Metalle – Mitglieder einer Stoffgruppe
Chemie · Klasse 9 · Stoffgruppe Metalle
Metalle entdecken
Acht kurze Steckbriefe: Woher kommen ihre Namen? Wie verhalten sie sich? Und wofür brauchen wir sie?
Was ist typisch für Metalle?
Viele Metalle besitzen metallischen Glanz, leiten elektrischen Strom und Wärme gut und lassen sich verformen. Ihre chemische Reaktivität ist jedoch sehr unterschiedlich: Gold ist wenig reaktiv, Magnesium reagiert deutlich leichter.
⚡ elektrisch leitfähig♨ wärmeleitfähig🔨 verformbar✦ metallischer Glanz
So liest du die Steckbriefe
Physikalische Eigenschaften kann man beobachten oder messen, ohne den Stoff chemisch zu verändern.
Chemische Eigenschaften beschreiben, wie ein Stoff mit anderen Stoffen reagiert.
Die Fotos werden online von Wikimedia Commons geladen. Ohne Internet erscheinen selbst gezeichnete Metallsymbole.
Merke: Edelmetall oder unedles Metall?
Unedle Metalle geben vergleichsweise leicht Elektronen ab und reagieren häufig mit Säuren unter Bildung von Wasserstoff (z. B. Magnesium oder Zink mit verdünnter Salzsäure). Edle Metalle wie Gold reagieren deutlich schwerer. „Edel“ bedeutet nicht, dass ein Metall unter allen Bedingungen völlig reaktionsträge ist.
Wichtig: Metalle und Metallsalze können gesundheitsschädlich sein. Versuche mit Metallen, Säuren und Flammen gehören in den beaufsichtigten Chemieunterricht.
🔎 Prüfe dein Wissen
1. Welches Metall ist besonders leicht und wird im Flugzeugbau verwendet?
Aluminium. Es hat eine geringe Dichte von etwa 2,7 g/cm³.
2. Warum wird Kupfer für Stromleitungen eingesetzt?
Weil Kupfer elektrischen Strom sehr gut leitet und sich zu Drähten ziehen lässt.
3. Was schützt Aluminium trotz seiner Reaktionsfreudigkeit vor weiterer Korrosion?
Eine dünne, fest haftende Schicht aus Aluminiumoxid.
4. Welches der vorgestellten Metalle ist bei Raumtemperatur flüssig?
Keines. Alle acht vorgestellten Metalle sind bei 20 °C fest.
Herstellung von Schwefelsäure
Chemie · Klasse 9 · Stoffsteckbrief & Verfahren
Vom Schwefel zur Schwefelsäure
Wie wird aus gelbem Schwefel eine der wichtigsten Grundchemikalien der Industrie? Wir verfolgen den Weg durch das Kontaktverfahren – mit einer entscheidenden katalytischen Oxidation.
Schwefel SSchwefeldioxid SO₂Schwefeltrioxid SO₃Schwefelsäure H₂SO₄🔍 Auf einen Blick
AusgangsstoffElementarer Schwefel (S), ein gelber Feststoff.
SchlüsselreaktionSchwefeldioxid wird mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid oxidiert.
KatalysatorVanadium(V)-oxid (V₂O₅) beschleunigt die Reaktion.
🏭 Prozessfließbild: Das Kontaktverfahren
Folge den Stoffströmen von links nach rechts. Die Zeichnungen zeigen die wichtigsten Anlagen vereinfacht.
Schwefel verbrennen
Eingang: Schwefel + trockene Luft
S + O₂ → SO₂
Ausgang: Schwefeldioxid
➜Katalytisch oxidieren
Eingang: SO₂ + O₂
2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃
Bedingungen: ca. 450 °C, V₂O₅-Katalysator
➜Schwefeltrioxid aufnehmen
Eingang: SO₃ + konzentrierte H₂SO₄
SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇
Ausgang: Oleum (vereinfachtes Reaktionsmodell)
➜Kontrolliert verdünnen
Eingang: Oleum + Wasser
H₂S₂O₇ + H₂O → 2 H₂SO₄
Produkt: Schwefelsäure
Wichtig: In der Industrie wird SO₃ nicht einfach direkt in Wasser geleitet. Dabei würde schwer auffangbarer Schwefelsäurenebel entstehen. Stattdessen wird SO₃ in konzentrierter Schwefelsäure absorbiert; anschließend stellt man die gewünschte Säurekonzentration kontrolliert ein.
⚗️ Die Reaktionen verstehen
1 · Verbrennung
S + O₂ → SO₂
Schwefel reagiert mit Sauerstoff. Es entsteht das giftige Gas Schwefeldioxid.2 · Katalytische Oxidation
2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃
Schwefeldioxid nimmt weiteren Sauerstoff auf. Die Reaktion ist umkehrbar und setzt Wärme frei.3 · Absorption
SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇
Schwefeltrioxid wird in konzentrierter Schwefelsäure aufgenommen. Vereinfacht entsteht Oleum.4 · Verdünnung
H₂S₂O₇ + H₂O → 2 H₂SO₄
Durch kontrollierte Zugabe von Wasser entsteht weitere Schwefelsäure.💡 Was macht der Katalysator?
Im Kontaktreaktor strömen Schwefeldioxid und Sauerstoff über einen festen Katalysator, der Vanadiumverbindungen enthält. Er beschleunigt die Reaktion, ohne dabei dauerhaft verbraucht zu werden.
Die Temperatur von ungefähr 450 °C ist ein Kompromiss: Die Reaktion soll schnell genug ablaufen und gleichzeitig viel SO₃ entstehen.
MerksatzEin Katalysator erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit. Er verändert nicht die Lage des chemischen Gleichgewichts.
Oxidation bedeutet hier: Aufnahme von Sauerstoff.
Oxidation bedeutet hier: Aufnahme von Sauerstoff.
🌍 Wozu braucht man Schwefelsäure?
🌱 DüngemittelWichtiger Ausgangsstoff für die Herstellung vieler Phosphatdünger.
🏭 Chemische IndustrieZur Herstellung und Verarbeitung zahlreicher Chemikalien.
🔋 BleiakkumulatorenVerdünnte Schwefelsäure dient als Elektrolyt in klassischen Autobatterien.
⚠️ Sicherheit: Konzentrierte Schwefelsäure ist stark ätzend; Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid sind gefährliche Gase. Das Kontaktverfahren gehört in geschlossene Industrieanlagen, nicht in einen Schülerversuch. Beim Verdünnen von Säuren gilt unter fachgerechter Aufsicht: Säure langsam in Wasser geben – niemals umgekehrt.
🖼️ Externe Medien zum Weiterforschen
Die folgenden Bildsammlungen und Informationsseiten öffnen sich online. Die Prozesszeichnung oben ist dagegen direkt in dieser HTML-Datei enthalten und funktioniert auch offline.
🧠 Mini-Wissenstest
1. Welches Gas entsteht bei der Verbrennung von Schwefel?
2. Welcher Stoff wirkt als Katalysator?
3. Warum wird SO₃ nicht direkt in Wasser geleitet?
Cellulose – ein Polysaccharid
⚗ CHEMIE · STOFFSTECKBRIEF
Klasse 9 · Oberschule🌿 Kohlenhydrate in der Natur
Cellulose
Der Baustoff der Pflanzen – und ein Stoff, dem du täglich begegnest: in Holz, Papier und Baumwolle.
PolysaccharidVielfachzucker
(C₆H₁₀O₅)ₙvereinfachte Summenformel
festfaserig, meist weiß
unlöslichin Wasser
01 · Das ist Cellulose
Was ist das?
Cellulose ist ein natürlicher Stoff aus der Gruppe der Kohlenhydrate. Sie bildet einen großen Teil der Zellwände von Pflanzen und verleiht ihnen Festigkeit.
Holz enthält viel Cellulose. Baumwollfasern bestehen sogar überwiegend daraus.
Merksatz: Cellulose ist ein Vielfachzucker und wichtiger Baustoff pflanzlicher Zellwände.
02 · Chemischer Aufbau
Eine lange Kette aus Zucker
Viele Glucosebausteine sind durch β-1,4-glycosidische Bindungen zu langen, unverzweigten Ketten verknüpft.
Glucose—Glucose—Glucose…
Die langen Ketten lagern sich zu stabilen Fasern zusammen. Das macht pflanzliche Zellwände belastbar.
03 · Externes Strukturmedium
So sieht die Molekülstruktur aus
Strukturformel (Ausschnitt) · NEUROtiker, Wikimedia Commons, gemeinfrei
Jeder Ring steht für einen Zuckerbaustein. Das kleine n in der Formel zeigt: Die Einheit wiederholt sich sehr oft.
04 · Externes Mikroskopbild
Baumwolle ganz nah
Baumwollfasern unter dem Mikroskop · Wikimedia Commons (Lizenz siehe Bildquelle)
Die langen Fasern lassen sich zu Garn verspinnen. Daraus entstehen zum Beispiel T-Shirts, Handtücher und Jeans.
05 · Stoffeigenschaften
Was kann Cellulose?
💧 Wasser
Cellulose löst sich nicht in Wasser, kann aber Wasser aufnehmen und dabei quellen.
🧵 Festigkeit
Viele nebeneinanderliegende Ketten bilden reißfeste Fasern.
🔥 Erhitzen
Bei starker Hitze zersetzt sich Cellulose. Papier und Baumwolle sind brennbar.
06 · Beispiele aus deinem Alltag
Wo steckt Cellulose drin?
Holz
Cellulose ist zusammen mit Lignin und weiteren Stoffen Bestandteil von Holz.
Papier & Karton
Papier wird überwiegend aus cellulosehaltigen Pflanzenfasern hergestellt.
Baumwolle
Baumwollfasern sind besonders cellulosereich und werden zu Textilien verarbeitet.
Gemüse
Cellulose ist Bestandteil pflanzlicher Ballaststoffe.
Verpackungen
Wellpappe, Papiertüten und viele Verpackungen enthalten Cellulosefasern.
Schwämme
Einige Schwämme werden aus regenerierter Cellulose hergestellt.
07 · Cellulose und Ernährung
Warum können wir sie nicht verdauen?
Der menschliche Körper besitzt kein Enzym Cellulase, das die β-1,4-Bindungen der Cellulose spalten kann. Darum liefert sie uns praktisch keine direkt verwertbare Glucose.
Als Ballaststoff unterstützt Cellulose die Darmtätigkeit. Einige Tiere, etwa Rinder, können Cellulose mithilfe von Mikroorganismen verwerten.
08 · Vergleich
Cellulose oder Stärke?
Beide bestehen aus Glucosebausteinen. Der entscheidende Unterschied liegt in deren Verknüpfung.
Stärke: dient Pflanzen als Energiespeicher; Menschen können sie verdauen.
Cellulose: dient Pflanzen als Baustoff; Menschen können sie nicht mit eigenen Enzymen abbauen.
Cellulose: dient Pflanzen als Baustoff; Menschen können sie nicht mit eigenen Enzymen abbauen.
09 · Selbsttest
Prüfe dein Wissen!
Wähle jeweils die richtige Antwort.
1. Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen?
2. Aus welchen Bausteinen besteht Cellulose?
3. Warum können Menschen Cellulose nicht selbst verdauen?
Bildquellen & Weiterlernen
Die beiden externen Medien werden beim Öffnen der Datei aus dem Internet geladen. Für die Nutzung ohne Internetverbindung müssten die Bilder lokal gespeichert und die Bildpfade angepasst werden.
Strukturformel – Wikimedia Commons · Mikroskopbild – Wikimedia Commons · Vertiefung: Cellulose
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