Laborgeräte Übungen
Diese Übung stammt von A. Spielhoff, https://apps.zum.de/apps/laborgeraete
weitere Übungen:
Laborgeräte – zuordnen
Laborgeräte – zuordnen
Laborgeräte benennen(schreiben) / zuordnen
Laborgeräte – Quiz – (multiple choice)
Ionenbildung
Nur wenige Elemente (Atomarten) stellen die stabilsten Zustände dar, die Edelgase. Die Edelgase sind reaktionsträge und wir finden sie nicht in Verbindungen vor. Alle anderen Elemente sind bereit, bei kleinster Beeinflussung in diese sogenannten „Edelgaszustände“ überzugehen.
Alle Atome streben nach dem Zustand, eine voll besetzte Außenschale zu besitzen.
Die Elemente bilden ihre Ionen durch die Aufnahme fremder Elektronen in ihre Außenschale oder die Abgabe von eigenen Elektronen aus ihrer Außenschale.
Beispiel: Natrium (Element 11, 1. Hauptgruppe im PSE)
\( Na \rightarrow Na^+ + e^- \)
Das Natriumatom hat ein Außenelektron. Um eine volle Außenschale zu haben, müsste es entweder 7 Elektronen aufnehmen oder aber sein einziges Außenelektron abgeben. Der Weg des geringeren Widerstandes (Aufwandes) wird häufiger gegangen und so neigt das Natriumatom zur Elektronenabgabe. Auch im Kochsalz liegt es in seiner Ionenform \( (Na^+) \) vor.
Beispiel: Fluor (Element 9, 7. Hauptgruppe im PSE)
\( F + e^- \rightarrow F^- \)
Das Fluoratom hat 7 Außenelektronen. Um eine volle Außenschale zu haben, müsste es entweder die 7 Elektronen abgeben oder aber ein einziges Außenelektron aufnehmen. Auch hier wird der Weg des geringeren Widerstandes (Aufwandes) eingeschlagen und so findet man bevorzugt das Fluoridion \( (F^-) \) in der Natur.
(Sauerstofffreie Nichtmetallionen bekommen alle die Endung „id“ angehangen. Mit steigendem Sauerstoffgehalt eines Ions ändern sich die Endungen systematisch.)
Allgemein kann man feststellen, dass die Elemente mit wenig Außenelektronen dazu neigen, ihre Außenelektronen abzugeben. Elemente bei denen die Außenschale zu mehr als der Hälfte gefüllt ist, nehmen bevorzugt Elektronen auf.
Hauptgruppen 1 bis 3 … Elektronenabgabe
Hauptgruppen 5 bis 7 … Elektronenaufnahme
Die Elemente der 4. Hauptgruppe gehen beide Wege, je nachdem welcher Reaktionspartner zur Verfügung steht.
Die Edelgase (8. Hauptgruppe) bilden keine Ionen auf natürliche Weise!
Stoffe und ihre Eigenschaften
Jede Substanz – in der Chemie „Stoff“ genannt – besitzt typische Merkmale (Eigenschaften), die sie einzigartig machen. Sie wird dadurch von anderen Stoffen unterscheidbar. In der Chemie wird immer nach einem gut „geeigneten Stoff“ gesucht, der besondere Bedingungen erfüllt und sich so optimal verwenden lässt. Jede Eigenschaft ermöglicht Verwendungen und jede Verwendung ist auf Eigenschaften zurückführbar.
Manche Stoffe finden als Medikament Verwendung, weil sie in unserem Körper einen Prozess stören oder verändern. Aspirin verdünnt das Blut, es fließt leichter. Man fand heraus, das hat fiebersenkende Wirkung. Holz brennt. Das liefert Wärme. Verrückt!
Arbeitsblätter: Was der Chemiker untersucht…
Stoffe—Stoffe sind unterscheidbar
Manche Stoffe lassen sich im Wasser so fein verteilen, dass sie für das menschliche Auge „unsichtbar“ werden. Sie lösen sich in Wasser auf.
Der Aggregatzustand
Wie die kleinsten Teilchen (Atome – Ionen – Moleküle ) zusammenhalten und für alle uns sichtbar als Feststoff oder als Flüssigkeit erscheinen, beschreibt der Aggregatzustand eines Stoffes. Halten die Teilchen fest zusammen, so bilden sie einen festen Stoff. Aber es genügt schon eine leichte Erwärmung, dann beginnen die Teilchen zu schwingen und sich zu bewegen. Die Ordnung zerfällt, es entsteht eine Flüssigkeit. Bei weiterer Erwärmung kann es sogar zur völligen Bewegungsfreiheit der Teilchen kommen, dem Gaszustand, dabei rasen die Teilchen wild umher.
Aggregatzustand A4 quer —- leer
Aggregatzustand, an interactive worksheet by Jens Grescho
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Die physikalischen Eigenschaften – Tafelwerkwerte
Die Dichte eines Stoffes oder die Temperaturen, bei denen Stoffe schmelzen oder sieden, kann man im Tafelwerk einsehen, da seit langer Zeit viele fleißige Menschen diese Daten bestimmt und gesammelt haben. Diese messbaren Daten nennt man die physikalischen Eigenschaften von Stoffen.
physikalische Eigenschaften —-Tafelwerk, Tabellen und Formeln
Einführung in die Laborarbeit
Laborgeräte2, an interactive worksheet by Jens Grescho
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Arbeitsblatt: Laborgeräte erkennen
Der Brenner
AB – Brenner—Anschluss, Flammenarten
LERNPROGRAMM Brenner(PC – Lernprogramm für Windows – Rechner – Download nötig)
AB – Brenner 2011—überarbeitet
Laborarbeit—Arbeiten mit dem Brenner
erste Experimente
erste Versuche im Labor —-Untersuchen von Stoffen
erste Versuche im Labor Zusatzexp. —-Untersuchen von Stoffen
Laborarbeit II—Experimente zur Stoffuntersuchung
Trennverfahren
Seit Aschenbrödel (Cinderella) ist uns bekannt, dass bei einigen Gemischen nur die Auslese per Hand funktioniert, wenn man keine kleinen Helfer zur Verfügung hat. Und die kann lange dauern.
Bestehen Stoffgemische aus Teilchen, die sich beispielsweise in Farbe oder Größe unterscheiden, so kann man diese Eigenschaften ausnutzen, um die Bestandteile zu trennen. Auch unterschiedliche Dichten oder die Siedetemperaturen von Stoffen in Gemischen können Voraussetzungen für das Funktionieren eines Trennverfahrens sein.
Hier einige Beispiele für wichtige Trennverfahren:
- Auslesen: von Hand Teile trennen
- Windsichten: Teilchen(Korn) werden einem Luftstrom ausgesetzt, der sie unterschiedlich weit transportiert
- Sieben: Partikel/Körner unterhalb der Siebdichte werden „durchgelassen“
- Absetzen lassen: (Sedimentation) unlösliche Bestandteile höhere Dichte sinken ab
- Dekantieren: schwimmende feste oder flüssige Anteile abgießen
- Filtrieren: unlösliche Bestandteile werden ja nach Filterklasse zurückgehalten
- Eindampfen: flüssige Bestandteile durch Hitze verdampfen lassen, feste Bestandteile bleiben zurück
- Destillieren: flüssige Bestandteile mit unterschiedlichen Siedetemperaturen werden verdampft und kondensiert
- Extrahieren: ein Stoff wird durch seine Löslichkeit in einem Medium aus dem Gemisch gelöst
- Zentrifugieren: Stoff größerer Dichte wird durch Vergrößerung der Gewichtskraft in einer Zentrifuge abgeschieden
- Adsorbieren: anlagern von Teilchen an eine geeignete Oberfläche (Beispiel: Aktivkohle)
- Papierchromatographie: durch die Kapillarwirkung werden gelöste Stoffe im Papier unterschiedlich weit transportiert
- Magnettrennung: anhand der magnetischen Eigenschaft trennen
- mehr…
Und hier noch mal wichtige Eigenschaften, die zur Trennung genutzt werden:
- Farbe(Auslesen/optisches Sortieren)
- Lichtbrechungsindex(optisches Sortieren)
- Form der Partikel(Formsieben/Auslesen)
- Größe der Partikel(Sieben/Filtern)
- Dichte(Dekantieren/Zentrifugieren)
- Magnetismus/Magnetisierbarkeit(Magnetascheiden)
- elektrische Leitfähigkeit (elektrostatische Separation)
- Siedetemperatur(Trocknen/Destillieren/Eindampfen)
- Schmelztemperatur(Ausfrieren)
- Sublimationspunkt(Gefriertrocknung)
- Oberflächenkräfte(van der Waals):(Adsorbieren)
- Lösungsverhalten/Löslichkeitsverhalten(Waschen/Auskristallisieren/Umkristallisieren)
- Kristallisationsverhalten(Auskristallisieren/Umkristallisieren)
- mehr…
Stoffgemische trennt man in die enthaltenen Reinstoffe und diese Reinstoffe bestehen wiederum aus den kleinsten und einfachsten Bausteinen der Natur, den Atomen, die Elemente genannt werden.
Einige Trennverfahren:
Weiß man, worin sich vermischte Stoffe unterscheiden, so kann man diesen Unterschied in den Eigenschaften ausnutzen und die Gemische in ihre Bestandteile zerlegen… trennen.
Das Windsichten:
Fotoquelle Windsichten : https://fotos.mtb-news.de/p/2181724
Das Windsichten ist eine uralte Verarbeitungsmethode für geerntetes Getreide. Damit werden die leichten Bestandteile vom Wind weggetragen und die schwereren Bestandteile fallen zu Boden und sammeln sich dort.
„Die Spreu vom Weizen trennen“
Das wird natürlich auch industriell genutzt. Im folgenden Video sieht man einen professionellen Windsichter. Er trennt Gemische von Feststoffen (Gemenge) mit unterschiedlichen Dichten. Dazu werden genau berechnete Luftströme genutzt.
Hier mal eine Anwendung aus der schweren Technik:
(Erkennst du hier den Teil mit dem Windsichter?)
Das Eindampfen:
Liegt ein Stoff in gelöster Form vor, so kann man ihn dadurch gewinnen , dass man das Lösungsmittel, im dem er fein verteilt ist, verdampft. Dieses geht dabei verloren, wenn man es nicht technisch rückgewinnt. Im Folgenden sieht man das blaue Salz Kupfersulfat gelöst in Wasser. Überlässt man der Sonne oder einer anderen schwachen Wärmequelle oder sogar der Umgebungswärme das „Beseitigen“ des Lösungsmittels , so spricht man vom „Eindunsten“.
Das Filtern – die Filtration:
Filterpapier gibt es in vielen Filterklassen zu kaufen. So sind unsere Staubsauger mit Papierfiltern ausgestattet, die den Staub und die anderen festen Partikel sammeln, aber die Luft durchlassen. Kaffee oder Tee werden durch Filtern zubereitet. Dabei stellen wir es so an, dass die Kaffeebohnenkrümel und die Teeblätter (Kräuter, Gewürzhülsen…) nicht in das Getränk gelangen, die Farbstoffe und Aromen jedoch schon.
Filtern trennt also unlösliche Bestandteile ab einer bestimmten Größe durch Zurückhalten aus der Mischung.
Die Destillation:
Um 2 vermischte Flüssigkeiten oder einen gelösten Feststoff vom Lösungsmittel zu trennen, kann man die Destillation nutzen, wenn die beteiligten Stoffe unterschiedliche Siedepunkte besitzen. Dann siedet der Stoff mit der niedrigeren Siedetemperatur eher und kann durch Kühlung als Reinstoff kondensieren. Die nächsthöher siedende Substanz folgt.
Beispiele:
In Gemischen von Alkohol und Wasser (Wein) siedet der Alkohol schon bei 78°C und verdampft so aus der Lösung. So kann je nach Apparatur bis zu 96% reiner Alkohol gewonnen werden.
Erdöl ist ein Gemisch aus vielen hundert organischen Substanzen (Kohlenwasserstoffe) , die in flüssiger Form vorliegen. Erhitzt man Erdöl vorsichtig, so verdampfen diese Flüssigkeiten und kann man sie siedebereichsweise gewinnen. Solche Stoffe eines bestimmten Siedebereiches nennt man Fraktion.
…und nun mit einem von Wasser durchflossenen Liebigkühler.
VIDEO (Aufbau einer Apparatur)
Weitere Trennverfahren:
Das Zentrifugieren:
Wenn Filtern zu lange dauern würde…
Dekantieren:
Die Chromatographie:
Stell Dir einfach vor die Farben deiner Stifte sind aus winzigen Brocken hergestellt, dabei werden diese je nach Größe von den benutzten Flüssigkeit unterschiedlich weit transportiert. So kann man feststellen, welche anteile von Farben in einem Stift verwendet wurden, um seine Farbe zu gestalten. Und da ist jeder Stift einzigartig. Und jeder Drucker und jede Schreibmaschine auch …
Das geht auch mit sich vollsaugender Kreide…
Das Magnetscheiden:
Von den über 80 Metallen sind nur 3 magnetisch. Aber die verwenden wir sehr häufig. Und deshalb finden wir sie auch, egal wo wir suchen…
Industriell kann man das Verfahren auch einsetzen:
Übe hier die wichtigsten Begriffe zur Stofftrennung:
Stoffgemische trennen, an interactive worksheet by Jens Grescho
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