Theorie

Da ihr keine Bücher zur Verfügung habt, habe ich einige Texte zusammengestellt, die euch einen theoretischen Einstieg in das Thema ermöglichen. Arbeitet die wichtigsten Dinge heraus und fast sie für euch verständlich zusammen. Ich habe alle Quellen am Ende der Einheit zusammengefasst. – Viel Spaß.

Mit Hilfe des letzten Kapitels „Stoffe“ hast du eine ungefähre Vorstellung davon, woraus Stoffe bestehen: Nämlich aus Teilchen. Das Teilchenmodell gab eine brauchbare Erklärung für die Aggregatzustände von Stoffen. 

Wir haben im letzten Kapitel auch gesehen, dass Stoffe stofftypische Eigenschaften besitzen. Für den Chemiker sind aber nicht nur Stoffeigenschaften interessant: Die Chemie beschäftigt sich vor allem mit Stoffumwandlungen. Und darum soll es in diesem Kapitel gehen.

Schon lange vor Christi Geburt war bekannt, dass man mit Hilfe von Feuer andere Stoffe herstellen kann. Noch im 17. und 18. Jahrhundert versuchten die Alchemisten aus unedlen Metallen Gold herzustellen.

Die Verbrennung (Oxidation) von bestimmten Stoffen liefert bei Anwesenheit von ausreichend Sauerstoff neue Stoffe. Diese neu entstandene Stoffe werden mit allgemeinem Namen Reaktionsprodukte genannt. Reaktionsprodukte, die durch Oxidation entstanden sind, werden Oxide genannt. Je nachdem, ob man Metalle oder Nichtmetalle verbrennt, erhält man Metalloxide bzw. Nichtmetalloxide. Wir werden sehen: Das Entstehen von neuen Stoffen kann man durch Beobachten von Eigenschaftsänderungen feststellen. Dabei is es jedoch wichtig, Ausgangsstoffe (Edukte) und Reaktionsprodukte unter gleichen Bedingungen zu vergleichen. Außerdem werden wir feststellen, dass unterschiedliche Metalle eine unterschiedliche Affinität (Zuneigung) haben mit Sauerstoff zu reagieren. Und wir werden feststellen, dass alle Oxidationen Energie liefern (exotherme Reaktion). 

Doch fangen wir am Anfang an …

Alles begann in der Chemie mit dem Feuer…

https://chemiezauber.de/inhalt/basic-1/am-anfang-war-das-feuer.html

Sicherlich ist eine Kerzenflamme nichts Neues für euch, aber sehen wir uns das doch einmal genauer an…

Was brennt dort eigentlich und wie kommen die unterschiedlichen Farben zustande.

• Ein Docht ohne Wachs verbrennt relativ schnell und ist nicht mehr zu verwenden. Außerdem entsteht dabei keine richtige Flamme.
• Festes Wachs lässt sich nicht mit einem Streichholz entzünden.

Aufgabe: Stelle eigene Überlegungen dazu an, bevor du weiter liest.

Um die Farben genauer zu untersuchen, wollen wir uns ein Wärmebild der Flamme ansehen:

• Direkt über dem Docht, in der inneren dunklen Zone (Flammenkern) herrschen niedrigere Temperaturen als im oberen oder äußeren Bereich der Flamme. Diese dunkle Zone enthält brennbaren Wachsdampf.
  
• Die heiße, leuchtende Zone (Flammenmantel und Flammensaum) enthält Ruß (Kohlenstoff). Winzige Kohlenstoffteilchen glühen und gebend das gelbe Licht der Kerzenflamme.

Eine Flamme ist eine Erscheinungsform von Energie in Form von Licht und Wärme, die durch eine Reaktion von einem brennbaren Gas mit Sauerstoff zustande kommt. Flammen sind also brennende Gase. Ein Brand ist eine chemische Reaktion, bei der Energie und neue Stoffe entstehen.

Erklärung:

Wachs hat eine Schmelztemperatur von ca. 29°C. Das Wachs in dem durchtränkten Docht lässt sich also durch eine Streichholzflamme leicht schmelzen, zumal eine Streichholzflamme ca. 800°C heiß ist. Bei ca. 300°C verdampft das flüssige Wachs. Das geschieht in der inneren, dunkleren und kühleren Zone der Flamme. Hier verbrennt der Wachsdampf bei Temperaturen um 800°C zu Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonooxid. Bei der Verbrennung des Wachses entstehen im Flammenmantel und Flammensaum durch eine unvollständige Verbrennung Rußteilchen (Kohlenstoff), die zum Leuchten angeregt werden. Das Leuchten eines verkohlten Streichholzes in der Kerzenflamme ist ebenfalls auf das Glühen von Ruß zurückzuführen. Durch das Verbrennen des Wachsdampfes wird neues flüssiges Wachs aus dem Docht angezogen. Die Hitze der Flamme sorgt für das Verflüssigen des Wachses am Docht.

Aufgabe: Zeichne ein Bild, indem du die genannten Abläufe und Temperaturen darstellst.

chemischer Merksatz:

Eine Flamme ist eine Erscheinungsform von Energie in Form von Licht und Wärme, die durch eine Reaktion von einem brennbaren Gas mit Sauerstoff zustande kommt. Flammen sind also brennende Gase. Ein Brand ist eine chemische Reaktion, bei der Energie und neue Stoffe entstehen.

Versuchen wir nun, die Erkenntnisse aus der Kerzenflamme auf Brände und Feuer im Allgemeinen zu übertragen:

Sieh dir dazu bitte den folgenden kurzen Film an: https://www.youtube.com/watch?v=zNgYh_GoT00

Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit ein Feuer entsteht

Damit Feuer entstehen kann, müssen drei Bedingungen erfüllt sein:

1. Es muss ein Brennstoff vorhanden sein.
2. Der Brennstoff muss mindestens auf seine Entzündungstemperatur erhitzt werden.
3. Es Luftsauerstoff in ausreichendem Maße vorhanden sein.

Eine große Oberfläche (Fachbegriff: hoher Zerteilungsgrad) begünstigt in enormer Weise ein Entzünden. Das liegt daran, dass bei einer großen Oberfläche der Brennstoff auch mehr dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist.

Sieh die dazu das Video zu Mehlstaubexplosionen an: https://www.youtube.com/watch?v=30uGksIRPSU

Bitte nicht zu Hause ausprobieren!!!

Hinweis:

Brennstoffe sind Stoffe, die Energie gespeichert haben. Beim Verbrennen von Brennstoffen wird diese Energie frei, die man in nutzbare Energie umwandeln kann.

Wichtige Brennstoffe sind die sogenannten fossilen Brennstoffe: Erdöl, Erdgas, Torf und Kohle. Weitere, häufig verwendete Brennstoffe sind Holz und Benzin (Benzin wird aus Erdöl gewonnen).

Entzündungspunkt oder Entzündungstemperatur: Selbstentzündung bei einer bestimmten Temperatur

Flammpunkt oder Flammtemperatur: Bei dieser Temperatur hat sich über dem Stoff ein ausreichend großes Volumen an brennbarem Gas gebildet, um es mithilfe einer Zündquelle zu entzünden.

Entsprechende Werte einiger bekannter Stoffe findet ihr in dieser Tabelle

Stoff	Siedepunkt	Flammpunkt	Entzündungspunkt
Fett	ca. 400 °C	ca. 300 °C	ca. 400 °C
Schreibpapier			360 °C
Kerzenwachs (Paraffin)	ca. 350 °C	ca. 250 °C	ca. 350 °C
Kohle			240-280 °C
Holz			280-240 °C
Zeitungspapier			175 °C
Zündholzkopf			80 °C

Aufgabe: Fasse die wichtigsten Aussagen dieser Seite für dich zusammen. Beschreibe das Anzünden einer Kerze mit allen Details, die du hier kennengelernt hast.

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Brandbekämpfung

Brände entstehen, wenn ein brennbarer Stoff auf die Zündtemperatur erwärmt wird und Sauerstoff vorhanden ist. Um einen Brand zu löschen, können neben geeigneten Feuerlöschern, Feuerlöschdecken oder Sand eingesetzt werden.

• Seht euch dazu folgenden Film an:
• https://www.youtube.com/watch?v=zNgYh_GoT00
• https://www.youtube.com/watch?v=VBYSvFzFDMs
• https://www.youtube.com/watch?v=S0cTiu3ZxDY

• Beschreibe für mindestens zwei verschiedene Feuerlöschertypen, nach welchem Prinzip der Brand gelöscht wird.
• Warum dürfen Feuerlöscher nicht auf Menschen gerichtet werden?

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Luft-Sauerstoff

• In unserem Körper werden mit Hilfe des Sauerstoffs kohlenstoffhaltige Stoffe (Nahrung) oxidiert (verbrannt). Die Oxidationsprodukte sind Wasser und Kohlenstoffdioxid, ein Gas, das wir ausatmen.
   
• Bei allen Verbrennungsvorgängen, z.B. in Motoren oder in Heizanlagen, reagiert der Sauerstoff mit dem Brennstoff.
   
• In Krankenhäusern wird Sauerstoff in Reinform oder mit Luft vermischt zum Beatmen verwendet (Sauerstoff wird von den roten Blutkörperchen zu den Zellen transportiert). In Taucherflaschen ist gewöhnlich Luft und nicht reiner Sauerstoff enthalten.
   
• Sauerstoff wird zum Schweißen und Schneiden von Metallen in speziellen Schweißbrennern benutzt. Flüssiger Sauerstoff ist auch Treibstoff von Raketen.
   
• Grüne Pflanzen stellen Sauerstoff her und benötigen dazu Kohlenstoffdioxid.

Um nun Sauerstoff nachzuweisen, werden die Eigenschaften von Sauerstoff verwendet. Siehe dir die Nachweisreaktion für Sauerstoff an.

Link: https://www.youtube.com/watch?v=tBNHabOkMYI

Erstelle ein Steckbrief für die chemischen Eigenschaften von Sauerstoff. Recherchiere dazu im Internet. Du kannst dafür auch Wikipedia verwenden, wenn du die Informationen nicht einfach nur kopierst, sondern mit eigenen Worten zusammenfasst. Nur so lernst du etwas dabei.

Zusammensetzung der Atmosphäre in Volumenprozent (Literaturwerte)

  

Der Rest setzt sich zusammen aus:

Argon (ein Edelgas)	0,93%
Kohlenstoffdioxid	0,034%
Rest (Schwefeloxide, Stickstoffoxide u.a.)	0,003314%
Neon (ein Edelgas)	0,0018%
Helium (ein Edelgas)	0,0005%
Methan	0,00016%
Krypton (ein Edelgas)	0,00011%
Wasserstoff	0,00005%
Lachgas	0,00003%
Kohlenstoffmonooxid	0,00002%
Xenon (ein Edelgas)	0,000009%
Ozon	0,000007%

• Wozu verwendet man Sauerstoff und Stickstoff?
• Schlage nach, was man unter Edelgasen versteht.
• Welche Gase gelangen durch die Aktivitäten des Menschen in die Luft?

Atmen und Rosten als langsame Oxidation

Atmung: Lies dir zur Atmung den folgenden Sachtext durch. Am einfachsten wird es, wenn du dich an die 5-Schritt-Lesemethode hältst…

Link um Sachtext: https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Atmung

Fasse die wichtigsten Punkte kurz zusammen. Vervollständige deine Notizen mit Hilfe des folgenden Filmbeitrags: https://www.youtube.com/watch?v=IhbqmJAAhzQ

Rosten: Lies dir zu diesem Thema den folgenden Sachtext durch: https://www.chemie.de/lexikon/Rost.html (du kannst die Formeln und unbekannten Stoffbezeichnungen überspringen, oder, wenn es dich interessiert, beim nächsten mal nachfragen oder recherchieren.

chemischer Merksatz:

Korrosionsvorgänge (Rosten) bei Metallen und die Stoffwechselvorgänge bei der Atmung sind langsam ablaufende Oxidationen.

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