Chemie kann man üben!
Arbeitsmaterial:
Geschichte des PSE (Broschüre der GdCh)
Die Suche nach den Bausteinen unserer Welt
In Darmstadt (Deutschland) wurde und wird auch heute noch nach den Bausteinen des Universums gesucht. Hier entdeckte man Elemente durch ein fantastisches Experiment in einem Teilchenbeschleuniger.
Welche Informationen man im PSE findet und wozu man diese nutzt erfahrt ihr hier …
Einen sehr schön gestalteten Kurs „PSE“ findet man auch bei Studiflix.de. LiNK
Material
Variante 1:
Bildquelle: www.home.hans-sachs-grundschule.de
Variante 2:
Arbeitsblatt von klassewasser.de
Jeder Tropfen Wasser wird heutzutage bis zu 40 mal benutzt, bevor er durch den Wasserkreislauf an einen unzugänglichen Ort gelangt wo er die nächsten 100.000 Jahre nicht verfügbar ist. Wir versetzen unser Wasser fortwährend mit den verschiedensten Chemikalien. Wir süßen unseren Tee, salzen die Suppe, färben Textilien, spülen Geschirr ab…
Klärwerk bei Erfurt – Video mit Erklärung
Die Reinigung unseres Wassers haben die Kläranlagen übernommen. Davon gibt es ca. 10.000 in Deutschland. Das Wasserrohrnetz unseres Landes schafft locker die Strecke Erde – Mond.
Wer mehr wissen will…
Der Rechen
Der Sandfang
Material: Arbeitsblatt Schwefel
Element Nummer 16 wird „Sulfur“ – abgeleitet von „langsam brennen“ – genannt und ist dem Menschen schon seit dem Altertum bekannt. Schwefel wird schon 5000 v. Chr. erwähnt, da es als Arzneimittel (Augen), zum Bleichen von Textilien und zur Desinfektion genutzt wurde. Man findet Schwefel noch heute an der Erdoberfläche an den Austrittsöffnungen von Vulkanen und in ehemaligen vulkanischen Gebieten. Über besonders große Vorkommen verfügen Russland, Polen, Sizilien, USA, Kanada, u.a.
Zur Gewinnung aus dem Erdinneren wurde bis in das Jahr 2000 das Frasch Verfahren genutzt, bei dem mit einem doppelwandigen Rohr 155°C heißes Wasser in die Erde gepumpt wurde und der dadurch gelöste Schwefel (Schmelztemperatur 119,6°C) im Inneren des Rohres nach oben gesaugt werden konnte. Heute wird Schwefel als Nebenprodukt aus Erdgas/Erdöl im Claus Prozess gewonnen und fällt dort so reichlich an, dass eine unterirdische Produktion unrentabel ist.
Was macht den Schwefel zum typischen Nichtmetall?
Schwefel ist spröde und leitet keinen Strom. Außerdem fehlt dem Element der typisch metallische Glanz.
Was weiß der Chemiker über Schwefel und wozu wird Schwefel eigentlich benötigt?
Verbrennt man den Schwefel , so entsteht ein Gas mit dem typisch stechenden Geruch, Schwefeldioxid.
Dieses Gas löst sich gut in Wasser. Dabei kommt es zu einer chemischen Reaktion.
\( SO_2 + H_2O \longrightarrow H_2SO_3 \)
Brennender Schwefel an einem Vulkan in Indonesien
Arbeitsblatt zum Wasserstoff
Arbeitsblatt Wasserstoff Herstellung
Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?
Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish im Jahre 1766, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Als er die beiden Substanzen zusammenbrachte, entstanden im Gemisch kleine Gasbläschen.
Das Element (die Atomart) Wasserstoff (Symbol: H) bildet als Elementsubstanz ein geruchloses, farbloses und brennbares Gas, welches aus Molekülen mit der Formel H2 aufgebaut ist.
Wasserstoff hat eine Dichte von 0,084 g/l und ist damit das „leichteste“ Element. Bei -253°C wird es flüssig und erstarrt bei -259°C zum Feststoff. In Gemischen mit Luft oder Sauerstoff reagiert Wasserstoff explosionsartig. Dieses Gemisch nennt der Chemiker Knallgas . Bei höheren Temperaturen reagiert es mit vielen Metallen und Nichtmetallen heftig, wobei die entsprechenden Hydride gebildet werden. In Magnesiumhydrid \( (MgH_2) \) lösen sich 800 Liter Wasserstoff pro kg Hydrid. Damit wird es für die Nutzung als Energiespeicher interessant, da diese Energiedichte größer als die der gegenwärtigen Batterien ist. In Wasser ist Wasserstoff nur sehr wenig löslich. Eine besondere Eigenschaft von Wasserstoff ist, in Metalle einzudringen (diffundieren) und mit ihnen „nicht stöchiometrische Metallhydride“ zu bilden.
Cavendishs Apparatur zur Darstellung von Gasen findet in weiterentwickelter Form noch heute statt.
Das pneumatische Auffangen von wenig wasserlöslichen Gasen ist ein Standardverfahren im Labor.
Die industrielle Produktion von Wasserstoff erfolgt zum großen Teil aus Erdöl, Erdgas und Biomasse. Dort wird im Dampfreforming -Verfahren der Wasserstoff gewonnen. Die Weltproduktion von Wasserstoff liegt bei ca. 350 Milliarden Tonnen pro Jahr. Wasserstoff wird für technische Hydrierungen und die verschiedensten chemischen Synthesen eingesetzt. Sein Einsatz zur Herstellung von Ammoniak hat die Hochdruckchemieindustrie begründet. Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese wird seit 1913 betrieben.
Auch in der Metallurgie kommt der Wasserstoff zum Einsatz. Zur Gewinnung von Metallen wie Wolfram und Chrom, werden die Erze mit Wasserstoff zu den Metallen reduziert.
36km weit flog der erste bemannte mit Wasserstoff gefüllte Ballon der Welt. Charles und Nicolas Robert flogen damit am 1. Dezember 1783, also 17 Jahre nach der Entdeckung des Elements.
Bis 1937 wurde der Wasserstoff in immer größeren Projekten wie Ballons und später auch in Luftschiffen als Füllgas eingesetzt. Dabei kam es aber immer wieder zu Katastrophen, die Menschenleben kosteten. Diese gipfelten im Absturz des mit 200.000m³ Wasserstoff gefüllten Zeppelins „Hindenburg“.
Der Einsatz von Wasserstoff ist bis heute immer mit einem Risiko belastet …
Eine Liste von Unglücken mit Luftschiffen gibt es hier!
Wasserstoff ist heute wieder im Gespräch nachdem dieser Stoff lange als zu gefährlich und unkontrollierbar galt. Nun tankt man Wasserstoff wieder in Busse, PKW und einige andere Fahrzeuge. Für Füllungen von Wetterbalonen und unbemannten Luftschiffen ist er immer noch eine preisgünstige Variante.
Wasserstoff ist natürlich im Chemieunterricht hergestellt eine spektakuläre Substanz, die mit der Knallgasprobe nachgewiesen werden kann. Die Bildung von explosiven Gemischen aus Sauerstoff der Luft und Wasserstoff wird hier genutzt.
Mehr?
Worin oder besser worauf könnte eine Kugel mit einer Dichte von 7,8 g/cm³ schwimmen?
Gibt es eine Flüssigkeit mit höher Dichte? Wasser hat eine Dichte von 1g/cm³. Alles, was dichter als Wasser ist, sinkt, Stoffe mit geringerer Dichte schwimmen und Stoffe mit vergleichbarer Dichte würden im Wasser schweben.
Die Flüssigkeit ist Quecksilber!
Die Kanonenkugel schwimmt auf einer Flüssigkeit, die eine Dichte von 13,5 g/cm³ hat.
Beleiben 2 Fragen…
Erstens:
„Wer hat so ein Becken voll von giftigem Quecksilber irgendwo frei rumstehen?“
und zweitens
„Wieso kann der Herr daneben stehen und das ohne Schutzkleidung?“
Nun, die erste Frage kann man beantworten, wenn man weiß, dass Fensterglas im Floating-Verfahren hergestellt wird und dabei die Glasfläche auf einer super glatten Zinnoberfläche gleitet und perfekt erstarrt. Quecksilber spielte im historischen Verfahren zur Spiegelherstellung eine Rolle. Solch ein Becken sollte aber heut nur zu wissenschaftlichen Zwecken aufgestellt sein.
Zu Frage 2 nur so viel: Wir würden sowas nicht tun!
…und das auch nicht!