Chemische Reaktionen in Natur und Technik

Wir benötigen Grundchemikalien wie Ammoniak, Schwefelsäure, Chlor oder Stahl zu Millionen Tonnen pro Jahr. Diese Stoffe müssen gewonnen, oder produziert werden. Viele Stoffe müssen als Schadstoffe entsorgt oder unschädlich gemacht werden. Allein für die Energiebereitstellung in Form von Wärme oder Elektrizität brauchen wir chemische Prozess ..und das rund um die Uhr.

Grundchemikalien und Werkstoffe

Grundchemikalien und Grundbegriffe zur chem. Reaktion (komplex)

Aufgaben der chemischen Reaktion

Auszug aus dem Arbeitsmaterial: 4 „Arten“ von Reaktionen —Herstellung, Beseitigung…

4 „Arten“ von Reaktionen –Lösungsblatt

Die chemische Reaktion (Wiederholung)

Auszug aus dem Arbeitsmaterial: chemische Reaktion – Grundbegriffe

PhET-Simulation …zur Demonstration der Modellvorstellung „chemische Reaktion

VIDEO Aktivierung
VIDEO exotherm/endotherm

Merkmale chemischer Reaktionen üben(Textaufgaben)

Merkmale chemischer Reaktionen üben

bekannte chemische Reaktionen (Ox-Red-Redox)

Beeinflussung von chemischen Reaktionen

Prozesse wie das Schimmeln oder das Sauerwerden von Milch lassen sich verlangsamen. Dazu kühlen wir die Stoffe. Das verlangsamt die Vermehrung von Keimen, die unsere Lebensmittel unbrauchbar machen.

Auszug aus dem Arbeitsmaterial: Prozesse beeinflussen

PhET-Simulation …zur Demonstration der Modellvorstellung „chemische Reaktion

VIDEO Telekolleg(Kult)
VIDEO Thiosulfat+Salzsäure

Prozesse beeinflussen Lehrerblatt -Lehrerdemonstration – Experimente

Prozesse beeinflussen als Lesetexte zur Schülerarbeit

Beeinflussung chemischer Reaktionen (komplex)

Der Katalysator

Auszug aus dem Arbeitsmaterial:

Katalysator

Der 3-Wege-Kat im Auto und im LKW

Katalysator Lehrerblatt

Die Reaktionsgeschwindigkeit

Misst man die Konzentration eines Stoffes, der an der Reaktion beteiligt ist, so stellt man fest, dass die Änderung der Konzentration am Anfang einer Reaktion groß ist und später abnimmt. Die beteiligten reaktiven Teilchen sind am Anfang in Masse vorhanden und es kommt zu vielen gleichzeitigen wirksamen Zusammenstößen. Später ist das nicht mehr so, die Reaktion wird langsamer und kommt zum Stillstand.

Reaktionsgeschwindigkeit — Wie schnell ist eine Reaktion?

Reaktionsgeschwindigkeit — Variante 2

Technische Erzeugung von Grundchemikalien

Grundchemikalien — Ammoniak, Kalk, Schwefelsäure, Stahl

aus Klasse 9: Grundchemikalien-und-WerkstoffeHerunterladen

Ammoniak …zum ausführlichen Beitrag

Lesetext: Ammoniakherstellung

Ammoniaksynthese 2 Blätter —Das Haber-Bosch-Verfahren (ausführlich)

Simulation einer Haber-Bosch-Anlage (Möglichkeiten der Optimierungen)

VIDEO Ammoniak + Salzsäure

Unterrichtsmaterial von BASF

Schwefelsäure

Lesetext: Schwefelsäureherstellung

VIDEO Herstellung und Verwendung (englisch)

VIDEO Herstellung (deutsch)

Schwefelsäure 2 Blätter —Blut der Chemie…ausführlich

weitere Grundchemikalien

Lesetext: Branntkalkherstellung

Lesetext: Stahlherstellung

Methanolherstellung

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Ammoniak

Die Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff NH3 bildet bei Raumtemperatur ein stechend riechendes Gas. Dieser Stoff hat die Chemieindustrie vor eine große Herausforderung gestellt und löst – seit wir ihn synthetisieren können – viele Probleme.

Fritz Haber ist ein herausragender Erfinder, der eine dunkle Seite besaß, die man kennen sollte, wenn man sich mit dem Haber-Bosch-Verfahren und den daraus resultierenden Ehrungen (Nobelpreis und mehr… ) beschäftigt.

100 Jahre „Ammoniak – Herstellung“

Simulation einer Haber-Bosch-Anlage

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Die REDOX-Reaktion

Laufen Oxidation und Reduktion in einem System gleichzeitig ab, so nennt man diesen Prozess eine
REDuktions-OXidations –Reaktion oder kurz REDOX –Reaktion.

Voraussetzung ist, es gibt ein Oxid und einen Hilfsstoff, der den Sauerstoff des Oxids aufnehmen kann. So ein Stoff hilft, das Oxid zu reduzieren, er ist ein Reduktionsmittel und wird bei dem Prozess selbst oxidiert. Das Oxid selber ist also ein Oxidationsmittel.

Bei der RED-OX-Reaktion wird ein OXID reduziert und ein Hilfsstoff oxidiert.

Hier wird Eisenoxid durch Aluminium reduziert. Es entsteht Eisen.
Das Aluminium nimmt dabei den Sauerstoff auf und wird zu Aluminiumoxid oxidiert.

Hans GoldschmidtThermitverfahren

Die Versuche des Herrn Hans Goldschmidt zu Redox-Prozessen führten vor über 100 Jahren zu neuen Erkenntnissen in der Metallurgie . Dabei wurden Oxide von stark nachgefragten Metallen, wie Chrom, Mangan und dem Halbmetall Silizium in einer Hochtemperatur-Reaktion aus ihren Oxiden hergestellt.

So stellte Herr Goldschmidt ein Verfahren vor, mit dem es möglich sein sollte, eine gebrochene Eisenbahnschiene innerhalb weniger Arbeitsstunden zu schweißen. Für damalige Verhältnisse undenkbar, da der Austausch der Schiene Tage dauerte und zum „Schweißen“ flüssiger Stahl – also 1800°C heiß – vor Ort sein müsste. Eine Demonstration des Goldschmidtverfahrens fand weltweite Aufmerksamkeit.

Heute wird dieses Verfahren – das aluminothermische Schweißenweltweit eingesetzt, da es immer noch die einfachste Art ist, flüssigen Stahl in kleinen Portionen an jedem Ort der Welt herzustellen um Schienenstöße miteinander zu verbinden und Reparaturen durchzuführen.

Der Schienenstrang wird von einer Form umgeben und vorgewärmt. Dann wird das Reaktionsgefäß mit dem Eisenoxid- Aluminium – Gemisch aufgesetzt. Die Reaktion des Gemisches wird mit einer Zündkirsche aktiviert und läuft dann stark exotherm von selbst ab. Die Schlacke – das aluminiumoxidhaltige Nebenprodukt – läuft in die seitlichen Schalen. Später wird die Gussform entfernt und die Bruchstelle entgratet.

Weiter zur Eisengewinnung durch den Hochofenprozess…

REDOX-Reaktion von Kupferoxid + Kohlenstoff

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Vom Erz zum Stahl

Schon lange finden wir an der Erdoberfläche keine metallurgisch interessanten Erze (wie Eisenerz) mehr in abbauwürdigen Mengen. In früher Zeit begann man deshalb in der Erde zu graben, um Rohstoffe zu finden. Älteste Grabungsspuren davon finden wir von vor über 6500 Jahren.

Eisenerze bauen wir seit 800 v. Chr. in den Alpen und später auch in Mitteldeutschland ab. Man löste das Eisenerz (Chalkopyrit)aus der Wand, indem man es erhitzte und dann mit Wasser abschreckte. Das Erz wurde schichtenweise in einen Rennofen gefüllt im Wechsel Holzkohle und später mit Steinkohle. Im Rennofen konnte das Brennstoff-Erz- Gemisch „durchbrennen“ es entstand im Ofenboden ein Eisenklumpen (Luppe) und flüssige Schlacke(Gesteinsreste und Abprodukte) rannen aus dem Ofen.

Video zum Nachbau eines Rennofens

Mit der Erfahrung wurden die Schächte höher und die Luftzufuhr wurde über Blasebälge geregelt, es entstanden die Hochöfen die heute mit Heißwindanlagen und automatischen Beschickungssystem ausgestattet sind. Heutzutage baut man 30m – 75m hohe Öfen, die pro Tag bis zu 10.000 Tonnen Roheisen liefern. Diese Öfen sind an Stahlwerke benachbart gebaut, damit das spröde und damit nicht schmiedbare Roheisen sofort nach der Erzeugung mit möglichst wenig Transportweg zu Stahl weiterverarbeitet/veredelt werden kann.

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