seite 97
1. Edelgas-Atome besitzen komplett gefüllte Außenschalen. Sie haben daher kein Bestreben, Bindungen
einzugehen.
2. Wasserstoff-Atome haben je ein Elektron. Tun sich zwei Wasserstoff-Atome zusammen, haben sie ein
gemeinsames Elektronenpaar, also zwei Elektronen. So erreicht jedes Atom den Edelgaszustand des
Heliums.
3. Jedes Fluor-Atom besitzt auf der Außenschale sieben Elektronen. Wenn sich zwei Fluor-Atome zu einem
Molekül verbinden, teilen sie sich ein gemeinsames Elektronenpaar. Somit besitzen beide Atome acht
Außenelektronen; sie befinden sich damit im Edelgaszustand.
4. Sauerstoff-Atome haben sechs Außenelektronen. Sie benötigen also je zwei Elektronen, um die
Außenschale komplett zu füllen. Sie erreichen das durch eine Elektronenpaarbindung mit zwei gemeinsamen
Elektronenpaaren. Man spricht dann auch von einer Doppelbindung. Bei der Abbildung im Buch wird das so
dargestellt, dass sich die beiden Atome beide Arme gleichzeitig reichen. Zählt man die beteiligten Elektronen,
kommt man auf jeweils 8 Elektronen.
25
Seite 100
1. a)
Ammoniak
Methan
Chlorwasserstoff
b)
Seite 102
1. Der durchschnittliche Kochsalzgehalt in Körperflüssigkeiten beträgt 0,9 %. Ausgeschiedenes Kochsalz
muss ersetzt werden, um Gesundheitsschäden zu vermeiden. Zu viel Kochsalz ist ebenfalls
gesundheitsschädlich.
2. Sie sind spröde, bilden regelmäßige Kristalle, leiten als Schmelze und wässrige Lösung den elektrischen
Strom.
3. Es liegt an der inneren Struktur des Kochsalzes. Die Ionen ordnen sich würfelförmig an.
4. Die elektrische Leitfähigkeit der Lösungen untersuchen: Zuckerlösung leitet den elektrischen Strom
nicht. Der Schmelzpunkt von Zucker ist deutlich niedriger als der von Kochsalz.
5. Metalldraht: gute Leitfähigkeit im festen Aggregatzustand durch frei bewegliche Elektronen.
Salzlösung: deutlich schlechtere Leitfähigkeit. Die Elektrizität wird durch die vergleichsweise großen Anionen
und Kationen transportiert. Außerdem nimmt die Leitfähigkeit ständig ab und ist beendet, wenn alle
Ionen entladen sind.
6. a) Alle drei Teilchen besitzen eine „Neonschale", d.h. die mit 8 Elektronen vollbesetzte 2. Schale
(Edelgaszustand).
b) Neon-Atome sind elektrisch neutral, Natrium-Ionen sind einfach positiv (durch Elektronenabgabe) und
Sauerstoff-Ionen zweifach negativ (durch Aufnahme von 2 Elektronen) geladen.
7. a) Metallbindung, Ionenbindung und Elektronenpaarbindung.
b)
Metallbindung
Ionenbindung
Elektronenpaarbindung
Gold, Eisen,
Aluminium
Kochsalz, Kalk,
Gips
Sauerstoff, Zucker,
Wasser
fest, hoher
Schmelzpunkt,
leitet Strom und
Wärme, weich
verformbar,
glänzend
fest, hoher
Schmelzpunkt,
Nichtleiter, Kristalle,
hart, nicht
verformbar, spröde
Nichtleiter, farblos,
geruchlos, niedriger
Schmelz- und
Siedepunkt,
Metallgitter
Ionengitter
Moleküle
26
c)
Metallbindung
Magnesiumchlorid
Sauerstoff
Eisen
Natriumhydroxid
Kohlenstoffdioxid
Aluminium
Ionenbindung
x
Elektronenpaarbindung
x
x
x
x
x
8. a) Metalle (Metallgitter) bestehen aus dicht gepackten, positiv elektrisch geladenen Atomrümpfen und
frei beweglichen Außenelektronen (Elektronengas).
b) Die Verformbarkeit und die gute elektrische Leitfähigkeit kann man mit dem Elektronengas-Modell
erklären.
9. Zink-Ionen sind zweifach positiv geladen und wandern zur negativ geladenen Katode, wo sie durch
Elektronenaufnahme zu metallischen Zink reduziert werden.
10. Die Anziehungskräfte zwischen benachbarten Molekülen sind sehr viel geringer als die Kräfte
zwischen Ionen in den Salzen bzw. den durch das Elektronengas zusammengehaltenen Metall -Atomrümpfe.
11. Neon: Atome; Sauerstoff: Moleküle; Wasser: Moleküle; Kupfer: Ionen und freie Elektronen; Kupferoxid:
Ionen; Zinkchlorid: Ionen; Helium: Atome; Eis: Moleküle; Kohlenstoffdioxid: Moleküle.
12. Ursache ist der unterschiedliche Wassergehalt der Speisen.
13. a) Dipol-Moleküle sind Moleküle mit positiv geladenem und negativ geladenem Pol.
b) Die starken Anziehungskräfte zwischen Wasser-Molekülen heißen Wasserstoffbrückenbindungen.
Wasserstoffbrückenbindungen entstehen, weil Wassermoleküle einen Dipol bilden, der an der SauerstoffSeite negativ und an den Wasserstoff-Seiten positiv geladen ist. Die negativ geladenen Seiten eines
Wassermoleküls ziehen die positiv geladenen Seiten benachbarter Wassermoleküle an.
c) Aufgrund der starken Anziehungskräfte zwischen Wasser-Dipolen und der Bildung von
Wasserstoffbrückenbindungen entstehen die besonderen Eigenhaften des Wassers (Anomalie).
Zur Überwindung dieser Anziehungskräfte ist mehr Energie nötig als bei unpolaren Molekülen, daher der
Schmelzpunkt von 0 °C und der Siedepunkt von 100 °C.
Die Dichte des Wassers steigt bis 4 °C und nimmt dann wieder ab, da festes Wasser (Eis) Hohlräume
zwischen den Molekülen besitzt. Deshalb schwimmt Eis (festes Wasser) auf flüssigem (geschmolzenem)
Wasser.
Die Oberflächenspannung entsteht durch die starken Anziehungskräfte der Wasser-Moleküle (Dipole), die
ins Innere wirken. Dadurch wirkt die Oberfläche des Wassers wie eine gespannte Haut.
14. a) Der Kühler würde platzen, wenn sich das Wasser beim Gefrieren ausdehnt.
b) Wasser dringt in die Ritzen des Asphaltbelags ein und dehnt sich beim Gefrieren aus, wodurch die
Asphaltdecke aufreißt.
15. Teiche und Seen frieren von oben nach unten zu. Während die Eisfläche eine Temperatur von 0 °C hat,
beträgt die Wassertemperatur am Grund des Sees 4 °C, denn Wasser hat bei 4 °C die größte Dichte und sinkt
nach unten (Anomalie des Wassers). Sind die Gewässer tief genug, können die darin lebenden Tiere am
Grund überleben.
16. Die Karteikarten sollen selbständig erarbeitet werden.
27
8 Energie aus chemischen Reaktionen
Seite 104
1. b) Der Spannungsmesser zeigt eine Spannung von ca. 1 Volt an, der Motor läuft.
2. a) Man steckt eine Kupfer- und eine Zink-Elektrode in die Zitrone und verbindet die beiden Elektroden mit
dem Motor.
b) Galvanische Zellen bestehen aus zwei unterschiedlichen Elektroden, die in eine leitfähige Lösung
eintauchen.
c) Die Spannung beträgt ungefähr 1 Volt.
3. Bei einer galvanischen Zelle löst sich eine Elektrode mit der Zeit auf; daher kann man sie nicht beliebig
lange verwenden.
Seite 107
1. a) Beispiele von Batterietypen: Flachbatterien, Rundzellen, Blockbatterien, Knopfzellen.
Sie unterscheiden sich in der Höhe der zur Verfügung stehenden Spannung, in der Größe, in der
Betriebszeit, in der Zusammensetzung und im Preis.
Sie finden Verwendung zum Beispiel in Taschenlampen, Uhren, Spielzeugen, Fotoapparaten,
Fernbedienungen, Hörgeräten, Herzschrittmachern, Autoschlüsseln.
b) Unterschiedliche Größen kann man am Namen oder einer Buchstabenkennung ablesen.
Von klein nach groß: Micro oder AAA, Mignon oder AA, Baby oder C, Mono oder D.
Batterien liefern unterschiedlich hohe Spannungen, z.B. 1,5, 4,5 oder 9 Volt.
Die Aufschrift Alkaline, Zink-Kohle oder Lithium weist auf unterschiedliche Batterietypen hin.
c) Nicht jede Batterie eignet sich für jedes elektrische Gerät. Zunächst ist auf die nötige Spannung, die Größe
der Batterie sowie die Anzahl an Batterien zu achten. Geräte mit geringem Strombedarf benötigen weniger
leistungsfähige Batterien als Geräte mit höherem Energiebedarf. In Armbanduhren oder Fotoapparaten spielt
auch die Lebensdauer eine Rolle.
2. a) Beim Öffnen der Batterie erkennt man drei miteinander verbundene Metallzylinder.
b) Eine Zelle liefert eine Spannung von 1,5 Volt. Der Plus-Pol ist oben an der „Polkappe“, der Minus-Pol ist
der Metallzylinder.
c) In der aufgesägten Zelle sieht man eine schwarze Substanz, in deren Mitte ein Kohlestift steckt.
d) Die Metallzylinder haben sich verändert. Die vorher glatten, glänzenden Zylinder sehen porös und
angegriffen aus. An einigen Stellen ist das Metall verschwunden. Beim Entladen der Batterie wird das Metall
in ein Salz umgewandelt.
3. a) Beispiele sind die Zink-Kohle-Batterie, die Alkali-Batterie, die Zink-Silberoxid-Batterie, die Zink-LuftBatterie und die Lithium-Batterie.
b) In allen Batterien läuft beim Entladen eine Redoxreaktion ab. Elektronen werden von einem
Reaktionspartner auf den anderen übertragen.
c) Zink-Kohle-Batterien können auslaufen, weil sich der Metallbecher aus Zink beim Betrieb auflöst.
4. Zink-Silberoxid-Batterien sind teurer, weil das darin enthaltene Silber deutlich mehr kostet als etwa Zink.
5. Lithium verursacht Verätzungen der Haut. Mit eventuell eindringender Feuchtigkeit reagiert Lithium zu
ätzendem Lithiumhydroxid und Wasserstoff. Die dabei entstehende Wärme kann zur Entzündung des
Elektrolyten führen. Lithium-Batterien dürfen auf keinen Fall mit dem Hausmüll entsorgt werden.
Seite 108
1. Knallgas nennt man ein explosionsfähiges Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff. Diese beiden Gase
benötigt man auch zum Betrieb einer Brennstoffzelle.
2. a) Eine Brennstoffzelle besteht aus mehreren galvanischen Zellen. Eine Zelle enthält jeweils die beiden
gasdurchlässigen Elektroden; zwischen diesen befindet sich eine spezielle Membran.
b) In Brennstoffzellen reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser – aber langsam, nicht
explosionsartig. Dabei wird elektrische Energie frei.
c) Brennstoffzellen erzeugen keine schädlichen Abgase; es entsteht vor allem harmloser Wasserdampf.
Außerdem wird kein fossiler Energieträger verwendet. Ökologisch sinnvoll ist die Verwendung von
Brennstoffzellen nur dann, wenn auch zur Herstellung von Wasserstoff keine fossilen Energieträger
eingesetzt werden.
28
Seite 109
1. a) Der Handy-Akku kann im Vergleich mit einer Batterie wieder aufgeladen werden. Sie können
dadurch über eine längere Zeit Strom liefern.
b) Akkus befinden sich z.B. in Laptops, Elektrowerkzeugen, elektrischen Zahnbürsten, Rasierapparaten,
Autos, Elektroautos und Elektrorollern.
c) Zum Starten eines Autos wird elektrische Energie benötigt. Die „Autobatterie“ – ein Akku – hatte sich
entladen. Mithilfe eines geeigneten Ladegeräts kann sie wieder aufgeladen werden.
Seite 110
1. Durch das Versilbern oder Vergolden bekommt der Modeschmuck ein wertvolleres Aussehen.
2. Auf der Schlüsseloberfläche bildet sich eine Kupferschicht.
3. a) Der Gegenstand, der galvanisiert werden soll, bildet den Minuspol.
b) Das Kupferblech wird nach und nach dünner und löst sich auf.
Seite 112
1. a) Die Kupfer-Ionen der Kupfersulfat-Lösung werden reduziert, die Eisenatome des Eisennagels werden
oxidiert
b) Fe + Cu2+ → Cu + Fe2+
2. a) Bei der Reaktion wird Natrium oxidiert und Chlor reduziert.
b) Elektronenabgabe: Na → Na + + e–
Elektronenaufnahme: Cl + e– → Cl–
3. a) Oxidation: Mg → Mg 2+ + 2 e–
Reduktion: Zn2+ + 2 e– → Zn
b) Alle Ionen von Metallen, die edler sind als Magnesium.
c) Alle Ionen von Metallen, die unedler sind als Kupfer.
4. Silberverbindungen wie das schwarze Silberoxid enthalten anstelle von Silber-Atomen Silber-Ionen (Ag+).
Diese können durch das Aluminium wieder zu metallischem Silber reduziert werden, denn Aluminium ist
unedler als Silber, gibt also leichter Elektronen ab. Silberoxid wird reduziert, Aluminium wird oxidiert.
5. a) Bei der Kombination von Zink und Silber wird eine höhere Spannung gemessen als bei der Kombination
von Zink mit Kupfer. Silber ist edler als Kupfer und hat daher ein größeres Bestreben, Elektronen
aufzunehmen.
b) Zink ist unedler als Kupfer und Silber, es hat daher das größere Bestreben Elektronen, abzugeben.
6. a) Batterien werden vorwiegend in Geräten eingesetzt, die wenig Strom brauchen und deshalb lange im
Gerät verbleiben können.
Die wiederaufladbaren Akkus sind für Geräte mit hohem Stromverbrauch bestimmt.
b) Beim Entladen einer Zink-Kohle-Batterie findet zwischen dem Zink und dem Mangandioxid (MnO 2) eine
Redoxreaktion statt. Zink-Atome geben Elektronen ab und werden zu Zink-Ionen. Die frei werdenden
Elektronen fließen über Verbraucher und Kohlestab zum Mangandioxid und werden dort von den Mn 4+-Ionen
aufgenommen.
c) Akkumulatoren können im Gegensatz zu Batterien wieder aufgeladen werden.
d) In Akkus laufen bei der Entladung chemische Prozesse ab, die durch Zuführung von elektrischer Energie
wieder rückgängig gemacht werden können.
7. a) Die Spannung der Zink-Kohle-Batterie und der Alkali-Mangan-Batterie nimmt beim Entladen schnell ab.
Dagegen bleibt die Spannung bei der Lithium-Batterie fast während der gesamten Entladezeit konstant.
b) Lithium-Batterien sind für diese Geräte am geeignetsten.
8. Aluminium bildet an seiner Oberfläche eine feste und sehr harte Schutzschicht aus Aluminiumoxid.
29
9 Säuren, Basen und Salze
Seite 118
1. a) Mit einem Indikator wie beispielsweise Universalindikator lassen sich Säuren nachweisen.
Universalindikator färbt sich durch Säuren rot.
b) Beim Zersetzen von kalkhaltigem Gestein durch Säuren entsteht Kohlenstoffdioxid.
c) Säurehaltige Flüssigkeiten leiten den elektrischen Strom, weil frei bewegliche Ionen (H +- und SäurerestIonen) vorhanden sind.
d) Die typischen Säureeigenschaften gehen auf die H +-Ionen zurück. (Hinweis: Tatsächlich sind es
hydratisierte Ionen (H3O+); der Einfachheit halber wird in Treffpunkt Chemie aber immer nur von H +-Ionen
gesprochen.)
2. Obstsäfte (z. B. Orangensaft) und Erfrischungsgetränke (z. B. Mineralwasser) enthalten stets Säuren, die
durch Indikatoren nachgewiesen werden können. Hinweis: Es ist empfehlenswert, bei der Untersuchung
beispielsweise von Orangensaft oder Multivitaminsaft Indikatorpapier oder Indikatorstäbchen zu verwenden,
um die Farbunterschiede und Farbveränderungen deutlich zu erkennen.
3. a) Universalindikatorlösung wird durch Essig rot gefärbt, durch Leitungswasser dagegen violett.
b) Je nach Indikator verändert sich die Farbe der Lösung, jedoch sind nicht alle Indikatoren geeignet, um saure
und neutrale Lösungen unterscheiden zu können:
Indikator
sauer
neutral
Bromthymolblau
Gelb
Grün
Phenolphthalein
farblos
farblos
Methylrot
Rot
Gelb
Lackmus
Rot
Rotviolett
c) Bromthymolblau, Universalindikator, Methylrot, Lackmus und Rotkohlsaft eignen sich gut zum Erkennen
von Säuren, nicht aber Phenolphthalein.
4. a) Feste Citronensäure enthält keine Ionen, deshalb verfärbt sich Indikator-Papier nicht. Gibt man einige
Tropfen Wasser hinzu, so reagiert es mit den Citronensäure-Kristallen und es entstehen frei bewegliche
Ionen. Die H +-Ionen der entstandenen Citronensäure-Lösung verfärben den Indikator.
b) Kalkstein enthält Calciumcarbonat, das mit Salzsäure unter Entwicklung von Kohlenstoffdioxid reagiert.
5. a) Säuren sind Molekülverbindungen, die in der Lage sind, an einen Reaktionspartner H +-Ionen zu
übertragen. Ist der Reaktionspartner Wasser, entsteht eine saure Lösung.
b) Alle sauren Lösungen enthalten H +-Ionen und negativ geladene Säurerest-Ionen. Die Ursache für die sauren
Eigenschaften, wie das Verfärben von Indikatoren, die Bildung von Wasserstoff bei der Reakt ion von Metallen
etc., ist das H+-Ion.
6. Muschelschalen und Schneckenhäuser bestehen wie Kalkstein vor allem aus Calciumcarbonat. Gibt
man eine Säure wie Salzsäure hinzu, so entsteht das Gas Kohlenstoffdioxid. Dieses lässt sich mit
Kalkwasser nachweisen.
7. a) Magnesium, Eisen und Zink sind unedle Metalle und lösen sich in verdünnter Salzsäure auf. Es
entsteht ein farbloses Gas (Wasserstoff). Kupfer (Halbedelmetall) dagegen reagiert mit Salzsäure nicht.
b) Reaktionsgleichungen:
Mg + 2 HCI → Mg 2++ 2 Cl – + H2
Fe + 2 HCI → Fe2+ + 2 Cl– + H2
Zn + 2 HCl → Zn2+ + 2 Cl– + H2
8. Der Schwefel verbrennt mit bläulicher Flamme; dabei reagiert er mit dem Sauerstoff im
Standzylinder nach folgender Reaktionsgleichung:
S + O2 → SO2; Energie wird frei.
Das Schwefeldioxid reagiert mit Wasser in einer exothermen Reaktion zu schwefliger Säure:
SO2 + H2O → H2SO3
30
Die schweflige Säure zerfällt in Wasser in H+-Ionen und Säurerest-Ionen. Die Protonen sind für die
Farbveränderung des Indikators verantwortlich.
Seite 124
1. a) Der pH-Wert ist ein Maß dafür, ob eine Lösung sauer, neutral oder alkalisch ist.
b) Saure Lösungen haben einen pH-Wert kleiner 7, neutrale Lösungen von 7 und alkalische (basische)
Lösungen einen pH-Wert über 7. Die pH-Skala reicht von 0 bis 14.
c) Den pH-Wert kann man mit Indikatoren oder Messgeräten bestimmen. Vorteile der Indikatoren: preiswert,
geringer Materialaufwand. Vorteile der Messgeräte: genaue und schnelle Messungen, elektronische
Verarbeitung der Messwerte.
d) Die Aussage ist falsch: Eine Flüssigkeit mit pH 3 enthält nicht doppelt so viele H +-Ionen, sondern 10-mal so
viele wie eine Flüssigkeit mit pH 4.
2.
a) Die Messwerte können etwas schwanken, je nach Obstsorte; ungefähre Richtwerte:
Früchte
pH-Wert
Zitronen
etwa 2,5
Äpfel
etwa 3,5
Orangen
etwa 3,0
Kiwi
etwa 3,0
b) Obstsäfte (z. B. Orangensaft) und Erfrischungsgetränke (z. B. Mineralwasser) enthalten stets Säuren, die
durch Indikatoren nachgewiesen werden können.
Hinweis: Es ist empfehlenswert, bei der Untersuchung beispielsweise von Orangensaft oder Multivitaminsaft
Indikator-Papier oder Indikator-Stäbchen zu verwenden, um die Farbunterschiede und Farbveränderungen
deutlich zu erkennen.
Die Messwerte können mitunter stark schwanken (z. B. Mineralwasser normal: deutlich sauer, Mineralwasser
medium: kaum sauer, Mineralwasser still: fast neutral); die folgenden Werte sind deshalb als Richtwerte zu
verstehen:
Flüssigkeit
pH-Wert
Mineralwasser
etwa 4
Kaffee
etwa 5
Cola-Getränke
etwa 3,5
Tee
etwa 6
3. Die eingesetzten pH-Messgeräte haben den Vorteil, dass kontinuierlich und sehr exakt Messungen
durchgeführt werden können, Trübungen nicht stören und die Messwerte elektronisch aufgezeichnet
weitergegeben werden. So können automatisch schnelle Abstimmungen zwischen Messwerten und
zugegebener Säure bzw. Lauge vorgenommen werden.
4. a) Regenwasser ist leicht sauer, weil es aus der Luft Kohlenstoffdioxid (CO 2)
aufgenommen hat und daher Kohlensäure enthält. Saurer Regen entsteht auch durch
Lösen von in der Luft enthaltenen Stickstoff- und Schwefeloxiden (aus Abgasen von
Verkehr und Industrie).
b) Aus Sodawasser, das man längere Zeit offen stehen lässt, entweicht Kohlenstoffdioxid
an die Luft (da die Kohlensäure in Kohlenstoffdioxid und Wasser zerfällt) , sodass der
pH-Wert zunimmt (z. B. von pH 5 auf pH 6).
Seite 126
1. Die Reaktionsgleichungen lauten (die Formeln der Salze sind fett gedruckt):
a) CaO
+ 2 HNO3
→
Ca(NO3)2
+
H2O
31
+ H2SO4
→
K2SO4
+
H2
+ 2 H2SO4
→
2 KHSO4
+
H2
c)
2 NaOH + 2 H3PO4
oder
2 NaOH + H3PO4
oder
3 NaOH + H3PO4
→
2 NaH2PO4 +
2 H2 O
→
Na 2HPO4
+
2 H2 O
→
Na 3PO4
+
3 H2O
d)
→
→
MgCl2
CO2
+
H2CO3
H2O
b) 2 K
oder
2K
MgCO3
+ 2 HCl
H2CO3
+
Seite 128
1. a) Rotkraut-Gemüse wird oft mit Äpfeln oder etwas Essig gekocht; durch die zugesetzte
Säure wird das Gemüse dann rot („Rotkraut"). Ohne Säurezusatz wird das Kraut beim
Kochen (oft durch zugefügten Zucker oder Zwiebeln) blau.
b)
Indikator
sauer
neutral
alkalisch/
basisch
Bromthymolblau
Gelb
Grün
Blau
Phenolphthalein
farblos
farblos
rötlich
Methylrot
Rot
Gelb
Gelb
Lackmus
Rot
Rotkrautsaft
Rot
Rotviolet Blau
t
Violett
Grün
c) Zum Nachweis von sauren Lösungen.
2. a) Der Name Salzsäure (Säure aus Salz) geht auf eine alte Herstellungsmethode zurück.
Bei der Reaktion von Kochsalz mit Schwefelsäure entsteht stechend riechendes Chlorwasserstoff-Gas, das mit
Wasser zu Salzsäure (Chlorwasserstoffsäure) reagiert. Das Gas ist sehr gut in Wasser löslich.
b) Kohlenstoffdioxid:
CaCO3 + 2 HCl → CaCl 2 + H2CO3
H2CO3 → CO2 + H2O
Wasserstoff:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
c) Konzentrierte Schwefelsäure ist stark ätzend, sehr reaktionsfähig, zieht Wasser aus der Umgebung an
(hygroskopisch), verkohlt organische Stoffe, wie Zucker, Baumwolle oder Holz, raucht an feuchter Luft; löst auch
Kupfer und Silber auf.
3. Richtige Antworten: b), c) und f).
4. Vergleich von Säuren und Laugen (Auswahl)
Eigenschaften
Saure
Lösungen/
Säuren
HydroxidLösungen
(Laugen)
Leiten den elektrischen Strom
ja
ja
Enthalten Ionen
ja
ja
pH-Wert
<7
>7
Charakteristische Ionen
H+
OH–
Sind ätzend
ja
ja
Verfärben Rotkrautsaft
rot
grün
5. Individuelles Protokoll; allgemein: Rotkrautsaft wird durch Säuren rot, Tee hellgelb gefärbt. Mit Laugen wird
Rotkrautsaft grün.
32
6. In einem ersten Schritt prüft man die pH-Werte der Flüssigkeiten: Salzsäure hat einen pH-Wert kleiner 7,
Natronlauge größer 7. Die übrigen drei Flüssigkeiten sind neutral. Durch Messung der elektrischen
Leitfähigkeit kann man in einem zweiten Schritt die drei Flüssigkeiten unterscheiden: Destilliertes Wasser leitet
den elektrischen Strom nur sehr schwach, Leitungswasser etwas stärker und Salzwasser am stärksten, weil
in letzterem relativ viele Ionen vorhanden sind.
7. Saure und alkalische Abfallflüssigkeiten neutralisieren sich gegenseitig. Wenn saure bzw. alkalische
Lösungen im Labor anfallen, kann man sie im gemeinsamen Abfallbehälter leicht neutralisieren.
8. Bei der Neutralisation mit Natronlauge tritt eine starke Wärmeentwicklung auf. Wasser verdünnt die Säure
und wäscht sie ab.
9.
Stoff
Salzsäure
Salpetersäure
Schwefelsäure
Kohlensäure
Bromwasserstoffsäure
Phosphorsäure
Kalilauge
Calciumlauge
Natronlauge
Natriumcarbonat
Kaliumnitrat
Kupfersulfat
Bariumchlorid
Magnesiumhydroxid
Calciumcarbonat
Formel
HCl
HNO3
H2SO4
H2CO3
HBr
H3PO4
KOH
Ca(OH) 2
NaOH
Na2CO3
KNO3
CuSO4
BaCl2
Mg(OH)2
CaCO 3
Säure
x
x
x
x
x
x
Lauge
Salz
x
x
x
x
x
x
x
x
x
10. a)
NaOH
KOH
HNO3
NaNO 3
KNO3
H2SO4
Na2SO4
K2SO4
b) HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
HNO3 + KOH → KNO3 + H2O
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + 2 KOH → K2SO4 + 2 H2O
11. Die Aussage zur Neutralisation muss lauten: Konzentrierte Salzsäure reagiert exotherm mit
Kalilauge zu den Produkten Kaliumchlorid und Wasser.
12. Aus den Elementen Natrium und Chlor: 2 Na + Cl2 → 2 NaCl
Aus Natronlauge und Salzsäure: NaOH + HCl → NaCl + H2O
Aus Natrium uns Salzsäure: 2 Na + 2 HCl → 2 NaCl + H 2
33
10 Chemie und Boden
Seite 132
1. a) Einen Verwertungsprozess, in dem nichts verloren geht, bezeichnet man als geschlossenen Kreislauf.
b) Der in pflanzlichem und tierischem Eiweiß enthaltene Stickstoff gelangt in den Boden. Er wird von
Bakterien und Pilzen über Ammoniumsalze in Nitrate umgewandelt. Die Nitrate werden von den Pflanzen
aufgenommen und für die Bildung von Eiweißstoffen verwendet.
c) Der Mensch entnimmt dem geschlossenen Kreislauf (Pflanze, Tier, Boden, Pflanze) Pflanzen und Tiere. Er
verwertet sie außerhalb des Kreislaufs z. B. in Städten. Die Abfälle werden nicht mehr dem ursprünglichen
Kreislauf zugeführt, sondern landen in Müllverbrennungsanlagen oder Deponien.
d) Durch die stetige Entnahme von Pflanzen aus dem geschlossenen Kreislauf verarmt der Boden an den
entzogenen Nährstoffen, besonders Stickstoff und Phosphor. Diesen Mangel versucht man durch Düngemittel
auszugleichen. Mineraldünger ist leicht löslich und kann von Pflanzen leicht aufgenommen werden. Mist muss
sich erst zersetzen. Durch Entsorgung von Abfällen (Mist, Gülle) kann ein Überangebot an Nährstoffen
(Eutrophierung) entstehen.
e) Die Pflanzen brauchen Stickstoff für die Bildung von Eiweiß.
Seite 133
1. a) Mist, Gülle, Jauche, Kompost, Klärschlamm und Pflanzenabfälle wie Stroh, Blätter, Kraut.
b) Handelsdünger werden mit hohem Energieaufwand aus Luft, Salzen und Wasser hergestellt. Durch
Auswaschung und Überdüngung gelangen die leicht löslichen Mineralstoffe leicht ins Grundwasser, vor allem
Nitrate, die dann auch ins Trinkwasser gelangen können.
c) Wirtschaftsdünger und Gesteinsmehle.
d) Durch den Verzicht auf Pflanzenschutzmittel (Schädlingsbekämpfungs- und Unkrautvernichtungsmittel) wird
der Ertrag geschmälert oder es wird ein vermehrter Einsatz an Arbeitskräften nötig. Beides verteuert die
Produkte.
Seite 136
1. a) Durch die Müllsortierung in Glas (Weißglas, Buntglas), Altpapier und Pappe, Verpackungen aus Kunststoff
sowie Metalle und Dosen wird die Restmüllmenge gemindert.
b) Vorschläge zur Müllvermeidung könnten wie folgt aussehen:
- Man kauft keine aufwändig verpackten Waren ein.
- Man gibt den Verpackungsmüll gleich wieder im Geschäft ab, wenn man eingekauft hat.
- Man gibt Glas (Weißglas und Buntglas), Altpapier und Pappe, Verpackungen aus Kunststoff sowie Metalle
und Dosen in die eigens dafür vorgesehenen (und gekennzeichneten) Mülltonnen.
- Man regt in der Wohngemeinde an, Müllcontainer für die getrennte Sammlung aufzustellen.
Man setzt sich dafür ein, dass Bio-Tonnen aufgestellt werden, in denen Küchenabfälle wie z. B.
Gemüsereste gesammelt werden. Diese können nach der Verrottung im Garten wiederverwendet werden. Bei
größeren Wohnanlagen kann man die Grünanlagen mit wertvollem Kompost versorgen.
c) Individuelle Antwort.
Seite 138
1. Wenn man auf Kalkstein oder auf Marmor verdünnte Salzsäure träufelt, dann schäumt es auf:
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Bei anderen Gesteinen wie Basalt, Granit, Sandstein gibt es eine solche Reaktion nicht.
Kalkstein besteht aus Calciumcarbonat.
2. L IEBIG stellte fest, dass die Pflanze für ihr Wachstum dem Boden Mineralien entzieht. Wenn sich also
die Pflanze so ernährt, dann muss dem Acker das wieder zugefügt werden, was ihm durch
Pflanzenwachstum entzogen wurde.
(Hinweis: Wie diese Ernährung erfolgt, das sagt Liebig hier nicht. Sie kann dadurch geschehen, dass Mist oder
Klärschlamm auf den Acker kommt oder indem Handelsdünger oder Gesteinsmehl auf dem Acker aufgebracht
wird. Es gibt aber auch Böden, die so reichhaltig an Mineralien sind, dass lediglich mit Stickstoffdünger gedüngt
werden muss.)
3. In warmem Wasser zerfällt das lösliche Calciumhydrogencarbonat und es entsteht schwer löslicher Kalk, der sich
in der Warmwasserleitung ablagert. In kaltem Wasser zerfällt Calciumhydrogencarbonat langsamer als in warmem
Wasser.
34
4. Die Kalkablagerungen sind durch Ausscheidungen von CaCO3 aus im Quellwasser „gelöstem Kalk"
(Calciumhydrogencarbonat) nach folgender Gleichung entstanden:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
5. a) Vorteile: Es enthält viele Salze (Mineralstoffe) und ist deshalb gesund.
Nachteile: Beim Kochen scheidet sich Kesselstein ab, in Spül-, Wasch- und Kaffeemaschinen verkalken die
Heizspiralen schnell (hoher Energieverbrauch, Schädigung der Geräte).
b) Je nach Herkunft des Leitungswassers ist dieses weich (Zentralalpen) bis sehr hart (Kalkalpen). Weiches
Wasser enthält wenig gelöste Salze, deshalb verkalken beispielsweise in Wien und im Mühlviertel
(Untergrundgestein: Granit) Kaffeemaschinen deutlich langsamer als im Alpenvorland.
6. a) In warmem Wasser zerfällt das lösliche Calciumhydrogencarbonat und es entsteht schwer löslicher Kalk, der
sich als Kesselstein im Wasserkocher ablagert:
Ca2+ + 2 HCO3– → CaCO3 + CO2 + H2O
b) Kalkablagerungen kann man mit Säuren entfernen. Der Kalk löst sich auf:
CaCO3 + 2 H+ → Ca2+ + CO2 + H2O
7. In der ökologischen Landwirtschaft wird angestrebt, den Boden nicht mit Nitraten aus Gülle oder Mist zu
überlasten.
8. Bittersalz (Magnesiumsulfat) lässt sich auf folgende Weise herstellen:
- Mg + H2 SO4 → MgSO4 + H2
- MgO + H 2SO 4 → MgSO4 + H 2 O
- Mg(OH) 2 + H2 SO4 → MgSO4 + 2 H2 O
9. a) Industriell hergestellter Mineraldünger ist relativ teuer. Das liegt daran, dass ein erheblicher
Energieaufwand betrieben werden muss, um den Mineraldünger herzustellen.
b) Zu viel Düngung bedeutet für den Landwirt unnötige Kosten. Er wird bestrebt sein, gerade so viel zu
düngen, dass seine Pflanzen bestens wachsen. Zu viel Düngung kann sich auch auf das Pflanzenwachstum
negativ auswirken und das Grundwasser z. B. mit Nitrat belasten.
10. Ca(NO3)2, Ca 3(PO4)2, K2SO4, KNO3, (NH4)2SO4
Folgende chemischen Elemente sind in diesem Dünger enthalten: Calcium, Stickstoff, Phosphor, Kalium,
Schwefel, Sauerstoff, Wasserstoff.
11. a) Schwefelsäure wird aus Schwefel und Luftsauerstoff industriell hergestellt. Schwefel wird über
Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid oxidiert. Schwefeltrioxid wird anschließend in konzentrierter Schwefelsäure
gelöst.
Hinweis: Das ältere Verfahren über das Rösten von sulfidischen Erzen ist inzwischen überholt.
b) Die größten Mengen werden zur Herstellung von Mineraldünger und zur Herstellung des Weißpigments
Titandioxid verwendet.
c) Leinen besteht im Wesentlichen aus Cellulose, eine Verbindung die ähnlich wie Zucker aufgebaut ist.
Die stark wasserentziehende Schwefelsäure kann diese Stoffe in Kohlenstoff und Wasser zersetzen.
Eine Einkaufstüte aus Kunststoff kann durch Schwefelsäure nicht in Kohlenstoff und Wasser zerlegt werden, da
dieser Kunststoff keinen Sauerstoff enthält.
12. a) Durch Verbrennen von Phosphor und Auflösen des Phosphoroxids in Wasser kann man
Phosphorsäure im Labor herstellen.
4 P + 5 O2 → P4O10
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO 4
b) Phosphate werden zur Düngemittelherstellung und in der Lebensmittelindustrie verwendet (als Stabilisator
in Wurst und Käse sowie als Säuerungsmittel in Getränken).
13. a) Ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff wird in einem Reaktor bei 500 °C mit einem Druck von
300 bar über einen Katalysator geleitet. Das dabei entstandene Ammoniak-Gas wird in einem Tiefkühler
abgekühlt, bis es flüssig wird. Bei der Herstellung von Ammoniak werden hoher Druck und eine hohe
Temperatur benötigt. Die Wahl der Temperatur und des Drucks muss ein Optimum zwischen Ausbeute und
Reaktion gewährleisten.
b) Aus Ammoniak lassen sich über die Salpetersäure die meisten Sprengstoffe herstellen.
14. Bei Gewitter findet mit dem Blitz eine Luftverbrennung statt. Die dabei entstehenden Stickstoffoxide lösen
sich im Wasser (z. B. Regenwasser). So entsteht in der Natur Salpetersäure.
35
15. a) Durch Verbrennung von Ammoniak wird zunächst Stickstoffoxid gewonnen. Dieses bildet mit Luft in
Wasser eingeleitet Salpetersäure.
b) Die Elemente N und O der Luft gehen nur bei sehr hohen Temperaturen (z. B. bei Blitzen) eine
Verbindung ein. Eine solche Methode zur technischen Herstellung zu verwenden würde sehr viel
elektrische Energie zur Erzeugung von Blitzen benötigen und wäre daher zu teuer.
16. In Österreich gibt es derzeit elf Standorte: Wien-Flötzersteig, Wien-Spittelau, Wien-Pfaffenau, WienSimmering, Wels, Lenzing, Zistersdorf, Dürnrohr, Niklasdorf, Linz und Arnoldstein.
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11 Baustoffe und Werkstoffe
Seite 141
1. a) Kalkstein brennen, zum entstandenen Branntkalk Wasser hinzugeben, trocknen und fein mahlen, den
Löschkalk mit Wasser und Sand zu Mörtel anrühren.
b) An der Baustelle wird gebrauchsfertiges Mörtelpulver (Löschkalk und Sand) mit Wasser angerührt.
c) Wird Branntkalk mit Wasser versetzt, so entsteht Löschkalk (Calciumhydroxid). Beim Abbinden reagiert
Calciumhydroxid mit Kohlenstoffdioxid zu Calciumcarbonat und Wasser. Koksöfen haben den Vorteil, dass beim
Verbrennen von Koks Kohlenstoffdioxid entsteht. Dieses zusätzliche Kohlenstoffdioxid beschleunigt das Abbinden des
Kalkmörtels.
d) Es ist aus chemischer Sichtweise ein Kreislauf, weil Ausgangsstoff und Endstoff die gleichen sind:
Calciumcarbonat. (Der Kreislauf ist allerdings offen, da als Aus gangsstoff natürlicher Kalkstein und nicht
alter Mörtel aus Abbruchgemäuern genommen wird).
2. a) Es entweicht gasförmiges Kohlenstoffdioxid, was zum Aufschäumen der Probe führt.
b) 2 HCl + CaCO3 → CaCl2 + CO2 + H2O
c) Kalkmörtel enthält zusätzlich Sand. Beim Abbinden verfilzen die Calciumcarbonat-Kristalle mit den Sandkörnchen, was die Härte des Mörtels erhöht.
3. An gebranntem Marmor wird angefeuchtetes Universalindikatorpapier blau, da das entstandene
Calciumoxid mit Wasser zu Calciumhydroxid reagiert. An nicht gebranntem Marmor verändert sich die Farbe
des Indikatorpapiers nicht.
4. a) Siehe Experiment 3.
b), c) Die Probe an der Luft ist fest. Die beiden anderen Proben haben sich nicht verändert. Nur die Probe an
der Luft kann zu Calciumcarbonat abbinden, da Luft Kohlenstoffdioxid enthält. Bei den beiden anderen Proben
fehlte das Kohlenstoffdioxid. Sie enthalten noch immer Löschkalk, der das Indikatorpapier blau färbt.
Seite 143
1. a) Rohstoffe sind Kalkstein und Ton oder ihr natürliches Gemisch Kalkmergel.
b) Zementpulver wird mit der doppelten Menge Sand und Kies vermischt und mit Wasser angerührt.
Es bildet sich durch Einbau von Wasser ein dichter Kristallfilz aus verschiedenen Silicaten.
Die Silicate im Beton sind mit den nat ürlichen gesteinsbildenden Mineralen verwandt. Sand und Kies
erhöhen die Härte, weil sie durch die Kristalle miteinander verbunden werden.
c) Gips ist nicht besonders wasserfest, daher für die Verwendung im Freien ungeeignet, während Beton
wasserfest ist und sogar unter Wasser aushärtet. Beton ist auch härter, druckfester und bruchfester als Gips.
Gips ist weiß, Beton grau.
d) Stahlbeton besitzt eine hohe Zug- und Biegefestigkeit.
e) Individuelle Lösung.
2. a)
Luft
Wasser
luftdicht
Härte
hoch
sehr hoch
hoch
Festigkeit
hoch
hoch
hoch
Abbindezeit
Nach etwa einer Stunde beginnen die
Proben fester zu werden; kaum
Unterschiede
b) Eine große Härte und Festigkeit ergibt sich nur bei ausreichender Wasserzugabe. Je weniger Wasser
vorhanden ist, umso unvollständiger härtet der Zement aus (weil sich weniger Silicate bilden).
Seite 144
1. a) In die Gipskristalle wird Kristallwasser eingebaut – eine exotherme Reaktion, die zum Erhärten des
Gipsverbandes führt.
b) Stuckgips ist nur schwach gebrannter Gips, der mit Wasser vermischt schnell hart wird.
c) Individuelle Lösung.
37
2. a) z. B.
Brenntemperatur
130 °C
200 °C
–
60 °C
40 °C
unverändert
Abbindezeit
5 Minuten
2 Stunden
–
Material
Stuckgips
Estrichgips
Temperatur beim
Abbinden
nicht
abbindend
b) Da bei 200 °C fast das ganze Kristallwasser aus den Gipskristallen entwichen ist, erhärtet diese Probe
langsamer als die erste. Die nicht gebrannte Probe bindet nicht ab. Sie kann kein Kristallwasser einbinden, da
ihr keines fehlt.
c) Siehe Tabelle.
Seite 145
1. a), b) Die entstandenen mikroskopisch sichtbaren Gipskristalle erkennt man an den charakteristischen
Schwalbenschwanz-Zwillingskristallen.
c) Die Kristalle wachsen unter Einbindung von Kristallwasser.
2. a) Estrichgips würde zu langsam abbinden.
b) Zum Anfertigen und Einfügen von Zahnersatz wird vom vorhandenen Gebiss ein Abdruck genommen.
Allerdings wird ein solcher zunehmend anstatt mit Gips mit aushärtenden organischen Polymeren, meist
Alginaten, gemacht.
3. a) Kalk hat nach der Skala von MOHS die Härte 3, Gips hingegen 2; also schont Gips die Tafeloberfläche
mehr.
b) Bindet die Probe mit Wasser ab, handelt es sich um Gips.
c) Schulkreide schäumt nicht auf. Sie besteht aus Gips.
Seite 146
1. a) Ungebrannter Ton besteht aus weichen, wasserhaltigen Silicaten, gebrannter Ton hingegen aus harten,
wasserfreien und gesinterten Silicaten.
b) Beim Rohbrand verlieren die Tonminerale ihr Kristallwasser und härten zu wasserfreien Silicaten aus (von der
Zusammensetzung und Härte her den natürlichen Silicaten wie dem Feldspat ähnlich).
c) Je nach Temperatur und Grad der Versinterung weist die gebrannte Keramik Poren auf. Um sie wasserdicht
zu machen, wird eine Glasur aufgebracht.
2. Durch den Wasserverlust beim Trocknen und Brennen schrumpft das Tonplättchen. Die neu entstandenen
wasserfreien Minerale haben ein geringeres Volumen als die wasserhaltigen Silicate des ungebrannten Tons.
Seite 147
1. Nachteile sind die Brüchigkeit und die Wasserdurchlässigkeit.
2. Je höher die Brenntemperatur, desto mehr versintert (verdichtet sich) die Keramik. Dadurch wird sie härter
und die Poren schließen sich zunehmend.
3. Kaolin kommt in der Natur seltener vor als gewöhnlicher Ton und ist deshalb teurer. Außerdem wird Porzellan
bei höheren Temperaturen gebrannt als Steinzeug, d.h., die Energiekosten sind höher.
4. Je höher die Brenntemperatur, umso härter sind die Fliesen.
5. Vorteile sind große Härte und Verschleißfestigkeit.
38
Seite 149
1. a) Die Glasschmelze wird auf ein Bad mit flüssigem Zinn geleitet. Die zähe Glasmasse schwimmt obenauf.
Walzen ziehen das Glas über die Zinnschmelze, wobei es langsam und gleichmäßig abkühlt.
b) Sie sind spröde und hart.
c) Individuelle Lösung.
Seite 151
1. a) Grafit und Diamant sind aus Kohlenstoffatomen aufgebaut.
Diamant ist ein extrem harter, durchsichtiger Stoff, der den Strom nicht leitet; Grafit ist eher weich, schmierig
und schwarz und ist ein guter elektrischer Leiter.
Beim Diamant sind die C-Atome über jeweils 4 Elektronenpaar-Bindungen dreidimensional miteinander
verknüpft, wodurch sich ein stabiles Gebilde ergibt. Dadurch ist ein Diamant extrem hart, kann aber den
elektrischen Strom nicht leiten.
Beim Grafit bilden die Kohlenstoff-Atome ebene Schichten, die nicht fest miteinander verbunden sind. Sie
können leicht gegeneinander verschoben werden. Nur drei der vier Außenelektronen eines Kohlenstoff-Atoms
sind an Bindungen beteiligt, das vierte ist frei beweglich. Deshalb ist Grafit so weich und fühlt sich schmierig an
und ist ein guter elektrischer Leiter.
b) Grafit wird in hydraulischen Hochdruckpressen und bei hoher Temperatur zusammengepresst. Dabei
entsteht ein Diamant.
c) Individuelle Lösung.
2. Die Porzellanschale wird schwarz. Es handelt sich um Ruß, ein Produkt der unvollständigen Verbrennung
von Paraffin. Ruß besteht aus kleinsten Grafitkristallen.
Seite 152
1. a) Silicium wird aus dem reichlich vorhandenen Quarzsand hergestellt.
b) Ein „Halbmetall" wie Silicium wird durch Zugabe winziger Mengen von Phosphor und Aluminium
(Dotieren) begrenzt leitend.
Seite 154
1. Salzsäure schäumt auf Kalkstein, auf nicht kalkhaltigem Gestein aber nicht.
2. a) Beim Brennen wird Kalkstein (CaCO 3) zu Branntkalk (CaO). Beim Löschen wird Branntkalk zu Löschkalk
(Ca(OH)2). Beim Abbinden wird Löschkalk zu Kalkstein (CaCO3).
b) Zum Abbinden wird Kohlenstoffdioxid benötigt, welches in der Luft enthalten ist. Deshalb kann Kalkmörtel
nur in kohlenstoffdioxidhaltiger Luft aushärten.
3. a) Zum Abbinden benötigt Beton lediglich Wasser.
b) Beide Stoffe haben etwa die gleiche W ärmeausdehnung.
c) Gips wirkt infolge seiner Porosität feuchtigkeitsregulierend und dadurch ausgleichend auf das Raumklima.
4. Ölschiefer ist ein natürliches Gemisch von Ton und Kalk mit Erdöl. Beim Erhitzen entweicht das im
Gestein enthaltene Öl. Die Dämpfe werden abgekühlt und das kondensierte Öl zum Anheizen des
Röhrenofens verwendet.
5. Stuckverzierungen werden aus Stuckgips hergestellt.
6. a) Die chemische Widerstandsfähigkeit und die hohe Schmelztemperatur des Grafits.
b) Beide verbrennen zu Kohlenstoffdioxid.
7. Nicht glasierter Ton ist wasserdurchlässig und verliert daher mehr Wasser durch Verdunstung.
8. Bohrkopf (Zahnarztbohrer) mit Diamantsplittern besetzt.
9. a) Andere Glassorten enthalten Zusatzstoffe wie Boroxid oder Aluminiumoxid, welche die Eigenschaften
des Recyclingglases verändern würden.
b) Weil Glas ein Gemisch von Stoffen mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen ist.
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10. a) Weil Rohsilicium aus Sand in aufwändigen Verfahren zum erforderlichen Reinstsilicium umgewandelt wird.
b) Es wird durch Kristallisation aus einer Schmelze von Reinstsilicium gewonnen.
11. Beispiel – Vorderseite: Diamant, Rückseite der Karteikarte:
Eigenschaften
Diamant
Aussehen
durchsichtig, stark lichtbrechend
elektrische
Leitfähigkeit
nicht leitend
Härte
sehr hart (Härte 10)
Dichte
3,51 g/cm3
chemisches
Verhalten
widerstandsfähig gegen alle Chemikalien,
verbrennt an der Luft bei etwa 3000 °C
Verwendung
Schmuck, Bohrköpfe, Trennscheiben
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12 Die Welt des Kohlenstoffs: Organische Chemie
Seite 157
1. a) Es ist Kohlenstoff. Elementarsymbol: C, Ordnungszahl: 6, 4. Hauptgruppe, also 4 Außenelektronen;
der Kern des Kohlenstoff-Atoms 12
C enthält 6 Protonen und 6 Neutronen (Nukleonenzahl 12 = Massenzahl),
6
die Hülle enthält 6 Elektronen.
b) Erhitzt man Zucker im Reagenzglas, so wird er schwarz (verkohlt). Kochsalz verkohlt nicht, sondern
schmilzt – allerdings nur bei starkem Erhitzen über 800 °C (Schmelztemperatur von NaCl: 801 °C).
c) Der schwedische Chemiker BERZELIUS prägte den Begriff „organische Stoffe".
d) Einige einfache Kohlenstoff-Verbindungen wie Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und die Carbonate
zählt man nicht zu den organischen Stoffen.
e) Die große Vielfalt der organischen Verbindungen ist darauf zurückzuführen, dass sich die KohlenstoffAtome vielfältig miteinander verbinden können. So können lange Ketten von Kohlenstoff-Atomen sowie
verzweigte oder auch ringförmige Moleküle entstehen. Außerdem können auch Atome weiterer Elemente
gebunden sein, wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor.
2. a) Papier und Watte (Baumwolle) werden sehr schnell braun bis schwarz, bei Holz (vor allem bei feuchtem
Hartholz) dauert es etwas länger.
b) Plexiglas wird beim Erhitzen schwarz, Fensterglas dagegen nicht: Plexiglas ist ein organischer Stoff,
Fensterglas dagegen nicht.
c) Der trockene Zucker wird zunächst gelb, später braun und schließlich schwarz (Verkohlung). Dabei
kondensiert Wasser an den kalten Stellen des Reagenzglases. Dies ist ein Hinweis darauf, dass in Zucker
Wasserstoff und Sauerstoff enthalten sind und sich der Wasserstoff mit dem Sauerstoff zu Wasser
umgesetzt hat.
3. a) Es ist besser, mit dem Brenner als mit einer Kerze zu arbeiten, da Kerzen sehr stark rußen und die
Apparatur dadurch verschmutzt wird.
b) Die Proteine im Eiklar (Eiweiß) zersetzten sich beim Erhitzen; dabei entstehen u.a. Ammoniak und
Schwefelwasserstoff, da in Ei-Proteinen stets auch schwefelhaltige Aminosäuren (z. B. Cystein) vorhanden
sind. Mit Bleiacetat (Indikator für Schwefelwasserstoff) reagiert Schwefelwasserstoff zu dunklem PbS
(Bleisulfid).
Seite 158
1. a) Steckbrief von Methan: gasförmig, farblos, leichter als Luft, unlöslich in Wasser, löslich in Benzin, brennbar
mit bläulicher Flamme, verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasser, bildet mit Luft explosive Gemische
(„schlagende Wetter"), entsteht bei der Zersetzung organischer Stoffe (z. B. in Faultürmen von Kläranlagen),
Summenformel CH4; Bestandteil von Erdgas und Biogas.
b) In der Abb. 3 ist ein Kreisprozess dargestellt, wie man Biogas gewinnen kann. Abfälle wie Gülle und Mist werden durch Bakterien zersetzt; dabei entsteht Biogas. Das Biogas kann als Heizgas benutzt werden; dabei
entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Diese Stoffe brauchen die Pflanzen für die Fotosynthese. Die bei der
Fotosynthese entstehenden Nährstoffe werden von Tieren gefressen und verdaut. Die Abfälle werden
ausgeschieden und der Stoffkreislauf ist geschlossen.
c) Vorteile von Biogas: hoher Heizwert, verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasser, erneuerbarer Energieträger.
Seite 159
1. Bei der Verbrennung von Erdgas entstehen ein Drittel weniger Stickstoffoxide als bei Erdöl und es bleiben
keine Rückstände. Es setzt weniger Kohlenstoffdioxid frei als andere fossile Brennstoffe. Erdgas ist fast
schwefelfrei und geruchsfrei. Zum Transportieren werden keine Tankschiffe oder Lastwagen, zur Aufbewahrung
keine Behälter benötigt.
2. Das meiste Erdgas erhalten wir aus den Ländern: Russland, Norwegen und den Niederlanden.
3. Es enthält als Rohgas noch verschiedene Verunreinigungen sowie Schwefelwasserstoffgas.
4. Um es bei Gefahr besser erkennen zu können, setzt man ihm einen an Knoblauch erinnernden Geruchstoff
zu.
41
Seite 163
1. Strukturformeln der zwei möglichen Butan-Isomere:
Butan
Isobutan (2-Methylpropan)
2. a) Isomerie nennt man das Auftreten von zwei oder mehreren chemischen Verbindungen mit gleicher
Summenformel, aber unterschiedlicher Strukturformel. Die Moleküle bestehen aus den gleichen Atomen, diese
haben aber eine unterschiedliche Verknüpfung zueinander. Daraus ergeben sich unterschiedliche
Stoffeigenschaften, wie z.B. Schmelz- und Siedetemperatur.
b) Isoalkane sind Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Verzweigung in der Kohlenstoffkette.
3. a)
n-Hexan
2-Methylpentan
2,2-Dimethylbutan
2,3-Dimethylbutan
3-Methylpentan
b)
2,4-Dimethyloctan
Seite 164
1. Da sich die Siedetemperaturen der einzelnen Ölbestandteile nur geringfügig unterscheiden, erhält man
Gemische aus Stoffen mit ähnlichen Siedetemperaturen.
2. Gase zum Heizen, Benzine als Kraftstoff, Petroleum/Kerosin als Treibstoff für Flugzeuge, Diesel/leichtes
Heizöl als Kraftstoff und zum Heizen, schweres Heizöl als Treibstoff für Tanker oder in Industrieanlagen,
Asphalt im Straßenbau.
Seite 167
1. a) Im unteren Teil des Behälters befindet sich Calciumcarbid, auf das aus dem oberen Teil Wasser tropft. Es
entsteht Ethin, das in den Brenner strömt und dort entzündet wird.
b) Bildung von Ethin: CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Verbrennung von Ethin:
2 C 2 H 2 + 5 O2
→ 4 CO2 + 2 H2O
Ethin + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser
Seite 170
1. Folgende Schadstoffe sind im Abgas eines Verbrennungsmotors enthalten: Stickoxide,
Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe.
2. Die innere Oberfläche eines Abgaskatalysators ist so groß wie zwei Fußballfelder.
3. Die innere Oberfläche eines Abgaskatalysators muss so groß sein, damit alle Schadstoffe im Abgas
wirksam umgewandelt werden können.
42
4. Der Rußpartikelfilter muss nicht regelmäßig getauscht werden, weil nach einiger Zeit der Ruß im Filter
vollständig verbrannt wird und der Filter wieder gereinigt ist.
Seite 172
1. a) Alle organischen Stoffe enthalten Kohlenstoff.
b) Die C-Atome in organischen Stoffen können sich zu unverzweigten Ketten, verzweigten Ketten und Ringen
miteinander verbinden. Dadurch ist eine sehr große Vielfalt von organischen Stoffen möglich.
2. a) Methangas kann man nicht nur als Heizgas (z. B. für Gasheizungen) verwenden, sondern es spielt auch
bei der Herstellung zahlreicher Stoffe wie zum Beispiel organischer Lösungsmittel eine große Rolle.
b) Individuelle Lösung.
3. a) Die allgemeine Summenformel der Alkane ist C nH2n+2.
Demnach haben alle Isomere von Nonan die Summenformel C 9H20, die isomeren Alkane mit 15 C-Atomen
haben die Summenformel C 15H32.
b) 7 C-Atome: n-Heptan
10 C-Atome: n-Decan:
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
c) 1. n-Pentan, 2. n-Butan, 3. 2-Ethyl-3-methylpentan.
4. Methen müsste von der Endung her ein Alken sein. Der Stammname „Meth“ weist auf nur ein C-Atom hin, es
müssten aber mindestens zwei C-Atome vorhanden sein, damit eine Doppelbindung möglich ist.
5. a) Methan entsteht in der Natur, wenn organische Stoffe unter Luftabschluss durch Methanbakterien zersetzt
werden (in gefluteten Reisfeldern, Mülldeponien, bei Klärschlamm, bei der Verdauung usw.).
b) Methan wird vor allem als Hauptbestandteil des Erdgases in Haushalten und Kraftwerken verbrannt.
c) Methan wirkt in der Atmosphäre als Treibhausgas, ähnlich wie CO 2. Es trägt also zum Treibhauseffekt bei.
6. a) Erdöl ist eine schwarze Flüssigkeit mit unterschiedlicher Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen . Es
beinhaltet kettenförmige und verzweigte Alkane, Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie eine
große Zahl weiterer organischer Verbindungen und auch Verunreinigungen.
b) Bitumen (Teer), Diesel, Benzin, Petroleum, Kerosin, Heizöl, Schmieröl …
c) Da Erdöl einen zu geringen Anteil an kurzkettigen Kohlenwasserstoffen enthält, um die Nachfrage auf dem
Markt zu decken, werden die zähflüssigen Bestandteile durch „Cracken“ in kürzerkettige Verbindungen
umgewandelt – vor allem zur Nutzung als Benzin.
7. a) Benzin, Superbenzin, Diesel, Autogas, Butangas, Propangas, Paraffin.
b) Alkane sind Kohlenwasserstoff-Moleküle, in denen die C-Atome ausschließlich durch Einfachbindungen
verknüpft sind.
c) Methan: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Butan: 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
8. Energie kann weder verbraucht noch erzeugt, sondern nur umgelagert werden. Allerdings kann dabei ein Teil
als entwertete Energie (entweichende Wärme) ungenützt bleiben.
9. In gesättigten Kohlenwasserstoffen (Alkane) sind die Kohlenstoffatome ausschließlich durch
Einfachbindungen verknüpft. In ungesättigten Kohlenwasserstoffen (Alkene und Alkine) sind neben
Einfachbindungen auch eine oder mehrere Doppel- oder (und) Dreifachbindungen vorhanden.
Alkane: H3C – CH3
Alkene: H2C = CH – CH3
Alkine: HC ≡ C – CH3
10. Die richtige Antwort ist: Je kürzer eine Kohlenwasserstoffkette ist, desto geringer sind die Van -der-WaalsKräfte.
11. Individuelle Lösungen.
43
13 Alkohol, Essig, Ester – wichitge Stoffe in Alltag und Technik
Seite 174
1. a) Weinhefen wandeln den Zucker des Mostes in Ethanol und Kohlenstoffdioxid um.
b) Der Zuckergehalt bestimmt die erreichbare Alkoholkonzentration des Weins. Je süßer die Trauben, desto
mehr Zucker können die Hefepilze in Alkohol umwandeln.
c) Nur durch Hefepilze kommt die alkoholische Gärung in Gang. Die in den Hefen vorhandenen Enzyme sind
Biokatalysatoren, die den chemischen Prozess beschleunigen.
Seite 176
1. a) Sie unterscheiden sich in der Kettenlänge und in der Giftigkeit für den menschlichen Organismus.
b) Methanol wird vor allem als Lösungsmittel und als Treibstoffzusatz verwendet.
Propanol wird vor allem als kosmetischer Alkohol, als Zusatz zu Scheibenreinigungsmittel, als
Frostschutzmittel und als Druckereihilfsmittel verwendet.
c) Weingeist besteht aus reinem Ethanol mit 4 % Wasser. Spiritus ist durch Zusatzstoffe ungenießbar
gemachtes Ethanol.
d) Ethanol wird oft auch nur als Alkohol bezeichnet, andere Namen sind Reinsprit, Sprit, Weingeist,
Ethylalkohol.
Seite 177
1. a) Die funktionelle Gruppe in Alkoholen ist die –OH-Gruppe (Hydroxylgruppe), die meist an das Ende der
Kohlenstoffkette angehängt ist.
b) Ethanol und Propanol sind in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar, es lassen sich damit – ob verdünnt oder
rein – sehr gut Fette lösen.
c) Der wissenschaftliche Namen von Glykol ist Ethan-1,2-diol (2 C-Atome, 2 OH–Gruppen), der von Glycerol
(früher als Glycerin bezeichnet) ist Propantriol. (Bei Glycerol muss die Stellung der OH–Gruppen nicht
angegeben werden, da an jedem C-Atom immer nur eine OH-Gruppe möglich ist).
Seite 178
1. a) Essig wird durch Enzyme von Essigbakterien aus verdünntem Alkohol und Luftsauerstoff hergestellt.
b) Die Essigbakterien benötigen Sauerstoff zum Leben, den finden sie nur an der Oberfläche der
alkoholhaltigen Flüssigkeit.
c) Der chemische Vorgang ist die Oxidation des Ethanols.
d) Essig wird im Haushalt auch zum Einlegen von Sauergemüse (Essiggurken) und als Kalkentferner bzw.
Entkalker für Heißwasserbereiter und Kaffeemaschinen verwendet. Reinigungsmittel für Bad und Küche
enthalten Essig zur Entfernung von Kalk.
Seite 179
1. Bei der Verdünnung von konzentrierter Essigsäure mit Wasser geben Essigsäuremoleküle H +-Ionen ab.
+ H 2O
CH3COOH
H+ + CH3COO–
Die entstandenen Ionen sind für die Leitfähigkeit verantwortlich.
Seite 181
1. Rhabarber und Spinat enthalten relativ viel Oxalsäure. Mit Calcium-Ionen im Blut kann sich das schwer
lösliche Salz Calciumoxalat bilden. So können Blasen- und Nierensteine entstehen.
2. Die Sorbinsäure wurde zunächst aus der Vogelbeere, Sorbus aucuparia, gewonnen.
3. a) Sie sorgen für die Gasentwicklung und für den sauren Geschmack. Zusammen mit dem Natron
(Natriumhydrogencarbonat, NaHCO 3) im Brausepulver und dem Wasser reagieren die Säuren unter anderem zu
Kohlenstoffdioxid, das die Brause sprudeln lässt.
b) Citronensäure kommt in sehr vielen Früchten vor, außerdem in Milch, Nadelhölzern, Wein und Tabakblättern.
Geringe Mengen kommen in jedem Organismus vor, als Teil des biochemischen Citronensäure-Zyklus.
Weinsäure kommt ebenfalls in sehr vielen Früchten vor, vor allem in Weintrauben. Bei der Weinherstellung kann
sich Weinsäure als sogenannter Weinstein ablagern.
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4. Bei der Herstellung von Jogurt wandeln Milchsäurebakterien Milchzucker in Milchsäure um. Diese Milchsäure
hat eine konservierende Wirkung.
Seite 184
1. a) Auf Weingeist, reines Ethanol, muss Branntweinsteuer entrichtet werden. Auf den vergällten, für den
menschlichen Verzehr ungenießbar gemachten Spiritus dagegen nicht, deshalb ist er viel preiswerter.
b) Brennspiritus bzw. vergällter Alkohol wird im Haushalt als Lösungsmittel für fettlösliche Stoffe (Putzmittel) und
als Brennstoff (Spirituskocher) und als Kraftstoff verwendet.
2. a) Hefen wandeln den Traubenzucker der Weintrauben in Ethanol um. Gleichzeitig entstehen
Kohlenstoffdioxid und Wärme. Diesen Vorgang nennt man alkoholische Gärung.
b) Hefen sind Pilze, die für die alkoholische Gärung verantwortlich sind.
3. Haushaltsreiniger mit Alkohol können sowohl wasserlösliche als auch fettlösliche Schmutzstoffe entfernen.
4. R–OH: Alkohole; R–COOH: Carbonsäuren
5. a) In Wasser lösen sich sehr gut Stoffe, die hydrophile (wasserfreundliche) Eigenschaften besitzen. In Benzin
lösen sich gut Stoffe, die lipophile (fettfreundliche) Eigenschaften haben. Das Methanol-Molekül hat eine
Hydroxyl-Gruppe, die starke hydrophile Eigenschaften aufweist. Im Methanol-Molekül ist der lipophile Alkylrest
sehr kurz, wodurch die lipophilen Eigenschaften nicht sehr ausgeprägt sind. Die hydrophilen Eigenschaften
überwiegen sehr stark, wodurch sich die gute Wasserlöslichkeit und die schlechte Löslichkeit in Benzin ergeben.
b) Der lipophile (fettfreundliche = hydrophobe) Anteil des Moleküls müsste größer sein, das heißt die
Kohlenwasserstoffkette müsste länger sein. Dann wirkt sich der polare Anteil der Hydroxyl-Gruppe kaum noch
aus.
6. Die ersten sechs Alkanole sind Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol und Hexanol.
7. a) Die Hydroxylgruppe ist für die gute Wasserlöslichkeit der kurzkettigen Alkohole sowie für die im
Vergleich zu den entsprechenden Alkanen hohen Siedetemperaturen verantwortlich.
b) Bei den langkettigeren Alkanolen überwiegt der Einfluss des Alkylrestes gegenüber der
Hydroxylgruppe. Die Wasserlöslichkeit nimmt also ab, die Löslichkeit in unpolaren Lösungsmitteln wie
Benzin nimmt dagegen zu.
8. Es handelt sich um die Alkanole Propanol, Ethanol und Methanol sowie den Ester Propansäuremethylester.
9. a) Glykol und Glycerol sind wasserklare, farblose, dickflüssige Flüssigkeiten. Sie schmecken süß, allerdings
ist Glykol giftig. Sie sind vielseitig verwendbar. Glykol wird hauptsächlich als Frostschutzmittel, zur Herstellung
von Kunststoffen, als Lösungsmittel und zum Enteisen von Flugzeugtragflächen benutzt. Glycerol ist ein
„Allroundtalent" und wird vor allem zur Herstellung von Salben und Cremes, in der Druckindustrie, zur
Sprengstoffherstellung und zur Herstellung von Kunststoffen verwendet.
b) Die Endsilbe -in würde auf einen Kohlenwasserstoff mit einer Dreifachbindung hinweisen, die im Glycerol
nicht vorhanden ist. Glycerol ist aufgrund der drei Hydroxyl-Gruppen ein Alkohol. Für Alkohole lautet die
Endsilbe – ol.
10. a) Essigsäure wurde früher in riesigen, mit Buchenspänen gefüllten Holzfässern, den „Essigbildnern",
hergestellt. Über die Holzspäne wurde von oben ein Gemisch aus verdünntem Ethanol und Essig gesprüht.
Von unten wurde im Gegenstrom ständig Luft eingeblasen. Die Essigherstellung dauerte auf diese Weise
einige Tage. Heute wird Essig mit dem „Submers-Verfahren" gewonnen. In Stahl- oder Kunststofftanks wird
verdünnter Alkohol unter Kühlen mit Luftsauerstoff durchströmt. Die Lösung wird mit Essigbakterien
geimpft. Nach ca. 24 Stunden ist die Essiggärung beendet.
b) Essiggurken und viele andere Gemüse- aber auch Obstsorten sowie Fische werden in Essig eingelegt
und damit konserviert. Die konservierende Wirkung beruht darauf, dass sich Mikroorganismen in sauren
Lösungen nicht mehr so gut vermehren können, wodurch die Haltbarkeit der sauer eingeleg ten
Lebensmittel steigt.
45
11.
H
Methansäure (Ameisensäure)
Ethansäure (Essigsäure)
H 3 C–CH 2
H 3 C–CH 2 –CH 2
Propansäure (Propionsäure)
Butansäure (Buttersäure)
12. Citronensäure, Milchsäure, Weinsäure, Buttersäure.
13. a) Weil bei den kurzkettigen Säuren der Einfluss der polaren Carboxylgruppe, bei den langkettigen
dagegen der Einfluss des unpolaren Alkylrestes überwiegt.
b) Links: Eisessig/Wasser; Mitte: Stearinsäure/Wasser; rechts: Essigsäureethylester/Wasser.
14. a) Ester werden aus organischen Säuren und Alkoholen gewonnen.
b) Reaktionen, die unter Wasserabspaltung verlaufen, nennt man Kondensationsreaktionen.
c) Essigsäureethylester, Butansäureethylester, Propansäurebutylester.
15. a) Wachse kann man im Labor aus langkettigen Alkoholen und einer Carbonsäure herstellen.
b) Aus Butansäure und Methanol lässt sich Butansäuremethylester (ein Ananasaroma) gewinnen:
Butansäure + Methanol → Butansäuremethylester + Wasser
H 3 C–CH 2 –CH 2
+ CH3–OH →
+ H2 O
46
14 Chemie und Ernährung
Seite 188
1. a) Einfachzucker (Monosaccharide): Traubenzucker(Glucose), Fruchtzucker (Fructose); Zweifachzucker
(Disaccharide): Rohr-, Rüben- oder Haushaltszucker (Saccharose), Malzzucker (Maltose);
Vielfachzucker (Polysaccharide): Stärke, Cellulose.
b) Zweifachzucker.
c) Rübenzucker ist ein Disaccharid aus Glucose und Fructose.
d) Nur Marmeladen mit einem hohen Zuckergehalt haben eine längere Haltbarkeit. Zucker ist hygroskopisch,
d.h., er zieht Wasser an. Den Mikroorganismen steht dann nicht mehr genügend Wasser für ihre Vermehrung
zur Verfügung.
e) In der Cellulose sind Tausende von Einfachzucker-Molekülen linear angeordnet, in der Stärke dagegen
spiralförmig gewunden.
Seite 189
1. a) Stärke ist zum Beispiel enthalten in Mehl, Nudeln, Brot, Kartoffeln.
b) Durch das 15-minütige Kochen in essigsaurer Lösung wird die Stärke hydrolytisch gespalten, d.h., die
Stärkespirale wird in die Einzelzucker-Moleküle aufgespalten. Der Stärkenachweis ist dann negativ.
2. Die Fehling-Probe ist mit den Einzelzuckern Glucose und Fructose positiv, Haushaltszucker muss erst
gespalten werden, bevor der Nachweis positiv wird.
3. Glucose ist enthalten in Banane, Orange, Zitrone und Milch; in Kartoffeln und Mehl ist keine Glucose
enthalten, die Zwiebel speichert Saccharose.
Seite 190
V1. Fotogramm mit einem Blatt:
Beobachtung: Nur an den Stellen, an denen das Blatt belichtet wurde, ergibt sich mit Iod-Kaliumiodid-Lösung
eine blauviolette Färbung, die Stärke nachweist. Auswertung: Fotosynthese (und damit auch die Stärkebildung)
findet also nur bei Licht statt.
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1. a) Fette sind leichter als Wasser. Durch die langen, unpolaren Kohlenwasserstoffketten der Fetts äure-Reste
sind sie hydrophob (wasserfeindlich). Fette lösen sich daher nur in unpolaren Lösungsmitteln wie Heptan oder
Waschbenzin. Sie sind nur gering löslich in Methanol und unlöslich in Wasser.
b) Natürliche Fette sind Gemische aus verschiedenen Fettsäure-Glycerol-Estern, daher ändert sich die
Schmelztemperatur mit der Zusammensetzung.
c) Ester sind Reaktionsprodukte aus der Reaktion von Alkoholen mit organischen Säuren. Fette entstehen durch
die Reaktion des dreiwertigen Alkohols Glycerol mit drei gleichen oder unterschiedlichen Fettsäuren.
d) Fette sind Ester aus Glycerol und meistens langkettigen Fettsäuren.
Strukturformel eines Fettes:
e) Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere C=C-Doppelbindungen.
f) Durch Licht, Sauerstoff und Mikroorganismen entstehen aus den langkettigen Fetts äuren kurzkettige Fettsäuren. Diese verursachen den unangenehmen, ranzigen Geruch und Geschmack.
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2. a) Stearinsäure ist eine gesättigte Fettsäure und reagiert nicht mit Brom (linkes Reagenzglas); Ölsäure
entfärbt als ungesättigte Fettsäure Brom- oder Iodlösung (rechtes Reagenzglas).
b) An die beiden Kohlenstoff-Atome der Doppelbindung lagern sich Brom-Atome an:
C17H33COOH + Br2 → C17H33Br2COOH
3. a) Das Fett in den Sonnenblumenkernen lässt sich mit Brennspiritus herauslösen. Wenn der Spiritus
verdunstet ist, bleibt das Fett übrig. Es lässt sich mit der Fettfleckprobe nachweisen.
b) Fett lässt sich z. B. in Wurst, Käse und Nüssen nachweisen.
4. a) Fettflecken lassen sich nicht mit Wasser, aber mit Waschbenzin entfernen.
b) Salatöl + Wasser: zwei Schichten; Salatöl + Waschbenzin: eine Schicht (Salatöl löst sich in Waschbenzin).
5.
Gesättigte
Fettsäuren
Butter
Margarine
Sonnenblumenöl
Olivenöl
64 %
30–40 %
8%
19 %
Einfach
ungesättigte
Fettsäuren
33 %
20–30 %
27 %
33 %
Mehrfach
ungesättigte
Fettsäuren
3%
30–45 %
65 %
8%
Alle Fette und Öle haben einen unterschiedlichen Anteil an gesättigten und ungesättigten Fettsäuren. Höherwertig
sind jene, die viele ungesättigte und vor allem mehrfach ungesättigte Fettsäure-Reste enthalten. Einige mehrfach
ungesättigte Fettsäuren sind für den Menschen besonders wichtig, da sie der Körper selbst nicht herstellen kann
(essenzielle Fettsäuren). Ein optimales Nahrungsfett gibt es nicht, es sind jedoch pflanzliche Fette gegenüber
tierischen Fetten zu bevorzugen.
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1. a) Nur eine vielseitige Ernährung versorgt uns mit den nötigen Vitaminen, Mineral- und Ballaststoffen,
Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen. Dabei ist auf das richtige Verh ältnis von Inhaltsstoffen und
Energiegehalt zu achten. Durch Abwechslung werden im Körper verschiedene Stoffwechselwege in Anspruch
genommen.
b) Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Vitamine, Mineral- und Ballaststoffe und Wasser.
c) Vor allem Fette und Kohlenhydrate, seltener Eiweißstoffe.
2. a) Links ist Fructose abgebildet, rechts Glucose.
b) Es sind Monosaccharide (Einfachzucker); sie gehören zu den Kohlenhydraten.
3. Entweder die Kartoffel durchschneiden oder reiben, Iod-Kaliumiodid-Lösung darauf tropfen. Die blauschwarze Färbung zeigt Stärke an.
4. a) Monosaccharide: Glucose, Fructose; Disaccharide: Saccharose, Maltose; Polysaccharide: Stärke,
Cellulose.
b) Glucose kann mit den Glucose-Teststäbchen oder mit der Fehling-Probe nachgewiesen werden; Fructose
kann sich in wässriger Lösung in Glucose umlagern; deshalb ist die Fehling-Probe mit Fructose ebenfalls positiv.
c) Bei der Fotosynthese bilden die grünen Pflanzen mithilfe der Energie aus der Sonne und den
Grundbausteinen Wasser und Kohlenstoffdioxid Kohlenhydrate. So wird die Energie der Sonne
„gebunden". Durch Abbau der Kohlenhydrate kann die Energie wieder freigesetzt werden.
5. a) Ein Fett-Molekül ist eine Verbindung, die aus der Reaktion eines dreiwertigen Alkohols Glycerol mit
drei langkettigen Fettsäuren hervorgegangen ist.
b) Flüssige Fette weisen im Gegensatz zu harten Fetten Doppelbindungen auf.
c) Erdöl ist ein Gemisch verschiedener Alkane, während Pflanzenöle Ester aus dem Alkohol Glycerol und
langkettigen Fettsäuren sind.
6. Stärkehaltige Nahrungsmittel sind Getreide, Brot, Kartoffeln, Reis und Teigwaren. Sie müssen vom Körper
erst in die Zuckerbausteine zerlegt werden. Deshalb werden sie nur langsam in das Blut aufgenommen. Der in
Süßigkeiten enthaltene Einfach- oder Zweifachzucker wird schnell aufgenommen. Deshalb hält die Sättigung bei
Süßigkeiten nicht so lange an wie bei stärkehaltigen Nahrungsmitteln.
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7. a) Eiweißstoffe (Proteine) bestehen aus Aminosäureketten.
b) In einem Polypeptid sind viele Aminosäure-Moleküle durch Peptidbindungen miteinander verknüpft, d.h.,
die COOH-Gruppe des einen Moleküls reagiert mit der NH2-Gruppe des anderen Moleküls. Dabei wird Wasser
abgespalten.
c) Durch die Länge der Polypeptidketten und dadurch, dass es ca. 20 verschiedene Aminosäuren gibt, die
beliebig miteinander kombiniert werden können, ergibt sich die große Vielfalt.
d) Proteine können durch Hitze, Säuren, Laugen oder Schwermetalle denaturiert werden.
e) Das Element Stickstoff (N) ist Teil der Aminogruppe und deshalb charakteristisch für alle Aminosäuren.
Außerdem bestehen alle Aminosäuren noch aus den Elementen H, C und O. In der variablen Restgruppe können
u.a. auch die Elemente Schwefel und Phosphor vorkommen.
8. Das Eigelb stellt das Nährgewebe für die Zeit der embryonalen Entwicklung des Huhns dar. Das Eiklar
(Eiweiß) schützt den Embryo vor Erschütterungen. Wegen des viel höheren Fettgehalts hat das Eigelb einen
sehr hohen Nährwert. (Energiegehalt). 1 g Kohlenhydrate oder Protein liefern „nur" 17 kJ Energie, Fett etwa
das Doppelte.
9. Nur fetthaltige Dressings ermöglichen die Aufnahme von fettlöslichen Vitaminen wie A, D, E und K in den
Körper und damit ihre Verwertung.
10. a) Mineralstoffe wie Calcium und Phosphat sind Baustoffe zum Aufbau der Knochen. Andere Mineralien sind
in Spuren nötig als Katalysator oder Enzymaktivator (wie Magnesium) oder wie Iod als Bestandteil eines
Hormons.
b) Reife Früchte enthalten neben dem Zucker auch noch Vitamine sowie Mineralien und
Ballaststoffe.
11. Die Wissenskartei soll mithilfe des Schulbuches selbstständig erarbeitet werden.
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15 Seifen, Waschpulver und Duftstoffe
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1. a) Das ganze Teilchen ist ein Seifen-Anion, das wie folgt benannt werden kann:
Kohlenwasserstoff-Rest
b) Das Tensid-Molekül schiebt sich mit seinem hydrophoben, fettliebenden Ende an das Öl oder den
Schmutz, das hydrophile, negativ geladene Ende ragt zum Wasser.
c) Haben Tensid-Moleküle das Schmutzteilchen eingehüllt, ragen nach außen nur noch die wasserliebenden,
negativ geladenen Enden der Tenside. Dadurch bekommen alle Schmutz- oder Ölteilchen eine negative
Ladung. Die Teilchen stoßen sich ab.
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1. a) Es ist die Oberflächenspannung des Wassers.
b) Wasser-Moleküle bildenuntereinander Wasserstoffbrückenbindungen, sodass sich die Wasser-Moleküle so
verhalten, als seien sie miteinander verkettet.
c) Seifen- oder Waschmittellösung verringert die Oberflächenspannung des Wassers. Der Wasserläufer
würde untergehen.
2. a) Man benötigt pflanzliche oder tierische Fette oder Öle, Natronlauge oder Kalilauge. Weiterhin Wasser
und als Hilfsstoff Kochsalz.
b) In weichem Wasser schäumt die Seifenlösung, während sie in hartem Wasser nicht schäumt und sich
zudem noch trübt, da sich unlösliche Kalkseife bildet.
c) Kalkseifen entstehen aus der Verbindung zwischen Calcium-Ionen und Seifen-Anionen. Sie bilden sich,
wenn man in hartem Wasser mit Seife wäscht. Der Name kommt daher, dass man Wasser, das viele
Calcium-Ionen enthält, auch als „kalkhaltig" bezeichnet.
3. a) Ein solches Molekül muss sowohl hydrophobe als auch hydrophile Eigenschaften aufweisen.
Die Tensidteilchen schieben sich mit ihren hydrophilen Enden zwischen die Wassermoleküle, die hydrophoben Enden ragen aus dem Wasser heraus.
b) Indivduelle Lösung.
c) Die Tensidmoleküle schieben sich mit ihren fettliebenden, hydrophoben Enden an das Öl oder den Schmutz,
die wasserliebenden, negativ geladenen hydrophilen Enden ragen zum Wasser. Haben die Tensid-Moleküle das
Schmutzteilchen eingehüllt, ragen nach außen nur noch die negativ geladenen Enden der Tenside. Dadurch
bekommen die Schmutz- oder Ölteilchen eine negative Ladung. Die Teilchen stoßen sich ab.
4. a) Es könnte der Emulgator fehlen. Durch Zugabe eines Emulgators erhält man eine homogene Öl-WasserEmulsion. Emulgatoren haben hydrophile und hydrophobe Anteile, sie können daher dafür sorgen, dass sich
Fette mit Wasser mischen.
b) Es gibt Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W) – wenig Öl in viel Wasser – für Gesichts- und Körpercremen und
Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O) – wenig Wasser in viel Öl – für besonders fette Cremen. In ersteren sind feinste
Öl-Tröpfchen mithilfe eines Emulgators in Wasser fein verteilt. Bei Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O) ist es
genau umgekehrt.
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16 Organische Werkstoffe
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1. a) Ein Extruder besteht aus einem beheizbaren Metallzylinder, in dem sich ein schneckenartig geformter
Metallstab dreht. Füllt man Kunststoffgranulat in einen Extruder, wird der Kunststoff geschmolzen. Die
Metallschnecke transportiert die plastische Masse zur Extruderöffnung und presst sie heraus.
b) Ein Kunststoffbecher entsteht beim Spritzgießen. Der aus einem Extruder austretende Kunststoff wird dabei
in eine entsprechende Hohlform gepresst und dann abgekühlt.
Auch beim Vakuumformen kann man aus einer erhitzten Kunststoffplatte Becher oder ähnliche Gefäße
herstellen.
c) Aus Kunststoffgranulat wird eine Folie, wenn man das Kunststoffrohr an der Extruderöffnung mit Druckluft
zu einem weiten dünnen Schlauch aufbläst. Kunststofffasern stellt man her, indem man verflüssigtes Granulat
durch Düsen mit winzigen Öffnungen presst.
2. a) Polyethylenterephthalat PET ist ein Polyester aus Terephthalsäure und Ethan-1,2-diol (Glykol). Er ist
thermoplastisch, farblos und lichtdurchlässig, geruchs- und geschmackneutral, lebensmitteltauglich,
bruchfest, beständig gegen organische Lösungsmittel, leicht, schwer entflammbar, wärmebeständig bis
70 °C und leicht recycelbar. PET wird hauptsächlich für Getränkeflaschen sowie zur Herstellung von Folien,
metallisiertes PET als Rettungsdecken in Verbandkästen und für Textilfasern (Polyester) – da knitterfrei –
verwendet.
b) Vorteile: Getränkeflaschen aus PET sind sehr leicht, preiswert, bruchsicher und wiederverwendbar.
Nachteile: Weil sie nicht gasdicht sind, können besonders kohlensäurehaltige Getränke schal werden. Nach
längerer Zeit können Zusatzstoffe wie z.B. Ethanal (Acetaldehyd) durch die Getränkeflüssigkeit aus dem
PET gelöst werden und in das Getränk übergehen.
c) Beim Recyceln von PET-Flaschen werden zuerst alle Verunreinigungen und die Fremdkunststoffe
entfernt, dann werden die Flaschen maschinell zerkleinert (geschreddert), umgeschmolzen und wieder zu
neuen Flaschen verarbeitet. Ein Teil wird nach dem Zerkleinern als Rohstoff für die Herstellung von
Kunststofffasern (Textilfasern)genutzt. Verschmutzte PET-Abfälle werden verbrannt.
3. Als Thermoplast nimmt das Polystyrol des Bechers nach dem Erwärmen wieder die ursprüngliche
Scheibenform des Ausgangswerkstückes an.
4. a) Der wichtigste Rohstoff zur Kunststoffherstellung ist Erdöl. Man kann Kunststoffe aber auch aus
nachwachsenden Rohstoffen wie Stärke, Cellulose und Eiweiß herstellen. Die Moleküle der Ausgangsstoffe
müssen sich zu langen Ketten verknüpfen lassen.
b) Polymerisation: Viele gleichartige Moleküle mit je einer Doppelbindung reagieren zu einem kettenförmigen
Makromolekül.
Polykondensation: Unterschiedliche Moleküle mit reaktionsfähigen Gruppen bilden Makromoleküle. Bei jedem
Reaktionsschritt wird ein Molekül Wasser abgespalten.
c) Die schaumige Struktur von Kunststoffen entsteht durch Treibmittel. Das sind Stoffe, die bei Erwärmung
gasförmig werden. Die Gasbläschen werden dann von den Kunststoffmolekülen eingeschlossen.
d) Verpackungen, Rohr- und Mauerabdichtungen, Schaumgummiartikel (Schwämme, Matratzen).
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1. a) Die Etiketten geben nur die Faseranteile an. Chemische Zusatzstoffe müssen nicht genannt werden.
b) Mercerisieren, Pflegeleicht-Ausrüstung, Sanitized, flammhemmend, Anti-Smell-Ausrüstung.
c) Naturfasern haben eine gekräuselte Oberfläche, halten gut warm, nehmen viel Feuchtigkeit auf, trocknen
langsam, verschmutzen leicht, knittern beim Waschen, einige kann man bei über 90 °C waschen.
Textilien aus Naturfasern halten besser warm und bleiben länger trocken. Sie sind nicht so pflegeleicht wie
Kleidung aus Chemiefasern.
Chemiefasern haben eine glatte Oberfläche, sind reißfest, scheuerfest, besonders haltbar, nehmen nur wenig
Feuchtigkeit auf, fühlen sich schnell nass an, trocknen schnell, sind knitterfrei und formbeständig, sind nur von
30 bis 60 °C waschbar. Sie können kaum Luft einschließen. Kleidung aus Chemiefasern ist haltbar,
widerstandsfähig und lange formstabil (z. B. Dauerbügelfalten).
d) Wegen ihrer gekräuselten Oberfläche schließen Naturfasern mehr Luft ein als Chemiefasern. Luft ist ein
schlechter Wärmeleiter und guter Isolator. Daher halten Naturfasern gut warm. Sie können mehr
Feuchtigkeit aufnehmen als die glatten Chemiefasern. Deshalb dauert das Trocknen viel länger.
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2. a) Hinweis: Nicht zu viel Wasser auf die Stoffproben geben!
Die hydrophobe Chemiefaser lässt das Wasser durch. Das Löschblatt bleibt trockener als beim
Baumwollgewebe, das viel Wasser aufnehmen kann.
b) Die Eigenschaften von Naturfasern und Chemiefasern werden kombiniert. Die Seite mit dem
Kunststoffgewebe wird auf der Haut getragen. Sie leitet die Feuchtigkeit schnell an das Baumwollgewebe,
das viel Wasser aufnimmt und langsam nach außen abgibt. Solche Textilien fühlen sich länger trocken an als
Kleidung aus einschichtigem Gewebe.
3. Die Cellulosefäden aus Baumwolle und Leinen brennen gut. Es bildet sich weiße Asche und es riecht nach
verbranntem Papier.
Die Eiweißfäden aus Seide und Schafwolle verbrennen langsamer und hinterlassen einen kohleähnlichen
porösen Rückstand. Es riecht nach verbrannten Haaren.
4. Naturseide wird aus den Eiweißfäden von Seidenspinnerraupen hergestellt. Sie ist die einzige Endlos Textilfaser. Die Fasern sind sehr fein, sehr glatt und glänzend, reiß- und scheuerfest, wirken isolierend gegen
Kälte und Wärme und können relativ viel Wasser aufnehmen. Sie sind empfindlich gegen Laugeneinwirkung,
daher spezielle Waschmittel und keine Seife verwenden.
Kunstseide ist der Naturseide sehr ähnlich, ihre sehr feinen und glänzenden Fäden bestehen aus
umgewandelter Cellulose oder aus fein gesponnenen Kunststoffen.
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1. Mikrofasergewebe enthalten nur sehr kleine Poren, sie sind undurchlässig für Wind und Wasser.
Wasserdampf besteht aus einzelnen Wassermolekülen, die so klein sind, dass sie durch die Poren nach außen
gelangen können.
2. Klassische Regenbekleidung besteht aus gummibeschichtetem Gewebe. Wind und Wasser können
nicht eindringen. Da verdunstender Schweiß aber auch nicht nach außen kann, fühlt sich solche Kleidung
auch innen schnell nass an. Außerdem ist sie beträchtlich schwerer als Kleidung aus Mikrofasern.
3. Natürlich ist auch die Fähigkeit, „atmungsaktiv" zu sein, begrenzt. Bei großen Anstrengungen schwitzt
man stark. Die erhöhte Wärmeproduktion des Körpers lässt dann so viel Feuchtigkeit verdampfen, dass
nicht alle Wassermoleküle durchgelassen werden können.
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1. a) Bäume von Gummibaumarten werden angeritzt. Latex tritt aus. Darin enthaltene Kautschuktröpfchen
gerinnen zu einem Klumpen, wenn man Essig hinzugibt.
b) Kautschuk: zähes Grundmaterial; Ruß: verhindert zu starken Abrieb; Schwefel: vernetzt Kautschuk zu
Gummi, sorgt also für die Elastizität.
c) Schwefelbrücken zwischen den kettenartigen Kautschukmolekülen machen aus zähem Kautschuk
elastischen Gummi. Das geschieht bei großer Hitze in Heizpressen.
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1. a) Ein Klebstoff muss ein gutes Haftvermögen (Adhäsion) und eine große innere Festigkeit (Kohäsion)
besitzen.
b) Flüssige Kleber können besonders gut in die kleinsten Unebenheiten der zu verbindenden Werkstücke
eindringen, sodass keine Unterbrechungen in der Klebstoffmasse enthalten sind.
c) Adhäsionskräfte wirken zwischen Kleber und Werkstück. Kohäsionskräfte wirken zwischen den
Klebstoff-Molekülen. Ein Kleber muss eine gute Oberflächenhaftung (Adhäsion) und eine gute innere
Festigkeit (Kohäsion) aufweisen.
d) Chemisch abbindende Klebstoffe sind hart, wenn die chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen des
Klebers zu Ende ist.
Physikalisch abbindende Klebstoffe werden hart, wenn das Lösungsmittel verdunstet ist.
e) Geklebte Verbindungen sind viel leichter als Verbindungen aus Nieten und Schweißnähten. Geklebte
Verbindungen übertragen Schwingungen und Kräfte gleichmäßiger auf das Material als genietete oder
geschweißte Verbindungen. Beim Nieten und Schweißen wird das Material immer etwas verletzt und
geschwächt.
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1. Individuelle Lösung.
2. Individuelle Lösung.
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1. Plastikmüll kann dazu führen, dass Meerestiere direkt wegen der Kunststoffteile ersticken oder verhungern.
Außerdem reichern sich fettlösliche Schadstoffe aus dem Meer oberflächlich an die Kunststoffteile an. Gelangen
die Plastikteile in den Magen, können die Schadstoffe vom Körper der Meerestiere aufgenommen werden. So
reichern sich die Schadstoffe an. Wenn wir so belastete Meerestiere essen, gelangen die Schadstoffe aus dem
Meer letztlich auch in uns Menschen (Nahrungskette).
2. – Der massenhafte Gebrauch von Kunststoffen könnte eingeschränkt werden; Plastiksäckchen könnten
verboten werden.
– Manche Gegenstände lassen sich auch aus anderen Materialien, wie Holz, Metall oder Textilien herstellen.
– Verpackungen könnten aus biologisch abbaubaren Kunststoffen, aus Stärke oder Eiweiß hergestellt werden.
– Man sollte den Verbrauch an Kunststoffen im eigenen Haushalt einschränken.
– Geregeltes Recycling durch ein Pfandsystem.
3. – im Autobau: Geringes Gewicht (weniger Kraftstoffverbrauch), leichte Verformbarkeit (raschere und billigere
Herstellung).
– bei Verpackungen: Weitgehend luft- und wasserdicht, dicht für Fette, sehr leicht, leicht formbar, bedruckbar.
– Bei Spielzeug: Leicht formbar, geringes Gewicht, kaum Verletzungsgefahr, lässt sich leicht einfärben,
preiswert.
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1. a) Die werkstoffliche Verwertung wird einerseits durch verunreinigte und nicht sortenreine Kunststoffabfälle
erschwert. Diese müssen vor der Wiederverwertung ausgeschieden werden. Andererseits werden die Ketten
der Makromoleküle bei jedem Schmelzvorgang etwas kürzer.
b) Recycling bedeutet Wiederverwertung. Beim Verbrennen von Kunststoffen geht die hergestellte
Kunststoffsubstanz verloren. Außerdem entstehen Abfallprodukte. Man nutzt nur den Energiegehalt.
c) Die Verwertung von Kunststoffabfällen schont Rohstoffe wie Erdöl, verringert die Abfallmenge und nutzt
wenigstens einen Teil der bei der Herstellung eingesetzten Energie.
Reine thermoplastische Kunststoffe können durch Umschmelzen zu neuen Kunststofferzeugnissen geformt
werden.
Bei der Pyrolyse von Kunststoffabfällen werden die Makromoleküle chemisch zerlegt. Es entstehen
Ausgangsmonomere, aus denen man wieder neue Kunststoffe herstellen kann. Bei der Hydrierung spaltet
man die Makromoleküle und wandelt sie in rohölähnliche Stoffe um.
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1. Holzschliff ist ein gelbbraun gefärbter Brei aus Holzfasern und Wasser. Daraus kann man holzhaltige Papiersorten wie Zeitungspapier, Packpapier und Karton herstellen.
Entfernt man aus Holzschliff das gelblich-braune Lignin (sowie Harze), erhält man Zellstoff. Er besteht nur
noch aus reinen weißen Cellulosefasern. Er dient zur Herstellung weißer Papiersorten.
Leim verhindert das Auslaufen der Tinte beim Schreiben. Füllstoffe sorgen dafür, dass das Papier glatt wird.
Zusatzstoffe bewirken bestimmte Eigenschaften wie Farbe oder Reißfestigkeit beim Drucken.
2. Holzhaltiges Papier enthält noch den eigentlichen Holzstoff Lignin.
3. Auch Baumwolle besteht ja aus Cellulosefasern, deshalb kann man Papier damit herstellen. Die Cellulosefa sern der Baumwolle sind sogar länger und damit hochwertiger als Cellulosefasern im Holz. Hochwertiges
Papier aus diesen Fasern (z. B. Banknoten) kann man daher sogar waschen.
4. Ein duroplastischer Kunststoff verformt sich beim Erwärmen nicht (Stecker-Kupplung).
Der Schwamm besteht aus einem geschäumten Elastomer. Er kann durch Druck verformt werden, nimmt
aber dann seine alte Form wieder an.
Thermoplaste werden beim Erhitzen weich und formbar (Jogurt-Becher).
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5. Vorteile: Geringe Dichte, Resistenz gegen viele Chemikalien, Formbarkeit für spezielle Verwendungen,
preisgünstige Massenproduktion, nicht leitend, gut isolierend.
Nachteile: Rohstoffverbrauch, umweltbelastend (oft kein Recycling möglich), verändern ihre Eigenschaften
nach langer Zeit oder nach häufigem Gebrauch.
6. Polymerisation: Viele gleichartige Moleküle mit je einer Doppelbindung reagieren zu einem kettenförmigen
Makromolekül.
Polykondensation: Unterschiedliche Moleküle mit reaktionsfähigen Gruppen bilden Makromoleküle. Bei jedem
Reaktionsschritt wird ein Molekül Wasser abgespalten.
7. a) Beim Schmelzspinnen wird Kunststoffgranulat zu Chemiefasern verarbeitet. Das Granulat wird
geschmolzen, durch feine Düsen gepresst und dann abgekühlt. Es entstehen sehr dünne Kunststofffäden, die
man auf Rollen aufspult.
b) Mithilfe eines Extruders wird Kunststoffgranulat zu Kunststoffstäben geformt, aus denen verschiedene Formen (Rohre, Gefäße, Folien) hergestellt werden können.
Der Extruder ist ein Metallzylinder, in dem sich ein schneckenartig geformter Metallstab dreht. Eingefülltes
Granulat schmilzt. Der drehende Metallstab befördert die plastische Masse zur Extruderöffnung und presst sie
heraus.
8. a) Chemiefasern haben eine glatte Oberfläche und nehmen nur wenig Feuchtigkeit auf. Sie können
kaum Luft einschließen. Sie sind reiß- und scheuerfest und formstabil.
Naturfasern sind mehr oder weniger gekräuselt. Sie können viel Luft einschließen und viel Feuchtigkeit aufnehmen. Sie verschmutzen und knittern leicht.
b) Textilien aus Chemiefasern fühlen sich glatt an, werden schnell feucht, trocknen aber auch wieder rasch.
Kleidung aus Chemiefasern ist haltbar, widerstandsfähig und lange formstabil (z. B. Dauerbügelfalten). Textilien
aus Naturfasern halten besser warm und bleiben länger trocken. Sie sind nicht so pflegeleicht wie Kleidung aus
Chemiefasern.
9. (Reine) Baumwolle: Sagt aus, dass das Kleidungsstück nur aus Baumwolle ohne Zusätze besteht. In der
Praxis heißt das: Es sind geringere Mengen an Zusätzen enthalten als bei veredelten Stoffen. Ganz ohne
Zusätze kommt heute keine Textilherstellung mehr aus.
Mercerisierte Baumwolle: Ist Baumwolle, die mit Natronlauge behandelt wurde. Dadurch wird Baumwolle
glatt und glänzend (seidenartig). Sie fühlt sich angenehm an und kann mit modischen Mustern versehen
werden.
Sanitized: Textilien sind mit Chemikalien behandelt, die die Entwicklung von Pilzen und Bakterien
verhindern bzw. verlangsamen. Einerseits soll die Ausbreitung von Haut- und Fußpilzen eingedämmt werden.
Andererseits soll die Geruchsentwicklung verhindert werden, die entsteht, wenn Bakterien Schweiß zersetzen.
Teflon: sehr stabiles Polytetrafluorethen, das entweder zu einer mikroporösen Membran oder zu
Mikrofasergewebe verarbeitet wird.
10. Die glatte Chemiefaser wird auf der Haut getragen. Sie kann selbst keine Flüssigkeit aufnehmen, sondern
leitet die Feuchtigkeit schnell von der Haut weg in das Baumwollgewebe. Weil das Baumwollgewebe diese
Feuchtigkeit in großen Mengen aufnehmen kann, fühlt sich derartige Kleidung lange trocken an.
11. Adhäsionskräfte sind die Verbindungskräfte zwischen dem Klebstoff und dem zu klebenden Gegenstand.
Kohäsionskräfte wirken zwischen den Molekülen des Klebstoffs.
12. Chemisch abbindende Klebstoffe nennt man Reaktionskleber, weil sie durch eine chemische Reaktion hart
werden. Der eigentliche Klebstoff entsteht erst beim Aushärten durch die Polymerisation. Bei
Zweikomponentenklebern gibt man einen Härter dazu, der die Reaktion in Gang bringt. Bei
Einkomponentenklebern kommt der Reaktionsauslöser aus der Umgebung. Das kann Sauers toff aus der Luft,
Feuchtigkeit oder auch (UV-)Licht sein.
13. Der Klebstoff ist in einem Lösungsmittel aufgelöst. Er ist ausgehärtet, wenn das Lösungsmittel verdunstet
ist.
14. Bei der Vulkanisation wird zur zähen Kautschukmasse Schwefel gegeben. Durch Erhitzen dieser Mischung
werden die kettenförmigen Kautschukmoleküle über Schwefelbrücken an mehreren Stellen vernetzt. Erst
dadurch wird der vorher zähe Kautschuk zu elastischem Gummi. Der Grundbaustein von Kautschuk heißt
Isopren.
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15. Reine thermoplastische Kunststoffe können durch Umschmelzen zu neuen Kunststofferzeugnissen geformt
werden.
Kunststoffmischungen werden verbrannt und zur Gewinnung von Wärmeenergie genutzt.
Bei der Pyrolyse werden die Makromoleküle chemisch zerlegt. Es entstehen Ausgangsmonomere, aus denen
man wieder neue Kunststoffe herstellen kann. Bei der Hydrierung spaltet man die Makromoleküle und
wandelt sie in rohölähnliche Stoffe um.
16.
Wenn die Herstellung von Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zukünftig in
großtechnischem Rahmen verwirklicht werden könnte, dann würde das den Rohstoff Erdöl schonen.
Hinzu kommt, dass der Abbau solcher Kunststoffe durch Bakterien erfolgen kann und dass dabei keine
umweltbelastenden Abfallstoffe entstehen. Bei ihrer Entsorgung entsteht kein zusätzliches Kohlenstoffdioxid
(es ist ja zuvor von den Pflanzen aus der Luft entnommen worden).