Arbeitsheft «Chemie plus - Absatz-DTP

Arbeitsheft «Chemie plus»
Klassen 7/8
Brandenburg
Cornelsen Verlag GmbH
Stoffe und Stoffgemische
1
Arbeiten im Chemielabor
Grundwissen
In der Chemie wird viel experimentiert, teilweise auch mit gefährlichen Chemikalien. Um Unfälle oder
Vergiftungen zu vermeiden, musst du die Sicherheitsvorschriften beachten, dich im Chemieraum gut auskennen und mit den wichtigsten Laborgeräten vertraut machen.
1
Laborgeräte
Beschrifte die Laborgeräte.
2
Grundregeln zum Experimentieren
a)
Notiere zu den Bildern die jeweilige Grundregel.
I
II
Saure und
alkalische
Abfälle
Giftige
anorganische
Abfälle
2
Stoffe und Stoffgemische
3
Umgang mit dem Brenner
a)
Beschrifte die Teile des
Brenners. Zeichne den Weg
des Gases und der
Luft im Brenner ein.
b)
Beschreibe in Stichworten, wie der von dir benutzte Brenner funktioniert.
Entzünden des Brenners und Einstellen der Leuchtflamme:
Einstellen der Heizflamme:
c)
Nenne Regeln für den Umgang mit dem Brenner.
–
–
–
–
–
d)
Ordne der rauschenden Brennerflamme folgende Begriffe und Temperaturen zu:
Außenkegel, Innenkegel, heißeste Zone, 1200 °C, 1500 °C, 300 °C.
3
Stoffe und Stoffgemische
4
Gefahrensymbole
Ordne den Gefahrensymbolen folgende Kennbuchstaben und ihre Bedeutung zu:
Kennbuchstaben: C, E, F+, F, N, O, T+, T, Xn, Xi
Bedeutung: ätzend, brandfördernd, explosionsgefährlich, gesundheitsschädlich, giftig, hochentzündlich,
leicht entzündlich, reizend, sehr giftig, umweltgefährlich
Körper und Stoff
Grundwissen
In der Physik werden die Gegenstände, die uns umgeben, als Körper bezeichnet. Körper haben eine
bestimmte Form oder Gestalt, ein Volumen und eine Masse. In der Chemie werden die Materialien,
aus denen die Körper bestehen, Stoffe genannt. Alle Körper bestehen aus Stoffen. Stoffe, mit denen
im Chemieunterricht experimentiert wird, heißen Chemikalien.
Jeder Stoff weist eine für ihn typische Kombination von Stoffeigenschaften auf. Stoffeigenschaften
kann man mit den Sinnesorganen oder mit Hilfsmitteln bestimmen.
1
Stoffe in deiner Umgebung
Bezeichne die Gegenstände in der Abbildung.
Gib an, aus welchen Stoffen sie bestehen können.
Gegenstand
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Stoff
4
Stoffe und Stoffgemische
2
Stoffe und Gegenstände unterscheiden
Nenne vier verschiedene Stoffe, aus denen die Gegenstände hergestellt werden können.
Gegenstand
Stoffe
Eimer
Schmuckring
Hemd
Stoffe und ihre Eigenschaften
Grundwissen
Jeder Stoff besitzt bestimmte Eigenschaften. Die Verwendung eines Stoffes beruht auf seinen Eigenschaften. Eigenschaften von Stoffen wie Farbe, Form, Geruch oder Geschmack können mithilfe
der Sinnesorgane erkannt werden. Andere Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Dichte oder
Löslichkeit müssen mit Hilfsmitteln erkundet werden.
Jeder Stoff weist eine für ihn typische Eigenschaftskombination auf, die sich in einem Steckbrief
zusammenfassen lässt. Mithilfe des Steckbriefes kann ein Stoff erkannt werden.
1
Verwendung von Stoffen aufgrund ihrer Eigenschaften
Gib an, aus welchen Stoffen die Gegenstände bestehen können. Begründe den Einsatz des Stoffes
mit seinen besonderen Eigenschaften.
Gegenstand
Reifen
Rahmen
Gabel
Lenkergriff
Bremsklotz
Bremszug
Felge
Sattel
Stoff
Eigenschaften des Stoffes, die den Einsatz begründen
5
Stoffe und Stoffgemische
2
Methoden zur Untersuchung von Stoffen
a)
Einige Stoffeigenschaften kann man mithilfe der Sinnesorgane erkennen. Fülle die Tabelle aus.
Sinnesorgan
Sinn
Erkennen folgender Stoffeigenschaften
Achtung: Im Chemieunterricht niemals kosten!
b)
Viele Stoffeigenschaften kann man nur mit Hilfsmitteln bestimmen. Ergänze die fehlenden Angaben.
Experimentanordnung
Wir untersuchen
… und stellen fest
Körper aus den Stoffen
und
,
werden vom Magneten
angezogen.
Kochsalz
Speiseöl
Holzkohle
Zucker
und
lösen
sich in Wasser.
und
Wasser
sind in Wasser unlöslich.
Styropor
PVC
,
,
den elektrischen Strom.
leiten
,
,
leiten den elektrischen Strom nicht.
6
Stoffe und Stoffgemische
3
Eigenschaften von Stoffen ermitteln
Ermittle Aggregatzustand, Farbe sowie die Löslichkeit von Stoffen in Wasser.
Entnimm Dichte, Schmelz- und Siedetemperatur der Stoffe aus Tabellen.
Stoff
Aggregatzustand
bei 20 °C
Farbe
Löslichkeit
in Wasser
Dichte
in g/cm3
Schmelztemperatur
Siedetemperatur
Zucker
/
/
/
Essig
/
/
/
/
/
/
/
Wasser
Kochsalz
(Natriumchlorid)
Eisen
Brennspiritus
Schwefel
Quecksilber
nicht löslich
4
Dichte von Stoffen
a)
Berechne die fehlenden Angaben in der Tabelle.
Stoff
Wasser in einem Glas
Masse m
der Stoffportion
70,0 g
70 ml
1 Brocken Steinsalz (Kochsalz)
311,0 g
144 cm3
Bleiwürfel (2 cm Kantenlänge)
90,7 g
Alkohol
große Eisenschale
Kupferblock (15 ∙ 20 ∙ 60 cm)
b)
Volumen V
der Stoffportion
Interpretiere die Abbildungen.
50 ml
125,0 g
Dichte ρ des
Stoffes in g/cm3
0,79
7,86
8,96
7
Stoffe und Stoffgemische
5
Dichte von Erdöl
a)
Lies den Zeitungstext. Suche unbekannte Wörter aus dem
Wörterbuch heraus.
b)
Berechne aus den Daten im Text die Dichte von Erdöl.
6
Ist der Schmuck wirklich aus Gold?
Singapore. Today’s supertankers can carry 400 000 tons
of crude oil. This means, that
there are 465 million liters or
2,9 million barrels of oil in
a single ship. At the current oil
prices of 50 dollars per barrel,
this load is worth 145 million
dollars. Of course, modern
pirates are watching these vessels with great interest.
Du hast eine Goldkette geerbt und willst sie beim Juwelier verkaufen.
Dieser behauptet aber, die Kette sei aus Messing, und will dir nur
20 Euro dafür geben. Wie kannst du beweisen, dass die Kette tatsächlich aus Gold besteht? Beschreibe, wie die abgebildeten Geräte dir
dabei helfen können.
Gold
Messing
Dichte ρ: 19,3 g/cm3
Weltmarktpreis: 30.000 Dollar/kg
Dichte ρ: 8,4 g/cm3
Weltmarktpreis: 7 Dollar/kg
7
Stoffe mithilfe von Steckbriefen identifizieren
a)
Finde anhand der Steckbriefe die Stoffe heraus.
Stoff:
Stoff:
Farbe:
grau, mattglänzend
Farbe:
silberglänzend
Aggregatzustand bei
Zimmertemperatur:
fest
Aggregatzustand bei
Zimmertemperatur:
fest
Elektrische
Leitfähigkeit:
mäßig gut
Elektrische
Leitfähigkeit:
sehr gut
Dichte in g/cm3:
11,3
Dichte in g/cm3:
10,5
Härte:
weich
Härte:
mäßig hart
Schmelztemperatur in °C:
327
Schmelztemperatur in °C:
961
Siedetemperatur in °C:
1740
Siedetemperatur in °C:
2212
8
Stoffe und Stoffgemische
b)
Vervollständige die Steckbriefe von Alkohol und Kochsalz.
Stoff:
c)
Alkohol
Stoff:
Farbe:
Farbe:
Aggregatzustand bei
Zimmertemperatur:
Aggregatzustand bei
Zimmertemperatur:
Elektrische
Leitfähigkeit:
Elektrische
Leitfähigkeit:
Schmelztemperatur
in °C:
Schmelztemperatur
in °C:
Siedetemperatur
in °C:
Siedetemperatur
in °C:
Dichte in g/cm3:
Dichte in g/cm3:
Löslichkeit
im Wasser:
Löslichkeit im Wasser:
Kochsalz
Gib Stoffeigenschaften an, mit denen ein Stoff eindeutig identifiziert werden kann.
Aggregatzustände von Stoffen und Bau der Stoffe aus Teilchen
Grundwissen
Stoffe können bei Temperaturänderung ihre Zustandsform ändern. Sie können im festen, flüssigen und
gasförmigen Aggregatzustand vorliegen.
Alle Stoffe sind aus kleinsten Teilchen aufgebaut. Mit dem Teilchenmodell lassen sich Aggregatzustände
und Aggregatzustandsänderungen deuten und beschreiben.
1
Aggregatzustände und Aggregatzustandsänderungen
Ergänze das Schema.
Aggregatzustand
Aggregatzustand
Aggregatzustand
9
Stoffe und Stoffgemische
2
Die Aggregatzustände im Teilchenmodell
Zeichne die Aggregatzustände von Wasser im Teilchenmodell. Stelle die Wasserteilchen als Kugeln dar.
Gib jeweils den Temperaturbereich an.
fest
flüssig
gasförmig
Stoffgemische und Reinstoffe
Grundwissen
Stoffe, die nur aus einem Stoff aufgebaut sind und einheitlich gleichbleibende Eigenschaften haben,
werden Reinstoffe genannt. Ein Reinstoff besteht aus gleichartigen Teilchen. Beim Mischen von Reinstoffen entstehen Stoffgemische. Man unterscheidet homogene und heterogene Stoffgemische.
In homogenen Stoffgemischen lassen sich die einzelnen Stoffe nicht mehr nebeneinander erkennen,
in heterogenen Stoffgemischen sind die einzelnen Stoffe noch deutlich erkennbar. Lösungen gehören
zu den homogenen Stoffgemischen.
1
Arten von Stoffgemischen
a)
Ordne die folgenden heterogenen Stoffgemische in die Tabelle ein. Nenne jeweils ein Beispiel.
Emulsion, Gemenge, Hartschaum, Nebel, Paste, Rauch, Schaum, Suspension
Aggregatzustand
fest
flüssig
gasförmig
fest
flüssig
gasförmig
b)
Ordne die folgenden homogenen Stoffgemische in die Tabelle ein. Nenne jeweils ein Beispiel.
Gasgemisch, Lösung, Legierung
Aggregatzustand
fest
flüssig
gasförmig
fest
flüssig
gasförmig
10
Stoffe und Stoffgemische
2
Wie sich Salz in Wasser löst
Ein kleiner Salzkristall löst sich in einem Glas Wasser, selbst wenn man das Wasser nicht umrührt.
Den Vorgang des Lösens stellt die Bilderserie im Teilchenmodell dar. Zeichne das mittlere Bild.
Salzkristall in Wasser
Kurze Zeit später
Einige Stunden später
Trennen von Stoffgemischen
Grundwissen
In Stoffgemischen bleiben die Eigenschaften der einzelnen Reinstoffe erhalten. Das kann man zur
Trennung von Stoffgemischen nutzen. Es gibt unterschiedliche Verfahren zur Stofftrennung, die sich
die jeweiligen Stoffeigenschaften der zu trennenden Stoffe zunutze machen.
1
Welches Trennverfahren wird genutzt?
Ergänze die Tabelle.
Vorgang
Kartoffeln werden nach dem
Kochen abgegossen.
Zur Gewinnung von Kochsalz
wird eine Salzlösung in großen
Behältern erhitzt.
Goldsucher waschen aus dem
Flussschlamm Goldkörner
heraus.
Fettflecke in der Kleidung
werden mit Fleckentferner
beseitigt.
Teebeutel werden zur Teebereitung mit heißem Wasser
übergossen.
In Schutzmasken werden schädliche Gase und Dämpfe mit
Aktivkohle aus der Atemluft
entfernt.
Genutztes Trennverfahren
Genutzte Eigenschaft
der Stoffe
Stoffe und Stoffgemische
2
Trennverfahren im Überblick
Beschrifte die Abbildungen. Notiere jeweils das abgebildete Trennverfahren.
3
Beseitigung einer kleinen Umweltkatastrophe
Wasser ist durch Öl und Sand verunreinigt worden.
a)
Welche Eigenschaften können zur Abtrennung genutzt werden?
Öl:
Sand:
b)
Entwickle einen Plan für die Trennung.
11
12
Stoffe und Stoffgemische
Zusammensetzung von Stoffgemischen
Grundwissen
Der Einsatz oder die Wirkung eines Gemisches ist häufig vom Anteil eines Stoffes im Gemisch
abhängig. Es gibt unterschiedliche Anteilsangaben für Gemische. Häufig erfolgen sie in Prozent.
Der Massenanteil w ist der Anteil, den die Masse eines Stoffes an der Summe der Massen aller Stoffe
im Gemisch hat. Der Volumenanteil φ (Phi) ist der Anteil, den das Volumen eines Stoffes an der
Summe der Volumina aller Stoffe im Gemisch hat.
Massenanteil
w (B) =
Volumenanteil
m(B)
∙ 100 %
m(Gem)
w (B)
Massenanteil des Stoffes B
m(B)
Masse des Stoffes B
m(Gem) Masse des Stoffgemisches
φ(B) =
V (B)
∙ 100 %
V (A) + V (B) + …
φ(B)
Volumenanteil des Stoffes B
im Gemisch
V(B)
Volumen des Stoffes B
V(A) + V(B) + … Summe der Volumina aller
Stoffe des Stoffgemisches
1
Ermitteln von Stoffportionen in Gemischen
a)
Berechne die Masse an Kochsalz, die notwendig ist, um 250 g 15%ige und 0,9%ige physiologische Kochsalzlösung herzustellen.
b)
Gegeben
m(Gem) = 250 g;
w(Kochsalz) = 15 % = 0,15
m(Gem) = 250 g;
w(Kochsalz) = 0,9 % = 0,009
Gesucht
m(Kochsalz)
m(Kochsalz)
Lösung
m(Kochsalz) =
Ergebnis
m(Kochsalz) =
Berechne das Volumen an reinem Alkohol in ml, das in den Gläsern enthalten ist.
Gegeben
Gesucht
Lösung
Ergebnis
Glas (250 ml)
Bier [φ(Alk.) = 4 %]
Glas (120 ml)
Wein [φ(Alk.) = 11 %]
Glas (40 ml)
Weinbrand [φ(Alk.) = 38 %]
13
Stoffe und Stoffgemische
Trinkwasser und Abwasser
Grundwissen
Trinkwasser ist unser wichtigstes Lebensmittel. Rohwasser zur Trinkwasseraufbereitung wird aus
Grundwasser und Oberflächenwasser gewonnen. Das den Haushalt verlassende trübe und schmutzige
Wasser wird als Abwasser bezeichnet. In Kläranlagen wird das Wasser gereinigt und anschließend
in Oberflächengewässer eingeleitet.
1
Rund um Trinkwasser und Abwasser
Ergänze das Fließschema, das den Weg des Trinkwassers von der Gewinnung bis zur Abwasserreinigung
darstellt.
Seen
Filteranlagen
Trinkwasseraufbereitung
im Wasserwerk
Eigenschaften
Haushalte
Abwasseraufbereitung im Klärwerk
Entfernung von:
Einleitung in Oberflächengewässer
14
Am Anfang war das Feuer
Entstehen und Löschen von Feuer
Grundwissen
Feuer ist für den Menschen Faszination und Schrecken zugleich. Wir unterscheiden Schadfeuer und
Nutzfeuer. Für das Entstehen eines Feuers gibt es bestimmte Voraussetzungen. Ein Feuer erlischt, wenn
mindestens eine Voraussetzung für sein Entstehen nicht mehr erfüllt ist.
1
Wie kann Feuer entstehen?
Finde mithilfe von Experimenten heraus, wie ein Feuer entstehen kann.
a)
Untersuche eine Kerzenflamme.
1. Entzünde eine Kerze und lass die Kerze etwa eine Minute brennen.
2. Stülpe dann ein Becherglas über die brennende Kerze.
3. Entferne das Becherglas, wenn die Kerzenflamme erloschen ist, und zünde die Kerze sofort erneut an.
Notiere, was du bei Auftrag 1 am Docht der Kerze beobachtet hast.
Notiere, was du beobachtet hast, als die Kerze bei Auftrag 2 erlosch.
Vergleiche das Entzünden der Kerze bei den Aufträgen 1 und 3.
Leite eine Aussage über die Entstehung der Kerzenflamme ab.
Beschrifte die Abbildung mit den jeweils stattfindenden Vorgängen.
15
Am Anfang war das Feuer
b)
Erhitze etwas Kerzenwachs in einem kleinen Tiegel auf einer elektrischen Heizplatte, bis es sich entzündet. Decke den Tiegel mithilfe
einer Tiegelzange mit dem Deckel ab. Hebe den Deckel nach einiger
Zeit wieder hoch. Wiederhole den Vorgang mehrmals. Notiere
deine Beobachtungen und deute sie.
Tiegelzange
?
Tiegel
1
2
3
Kerzenwachs
c)
Gib an, unter welchen Bedingungen ein Feuer (eine Flamme) entstehen kann.
2
Wie ein Feuer gelöscht werden kann
a)
Gib für die dargestellten Situationen konkrete Maßnahmen zur Brandbekämpfung und zum Löschen eines
Brandes an. Ergänze die Beispiele durch zwei weitere Situationen.
Brand, der zu löschen ist
Maßnahmen zur Brandbekämpfung und zum Löschen des Brandes
Benzinbrand in einer
Porzellanschale
Lagerfeuer
Brennendes Öl in der
Bratpfanne
Niemals Wasser!
Brennende Gegenstände
in einem Zimmer
Brennender
Müllcontainer
Brennende Kleidung
einer Person
b)
Leite aus den konkreten Maßnahmen zur Bekämpfung und zum Löschen eines Brandes allgemeine
Maßnahmen zur Brandbekämpfung ab.
–
–
–
16
Chemische Reaktionen
Die Verbrennung, eine chemische Reaktion
Grundwissen
Chemische Reaktionen sind Stoffumwandlungen, bei denen neue Stoffe mit anderen Eigenschaften
entstehen. Aus Ausgangsstoffen entstehen Reaktionsprodukte. Die Verbrennung ist eine chemische
Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert. Bei der Verbrennung entstehen als Reaktionsprodukte
Oxide. Oxide sind chemische Verbindungen.
Chemische Reaktionen können mithilfe von Wortgleichungen beschrieben werden.
1
Erkennen von chemischen Reaktionen
Beschreibe die abgebildeten Vorgänge. Entscheide, ob es sich dabei um chemische Reaktionen handelt,
und begründe.
Vorgang
Beschreibung
Chemische
Reaktion?
Begründung
17
Chemische Reaktionen
2
Beobachtungen auswerten
a)
Ergänze den folgenden Lückentext:
Bringt man einen Magnesiumspan in die Flamme des Brenners, so brennt
er mit heller Lichterscheinung. Es entsteht
. Dieser
Vorgang ist
, weil
.
Kupfer überzieht sich beim Erhitzen an der Luft mit einem
von
. Auch hierbei handelt es sich um
, weil
.
Wird ein Gemisch aus Eisen und Schwefel erhitzt, so entsteht unter starkem
Aufglühen ein
Stoff. Das ist
.
Es handelt sich ebenfalls um
, denn
.
b)
Leite eine allgemeine Aussage ab.
In den Beispielen wurden
beschrieben.
Wenn sie miteinander verglichen werden, kann man sagen:
Vorgänge, bei denen
Aus
sind
eintritt.
entstehen dabei
.
Bei chemischen Reaktionen können außerdem noch weitere Erscheinungen beobachtet werden,
zum Beispiel
c)
Formuliere die Wortgleichungen für die beschriebenen Reaktionen.
Allgemein:
.
18
Chemische Reaktionen
Chemische Elemente und Verbindungen
Grundwissen
Reinstoffe, die sich in andere Stoffe zerlegen lassen, sind chemische Verbindungen. Reinstoffe, die durch
chemische Reaktionen nicht zerlegt werden können, sind chemische Elemente.
1
Ordnen von Stoffen
Ordne die folgenden Begriffe sinnvoll in das Schaubild ein, indem du nach Ober- und Unterbegriffen
ordnest:
chemische Elemente, chemische Verbindungen, Metalle, Metalloxide, Nichtmetalle, Nichtmetalloxide,
Reinstoffe, Stoffe, Stoffgemische.
Gib Beispiele an.
Beispiele
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Kennzeichen chemischer Reaktionen
Grundwissen
Bei chemischen Reaktionen bilden sich aus den Teilchen der Ausgangsstoffe die Teilchen der Reaktionsprodukte. Bei der Bildung neuer Stoffe gruppieren sich die Teilchen der Ausgangsstoffe um und halten
verändert zusammen. Die Anzahl der in den Ausgangsstoffen und in den Reaktionsprodukten gebundenen
Teilchen bleibt gleich. Die bei chemischen Reaktionen stattfindenden Stoffumwandlungen sind
immer auch von Energieumwandlungen begleitet.
19
Chemische Reaktionen
1
Zwei Reaktionen im Vergleich
1.
Eisenwolle in der Brennerflamme
Etwas Eisenwolle wird mit der Brennerflamme erhitzt.
a)
Beobachtungen:
b)
Deutung:
Es handelt sich offenbar um eine chemische Reaktion, denn es findet eine
statt.
c)
Wortgleichung:
d)
Bei einer chemischen Reaktion werden die Teilchen der Ausgangsstoffe umgruppiert.
Zeichne den Vorgang im Teilchenmodell. Finde Bildunterschriften.
→
+
e)
Beim Ablauf der chemischen Reaktion findet eine Energieumwandlung statt. Sie äußert sich durch
. Derartige Vorgänge heißen
der chemischen Reaktion muss erhitzt werden. Dieser Vorgang heißt
produkt besteht aus
2.
Ausgangsstoffen. Es handelt sich um eine
Reaktionen. Zum Auslösen
. Das Reaktions.
Erhitzen von Quecksilberoxid
Wird in einem Reagenzglas rotes Quecksilberoxid erhitzt, so bilden
sich an der Reagenzglaswand Tropfen von silberglänzendem Quecksilber. Ein Gas entweicht.
a)
Formuliere die Wortgleichung für diese Reaktion.
b)
Erläutere die Veränderungen der Teilchen.
c)
Damit der Vorgang nicht unterbrochen wird, muss ständig erwärmt werden. Das deutet darauf hin, dass es
sich um eine
der in
Reaktion handelt. Bei der Reaktion gibt es einen Ausgangsstoff,
Reaktionsprodukte zerlegt wird. Es handelt sich um eine
.
20
Chemische Reaktionen
2
Energie bei chemischen Reaktionen
a)
Zeichne in die Energieschemata für die beschriebenen Reaktionen die Energie der Reaktionsprodukte ein.
Gib an, ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt.
Chemische Reaktion
Eine Wunderkerze wird
entzündet und brennt ab.
Energie der
Ausgangsstoffe
Energie
Ausgangsstoffe
Eine Brausetablette wird
in ein Glas Wasser gegeben. Es kommt zur Gasentwicklung. Das Wasser
erwärmt sich.
Energie
Ausgangsstoffe
In einem Reagenzglas
wird Silberoxid ständig
erwärmt. Am Reagenzglas
scheidet sich ein silbergrauer Belag ab.
Energie
Ausgangsstoff
Ein Gemisch aus Eisenund Schwefelpulver wird
mit dem Brenner kurz
erhitzt. Ein Aufglühen
ist zu beobachten. Nach
der Reaktion liegt ein
schwarzes Reaktionsprodukt vor.
Energie
In einem Becherglas
werden Kaliumchlorid
und Natriumsulfat gut
vermischt. Eine Temperaturerniedrigung kann
festgestellt werden.
Energie
Ausgangsstoffe
Ausgangsstoffe
Energie der
Reaktionsprodukte
Exotherme Reaktion/
Endotherme Reaktion
21
Chemische Reaktionen
b)
Die Verbrennung von Holz ist eine exotherme chemische Reaktion. Obwohl die Energie der Reaktionsprodukte niedriger ist als die des Holzes, muss das Holz angezündet werden, damit es brennt. Begründe.
3
Erhitzen von Eisen
In den abgebildeten Apparaturen werden Eisenspäne an der Luft und im abgeschlossenen Luftraum erhitzt.
a)
Erhitzen an der Luft
Ausgangsstoffe:
Beobachtung:
Magnet
Aussehen des Reaktionsprodukts:
Eisen
Massenveränderung:
Erläuterung des Experiments:
b)
Erhitzen im abgeschlossenen Luftraum
Ausgangsstoffe:
Reagenzglas
Beobachtung:
Aussehen des Reaktionsprodukts:
Massenveränderung:
Eisen
Erläuterung der Ergebnisse und Vergleich mit Experiment 1:
c)
Interpretiere die Ergebnisse. Gib die zugrunde liegende Gesetzmäßigkeit an.
22
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
Bestandteile der Luft
Grundwissen
Luft ist ein Stoffgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Edelgasen und Kohlenstoffdioxid. Sie kann weiterhin
Wasserdampf und Luftschadstoffe, z. B. Schwefeldioxid, enthalten. Die Hauptbestandteile der Luft sind
Sauerstoff und Stickstoff.
1
Ein Stoffgemisch im Tortendiagramm
Aus welchen Anteilen sich ein Gemisch zusammensetzt, kann man
in Tortendiagrammen anschaulich darstellen.
Zeichne ein Tortendiagramm zur Zusammensetzung von Luft.
Überlege, wie du auch die Volumenanteile der seltenen Gase
anschaulich darstellen kannst.
Zusammensetzung von
trockener Luft
in Volumenanteilen
Hauptbestandteile (ca. 99 %):
Stickstoff
78 %
Sauerstoff
21 %
Sonstige Bestandteile (ca. 1 %):
Argon
0,934 %
Kohlenstoffdioxid 0,039 %
Neon
0,0018 %
Helium
0,0005 %
Methan
0,0002 %
Krypton
0,0001 %
2
Ein Liter Luft genau untersucht
In einer Flasche ist 1 Liter Luft eingeschlossen.
a)
Berechne die Masse dieses „Luftvorrats“.
Rechnung:
m(Luft) =
Dichte von Luft
als Gas
(unter Normbedingungen)
1,2 kg/m3
als Flüssigkeit
910 kg/m3
als Feststoff
920 kg/m3
Antwort:
b)
Wird diese Luftportion auf – 250 °C abgekühlt, wird sie fest. Berechne überschlagsartig, welches Volumen
die Luftportion dann hätte.
c)
Im Tauchsportladen kosten 150 Liter Argon 3,00 Euro. Überschlage, wie viel das Argon in der Luftportion
wert ist.
23
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
3
Gefrorene Luft wird erwärmt
a)
Recherchiere die Schmelz- und Siedetemperaturen der verschiedenen Luftbestandteile.
Stickstoff
Sauerstoff
Wasser
Argon
Schmelztemperatur
Siedetemperatur
b)
Bei der Firma „Grothe Industriegase“ wird in speziellen Apparaturen Luft auf –250 °C abgekühlt
und anschließend langsam auf über 100 °C erwärmt. Beschreibe in der Tabelle der Reihe nach, was
passieren wird.
Schritt
Temperatur
Vorgang
1
2
3
4
5
6
7
8
c)
Gib den Temperaturbereich an, in dem Luft (Stickstoff und Sauerstoff) flüssig vorliegt.
4
Luft nicht nur zum Atmen
Gib die Bedeutung/Verwendung der Luftbestandteile und ihren Volumenanteil an. Fülle die Tabelle aus.
Bestandteil der Luft
Volumenanteil
Stickstoff
21
Edelgase
0,038
Bedeutung/Verwendung
24
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
5
Wie viel Sauerstoff ist im Klassenraum?
a)
Berechne das Volumen der Luft im Klassenraum (Länge ∙ Breite ∙ Höhe)
V (Klassenraum)
=
b)
Berechne aus dem Volumen der Luft im Klassenraum das Volumen an Sauerstoff.
c)
Begründe, warum eine Kerze in reinem Sauerstoff viel heller brennt als in Luft.
6
Ein unlösbares Umweltproblem?
Lies den Zeitungsartikel. Recherchiere zum Thema „Treibhauseffekt“ und vervollständige die Mindmap.
Quellen
Treibhausgase
Treibhauseffekt
natürlicher
von Menschen beeinflusster
mögliche Folgen
Mauna Loa, Hawai. Der
Volumenanteil an Kohlenstoffdioxid (kurz: CO2) in der
Atmosphäre nähert sich erstmalig der Marke von 0,04 %.
Jahrtausendelang hatte er bei
0,028 % gelegen. Erst seit
den letzten 200 Jahren steigt
er immer weiter an. Kohlenstoffdioxid bewirkt den natürlichen Treibhauseffekt,
ohne den die mittlere Temperatur auf der Erde um etwa
33 °C geringer wäre. Durch
die Zunahme des Volumenanteils an CO2 verstärkt sich
aber der Treibhauseffekt.
Bei einem weiteren Anstieg
dürfte ein globaler Temperaturanstieg zu zahlreichen
Umweltproblemen führen.
25
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
7
Ein gelöstes Umweltproblem?
a)
Lies den Zeitungsartikel. Informiere dich, wie Schwefeldioxid auf
Pflanzen wirkt.
b)
Recherchiere, weshalb in Mitteleuropa die Konzentration an Schwefeldioxid seit etwa 25 Jahren
wieder sinkt.
Dessau. Der Volumenanteil an
Schwefeldioxid in der Luft in
Deutschland liegt neuerdings
wieder bei nur 0,000 0002 %.
Jahrhundertelang war er angestiegen und lag 1980 bei etwa
0,000 002 %, also 10-mal so
hoch wie heute. Dieser Volumenanteil führte damals zu teilweise
erheblichen Auswirkungen auf
Gesundheit und Umwelt.
Bau der Atome
Grundwissen
Im 19. Jahrhundert stellte man sich Atome als winzige, aber massive Kugeln vor. Anfang des 20. Jahrhunderts leitete Ernest Rutherford aus seinen Experimenten ein Modell ab, nach dem Atome größtenteils aus fast leerem Raum bestehen.
1
Das Kern-Hülle-Modell des Atoms
a)
Beschrifte die Abbildung.
b)
Ergänze den Lückentext.
Nach dem Kern-Hülle-Modell des Atoms besteht ein Atom aus dem
und der
Ladung sind die
geladenen
, Träger der negativen Ladung sind die
insgesamt elektrisch neutral, weil
. Träger der positiven
. Das Atom ist
.
Fast die gesamte Masse des Atoms liegt im
Atomhülle besteht fast nur aus
geladenen
. Die im Vergleich zum Atomkern riesige
.
26
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
Elemente, Symbole, Periodensystem und Atombau
Grundwissen
Ein chemisches Element besteht nur aus Atomen einer einzigen Atomart. Alle Atome eines Elements
haben die gleiche Anzahl von Protonen im Atomkern. Jedes Element wird durch ein eigenes Symbol
gekennzeichnet. Ein Symbol steht für das Element oder für ein Atom dieses Elements. Das Periodensystem der Elemente (PSE) ist ein Ordnungssystem für die chemischen Elemente, aus dem sich wichtige
Angaben zum Atombau ableiten lassen.
1
Angaben aus dem Periodensystem der Elemente
a)
Beschrifte die Abbildung.
b)
Ergänze die Tabelle.
Angabe im PSE
Erläuterung
Ordnungszahl
13
26,98
Perioden
Al
Aluminium
2
Gruppen
Periodensystem der Elemente und Atombau
Ergänze die Tabelle. Vervollständige die Modelle. Verwende dazu das Periodensystem der Elemente.
Name des Elements
Natrium
Aluminium
Symbol des Elements
Na
Ca
Mg
Ordnungszahl
11
20
12
I
II
Anzahl der Protonen
Anzahl der Elektronen
Nummer der Hauptgruppe
Nummer der Periode
Kern-Hülle-Modell
des Atoms
III
II
27
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
Moleküle und chemische Formeln
Grundwissen
Moleküle sind Teilchen, die aus zwei oder mehr fest miteinander verbundenen Atomen zusammengesetzt
sind. Für einen aus Molekülen aufgebauten Stoff kennzeichnet die chemische Formel den Stoff, ein
Molekül des Stoffes und dessen Zusammensetzung.
1
Auch Gase bestehen aus Teilchen
Ergänze den folgenden Text.
Die kleinsten Teilchen der Elemente heißen
zusammen; sie bilden einen
Die Luft ist ein
. Bei den Metallen lagern sich viele Atome
.
. Die Teilchen der Luft liegen als einzelne Atome vor, z. B. die der
, oder als
, wie z. B. die Teilchen des Sauerstoffs und des
Kohlenstoffdioxids.
2
Einige Luftbestandteile näher betrachtet
a)
Ergänze die Tabelle.
Name des Stoffes
Chemisches
Zeichen
Modell vom Bau
Aussagen zum Bau
O2
Ozon
O3
O3
CO2
Schwefeldioxid
H2
b)
Die Hauptbestandteile der Luft sind Stickstoff und Sauerstoff.
Zeichne insgesamt 25 Teilchen dieser Bestandteile in den Rahmen ein. Beachte dabei die Zusammensetzung der Luft.
28
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
3
Vergleich von Symbolen und Formeln
a)
Ergänze die folgenden Sätze.
Das Symbol für ein Sauerstoffatom lautet
b)
. Es ist abgeleitet von
Das Symbol für Sauerstoff hat zwei Bedeutungen. Nenne sie.
1.
2.
c)
Die Formel für ein Molekül Sauerstoff lautet
. Die kleine Zahl rechts unten am Symbol heißt
. Sie gibt an,
d)
Zeichne die Modelle und benenne sie.
4 N:
4 Atome Stickstoff
2 N2:
2 Moleküle Stickstoff aus je 2 Atomen
2 O:
2 Atome Sauerstoff
3 O2:
3 Moleküle Sauerstoff aus je 2 Atomen
Wasser – ein ganz besonderer Stoff
Grundwissen
Wasser ist für alle Lebewesen lebensnotwendig. Es dient in den Organismen
als Lösemittel, Transportmittel und Baustoff. Wasser ist ein gutes Lösemittel
für zahlreiche feste, flüssige und gasförmige Stoffe. Es ist eine chemische
Verbindung aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff mit der Formel
H2O. Wasser ist aus Molekülen aufgebaut.
1
H 2O
Molekülmodell und Formel
von Wasser
Wasser geht in der Natur nicht verloren
In der Natur gibt es einen Kreislauf des Wassers. Er ist für das Leben und viele natürliche Vorgänge auf
der Erde unverzichtbar.
a)
Setze in die Zeichnung die passenden Begriffe ein. Markiere den Weg des Wassers mit Pfeilen.
Fluss
Meer
See
29
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
b)
Beschreibe den Kreislauf des Wassers.
2
Aggregatzustände des Wassers
Bezeichne die Vorgänge und ergänze die Übersicht.
Vorgänge beim Erwärmen
Anordnung der
Wassermoleküle
Eis
Fest:
Vorgänge beim Abkühlen
Eis
erfolgt bei
erfolgt bei
°C.
Flüssig:
°C.
Wasser
Wasser
erfolgt bei
erfolgt bei
°C.
Gasförmig:
°C
Wasserdampf
Wasserdampf
3
Wasser als Lösemittel
1.
Untersuche in Reagenzgläsern die Löslichkeit von 1 ml Brennspiritus (F) und von 1 ml Petroleumbenzin
(F) in jeweils 5 ml Wasser.
Ergebnis:
2.
Untersuche in Reagenzgläsern die Löslichkeit von je 1 Spatelspitze Kochsalz, Blumendünger und Gips
in jeweils 5 ml Wasser.
Ergebnis:
3.
Gib Stoffe aus dem täglichen Leben an, die in Wasser
a)
gut löslich sind:
b)
schwer löslich sind:
30
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
4
Löslichkeit von Stoffen in Wasser
Masse Salz in g
Kaliumnitrat
90
Die grafische Darstellung zeigt die Löslichkeit von Salzen
in Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen.
80
Kaliumpermanganat
70
60
a)
Gib an, was man unter dem Begriff Löslichkeit versteht.
50
40
Kochsalz
30
20
10
0
0
b)
Ermittle aus der grafischen Darstellung die Massen an
gelöstem Salz und trage sie in die Tabelle ein.
20
40
60
80
100
Temperatur in ºC
Löslichkeit einiger Salze in 100 g Wasser
In 100 g Wasser lösen sich:
Temperatur
Kochsalz
Kaliumnitrat
Kaliumpermanganat
20 °C
50 °C
100 °C
> 160 g
c)
Formuliere den Zusammenhang, der zwischen der Temperatur und der Löslichkeit besteht.
5
Zerlegung und Bildung von Wasser
a)
Beim Anlegen einer elektrischen Gleichspannung kann Wasser in zwei Reaktionsprodukte zerlegt werden.
Gib an der Abbildung die Namen der Stoffe an.
+
Vervollständige die Wortgleichung.
Wasser →
b)
+
Wasserstoff verbrennt in Gegenwart von Sauerstoff. Wassertröpfchen sind entstanden.
Vervollständige die Wortgleichung.
+
c)
→ Wasser
Beschreibe den Zusammenhang, der zwischen den Wortgleichungen bei a und b besteht.
31
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
Wasserstoff – Energieträger der Zukunft?
Grundwissen
Wasserstoff ist ein farbloses, geruchloses, ungiftiges Gas mit der geringsten
Dichte aller Stoffe. Wasserstoff ist aus Molekülen aufgebaut und hat die
Formel H2. Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff wird sehr viel
Energie frei. In Zukunft könnte Wasserstoff ein sauberer und unerschöpflicher
Energieträger werden.
1
Vergleich von Wasserstoff und Wasser
a)
Fülle die Tabelle aus.
Stoff
Wasserstoff
H2
Molekülmodell und Formel
von Wasserstoff
Wasser
Art der Teilchen
Chemisches Zeichen
Farbe
Geruch
Aggregatzustand bei 20 °C
Siedetemperatur in °C
Schmelztemperatur in °C
b)
Notiere Unterschiede zwischen den Stoffen Wasserstoff und Wasser.
c)
Notiere Gemeinsamkeiten der Stoffe Wasserstoff und Wasser.
2
Vergleich von Kohle und Wasserstoff als Energieträger
a)
Im Vergleich zu Kohle hat Wasserstoff als Energieträger zwei entscheidende Vorteile.
Erläutere diese anhand der Zeichnungen.
Nutzenergie
Nutzenergie
Verbrennung
von Kohle
H2O
H2
CO2
O2
Verbrennung
von Wasserstoff
Gewinnung
von Wasserstoff
H2O
O2
Umgebung
Umgebung
H2O
Verbrennung von Kohle
Verbrennung von Wasserstoff
32
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
b)
Beim Umgang mit Wasserstoff gibt es aber auch große Probleme. Nenne mindestens zwei Nachteile
von Wasserstoff.
3
Brennstoffzellen als Alternative zu Verbrennungsmotoren?
Noch sind Brennstoffzellen teurer und technisch weniger ausgereift als Verbrennungsmotoren.
Nenne einige Vorteile von Brennstoffzellen, die sie dennoch schon jetzt aufweisen.
4
Energiegewinnung mit Wasserstoff
a)
Lies den Text und nimm Stellung zu der Aussage.
Bei der Verbrennung von Wasserstoff wird viel Energie frei. Genauso
viel Energie braucht man aber auch, um neuen Wasserstoff herzustellen.
Insgesamt lässt sich also mit Wasserstoff keine Energie gewinnen.
b)
Zeichne Energieschemata für die Bildung und Zerlegung von Wasser.
33
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
5
Konstruktion einer Apparatur zur Darstellung von Wasserstoff
Im Labor kann Wasserstoff durch Reaktion von Zink mit Salzsäure hergestellt werden. Mithilfe der abgebildeten Geräte soll eine Apparatur konstruiert werden. Der Wasserstoff soll pneumatisch aufgefangen
werden.
1.
Wähle geeignete Geräte aus.
2.
Zeichne die Apparatur. Ergänze Stopfen und Schlauchverbindungen.
3.
Benenne die verwendeten Geräte.
4.
Fülle den Lückentext zu den Eigenschaften von Wasserstoff aus.
Wasserstoff ist ein
der
,
Dichte. In Wasser ist er
und
Gas. Es ist der Stoff mit
löslich.
bilden in einem bestimmten Verhältnis das explosive
Reiner Wasserstoff verbrennt ruhig mit schwach
Flamme.
und
.
34
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
Reaktionsgleichungen
Grundwissen
Eine Reaktionsgleichung beschreibt eine chemische Reaktion mithilfe chemischer Zeichen. Sie kennzeichnet die an
einer chemischen Reaktion beteiligten Stoffe, die Teilchen
der Stoffe und das Zahlenverhältnis, in dem die Teilchen
reagieren. Chemische Zeichen in Reaktionsgleichungen
kennzeichnen also die jeweiligen Stoffe und die Teilchen
(Atome, Moleküle) oder Baueinheiten, aus denen der Stoff
aufgebaut ist. Faktoren vor chemischen Zeichen kennzeichnen die Anzahl der Teilchen oder Baueinheiten.
1
Reaktionsgleichungen erstellen
1.
Ermittle die Faktoren.
a)
Ba +
O2 →
BaO
b)
Al +
O2 →
Al2O3
c)
Fe +
S →
Fe2S3
2.
Ergänze die fehlenden chemischen Zeichen und Faktoren.
Achtung: Die vorhandenen chemischen Zeichen nicht verändern!
a)
+
Cl2 →
NaCl
b)
+
O2 →
Cu2O
c)
Zn +
→
ZnO
3.
Entwickle die Reaktionsgleichungen.
a)
Oxidation von Eisen zu Eisenoxid (Fe2O3)
Wortgleichung:
Reaktionsgleichung:
Kontrolle:
b)
Reaktion von Kupfer und Schwefel (S) zu Kupfersulfid (Cu2S)
Wortgleichung:
Reaktionsgleichung:
Kontrolle:
c)
Reaktion von Kalium mit Chlor (Cl2) zu Kaliumchlorid (KCl)
Wortgleichung:
Reaktionsgleichung:
Kontrolle:
Entwickeln von
Reaktionsgleichungen
1. Wortgleichung formulieren.
2. Chemische Zeichen einsetzen.
3. Faktoren ermitteln.
4. Kontrolle der Anzahl der Teilchen
eines jeden Elements vornehmen.
35
Zum Leben notwendig – Luft und Wasser
2
Aussagen von Reaktionsgleichungen
1.
Ergänze die Angaben im Lückentext.
Reaktionsgleichung: 2 Ba + O2 → 2 BaO
Stoffliche Aussage:
Teilchenmäßige Aussage: Jeweils
zu
2.
Atome
Baueinheiten
reagieren mit
Molekül
reagiert mit
Molekül
.
Schwefel verbrennt zu Schwefeldioxid.
Reaktionsgleichung:
Stoffliche Aussage:
Teilchenmäßige Aussage: Jeweils
zu
3.
Atom
Molekül
.
Bei einer Knallgasprobe entsteht Wasser.
Reaktionsgleichung:
Stoffliche Aussage:
Teilchenmäßige Aussage: Jeweils
zu
3
Moleküle
Molekülen
reagieren mit
Molekül
.
Richtig oder falsch?
Kreuze alle richtigen Aussagen an.
1.
2.
3.
Beim Sieden von Wasser
a)
werden aus den Wassermolekülen einzelne Atome Sauerstoff und Wasserstoff.
b)
bleiben die Wassermoleküle erhalten.
c)
verändert sich der Abstand der Moleküle untereinander.
Wasser ist
a)
ein chemisches Element.
b)
das Oxid des Wasserstoffs.
c)
das Oxid des Sauerstoffs.
Die Ordnungszahl der Elemente
a)
gibt die Anzahl der Atome in einer chemischen Verbindung an.
b)
entspricht der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Elektronen in einem Atom.
c)
kennzeichnet die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem.
36
Die Schätze der Erde
Metalle – Eigenschaften und typische Verwendungen
Grundwissen
Metalle bilden aufgrund ihrer gemeinsamen Eigenschaften eine Stoffgruppe. Sie leiten die Wärme
und den elektrischen Strom. Sie zeichnen sich durch ihren metallischen Glanz und ihre gute Verformbarkeit aus.
Metalle sind als Werkstoffe im Alltag und in der Technik überall zu finden. Die Einsatzmöglichkeiten
ergeben sich aufgrund der besonderen Eigenschaften dieser Stoffgruppe.
Legierungen sind homogene Stoffgemische aus verschiedenen Metallen. Sie unterscheiden sich
in ihren Eigenschaften von den reinen Metallen, aus denen sie hergesellt wurden.
1
Verwendung von Metallen
Ergänze die Tabelle durch folgende Begriffe:
Amalgam, Blei, Cobalt, CPU-Kühler, Eisen, elektrische Leitfähigkeit, elektrische Leitungen und Kontakte,
Fahrzeug- und Flugzeugbau, geringe Dichte, Glanz, Glühlampen, Gold, hohe Schmelztemperatur, Kompasse, Kupfer, Magnete, Nickel, niedrige Schmelztemperatur, Platin, Schmuck, Silber, Töpfe, Trafos,
Verpackungen, Zahnfüllungen, Zinn.
Eigenschaft
Einsatzmöglichkeiten
in Haushalt und Technik
Mögliche Metalle/
Legierungen
Kupfer, Silber
Schmuck
Wärmeleitfähigkeit
Wolfram
Lötmetall
Verformbarkeit
Aluminium
Magnetisierbarkeit
2
Legierungen – einfach unentbehrlich
Goldlegierungen spielen seit der Antike als Schmuck eine große Rolle. Heute sind sie auch als Werkstoffe
interessant.
a)
Nenne Eigenschaften, aufgrund derer reines Gold von Goldlegierungen unterschieden werden kann?
37
Die Schätze der Erde
b)
Zeichne eine mögliche Modelldarstellung der Atomanordnung in 333er-Rotgold, einer Legierung aus
66,7 % Kupfer (Atomradius: 128 pm) und 33,3 % Gold (Atomradius: 144 pm).
c)
Fülle die Tabelle aus.
Einsatz
Legierung
Neusilber
Metalle, aus denen
die Legierung besteht
38
Die Schätze der Erde
Oxidation – Reduktion – Redoxreaktionen
Grundwissen
Eine Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert. Eine Reduktion
ist eine chemische Reaktion, bei der einem Stoff Sauerstoff entzogen wird. Sie ist die Umkehrung der
Oxidation. Redoxreaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Reduktion und Oxidation gleichzeitig ablaufen.
1
Oxidation und Reduktion gleichzeitig
1.
Vervollständige die unvollständigen Reaktionsgleichungen. Kennzeichne bei allen Reaktionsgleichungen
Oxidation und Reduktion. Unterstreiche die Oxidationsmittel rot und die Reduktionsmittel blau.
a)
3 CuO
+
2 Al
→
CuO
+
Zn
→
Mg
+
H2O
→
3 Cu
+
Al2O3
b)
+
c)
+
2.
a)
Beschreibe die Vorgänge in der dargestellten Apparatur.
Wasserstoff
Eisenoxid (Fe2O3)
entwässertes
Kupfersulfat
b)
Entwickle die Reaktionsgleichung. Kennzeichne Oxidation und Reduktion.
Unterstreiche Oxidationsmittel rot und Reduktionsmittel blau.
+
→
+
39
Die Schätze der Erde
Abschätzen von Redoxreaktionen
Grundwissen
Unedle Metalle wie Magnesium und Eisen, aber auch Nichtmetalle wie Kohlenstoff und Wasserstoff
haben eine große Affinität, mit Sauerstoff zu reagieren. Edle Metalle wie Gold, Silber und Kupfer haben
nur eine geringe Affinität zu Sauerstoff. In der Redoxreihe der Metalle sind die Metalle nach ihrer
Stärke als Reduktionsmittel angeordnet.
1
Die Redoxreihe der Metalle
1.
Ordne die folgenden Metalle nach zunehmender Reaktivität gegenüber Sauerstoff in eine Reihe:
Zink, Silber, Magnesium, Eisen, Kupfer.
Reaktivität gegenüber Sauerstoff nimmt zu.
2.
Im folgenden Schema stehen die Metalle ihren Metalloxiden gegenüber.
a)
Verbinde diejenigen Stoffe miteinander, bei denen eine Reaktion zwischen Metall und Metalloxid
zu erwarten ist.
Notiere über den Stoffen die Anzahl der jeweils zu erwartenden Reaktionen für jedes der genannten
Metalle und Metalloxide.
b)
Anzahl der zu erwartenden Reaktionen
Eisen
Zink
Silber
Kupfer
Magnesium
Eisenoxid
Zinkoxid
Silberoxid
Kupferoxid
Magnesiumoxid
Anzahl der zu erwartenden Reaktionen
Reaktion findet statt.
3.
Ordne nun die Metalle nach ihrem Reduktionsvermögen und die Metalloxide nach ihrem Oxidationsvermögen. Für die Metalle ergibt sich die Redoxreihe der Metalle.
Reduktionsvermögen der Metalle nimmt zu.
Oxidationsvermögen der Metalloxide nimmt ab.
40
Die Schätze der Erde
2
Voraussagen von Redoxreaktionen
Kreuze an, welche Reaktionen möglich sind.
a)
Zinkoxid + Eisen → Zink + Eisenoxid
b)
Eisenoxid + Magnesium → Eisen + Magnesiumoxid
c)
Silber + Kupferoxid → Silberoxid + Kupfer
d)
Kupferoxid + Zink → Kupfer + Zinkoxid
e)
Magnesiumoxid + Silber → Silberoxid + Magnesium
Redoxreaktionen in der Technik
Grundwissen
Jährlich werden weltweit mehrere Milliarden Tonnen Metalle benötigt. Die meisten Metalle kommen
in der Natur aber nur in Verbindungen vor. Mithilfe von Redoxreaktionen lassen sich die Metalle aus
ihren Verbindungen gewinnen. Die Technik der Metallgewinnung aus Erzen ist schon Jahrtausende alt.
1
Eisengewinnung in der Eisenzeit
a)
In Mitteleuropa begann die Eisenzeit etwa im 8. Jahrhundert v. Chr. Um Eisen gewinnen zu können,
mussten neue Techniken der Verhüttung entwickelt werden. In Rennöfen konnten Temperaturen von bis
zu 1550 °C erreicht werden. Diese Temperaturen reichten aus, um Schlacke zu gewinnen, die erneut
mehrfach erhitzt werden musste, um daraus Eisen zu erhalten. Beschreibe anhand der Zeichnung die
Funktionsweise eines Rennofens.
Rauch
Bruchstein
Lehm
Berghang
Eisenerz
Schlacke
Wind
Holzkohle
Schlacke
b)
Formuliere die Reaktionsgleichung, um aus Eisenerz (z. B. Hämatit, Fe2O3) Eisen zu erhalten.
2
Eine Redoxreaktion, die zündet
a)
Betrachte die Abbildung und gib Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte an.
Ausgangsstoffe:
nach der Reaktion
vor der Reaktion
Zünder
Gemisch aus
Aluminium
kompaktes
und
Metall
Eisenoxid
(magnetisch)
und
Reaktionsprodukte:
Sand
und
Schlacke
(Aluminiumoxid)
41
Die Schätze der Erde
b)
Entwickle die Reaktionsgleichung. Gib an, ob die Reaktion exotherm oder endotherm verläuft.
c)
Begründe, dass eine Redoxreaktion abläuft.
d)
Gib an, zu welchem Zweck diese Redoxreaktion in der Technik verwendet wird.
3
Gewinnung von Roheisen im Hochofen
a)
Nenne die Stoffe, mit denen der Hochofen in regelmäßigen Abständen beschickt wird.
b)
Ordne den Zonen im Hochofen die angegebenen Vorgänge zu. Ergänze die Reaktionsgleichungen.
Beschickung
Gichtgas wird abgeleitet.
4
Koks (Kohlenstoff) verbrennt mit dem
Sauerstoff der Luft zu Kohlenstoffdioxid.
Reaktionsgleichung:
500 °C
3
Reduktion der Eisenoxide durch
Kohlenstoffmonooxid zu Eisen
Reaktionsgleichungen (z. B.):
850 °C
2
1000 °C
1300 °C
Reduktion von Kohlenstoffdioxid durch
Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonooxid
Reaktionsgleichung:
1
1700 °C
Wind
Schlacke
Roheisen
42
Die Schätze der Erde
4
Recycling von Eisenschrott
Die Abbildung zeigt schematisch einen Stoffkreislauf aus Nutzung, Verwertung und Herstellung von Stahl.
a)
Beschreibe den Kreislauf.
1
6
2
5
3
4
Roheisen
b)
Zusatzstoffe
Nenne stichwortartig die wichtigsten Vorteile des Metallrecyclings.
Kochsalz – vor Jahrmillionen entstanden, heute heiß begehrt
Grundwissen
Salzlagerstätten entstanden vor Millionen von Jahren durch Aufwölbungen des Meeresbodens. Salz wird
vor allem aus unterirdischen Lagerstätten oder in Salzgärten aus dem Meerwasser gewonnen.
1
Entstehung von Salzlagerstätten
Beschreibe anhand der Zeichnungen, wie vor 200 bis 300 Millionen Jahren die enormen Steinsalzlagerstätten entstanden, die sich heute in mehreren Gebieten Deutschlands finden.
Ozean
Meeresbucht
Ozean
Ozean
43
Die Schätze der Erde
2
Gewinnung von Siedesalz
In den Abbildungen sind Verfahren zur Gewinnung von Kochsalz dargestellt. Erläutere die Gewinnung.
a)
b)
In der Salzsiederei
In den Salzgärten
Sole
Wasser
Salz
Wasser
Meer
Salz
Ionen und Ionensubstanzen
Grundwissen
Natriumchlorid ist aus regelmäßigen würfelförmigen Kristallen aufgebaut. Seine Festigkeit und kristalline Beschaffenheit sind auf den Bau aus Ionen zurückzuführen. Ionen sind elektrisch positiv oder negativ
geladene Teilchen in der Größenordnung von Atomen. Stoffe, die wie Natriumchlorid, Calciumfluorid
oder Kaliumchlorid aus Ionen aufgebaut sind, gehören zu den Ionensubstanzen. Sie sind kristallin, spröde
und haben meist eine hohe Schmelztemperatur. Viele Ionensubstanzen sind sehr gut in Wasser löslich.
1
Ein Blick ins Kristallgitter
Beschreibe das nebenstehende Gittermodell eines
Natriumchloridkristalls. Gib dabei auch die Art der
Teilchen an, aus denen Natriumchlorid aufgebaut ist,
sowie die Art der chemischen Bindung. Erkläre,
warum Natriumchloridkristalle würfelförmig sind.
44
Die Schätze der Erde
2
Atome und Ionen, Formeln von Salzen
a)
Fülle die Lücken in der Tabelle aus.
Name des
Teilchens
Elektrische
Ladung
Chemisches
Zeichen
Chloratom
Anzahl der
Protonen
im Atomkern
Anzahl der
Elektronen in
der Atomhülle
17
Cl–
Sauerstoffatom
8
–2
10
Natriumatom
11
Na+
Aluminiumatom
13
Aluminium-Ion
13
10
Ca
+2
b)
3
Ca2+
18
Erstelle mithilfe der Tabelle die Formeln für die folgenden Ionensubstanzen. Achte darauf, dass der Stoff
nach außen elektrisch neutral ist.
Calciumchlorid:
Aluminiumoxid:
Aluminiumbromid:
Natriumbromid:
Calciumoxid:
Calciumbromid:
Lösen eines Salzes
Die Abbildung zeigt modellhaft das Lösen von Kochsalz in Wasser.
a)
Beschrifte die Abbildung.
b)
Beschreibe den Vorgang des Lösens eines Salzes.
c)
Begründe, warum Salzlösungen den elektrischen Strom leiten.
Ordnung in der Vielfalt der Elemente
45
Schalenmodell der Atomhülle
Grundwissen
Das Schalenmodell der Atomhülle besagt, dass die Atomhülle in Elektronenschalen gegliedert ist.
In einer Elektronenschale halten sich Elektronen mit etwa gleicher Energie in gleichem Abstand zum
Atomkern auf. Eine Elektronenanordnung mit acht Außenelektronen ist besonders stabil. Sie wird als
Elektronenoktett bezeichnet. Diese Elektronenanordnung wird von den Atomen der Edelgase (Ausnahme: Helium mit zwei Elektronen) erreicht. Sie wird auch als Edelgaskonfiguration bezeichnet.
1
Die Ionisierungsenergie – ein Schlüssel zum Schalenmodell
Ionisierungsenergie
für die 13 Elektronen
des Aluminiumatoms
Aus den Ionisierungsenergien der Elektronen eines
Atoms können Rückschlüsse auf die Besetzung
der Elektronenschalen gezogen werden. Zeichne
in die Abbildung unten die Elektronenschalen
des Aluminiumatoms mit ihren Elektronen ein.
Bezeichne die Elektronenschalen mit Buchstaben.
zuerst entferntes Elektron
zuletzt entferntes Elektron
Ionisierungsenergie
MJ
mol
13+
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13
Nummer des Elektrons
2
Schalenmodell des
Aluminiumatoms
Schalenmodelle einiger Atome
Die Abbildung zeigt unvollständige Schalenmodelle der Atome einiger Elemente. Ergänze die Elektronen.
3
3+
4+
5+
6+
7+
8+
9+
10+
Lithium
Beryllium
Bor
Kohlenstoff
Stickstoff
Sauerstoff
Fluor
Neon
Wie ist die Atomhülle der Atome aufgebaut?
Ergänze die Tabelle.
Element
Symbol
Ordnungszahl
Elektronenanzahl
Anzahl der
Elektronen in der
Elektronenschale
1.
Wasserstoff
1
Kohlenstoff
6
Stickstoff
7
Sauerstoff
8
Neon
10
Magnesium
12
Chlor
Kalium
17
19
2.
3.
4.
Anzahl
Außenelektronen
Elektronenschreibweise
46
Ordnung in der Vielfalt der Elemente
Periodensystem der Elemente
Grundwissen
Das Periodensystem der Elemente ist ein Ordnungssystem, in dem die Elemente auf der Grundlage
ihres Atombaus geordnet sind. Dabei entspricht die Ordnungszahl der Anzahl der Protonen bzw. der
Anzahl der Elektronen. Die Nummer der Periode entspricht der Anzahl der Elektronenschalen des Atoms.
Die Nummer der Hauptgruppe entspricht der Anzahl der Außenelektronen.
Die Anordnung aller chemischen Elemente im Periodensystem lässt eine periodische Wiederkehr von
Elementen mit ähnlichem Atombau und daher ähnlichen Eigenschaften erkennen. Mithilfe des Atombaus
lässt sich auch die Bildung von Ionen aus Atomen erklären.
1
Periodensystem der Elemente und Atombau
Leite Aussagen aus dem Periodensystem der Elemente ab. Ergänze die Tabelle.
Name des Elements
Brom
Symbol des Elements
35
Ordnungszahl
19
Anzahl der Protonen
Anzahl der Elektronen
Nummer der Periode
Anzahl der
Elektronenschalen
Anzahl der Elektronen
in den besetzten
Elektronenschalen
1. 2. 3. 4.
Nummer der
Hauptgruppe
VII
Anzahl der Außenelektronen
7
1. 2. 3.
1.
1. 2. 3. 4.
2 8 4
1.
2 8 18
V
Formel in Elektronenschreibweise
2
Vergleich der Elemente der II. Hauptgruppe
a)
Fülle die Tabelle aus. Benutze das Periodensystem der Elemente.
Name des
Elements
Ordnungszahl
Anzahl der
Protonen
Anzahl der
Elektronen
Anzahl
der Außenelektronen
Beryllium
Magnesium
Calcium
Strontium
b)
Gib an, was bei allen genannten Elementen übereinstimmt.
c)
Gib an, welche Unterschiede zwischen den genannten Elementen bestehen.
Periode
Anzahl der
Elektronenschalen
47
Ordnung in der Vielfalt der Elemente
3
Metalle und Nichtmetalle im Periodensystem
1.
Ordne die Symbole für die folgenden chemischen Elemente in das Periodensystem an den richtigen
Stellen ein. Benutze dazu ein Periodensystem:
Beryllium, Fluor, Kalium, Kohlenstoff, Lithium, Magnesium, Natrium, Phosphor, Sauerstoff sowie
die Elemente mit den Ordnungszahlen 7, 13, 16, 17 und 20.
Nummer der
Hauptgruppe
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
2. Periode
3. Periode
4. Periode
2.
Kennzeichne in dem Schema die Metalle rot und die Nichtmetalle grün.
3.
Markiere die Grenze zwischen den Metallen und den Nichtmetallen durch eine Linie.
Formuliere eine allgemeine Aussage über die Anordnung von Metallen und Nichtmetallen im Periodensystem der Elemente.
4
Periodisch wiederkehrende Eigenschaften
Gib die Tendenzen im Periodensystem an. Verwende dazu die angedeuteten Pfeile und male die jeweils
zutreffenden rot aus.
Metallischer Charakter
Neigung, Elektronen abzugeben
Nichtmetallischer Charakter
Neigung, Elektronen aufzunehmen
Atomradien
Elektronegativität
48
Ordnung in der Vielfalt der Elemente
5
Atom oder Ion
Die Abbildung zeigt Schalenmodelle von Atomen und Ionen.
Notiere die Namen und chemischen Zeichen der Teilchen.
9+
17+
11+
4+
8+
Chemische Bindungen im Vergleich
Grundwissen
Atome können durch Ionenbindung, Atombindung oder Metallbindung zu größeren Einheiten
verknüpft sein. In Molekülen aus unterschiedlichen Atomen liegt eine polare Atombindung vor.
Mit den unterschiedlichen Bindungstypen lassen sich viele Stoffeigenschaften erklären.
1
Zwei Bindungstypen im Vergleich
Feste Stoffe verhalten sich beim Einwirken verformender Kräfte unterschiedlich.
a)
Benenne die Bindungstypen. Gib jeweils ein Beispiel an.
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
+
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
+
–
+
–
+
–
+
–
+
– +
–
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
+
+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
Druck
–
–
+
+
–
– +
–
– +
+ –
– +
+ –
– +
+
–
+
–
+
+
+
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
– +
+ –
+
–
+
+ –
– +
–
– +
–
+
+
–
+
–
+
+ –
– +
+ –
– +
2+
2+
2+
2+
2+
2+
+
b)
Beschreibe, wie sich die Stoffe beim Einwirken verformender Kräfte verhalten. Vergleiche die
Bindungstypen und erläutere das unterschiedliche Verhalten.
49
Ordnung in der Vielfalt der Elemente
2
Ionenbindung und Atombindung im Vergleich
a)
Kochsalz besteht aus Ionen, Haushaltszucker dagegen aus recht großen ungeladenen Molekülen der Formel
C12H22O11. Erkläre, warum Kochsalz erst bei 800 °C schmilzt, Haushaltszucker dagegen schon bei 160 °C.
b)
Eine wässrige Kochsalzlösung leitet den elektrischen Strom, eine Lösung von Zucker dagegen nicht.
Begründe diesen Unterschied.
3
Atombindung in Halogenmolekülen
a)
In Halogenmolekülen sind jeweils zwei Halogenatome miteinander verbunden. Ergänze die Übersicht.
Halogenmolekül
Fluormolekül
Chlormolekül
Brommolekül
Iodmolekül
Molekülmodell
Formel
Formel in Elektronenschreibweise
b)
Begründe die Anzahl der bindenden Elektronenpaare in den Halogenmolekülen.
4
Atombindung in Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff
Die Gase Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen ebenfalls aus zweiatomigen Molekülen.
Gib die Formeln für die Moleküle dieser Stoffe in Elektronenschreibweise an. Beachte dabei, dass in
den Molekülen auch mehr als ein bindendes Elektronenpaar vorliegen kann.
Moleküle
Molekülmodell
Formel in Elektronenschreibweise
Anzahl der bindenden Elektronenpaare
Wasserstoffmolekül
Sauerstoffmolekül
Stickstoffmolekül
50
Ordnung in der Vielfalt der Elemente
5
Polare Atombindung
Die stärkere Anziehungskraft von Atomen auf bindende Elektronenpaare führt bei einigen Molekülen
zur Polarisierung der Ladung im Molekül.
a)
Gib an, wie solche Moleküle bezeichnet werden.
b)
Zeichne das Modell eines Wassermoleküls in der Elektronenschreibweise. Kennzeichne die Verschiebung
der Ladungen durch Pfeile.
6
Stoffe – unterschiedliche Strukturen, unterschiedliche Eigenschaften
Ergänze die Übersicht.
Stoffklasse
Metalle
Ionensubstanzen
Beispiel für einen
Stoff
Magnesium
Sauerstoff
Chemisches Zeichen
2+
Teilchenmodell
von der Struktur
der Stoffe
2+
2+
2+
2+
Art der Teilchen
Chemische Bindung
Eigenschaften der
Stoffe
– Schmelz- und
Siedetemperatur
– Elektrische
Leitfähigkeit
– Festigkeit
– Verformbarkeit
2+
2+
2+
2+
2+
2+
Molekülsubstanzen
2+
Cl¯
Na+
Cl¯
Na+
Cl¯
Na+
Quantitative Betrachtungen
51
Gesetz der konstanten Massenverhältnisse
Grundwissen
Das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse besagt: In jeder chemischen Verbindung liegen die
Elemente in einem bestimmten konstanten Massenverhältnis vor.
1
Massenverhältnis in einer chemischen Verbindung
Bei Experimenten wurden folgende Massenverhältnisse der Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff
in Stoffproben von Kohlenstoffmonooxid ermittelt:
a)
Masse Kohlenstoff in g
Masse Sauerstoff in g
1,2
1,6
1,8
2,4
2,4
3,2
3,6
4,8
4,8
6,4
5,2
7,0
6,7
9,0
Stelle die Werte grafisch in einem Koordinatensystem dar. Lege mit einem Lineal eine Gerade durch die
Wertepaare. Zeichne ein Steigungsdreieck, mit dem du das kleinste ganzzahlige Massenverhältnis feststellen kannst, in dem Kohlenstoff und Sauerstoff im Kohlenstoffmonooxid vorliegen.
Im Kohlenstoffmonooxid liegen Kohlenstoff und Sauerstoff im Massenverhältnis
b)
vor.
Lies aus der Grafik die Masse des Elements Sauerstoff ab, die vorliegt, wenn in einer Stoffprobe
Kohlenstoffmonooxid 4 g Kohlenstoff enthalten sind.
52
Quantitative Betrachtungen
Teilchenanzahl, Stoffmenge und molare Masse
Grundwissen
Stoffportionen bestehen aus einer unvorstellbar großen Anzahl Teilchen. Um mit Teilchenanzahlen sinnvoll arbeiten zu können, wurde die Stoffmenge n eingeführt. Ihre Einheit ist das Mol, das Zeichen für die
Einheit mol. Die Avogadro-Konstante NA gibt an, wie viel Teilchen (Teilchenanzahl N) in einem Mol
eines Stoffes enthalten sind. Es sind etwa 6 ∙ 1023 Teilchen.
Die molare Masse M eines Stoffes ist der Quotient aus der Masse m einer Stoffportion und ihrer Stoffmenge n. Ihre Einheit ist g/mol.
N = NA ∙ n
NA = 6 ∙ 1023 mol–1
1
M(Stoff) =
m(Stoffportion)
n(Stoffportion)
Wie viel eines Stoffes?
Trage die fehlenden Angaben zu Masse und Stoffmenge in die Tabelle ein. Ergänze in der Tabelle für die
angegebenen Stoffe die molaren Massen (siehe Tabellenwerk). Wähle zusätzlich zwei Beispiele selbst.
Stoff
Aluminium
Zink
Masse m der
Stoffportion
Natriumchlorid,
NaCl
2
Teilchenanzahl N
der Stoffportion
81,0 g
6,5 g
Eisenoxid, Fe2O3
Magnesiumoxid
Stoffmenge n
der Stoffportion
1 mol
4,0 g
2 mol
Zusammenhang Masse und Stoffmenge
Für Stoffportionen gilt: Die Masse m ist proportional der Stoffmenge n.
Stelle den Zusammenhang für den Stoff Magnesium grafisch dar.
Molare Masse M
des Stoffes
53
Quantitative Betrachtungen
Massenberechnungen bei chemischen Reaktionen
Grundwissen
Aus Reaktionsgleichungen lassen sich quantitative Aussagen über die kleinstmögliche Anzahl der reagierenden Teilchen, über die Stoffmengen aller Stoffe sowie über das Stoffmengenverhältnis der Stoffe untereinander ableiten.
1
a)
Aus der Reaktionsgleichung abgeleitet
Berechne die Masse an Eisen, die zur
Herstellung von 88 g Eisen(II)-oxid (FeO)
umgesetzt wird.
b)
50 g Natrium sollen vollständig verbrannt
werden. Berechne die erforderliche Masse
an Sauerstoff.
▼
1.
▼
Analysieren der Aufgabenstellung:
Gesucht:
Gesucht:
Gegeben: m(FeO) =
Gegeben:
M(Fe) =
M(FeO) =
2.
Reaktionsgleichung:
3.
Stoffmengen der reagierenden Stoffe:
4.
Massenverhältnis der gesuchten zur gegebenen Größe unter Nutzung von m = n · M:
5.
Umformen der Gleichung nach der gesuchten Größe:
6.
Einsetzen der bekannten Größen und Ergebnis ausrechnen:
7.
Antwortsatz:
54
Wahlthemen
Edelgase
Grundwissen
Die Elemente der VIII. Hauptgruppe bilden die Elementgruppe der Edelgase. Zu ihnen gehören Helium,
Neon, Argon, Krypton, Xenon und das radioaktive Radon.
1
Fragen rund um Edelgase
a)
Warum werden die Edelgase als edel bezeichnet?
b)
Worauf sind die niedrigen Siedetemperaturen der Edelgase zurückzuführen?
c)
Erkläre die Reaktionsträgheit der Edelgase.
d)
Erläutere, warum Edelgase von allen Elementen erst so spät entdeckt wurden.
Schwefel – gelb und wandelbar
Grundwissen
Schwefel ist ein meist gelber, wasserunlöslicher Feststoff und gehört zu den Nichtmetallen. An der Luft
verbrennt er mit charakteristischer blauer Flamme zu dem giftigen Gas Schwefeldioxid, das in Deutschland lange Zeit für die starke Luftverschmutzung verantwortlich war.
1
Auf die Verknüpfung kommt es an
Die beiden Fotos zeigen Stoffproben des Schwefels. Begründe das unterschiedliche Aussehen.
55
Wahlthemen
3
Chemische Reaktion – Veränderung von Teilchen
Reaktionsgleichungen kennzeichnen auch Veränderungen von Teilchen.
Entwickle die Reaktionsgleichung für die Bildung von Schwefeldioxid. Gib die Art der Teilchen an.
Skizziere, wie du dir die Anordnung der Teilchen vorstellst.
Reaktionsgleichung:
+
→
Art der Teilchen:
Anordnung der
Teilchen im Modell:
Kohlenstoff – von weich bis megahart
Grundwissen
Auch von dem Nichtmetall Kohlenstoff gibt es mehrere Modifikationen. Die wichtigsten sind Graphit
und Diamant.
1
Kohlenstoff – Bau und Eigenschaften
Ergänze die Tabelle.
Modifikation des Kohlenstoffs
Teilchen, aus denen die
Modifikation besteht
Anordnung der Teilchen
im Modell
Unterschiede im Bau der
beiden Modifikationen
Unterschiedliche Eigenschaften der beiden
Modifikationen
56
Wahlthemen
Silicium – vom Sand zum Computerchip
Grundwissen
Silicium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste. Es kommt in der Natur nur in Verbindungen vor.
Silicium ist ein Halbmetall, es steht also mit seinen Eigenschaften zwischen den Metallen und den
Nichtmetallen.
1
Stoffeigenschaften von Silicium
a)
Nenne Stoffeigenschaften von Silicium. Ordne nach metallischen und nichtmetallischen Eigenschaften.
Nichtmetallische Eigenschaften:
Metallische Eigenschaften:
b)
Begründe die große Härte von Silicium mit seinem Bau.
2
Mangel an Silicium?
Silicium ist das häufigste Element in der Erdkruste. Dennoch war dieses Halbmetall in den letzten Jahren
so knapp und teuer, dass z. B. die Solarindustrie, die Silicium benötigt, in ihrem Wachstum gebremst
wurde. Erkläre diesen Widerspruch.
3
Nur mit ein paar Fremdatomen verunreinigt?
In der Halbleiterindustrie werden hochreine Einkristalle von Silicium benötigt, bei denen auf
10 Milliarden Siliciumatome nur ein einziges Fremdatom kommt. Überschlage, wie viele Fremdatome
es in einem Einkristall von 28 kg gibt. Gib in deiner Antwort auch die Reinheit eines solchen Kristalls
in Prozent an.
Siliciumeinkristall
Wahlthemen
57