Das PSE – Periodensystem der Elemente

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Arbeitsmaterial

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 …

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Die Kläranlage

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Material

Klärwerk Tabelle

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…

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…

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Schwefel

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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 und der typische stechende Geruch dieses Schwefeldioxids. Dieses Gas löst sich gut in Wasser. Dabei kommt es zu einer chemischen Reaktion.

to be continued…

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Wasserstoff

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Arbeitsblatt zum Wasserstoff
Arbeitsblatt Wasserstoff Herstellung

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 „nichtstöchiometrische 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 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. Zur Gewinnung von Metallen wie Wolfram und Chrom, werden ihre Erze mit Wasserstoff zu den Metallen reduziert.

Im folgenden Video erfährst Du mehr über das Element und den Stoff Wasserstoff.

Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

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“.

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 Wassserstoff wird hier genutzt.

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