2 ! Christian Mašin, Pia Glaeser, Gerald Grois Liebe Schülerin, lieber Schüler! Die großen Themen von Chemie verstehen sind Stoffe und ihre Eigenschaften, der Aufbau der Materie, die Grundlagen chemischer Reaktionen, die verantwortungsvolle Verwendung von Rohstoffen, Biochemie, Ernährung und Gesundheit. Die Themen innerhalb dieser Großkapitel werden jeweils übersichtlich auf einer Doppelseite behandelt. Auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie das Schulbuch aufgebaut ist. Dein Schulbuch hat fünf große Kapitel (zB „Stoffe und ihre Eigenschaften“). Jede Doppelseite behandelt ein Thema (zB „Die Reinigung und Auftrennung von Gemischen“). Wie arbeite ich mit diesem Buch? 16 17 Stoffe und ihre Eigenschaften 1 Arbeitsheft-Seite XX–XX Die Reinigung und Auftrennung von Gemischen Wenn wir Verunreinigungen aus Stoffen entfernen oder Gemische in ihre Bestandteile trennen wollen, nützen wir die Eigenschaften der Stoffe aus. Welche Trennmethoden nützen die Größe von Bestandteilen aus? Polina möchte gerne feinen Kies zur Erde ihrer Kakteen mischen. Ihre Kiesmischung enthält aber viele unterschiedliche Steingrößen. Die großen Steine kann sie leicht mit den Fingern wegnehmen („sortieren“) Beim Sieben lässt sie den feinen Kies durch die Löcher rieseln. Die größeren Steinchen bleiben im Sieb hängen (Abb. 16.2). Siebe mit besonders kleinen Löchern („Poren“) werden Filter genannt. Durch Filtrieren können wir zB das Kaffeemehl vom Kaffee fernhalten (Abb. 16.3). Bei Aktivkohlefiltern bleiben manche Stoffe in den Poren von Kohlestücken hängen. Sie werden von der Kohle „adsorbiert“. So können zB manche schädlichen Stoffe aus dem Trinkwasser oder der Atemluft entfernt werden. Ein Aktivkohlefilter (Abb. 16.4) Fülle einen Papierfilter in einem Trichter zur Hälfte mit Aktivkohlepulver. Stelle ein Becherglas unter den Trichter. Gieße verdünnten Himbeerdicksaft oder gefärbtes Wasser langsam auf die Aktivkohle. Welche Stoffe werden durch die Aktivkohle adsorbiert, welche durch den Filter aufgehalten? Beschreibe deine Beobachtung. Welche Trennmethoden nützen die Dichte von Stoffen aus? Feststoffe mit verschiedener Dichte sinken im Wasser unterschiedlich schnell zu Boden. Dieser Vorgang wird Sedimentieren genannt. Um das Absinken zu beschleunigen, kann die Probe schnell gedreht („zentrifugiert“) werden. Bodenproben (Abb. 16.5) Gib eine Bodenprobe etwa 3 cm hoch in ein Schnappdeckelglas (40 ml), fülle mit Wasser auf und verschließe das Glas. Schüttle und lass es stehen. Untersuche verschiedene Bodenproben (zB Blumenerde, Gartenerde, …). Welche hat den größten Anteil an Sand, Ton oder Humus? Dokumentiere dein Ergebnis zB in einer Tabelle. 16.1 Ein Magnet kann Eisen aus einem Gemisch entfernen („Magnetscheiden“). 16.2 Durch Sieben werden zB Steine vom Sand getrennt. Infobox: Beim „Dekantieren“ gießt du eine Flüssigkeit von einem abgesetzten Feststoff langsam ab. V1 A1 Beim Sortieren, Sieben und Filtrieren wird die Größe der Teile eines Gemischs ausgenützt. Manche Stoffe (zB Lackdämpfe) können durch Adsorption an Aktivkohle entfernt werden. M 16.3 Filtrieren: Ein Papierfilter hält das Kaffeemehl auf. V2 A2 Unterschiedlich dichte Stoffe können durch Sedimentieren oder Zentrifugieren getrennt werden. M 16.4 Ein Aktivkohlefilter: Manche Stoffe werden von der Aktivkohle adsorbiert. 16.5 Bodenproben – Sand setzt sich ganz unten ab (Sedimentieren). 16.6 Zentrifugieren zur Auftrennung von Blutproben. Welche Trennmethoden nützen die Löslichkeit von Stoffen aus? In Teemischungen sind zB Blätter, Blüten und Trockenfrüchte gemischt. Sie enthalten Farb- und Aromastoffe, die durch heißes Wasser herausgelöst („extrahiert“) werden (Abb. 17.1). Lässt du zB Salzlösungen in einem Gefäß offen stehen, so verdunstet das Wasser. Die Teilchen des gelösten Salzes setzen sich zu Kristallen zusammen (Kristallisieren, Abb. 17.2). Befinden sich verschiedene Stoffe in einer Lösung, so können sie durch Chromatografie (= „Farbaufzeichnung“) getrennt werden. Das Gemisch wird auf ein Trägermaterial (zB Papier) aufgetragen. Ein Lösungsmittel (zB Wasser, Benzin …) durchwandert das Papier und nimmt die einzelnen Teile des Gemischs je nach Löslichkeit unterschiedlich weit mit. Was in den Farben steckt (Abb. 17.3) Mach mit einem spitzen Bleistift ein 5 mm großes Loch in der Mitte eines Rundfilters. Male mit verschiedenen Filzstiften einige Farbpunkte um das Loch herum. Rolle ein Stück Kaffeefilter zusammen und stecke es als Docht durch das Loch. Lege den Rundfilter so auf ein Glas mit Wasser, dass der Docht ins Wasser reicht. Betrachte die Auftrennung deiner Filzstiftfarben. Notiere, wie viele unterschiedliche Farben die Herstellerfirma verwendet hat. Welche Trennmethoden nützen die Siedetemperaturen von Flüssigkeiten aus? Um Feststoffe aus einer Lösung zu gewinnen, kann das Lösungsmittel durch Sieden „abgedampft“ werden (Abb. 17.4). Soll das Lösungsmittel rein erhalten werden, so wird der Dampf abgeleitet und gekühlt. Dabei kondensiert er wieder zu einer Flüssigkeit („Destillieren“). So können auch Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten (zB Wasser und Ethanol) voneinander getrennt werden (Abb. 17.6). Wirklich nur Wasser? (Abb. 17.5) Fülle ein RG zur Hälfte mit gefärbtem Wasser. Setze einen Stopfen mit Winkelrohr auf. Das Rohrende ragt in ein zweites RG, das in kaltem Wasser gekühlt wird. Erhitze das RG. Was kannst du beobachten? 17.1 Extrahieren: Beim Teekochen werden Farb- und Aromastoffe vom heißen Wasser herausgelöst. 17.2 Durch Kristallisieren können Stoffe (zB Kochsalz) sehr rein gewonnen werden. V3 17.3 Was in den Farben steckt ( Chromatografie) A3 Extrahieren: Stoffe mit einem Lösungsmittel (zB Wasser) herauslösen. Chromatografie: Gelöste Stoffe wandern auf einem Trägermaterial (zB Papier) unterschiedlich schnell. Kristallisieren: Das Lösungsmittel verdunstet. Kristalle bleiben zurück. M Infobox: Durch Gas Chromatografie können die Bestandteile von Gasgemischen (zB Erdgas) aufgetrennt werden. V4 Abdampfen: Verdampfen des Lösungsmittels, feste Stoffe bleiben zurück. Destillieren: Flüssigkeiten durch Verdampfen und Kondensieren trennen. M 17.4 Beim Abdampfen bleiben gelöste Feststoffe (zB Salze) übrig. 17.5 Wirklich nur Wasser? (Destillieren) 17.6 Destillationsanlage für alkoholische Getränke Jedes Thema ist durch Fragen gegliedert. Chemikerinnen und Chemiker stellen Fragen und versuchen, sie durch Versuche und logisches Denken zu beantworten. Erklärungen zu den Ergebnissen der Versuche und weitere wichtige Inhalte findest du im Text. Arbeitsaufgaben fordern dich auf, über zB deine Versuche nachzudenken, sie festzuhalten, auszuwerten oder zu interpretieren. Manchmal ist es notwendig, Informationen zu suchen, die nicht in deinem Schulbuch stehen. Versuche helfen beim Verständnis. Versuche mit der Lehrkraft sind mit LV gekennzeichnet. Für die Versuche wurden Gefährdungsbeurteilungen vom Universum Verlag mit Ö-GISS (Gefahrstoffmanagement in der Schule) erstellt. Weitere Informationen unter d-giss.de. Infoboxen liefern zustätzliche interessante Informationen oder wiederholen für das Kapitel wichtige Begriffe. Merktexte fassen die wichtigsten Informationen kurz zusammen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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