Impuls Chemie 4 Teildruck Die Verkaufsauflage erscheint unter der ISBN 978-3-209-12342-8
Impuls Chemie 4, Schulbuch + E-Book Die Verkaufsauflage erscheint unter der ISBN 978-3-209-12342-8 Kopierverbot Wir weisen darauf hin, dass das Kopieren zum Schulgebrauch aus diesem Buch verboten ist – § 42 Abs. 6 Urheberrechtsgesetz: „Die Befugnis zur Vervielfältigung zum eigenen Schulgebrauch gilt nicht für Werke, die ihrer Beschaffenheit und Bezeichnung nach zum Schul- oder Unterrichtsgebrauch bestimmt sind.“ Bildnachweis S. 4.1: Andrew Peacock / Getty Images - iStockphoto; S. 4.2: Science Photo Library / picturedesk.com; S. 4.3: chaoss / Thinkstock; S. 4.4: lucadp / Getty Images - iStockphoto; S. 4.5: Santje09 / Getty Images - iStockphoto; S. 4.6: enot-poloskun / Getty Images; S. 4.7: snygo - aboutpixel.de; S. 4.8: ArtMarie / Getty Images; S. 4.9: Kim Warden / Fotolia; S. 4.10: petovarga / Getty Images - iStockphoto; S. 4.11: snygo - aboutpixel.de; S. 4.12: bramgino / Fotolia; S. 5.1: andreswd / Getty Images; S. 5.2: studio023 / Thinkstock; S. 5.3: Christa Eder / Fotolia; S. 5.4: georgeclerk / Getty Images - iStockphoto; S. 5.5: Brasil2 / iStockphoto.com; S. 5.7: PeopleImages / Getty Images; S. 5.8: Günther Straub, Leonding; S. 5.9: miniseries / Getty Images; S. 5.9: snygo - aboutpixel.de; S. 5.10: EYE OF SCIENCE / Science Photo Library / picturedesk.com; S. 5.10: EYE OF SCIENCE / Science Photo Library / picturedesk.com; S. 5.11: fcafotodigital / Getty Images; S. 5.12: fcafotodigital / Getty Images; S. 6.1: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 7.3 bis 11: Falco / Fotolia; S. 8.1: Andrew Peacock / Getty Images - iStockphoto; S. 8.3: Birgit Hemmelmayr, Linz; S. 9.1: fotofrank / Fotolia; S. 9.2: daniel sainthorant / Fotolia; S. 9.3: bodnarchuk / Getty Images - iStockphoto; S. 11.1: Dr. Marion Reich, Wien; S. 11.2: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 11.3: Stockmdm / Fotolia; S. 11.4: Thomas Müller / Fotolia; S. 11.5: coramueller / Getty Images; S. 11.6: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 11.7: Dr. Marion Reich, Wien; S. 11.8: steve-photo / Fotolia; S. 11.9: dutchpilot22 / Fotolia; S. 12.1: Science Photo Library / picturedesk.com; S. 12.2: LianeM / Fotolia; S. 12.4: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 13.3: Ernst Klett-Archiv (Hartmut Fahrenhorst); S. 14.1: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 16.1: Birgit Hemmelmayr, Linz; S. 17.1: B. Wylezich / Fotolia; S. 17.2: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 17.3: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 18.1: chaoss / Thinkstock; S. 19.3: ullstein - Augenstein(L) / Ullstein Bild / picturedesk. com; S. 22.1: lucadp / Getty Images - iStockphoto; S. 22.3: Impala / Fotolia.com; S. 23.2: visual7 / Getty Images; S. 23.3: Vrender / Getty Images - iStockphoto; S. 27.1: Katrin Ray Shumakov / Getty Images; S. 28.1: Santje09 / Getty Images - iStockphoto; S. 28.2: mariusFM77 / Getty Images; S. 32.1: enot-poloskun / Getty Images; S. 33.5: Robert Moore / Getty Images; S. 38.1: snygo - aboutpixel.de; S. 38.4: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 39.1: Ernst-Klett-Archiv; S. 41.1: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 41.2: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 42.1: ArtMarie / Getty Images; S. 42.2: Stefan Müller / Fotolia; S. 42.4: DgMata / Fotolia; S. 43.1: SolStock / Getty Images; S. 43.2: Smileus / stock.adobe.com; S. 43.3: Teamarbeit / Fotolia; S. 44.1: Gerald Gruber-Kalteis, Taiskirchen; S. 46.1: Smileus / Thinkstock; S. 47.1: Sabine / Fotolia; S. 47.2: simazoran / Thinkstock. Illustrationnachweis Arnold & Domnick, Leipzig: Seiten: 47.3; 47.4; 47.5; 47.6; 47.7; Claudia Blazejak für PER Medien & Marketing, Braunschweig: Seiten: 8.2; 18.3; 25.1; 27.2; 28.3; 36.1; 39.2; 39.3; 40.1; 46.2; 46.3; 46.4; 46.5; Birgit Hemmelmayr, Linz: Seite: 13.4; Susanne Pototschnig, Ferlach: 18.2; 26.1; 26.2; 26.3; 38.2; Adam Silye, Wien: Seiten: 5.6; 7.1; 7.2; 12.3; 13.1; 13.2; 15.1; 15.2; 18.3; 19.1; 22.2; 23.1; 26.4; 28.4; 29.1; 29.2; 30.1; 32.2; 38.3; 42.3; Oleksandra Toropenko, Wien: Seiten: 19.1; 19.2; 22.2; 23.1; 31.1; 31.2; 31.3; 33.1; 33.2; 33.3; 33.4; 35.1; 35.2; 35.3; 35.4; 42.3; 46.2; 46.3; 46.4; 46.5. 1. Auflage (Druck 0001) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2025 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Umschlagbilder: Christophe Lehenaff / Getty Images; Brandon Huang / Getty Images Redaktion: Lisa Sami Golser, Wien Herstellung: Oleksandra Toropenko, Wien Umschlaggestaltung und Layout: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Satz: PER Medien & Marketing GmbH, Braunschweig Druck: Ferdinand Berger & Söhne Ges.m.b.H., Horn W6429-98 Teildruck zu ISBN 978-3-209-12342-8 (Impuls Chemie SB 4 + E-Book) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.at Impuls Chemie 4 Birgit Hemmelmayr Marianne Obermüller Günther Straub Hol dir die Quiz-App zum Schulbuch im App-Store (iOS) oder Google Play-Store (Android)! Wähle in der App dein Buch aus, gib den Gratis-Code imch4 ein und los geht’s! www.esquirrel.at Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
2 Wie arbeite ich mit diesem Buch? Alles besteht aus kleinen Teilchen 2 Forschen – Finden – Ausprobieren 2 27 26 Wie groß ist ein Atom? Im Bild rechts siehst du, dass ein Atom so groß wie ein Fußballfeld wäre, wenn der Atomkern den Durchmesser einer Stecknadel hätte. Wie „groß“ ist aber ein Atom in Wirklichkeit? Damit du dir vorstellen kannst, wie „klein“ Atome sind, hier eine ungefähre Zahl: Ein Tropfen Wasser besteht aus über Hundert Milliarden Billionen = 100 Trilliarden (100 000 000 000 000 000 000 000 = 100 · 1021) Atomen! Da ein Atom unvorstellbar klein ist, kann es mit herkömmlichen Methoden nicht gemessen werden. Versuchsanleitung: 1. Gib auf jedes Uhrglas eine Spatelspitze eines Salzes. 2. Tauche das Magnesiastäbchen in die Salzsäure und glühe es in der Flamme des Gasbrenners so lange aus, bis keine Flammenfärbung mehr zu erkennen ist. Lass es dann kurz abkühlen. 3. Tauche das Magnesiastäbchen in die Salzsäure und nimm mit dem Stäbchen einige Kristalle eines Salzes (Kaliumchlorid, Lithiumchlorid oder Natriumchlorid) auf. 4. Halte das Magnesiastäbchen in den heißen Teil (Mitte) der Flamme. Beobachte die Färbung der Flamme und trage dein Ergebnis in die Tabelle ein. 5. Beginne wieder bei Punkt 2, bis du alle drei Salze getestet hast. Wie verfärbt sich die Flamme? Salz Flammenfärbung Wie kommt es zu der Flammenfärbung? Durch die Energie der Flamme können sich die Elektronen im Atom bewegen und auf ein höheres Energieniveau angehoben werden. Dies nennt man den „angeregten Zustand“. Dieser Zustand hält aber nicht lange an und die Elektronen „fallen“ wieder auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück. Dabei wird die vorher zugeführte Energie frei und diese können wir in Form von farbigem Licht sehen. Dieses Phänomen wird unter anderem für Feuerwerke genutzt. Ausflug in die Berufswelt Weißt du, wie der Beruf heißt, bei dem Menschen Feuerwerke planen und durchführen? Atomkern angeregter Zustand Grundzustand Licht Was hat das Periodensystem mit Feuerwerken zu tun? Wie hängt ein Feuerwerk mit Chemie zusammen? Finde es bei diesem Versuch selbst heraus! Du brauchst: • Magnesiastäbchen • 3 Uhrgläser • kleines Becherglas • Spatel • Bunsenbrenner • Feuerzeug • Kaliumchlorid • Lithiumchlorid • Natriumchlorid • 10 %ige Salzsäure • Schutzbrille Fülle etwas Wasser in ein breites, niedriges Gefäß (zB eine Petrischale) und bestreue die Oberfläche mit Bärlappsporen. Tropfe mit einer Pipette 0,1 ml Ölsäure auf die Mitte der Wasseroberfläche und miss den Durchmesser des Ölflecks. Durchmesser des Ölflecks: Nun kannst du aus dem Volumen und der Fläche des Ölflecks die Höhe berechnen. Die Höhe des Ölflecks entspricht in etwa der Dicke eines einzelnen Öl-Moleküls (0,1 ml = 100 mm3). Fläche des Ölflecks: Volumen des Ölflecks: Höhe des Ölflecks: Bedenke: Ein Öl-Molekül besteht aus über 50 Atomen. Du kannst die ungefähre Größe eines Atoms ausrechnen, indem du die Größe des Öl-Moleküls durch vier rechnest. Tipp: Volumen = Fläche·Höhe Zu welchem Ergebnis kommst du mit deiner Gruppe? Was sagt deine Lehrerin bzw. dein Lehrer dazu? Recherchiere im Internet, wie die Größe von Atomen gemessen wird. Halte es hier fest: Materialien Petrischale Pipette Wasser Bärlappsporen Ölsäure Elektronenhülle Atom mit Atomhülle d ≈ 100 000 fm ≈ 1 Ångström ≈ 0,0000001 mm Atomkern d ≈ 10 fm Proton/ Neutron d ≈ 1,5 fm Wie kannst du die Größe eines Atoms im Versuch bestimmen? Erarbeitungs-Doppelseite 2 Alles besteht aus kleinen Teilchen 2 Digitales Zusatzmaterial xxxxxx 19 18 Atome, die Bausteine der Materie Wusstest du, dass die Geschichte der Atome vor 13,7 Milliarden Jahren mit dem Urknall begann? Eine hunderttausendstel Sekunde später entstanden die ersten Bausteine der Materie, unter anderem Protonen und Neutronen. Erst nach rund 380 000 Jahren bildeten sich aus herumschwirrenden Elektronen und den Atomkernen (Protonen und Neutronen) vollständige Atome. In diesem Kapitel werden wir uns näher mit den Atomen und ihrem Aufbau beschäftigen. Alles besteht aus kleinen Teilchen Atome – ein langer Weg der Entdeckung Bereits in der Antike vermutete der griechische Philosoph Demokrit (460–371 v. Chr.), dass alle Stoffe aus kleinsten unteilbaren Teilchen bestehen. Diese Teilchen nannte er Atome (griech.: atomos = unteilbar). Seine Ideen blieben jedoch lange Zeit unbewiesen. Der griechische Philosoph Aristoteles stellte kurz nach Demokrit eine andere Theorie vom Aufbau der Materie auf, die sich lange Zeit durchsetzte. Recherchiere dazu im Internet! Der englische Forscher John Dalton (1766–1844) nahm Demokrits Idee mit den kleinsten Teilchen wieder auf. Im Jahr 1803 gelangen ihm experimentelle Hinweise auf diese Teilchen. Er übernahm Demokrits Ausdruck ‚Atom‘. Bei seinen Versuchen stellte Dalton fest, dass die Atome eines Elements einander gleichen. Atome von unterschiedlichen Elementen unterscheiden sich dagegen in Größe und Masse. Zeichne deine Vorstellung eines Atoms! Vergleicht gemeinsam! Atome sind so klein, dass sie mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Durch technische Methoden, wie zB der Rastertunnelmikroskopie, können diese abgebildet werden. Um uns eine ungefähre Vorstellung zu ermöglichen, verwenden wir für ihre Darstellung Modelle. Im Laufe der Zeit entwickelten sich verschiedene Atommodelle: Kugelteilchenmodell: Dieses Modell wurde von John Dalton aufgestellt und geht von einer kugelförmigen Gestalt der Atome aus. Kern-Hülle-Modell (B2): Der englische Atomphysiker Ernest Rutherford (1871–1937) leitete den ungefähren Aufbau von Atomen aus einem Versuch ab. Im Zentrum jedes Atoms befindet sich ein winziger, positiv geladener Kern. Über 99,9 % der Atommasse befinden sich in diesem Atomkern. Den Kern umkreisen mit großer Geschwindigkeit die winzigen, negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle. B1 Die Elemente im menschlichen Körper (in %) Sonstige (zB Stickstoff, Calcium, Phosphor, …) ï Heute weiß man durch die moderne Atomphysik, dass Atome nicht unteilbar sind. Atome sind die grundlegenden Bausteine der Materie. Sie lassen sich mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegen. ï Ein Modell ist ein Hilfsmittel und stellt nie die Wirklichkeit dar (siehe Seite 8). B2 Das Kern-Hülle-Modell Atomkern Elektron Atomhülle Atome bestehen aus einem winzigen Atomkern und einer Atomhülle. Der Kern ist positiv geladen und enthält über 99,9 % der Atommasse. In der Hülle befinden sich negativ geladene Elektronen. Schalenmodell (B3): Hier stellt man sich vor, dass Elektronen den Atomkern in bestimmten Energieniveaus umkreisen. Jedes Energieniveau kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Es gibt maximal sieben Energieniveaus, die mit den Buchstaben K bis Q von innen nach außen bezeichnet werden. Entwickelt wurde das Schalenmodell 1913 vom dänischen Physiker Nils Bohr. Orbitalmodell: Hier wird die Verteilung der Elektronen im Atom auf Grundlage der Quantenmechanik beschrieben. Es gibt bestimmte Bereiche, die Orbitale, in denen sich die Elektronen wahrscheinlich aufhalten. Einen wichtigen Beitrag dazu lieferte der deutsche Physiker Werner Heisenberg im Jahr 1927 mit seiner Unschärferelation. Wie sind Atome aufgebaut? Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen. Bereich Elementarteilchen Masse [g] x 10–24 Ladung Kern Proton p+ 1,673 + 1 Neutron n 1,675 keine Hülle Elektron e– 0,000911 – 1 Aus der Anzahl der Protonen leitet sich die Kernladungszahl oder Ordnungszahl ab. Atome eines Elements haben immer gleich viele Protonen im Kern wie Elektronen in der Hülle. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element. Aus der Summe der Protonen und Neutronen leitet sich die Massenzahl ab. Wenn Atome eines Elements gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen haben, dann spricht man von Isotopen. Wie lautet die Massen- bzw. Ordnungszahl von Lithium? Wodurch werden die chemischen Eigenschaften der Atome bestimmt? Die chemischen Eigenschaften eines Atoms werden durch die Elektronen bestimmt. Für das chemische Verhalten des Elementes ist das äußerste Energieniveau, das noch mit Elektronen besetzt ist, von größter Bedeutung. Für das äußerste Energieniveau gilt, dass es mit maximal acht Außenelektronen besetzt sein darf. Außenelektronen nennt man auch Valenzelektronen. Welche Rolle spielen die Elektronen beim elektrischen Strom? Atomkern mit 7 Protonen Atomhülle mit 7 Elektronen B3 Schalenmodell (Stickstoff-Atom) 0 0 + + + 0 0 Neutron Atomkern Proton Elektron B4 Aufbau eines Lithium-Atoms Manche Elemente wurden nach ihrem Entdeckungsort oder nach bedeutenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern benannt. Das Element Meitnerium ist nach der österreichischen Physikerin Lise Meitner benannt. Atomkerne bestehen aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen. Die Protonenzahl sagt uns, um welches Element es sich handelt ï Die Elektronen im äußersten besetzten Energieniveau heißen Außenelektronen (Valenzelektronen). Die chemischen Eigenschaften eines Elementes werden durch die Anzahl der Außenelektronen bestimmt. ï Übungs-Doppelseite Forschen, Finden, Ausprobieren Auf diesen Seiten kannst du dich noch weiter in das Thema vertiefen. Das kann ich 2 Alles besteht aus kleinen Teilchen 2 21 20 Atome, die Bausteine der Materie 1 Erkläre, woher der Begriff ‚Atom‘ kommt: 2 Ordne die Atommodelle richtig zu! Male zusammengehörende Kästchen mit derselben Farbe an. Kugelteilchenmodell Im Zentrum jedes Atoms befindet sich ein winziger, positiv geladener Atomkern. In der Atomhülle bewegen sich die negativ geladenen Elektronen. Kern-Hülle-Modell Es gibt bestimmte Bereiche, in denen sich die Elektronen mit großer Wahrscheinlichkeit aufhalten. Schalenmodell Atome haben eine kugelförmige Form. Orbitalmodell Elektronen umkreisen den Atomkern in bestimmen Energieniveaus. 3 Erkläre, warum es verschiedene Atommodelle gibt: 4 Begründe, warum die Bezeichnung Atom für die Bausteine der Materie unpassend ist: 5 John Dalton kam aufgrund seiner Forschungen auf folgende Atomhypothesen: Welche der Aussagen sind richtig und welche können aus heutiger Sicht der Wissenschaft als falsch eingestuft werden? Kreuze an! richtig falsch Alle Atome desselben Elements sind untereinander gleich. Atome unterschiedlicher Elemente haben unterschiedliche Masse und die gleiche Größe. Atome sind unveränderlich. Jedes Element besteht aus chemisch unteilbaren Teilchen, den Atomen. 6 Vervollständige die Tabelle. Bereich Elementarteilchen Masse [g] · 10–24 Symbol Ladung 1,673 p+ + 1 1,675 n keine 0,000911 e– – 1 W W W, S W, S W W 7 Erkläre die Begriffe. Kernladungszahl: Massenzahl: Isotope: 8 Erstelle mithilfe einer Computersimulation (Suchbegriff „Build an atom“) das Schalenmodell eines Kohlenstoff-Atoms. Recherchiere, welche Kohlenstoff-Isotope es gibt und baue sie nach. Welches davon kommt auf der Erde am häufigsten vor? Mache einen Screenshot von deinem Ergebnis. Drucke den Screenshot aus und klebe ihn in dein Chemie-Heft. 9 Die Energieniveaus der Atomhülle haben nicht beliebig viel Platz für Elektronen. Mit der Formel 2n2 (wobei n das Energieniveau ist) kannst du dir leicht die maximale Zahl an Elektronen im Energieniveau ausrechnen. Es sind jedoch nie mehr als 32 Elektronen! Ergänze die Tabelle. Zum Beispiel: M ist das 3. Energieniveau, also ist die maximale Anzahl der Elektronen 2 · 32 = ? Berechne die maximale Anzahl der Elektronen in den Energieniveaus K bis N. Energieniveaus (n) 1 (K) 2 (L) 3 (M) 4 (N) 5 (O) 6 (P) 7 (Q) maximale Elektronenzahl 32 32 32 10 Elemente werden mithilfe von Symbolen dargestellt. Für das chemische Symbol nimmt man meistens den ersten oder die ersten zwei Buchstaben des Elementnamens. Bei einigen Atomen leitet sich das Elementsymbol von der lateinischen oder griechischen Bezeichnung des Elements ab. Die Massenzahl und die Ordnungszahl werden wie im Beispiel beim Elementsymbol angegeben. • Suche im Periodensystem deines Buches den deutschen Namen der Elemente und schreibe ihn in die Tabelle. • Finde mithilfe eines Wörterbuchs oder des Internets den englischen Namen heraus und schreibe ihn ebenfalls in die Tabelle. • Ergänze die Massen- und Ordnungszahl beim Symbol. Symbol lateinischer oder griechischer Name deutscher Name englischer Name 12C Carboneum (lat.) Kohlenstoff 6O Oxygenium (gr.) H Hydrogenium (gr.) Cu Cuprum (lat.) Au Aurum (lat.) Na Natrium (lat.) N Nitrogenium (gr.) W W, E W, E C12 6 Massenzahl Ordnungzahl W, S Auf diesen Seiten lernst du ein neues Thema kennen. Hier findest du Wissen zum Thema, Aufgaben zur Erarbeitung und Versuche. Liebe Schülerin, lieber Schüler, auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie „Impuls Chemie“ aufgebaut ist. Das Schulbuch hat zwölf Abschnitte. Jeder Abschnitt besteht aus zwei Kapiteln mit je einer Erarbeitungs-Doppelseite und einer Übungs-Doppelseite. Am Ende jedes Abschnitts kannst du auf einer Doppelseite selbst erforschen, Spiele spielen, Versuche ausprobieren und noch viel mehr. „Impuls Chemie“ hat zwölf Abschnitte, die jeweils aus 10 Seiten bestehen: 2 Seiten Erarbeitung 2 Seiten Übungen 2 Seiten Erarbeitung 2 Seiten Übungen 2 Seiten Forschen, Finden, Ausprobieren Du findest hier Versuche, Spiele, Bauanleitungen und vieles mehr. Probiere es aus! Hier kannst du deine Kompetenzen mit Aufgaben und Versuchen festigen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
3 Viel Spaß und Erfolg bei der Arbeit mit „Impuls Chemie“! So findest du dich in Impuls Chemie zurecht Hier erfährst du interessante Zusatzinformationen. Die Merkkästen zeigen dir die wichtigsten Inhalte auf einen Blick. Diese Impuls-Aufgaben sollt ihr gemeinsam besprechen. Diesen Versuch kannst du alleine oder in der Gruppe durchführen. Diesen Versuch sollst du zu zweit oder in der Gruppe durchführen. Diesen Versuch soll deine Lehrerin oder dein Lehrer durchführen. ï B Impuls Chemie-Codes Hier findest du Verweise auf kostenloses digitales Zusatzmaterial. In „Impuls Chemie“ eingedruckter Online-Code. Gehe auf www.oebv.at, … gib den Online-Code im Suchfeld links oben ein … und lade Materialien zu „Impuls Chemie“ kostenlos herunter. Material j3t7fp Die Aufgaben auf einen Blick Die Aufgaben auf den Übungs-Doppelseiten sind mit einem dreieckigen Zeichen markiert. Damit weißt du auf einen Blick, um welche Aufgabenart es sich handelt. Wenn du die Aufgaben löst, kannst du selbst überprüfen, was du gut beherrschst und wo du dir noch schwertust. Aufgaben mit diesem Zeichen helfen dir, Fachwissen zu festigen und Grundfertigkeiten zu erlernen. Bei diesen Aufgaben kannst du dein erworbenes Fachwissen und deine erlernten Grundfertigkeiten anwenden. Diese Aufgaben fordern dich auf, selbständige Lösungswege zu finden, etwas zu beurteilen oder es kann notwendig sein, dass du zusätzliche Informationen benötigst, zB aus dem Internet oder aus Nachschlagewerken. W, E, S Die Buchstaben neben den Aufgaben kennzeichnen die Kompetenzbereiche Wissen aneignen und kommunizieren (W), Erkenntnisse gewinnen und interpretieren (E) und Standpunkte begründen, Entscheidungen treffen und reflektiert handeln (S). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
4 Inhalt Sicherheitsvorkehrungen beim Experimentieren 6 Gefahrensymbole 7 Wir untersuchen Stoffe 8 Reise ins Innere der Stoffe 8 Stoffe kann man trennen 12 Finden, Forschen, Ausprobieren 16 Alles besteht aus kleinen Teilchen 18 Atome, die Bausteine der Materie 18 Periodensystem der Elemente 22 Finden, Forschen, Ausprobieren 26 Atome verbinden sich 28 Chemische Bindungen 28 Die Zeichensprache der Chemie 32 Finden, Forschen, Ausprobieren 36 Chemische Reaktionen 38 Der zündende Funke 38 Verbrennen, eine chemische Reaktion 42 Finden, Forschen, Ausprobieren 46 Besondere Elemente 48 Wichtige Gase 48 Quer durch das Periodensystem 52 Finden, Forschen, Ausprobieren 56 Sauer und basisch 58 Säuren und Basen im täglichen Leben 58 Wichtige Säuren und Basen 62 Finden, Forschen, Ausprobieren 66 1 2 3 4 5 6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
5 Wasser und Luft 68 Wasser 68 Luft 72 Finden, Forschen, Ausprobieren 76 Rohstoffe unserer Erde 78 Metalle 78 Werkstoffe 82 Finden, Forschen, Ausprobieren 86 Kohlenstoff – ein besonderes Element 88 Erdöl, Erdgas und Kohle 88 Die Kohlenwasserstoffe 92 Finden, Forschen, Ausprobieren 96 Natürlich künstlich 98 Kunststoffe und Bekleidung 98 Textifasern und Waschmittel 102 Finden, Forschen, Ausprobieren 106 Organisches Allerlei 108 Trinkalkohol und Essigsäure 108 Auf die Dosis kommt es an 112 Finden, Forschen, Ausprobieren 116 Unsere Ernährung 118 Kohlenhydrate und Ballaststoffe 118 Proteine und Fette 122 Finden, Forschen, Ausprobieren 126 Register 128 Periodensystem der Elemente 129 Der Quellen-, Bild- und Illustrationsnachweis ist auf der Umschlaginnenseite zu finden. 7 8 9 10 11 12 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
6 Sicherheitsvorkehrungen beim Experimentieren Darauf solltest du bei Versuchen achten: • Im Chemiesaal darf weder gegessen noch getrunken werden. • Trage bei allen Versuchen eine Schutzbrille. • Lange Haare müssen zusammengebunden werden, damit sie nicht in die Brennerflamme oder andere Gefahrenquellen geraten können. • Entferne vor Versuchen mit offenem Feuer alle Papierunterlagen (Heft, Buch, …) von der Arbeitsfläche. • Öffnungen von Reagenzgläsern dürfen nie auf andere Personen gerichtet werden. • Beim Erhitzen einer kleinen Flüssigkeitsmenge im Reagenzglas darf das Glas immer nur kurz über die Brennerflamme gehalten werden. Der Inhalt soll dabei vorsichtig geschüttelt werden. • Halte dich genau an die Versuchsbeschreibungen. Bei Unklarheiten wende dich an deine Lehrerin oder deinen Lehrer. • Bevor du mit dem Versuch beginnst, müssen alle Geräte und Chemikalien bereitstehen. • Chemikalien dürfen grundsätzlich nicht gekostet werden. Berührung mit der Haut vermeiden. • Chemikalien dürfen niemals in Gefäßen aufbewahrt werden, die für Lebens- und Genussmittel bestimmt sind. Es besteht die Gefahr einer Verwechslung. • Verschließe Chemikalienflaschen nach jeder Entnahme wieder sorgfältig. • Beachte die Gefahrensymbole auf den Gefäßen mit Chemikalien. • Achte darauf, dass Geräte standfest und kippsicher aufgestellt werden. Gefäße mit Chemikalien immer an einem sicheren Ort aufstellen. • Bei Geruchsproben darfst du dir die Dämpfe nur zufächeln. Halte niemals die Nase direkt über das Gefäß. • Nach den Versuchen muss der Arbeitsplatz gereinigt hinterlassen werden. Stelle Geräte und Chemikalien wieder an die vorgesehenen Plätze zurück. • Um im Experimentalunterricht möglichst wenige chemische Abfälle entstehen zu lassen, verwende immer nur angemessene Stoffmengen. • Chemikalienreste richtig entsorgen (nicht zurück in die Vorratsgefäße). Gefährliche Stoffe werden nach • Stoffgruppen in eigenen, gekennzeichneten Abfallbehältern gesammelt. Ungiftige und ungefährlich Stoffe darfst du in den Ausguss oder in den Papierkorb geben. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Sicherheitsvorkehrungen beim Experimentieren 7 Gefahrensymbole Zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien gilt seit 20.01.2009 das „Global Harmonisierte System“, kurz GHS. Vielleicht findest du manchmal auch noch die „alten“ orangen Gefahrensymbole wie zB seit 20.01.2009 gültig Beispiele sehr giftig giftig Kaliumcyanid Methanol ätzend reizend Schwefelsäure Salzsäure Abflussreiniger entzündlich Brennspiritus Benzin Methanol oxidierend Kaliumpermanganat Sauerstoff explosiv Schießpulver Nitroglycerin umweltgefährlich Kohlenwasserstoffe (Benzin, Dieselöl, …) Kaliumpermanganat Phenol gesundheitsgefährdend Blei Steinkohlenteer gesundheitsschädlich Asbest Benzen Phenol komprimierte Gase Sauerstoffflasche Acetylengasflasche Für die enthaltenen Versuche wurden Gefährdungsbeurteilungen vom Universum Verlag mit Ö-GISS – Gefahrstoffmanagement in der Schule – erstellt. Weitere Informationen unter d-giss.de. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
1 Digitales Zusatzmaterial xxxxxx 8 Reise ins Innere der Stoffe Eis ist gefrorenes Wasser. Die Süßwasserreserven der Erde sind größtenteils im Eis der Gletscher gebunden, wobei fast 97 Prozent in der Arktis und Antarktis liegen. Ein Eisberg ist ein großes Stück Eis, das von einem Gletscher oder einer Schelfeisplatte abgebrochen ist und aufgrund seiner geringeren Dichte im Meer treibt. In diesem Kapitel lernst du die verschiedenen Zustandsformen und die Einteilung der Stoffe kennen. Wir untersuchen Stoffe Was ist der Unterschied zwischen Wasser, Eis und Wasserdampf? Alle drei – Wasser, Eis und Wasserdampf – sind verschiedene Formen des gleichen Stoffes, nämlich Wasser. Sie ändern nur ihre Form je nach Temperatur und Druck. Chemisch gesehen sind Wasser, Eis und Wasserdampf derselbe Stoff. Stoffe können in den drei klassischen Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig vorkommen. Sie bestehen aus kleinsten Teilchen, die je nach Zustand unterschiedlich angeordnet sind. Wie beeinflussen Druck und Temperatur die Übergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen von Stoffen? Ein Modell der Wirklichkeit: In der Wissenschaft werden komplizierte Vorgänge in einem vereinfachten Modell dargestellt. Mit einem Modell können Zusammenhänge leichter verstanden und sogar vorhergesagt werden. So können Beobachtungen erklärt werden, die ohne das Modell unerklärlich sind. Ein Modell ist aber immer nur ein Hilfsmittel und stellt nicht die Wirklichkeit dar. Es gibt drei klassische Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. ï Fester Zustand Die Teilchen liegen sehr eng beisammen und haben eine feste Position. Sie können schwingen, sind aber nicht frei beweglich. Zwischen den Teilchen wirken starke Kräfte. Flüssiger Zustand Die Teilchen liegen nahe beisammen, sind aber frei beweglich. Die Kräfte zwischen den Teilchen sind schwach. Gasförmiger Zustand Die Teilchen liegen weit auseinander und sind frei beweglich. Die Kräfte zwischen den Teilchen sind sehr schwach. fester Zustand flüssiger Zustand gasförmiger Zustand fester Zustand flüssiger Zustand gasförmiger Zustand fester Zustand flüssiger Zustand gasförmiger Zustand Fülle einen Becher mit Wasser und stelle ihn ins Gefrierfach. Warte, bis das Wasser gefroren ist und fülle dann einen zweiten Becher mit derselben Menge Wasser. Der dritte Becher bleibt mit gasförmiger Luft gefüllt. Drücke nun die einzelnen Becher zusammen. Was kannst du feststellen? V1 Wie unterscheiden sich die verschiedenen Aggregatzustände? Materialien drei gleiche Plastikbecher Wasser Gefrierfach Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wir untersuchen Stoffe 1 9 Wie teilt man chemische Stoffe ein? In deinem Alltag kommst du mit vielen verschiedenen Stoffen in Berührung. Die wenigsten dieser Stoffe sind Reinstoffe, wie zB Zucker. Viel häufiger kommen Stoffgemenge vor. Bei einem Stoffgemenge sind mehrere unterschiedliche Stoffe miteinander vermischt. Beispiele sind Granit, Kräutersalz, Waschmittel, Zahnpasta oder MakeUp. Ein elementarer Stoff ist ein Stoff, der sich durch chemische Reaktionen nicht zerlegen lässt, weil er nur aus einer Elementsorte besteht. Derzeit sind 118 Elemente bekannt, die im Periodensystem der Elemente geordnet sind. Die Elemente können in Metalle und Nichtmetalle unterteilt werden. Wasser (B1) ist eine Verbindung aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff. Bindungskräfte halten die Elemente in einer Verbindung zusammen. Verbindungen und elementare Stoffe gehören zur Gruppe der Reinstoffe. Reinstoffe lassen sich mit physikalischen Methoden nicht zerlegen. Im Gegensatz dazu lassen sich Stoffgemenge mit physikalischen Trennverfahren in ihre Bestandteile zerlegen. Homogene Stoffe sind Stoffgemenge, bei denen die verschiedenen Bestandteile so gut vermischt sind, dass sie ohne Hilfsmittel nicht mehr voneinander zu unterscheiden sind (zB Luft oder Zuckerwasser). Kann man die verschiedenen Bestandteile mit bloßem Auge unterscheiden, nennt man sie heterogene Stoffe (zB Granit (B2) oder Kräutersalz). Haben unterschiedliche Stoffe auch verschiedene Eigenschaften? Unterschiedliche Stoffe kannst du anhand verschiedener Eigenschaften wie Farbe, Geruch, Geschmack, Härte, Masse, Dichte, Löslichkeit, Schmelz- und Siedepunkt, aber auch Wärme- oder elektrischer Leitfähigkeit unterscheiden. Welche dieser Eigenschaften könnte dir helfen, Zucker von Salz zu unterschieden? Begründe deine Wahl. B1 Wasser: eine chemische Verbindung der Elemente Wasserstoff und Sauerstoff B2 Granit ist ein heterogenes Gemenge aus verschiedenen Mineralien (Quarz, Feldspat, Glimmer) Stoffe Reinstoffe Sauerstoffgas, Kochsalz Verbindungen Kochsalz, Zucker Elemente Sauerstoff, Kupfer Nichtmetalle Sauerstoff, Chlor Metalle Kupfer, Eisen Stoffgemenge Granit, Salzwasser homogen Salzwasser, Luft heterogen Granit, Milch Die drei Hauptformen chemischer Stoffe sind elementare Stoffe, Verbindungen und Gemenge. Steckbrief: Gold Farbe: goldgelb Dichte: 19,32 g/cm3 Aggregatzustand: fest Schmelzpunkt: 1 064 °C Siedepunkt: 2 857 °C ï Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Das kann ich 1 10 Reise ins Innere der Stoffe 1 Nenne die drei Aggregatzustände, in denen Stoffe vorkommen können: 2 Kreuze an, ob die Aussagen richtig oder falsch sind. Korrigiere falsche Aussagen, indem du falsche Formulierungen durchstreichst und den richtigen Begriff in die Korrekturspalte einträgst. richtig falsch Korrektur Bei Flüssigkeiten liegen die Teilchen sehr weit auseinander. Die Teilchen liegen bei festen Stoffen sehr eng beisammen. Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Bei gasförmigen Stoffen sind die Teilchen nicht frei beweglich. 3 Ordne richtig zu. Verbinde die zusammenpassenden Begriffe mit einer Linie. Stoffe, die sich chemisch nicht weiter zerlegen lassen Verbindung Kombination aus zwei oder mehreren Elementen (Bindungskräfte halten die Elemente zusammen.) Stoffgemenge Mischung aus zwei oder mehreren Stoffen elementarer Stoff 4 Vervollständige die Darstellung der Einteilung von Stoffen. 5 Nenne jeweils zwei Beispiele: Gemenge: Verbindungen: Elemente: W W W W Stoffe Verbindungen W Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wir untersuchen Stoffe 1 11 6 Ist ein homogenes oder ein heterogenes Stoffgemenge abgebildet? Trage ein. 7 Wähle ein weiteres Alltagsprodukt und analysiere, ob es sich um ein homogenes oder heterogenes Stoffgemenge handelt. Begründe deine Entscheidung unter Berücksichtigung der Zusammensetzung: 8 Suche im Internet nach einer Simulation, die die Teilchenbewegung in den verschiedenen Aggregatzuständen zeigt (Suchbegriff: Simulation Teilchenbewegung Aggregatzustände). Experimentiere mit diesem Tool und notiere deine Beobachtungen. Besprecht gemeinsam eure Erkenntnisse. 9 Stoffe werden aufgrund ihrer jeweiligen Eigenschaft als Werkstoff verwendet. Die oberösterreichische Firma FACC fertigt Teile für die Flugzeugindustrie. Es werden zB die Winglets für den Airbus 320 hergestellt. Finde heraus, welche Eigenschaften Teile für Flugzeuge haben müssen. Aus welchen Materialien könnten solche Teile hergestellt werden? W W, E, S E S Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
1 12 Wusstest du, dass die Chemie aus der modernen Kriminologie nicht mehr wegzudenken ist? Mit Analysemethoden wie der Chromatografie kann zB der genaue Alkoholgehalt im Blut bestimmt werden. Auch die Herkunft und Art von Drogen können anhand von Trennverfahren nachgewiesen werden. In diesem Kapitel lernst du verschiedene Trennverfahren kennen. Stoffe kann man trennen Wie kann man Stoffgemenge trennen? Jeder Reinstoff hat bestimmte physikalische Eigenschaften wie Dichte, Schmelz- und Siedepunkt usw. Dadurch lassen sich Stoffgemenge mit geeigneten Methoden in ihre Bestandteile zerlegen. Welche Trennverfahren gibt es? Eindampfen: Mit dieser Methode können gelöste Feststoffe aus Lösungen gewonnen werden. Zum Beispiel kannst du Salzwasser in seine Bestandteile trennen, indem du das Gemenge auf über 100 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur verdampft das Wasser und Salz bleibt als Reinstoff zurück. Man kann das Wasser aber auch einfach verdunsten lassen (B1). Nenne Beispiele, wo Wasser verdunstet! Destillation (B2): Bei diesem Trennverfahren werden Flüssigkeiten durch Erhitzen verdampft und anschließend durch Kondensation wieder verflüssigt. Dabei werden die unterschiedlichen Siedepunkte der Bestandteile genutzt, um sie zu trennen und reinere Stoffe zu gewinnen. Einige Beispiele sind Schnaps brennen, die Gewinnung von ätherischen Ölen und die Erdöldestillation. Filtrieren (B3): Mit Filtern (Kaffeefilter, Luftfilter) werden Teilchen aus Flüssigkeiten oder Gasen herausgefiltert, weil sie die kleinen Löcher des Filters nicht durchdringen können. Sieben: Stoffe werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Teilchengröße getrennt. Welche Stoffgemenge können so getrennt werden? Nenne einige Beispiele aus dem Alltag! B1 Um Salz von Wasser zu trennen, wird salziges Meerwasser in flache Becken geleitet. Sobald diese gefüllt sind, wird der Zulauf vom Meer verschlossen. Durch die Sonne verdunstet das Wasser in den Becken und es bleibt nur mehr Salz übrig. Reinstoffe unterscheiden sich durch ihre physikalischen Eigenschaften. Stoffgemenge kann man durch unterschiedliche physikalische Eigenschaften der Reinstoffe trennen. Kondensieren Verdampfen Kühlwasser B2 Die Stofftrennung durch Destillation erfolgt aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte. ï B3 Stofftrennung durch Filtrieren Trennverfahren, bei denen die unterschiedlichen Siedepunkte der Stoffe zur Trennung genutzt werden, sind Eindampfen, Verdunsten oder Destillieren. Filtrieren und Sieben sind Trennverfahren, welche die unterschiedliche Teilchengröße von Stoffen in Gemengen nutzen. ï Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wir untersuchen Stoffe 1 13 Sedimentieren: Die schwereren Bestandteile in einer Flüssigkeit sinken aufgrund ihrer höheren Dichte zu Boden und bilden dann einen Bodensatz. Die Flüssigkeit darüber kann man abgießen oder dekantieren (B4). Zentrifugieren (B5): Ein Stoff wird in einen sich sehr schnell drehenden Behälter gegeben. Durch die Zentrifugalkraft werden die Bestandteile aufgrund der unterschiedlichen Dichte unterschiedlich stark nach außen geschleudert, wodurch eine Trennung des Gemenges erreicht wird. Früher wurde Rahm dadurch gewonnen, dass man Milch zwei Tage stehen ließ. Der Rahm setzte sich aufgrund der geringeren Dichte oben ab und konnte abgeschöpft werden. Heute wird die Milch in speziellen Zentrifugen innerhalb weniger Sekunden in Magermilch und Rahm getrennt. Finde weitere Beispiele, bei denen das Zentrifugieren als Trennmethode genutzt wird! Chromatographie (B6): Bei dieser Methode werden die Farbteilchen verschiedener Farbpunkte mithilfe eines Fließmittels getrennt. Aufgrund der unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten kommen die Farbstoffe ungleich weit. Extraktion: Legst du ein grünes Blatt einer Pflanze längere Zeit in Alkohol, löst sich grüne Farbe (Chlorophyll) aus dem Blatt. In Kaffeemaschinen werden die Geschmacksstoffe des Kaffees durch Extraktion mit Wasser herausgelöst. Wie arbeiten Chemikerinnen und Chemiker? Die Chemie ist eine Wissenschaft, bei der man durch das Planen und Durchführen von Experimenten neue Erkenntnisse gewinnen kann. Hypothesen (Vermutungen) können durch Versuche bestätigt oder widerlegt werden. Wie solltest du beim Durchführen von Versuchen vorgehen? Formuliere eine Forschungsfrage, stelle Hypothesen auf, plane den Versuch, führe ihn durch und beobachte dabei genau, was passiert. Analysiere die beim Versuch gewonnenen Daten und ziehe daraus Schlussfolgerungen. Beim Durchführen von Versuchen ist das Führen eines Protokolls besonders wichtig, damit der durchgeführte Versuch auch nachvollziehbar ist. Das Versuchsprotokoll (B7) soll gut strukturiert und logisch sein. Wähle einen einfachen chemischen Versuch aus dem Internet, den du mit Materialien von zuhause durchführen kannst. Schreibe dazu ein Versuchsprotokoll und stelle den Versuch deiner Klasse vor. Die Dichte gibt an, wie viel Masse eines Stoffs in einem bestimmten Raum (Volumen) enthalten ist. Sie besagt also, wie „schwer“ ein Stoff im Vergleich zu seiner Größe ist. B4 Dekantieren Zentrifugenglas Fliehkraft B5 Zentrifugieren Beim Sedimentieren und Zentrifugieren setzen sich schwerere Teilchen in Stoffgemengen ab. ï B6 Chromatographie von Filzstiftfarben Die Chromatographie dient zur Trennung von Gemengen mithilfe eines Fließmittels. Bei der Extraktion wird durch ein Lösungsmittel ein Teil aus einem Stoffgemenge herausgelöst. Forschungsfrage: Materialien: Hypothese/Vermutung: Beobachtungen: Auswertung und Ergebnis: Datum: Name: Versuchsanleitung: Skizze: Versuchsprotokoll B7 Vorlage eines Versuchsprotokolls ï Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Das kann ich 1 14 Stoffe kann man trennen 1 Durch welche Eigenschaften können sich Reinstoffe voneinander unterscheiden? Nenne mindestens vier Eigenschaften von Stoffen: 2 Ergänze den Lückentext zum Filtrieren. Beim Filtrieren bzw. werden die einzelnen Reinstoffe anhand der unterschiedlichen voneinander getrennt. Größere Teilchen bleiben im zurück, kleinere können diesen passieren. 3 Erkläre, warum der Luftfilter beim Auto manchmal gereinigt bzw. gewechselt werden muss: 4 Lässt du Kakao länger stehen, wird dieser oben immer heller. Schüttest du die helle Flüssigkeit vorsichtig aus, kannst du erkennen, dass das Kakaopulver zu Boden gesunken ist. Erkläre diesen Vorgang: W Fülle eine große Schüssel zu ca. 2/3 mit Wasser und löse etwas Salz darin auf. Stelle ein sauberes leeres Glas in die Mitte der Schüssel. Es muss niedriger sein als der Rand der Schüssel. Bedecke die Oberseite der Schüssel mit durchsichtiger, selbsthaftender Plastikfolie und beschwere sie in der Mitte mit einem Stein. Stell die Schüssel nun einige Stunden in die Sonne. Beschreibe, was passiert, und versuche, diese Vorgänge zu erklären. Welche Art von Wasser tropft ins Glas? Kann dieses Wasser als Trinkwasser verwendet werden? Begründe deine Entscheidung. V2 Wie kannst du Wasser entsalzen? Materialien Wasser Salz große Schüssel selbsthaftende Plastikfolie sauberes Glas Stein W W, S W, E, S Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wir untersuchen Stoffe 1 15 5 Was gehört zusammen? Verbinde die passenden Satzteile. Bei der Chromatographie wird ein Teil des Stoffgemenges durch ein Lösungsmittel herausgelöst. Durch die unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten erfolgt die Trennung mithilfe eines Fließmittels. Bei der Extraktion werden Farbstoffgemenge aufgetrennt. 6 Salz kann man auf unterschiedliche Arten gewinnen: aus dem Meer (Meersalz), bergmännisch aus Salzlagerstätten (Steinsalz) oder als Siedesalz in Salzbergwerken. Dabei wird Süßwasser unter hohem Druck in die unterirdischen Lagerstätten gedrückt. Das Salz wird im Wasser gelöst und so aus dem Stein extrahiert. Das entstandene Salzwasser wird als Sole bezeichnet. Die Sole wird über Rohrleitungen zur Siederei gepumpt, wo das Wasser in Sudpfannen verdampft wird bis nur noch das Salz übrig bleibt. Nenne die zwei Trennverfahren, mit denen Salz in Salzbergwerken gewonnen wird: Ermittle, ob der Siedepunkt von Sole höher, niedriger oder gleich 100 °C ist: 7 In Kläranlagen werden unterschiedliche Arten der Stofftrennung und biochemischer Abbauprozesse angewandt. Finde heraus, welche Trennverfahren bei Kläranlagen zur Anwendung kommen: Erkläre, warum Abwässer geklärt werden müssen: Was würde es für die Umwelt bedeuten, wenn es keine Kläranlagen gäbe? Diskutiere dazu mit deiner Sitznachbarin oder deinem Sitznachbarn: W Laugenkammer Sudpfanne Salz Salzstock Wasser Sudhaus Sole W, S 1 2 3 4 5 6 W, S Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Forschen – Finden – Ausprobieren 1 16 Wie kannst du Salz gewinnen? In Salzbergwerken wird Salz mithilfe von Wasser aus dem Stein herausgelöst und gereinigt. Du kannst mit diesem Versuch die Arbeitsschritte nachvollziehen. Du brauchst: • Gemenge aus Salz und Sand • Wasser • Filterpapier • zwei Bechergläser • kleiner Trichter • Glasstab • Kerze • Verbrennungslöffel Deine Aufgabe ist es nun, aus dem Salz-Sand-Gemenge das Salz zu gewinnen. Überlege, bevor du beginnst, wie du vorgehen könntest. Wenn du nicht weiterkommst, kannst du dir Tipps zur Vorgangsweise (am Seitenende) anschauen. Halte deine Überlegungen fest, zeige sie der Lehrkraft und führe dann den Versuch durch: Wie ist es dir schlussendlich gelungen, aus dem Salz-Sand-Gemenge das Salz herauszutrennen? Halte deine Vorgangsweise fest: Verfasse ein Versuchsprotokoll zu diesem Versuch. Auf Seite 13 findest du eine passende Vorlage. Tipp 1: Ein Stoff ist in Wasser löslich, der andere nicht. Kannst du ihn benennen? Tipp 2: Jetzt kommt ein Trennverfahren zum Einsatz, mit dem man Stoffe aufgrund der unterschiedlichen Teilchengröße trennen kann. Welches Trennverfahren kannst du hier anwenden? Tipp 3: Wie kannst du das Salz aus dem Salzwasser gewinnen? Denke dabei an ein Trennverfahren, welches unterschiedliche Siedepunkte nutzt. Welches Trennverfahren nutzt du hier? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wir untersuchen Stoffe 1 17 Wie erkennt man eine Urkundenfälschung? Hast du schon einmal einen Bericht über Urkundenfälschung gesehen oder gelesen? Vielleicht hast du dich gefragt, wie Kriminologinnen und Kriminologen zeigen können, dass die Unterschrift auf einem Vertrag mit einer anderen Tinte geschrieben wurde als der Rest des Vertrages. Überlege dir, wie du herausfinden könntest, ob zwei oder mehrere Unterschriften mit demselben Filzstift gemacht wurden. Deine Vermutung: Berate dich mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern. Welche Vorschläge habt ihr, um die Tinten zu vergleichen? Wie setzen sich die Farben von Schokolinsen zusammen? Löse die Farbe von verschiedenfarbigen Schokolinsen (zB Smarties) indem du sie abwechselnd mit beiden Seiten auf einen Wassertropfen legst. Wiederhole den Vorgang mit mehreren gleichfarbigen Schokolinsen, um mehr Farbe im Wassertropfen zu lösen. Nimm nun jede heruntergelöste Farbe mit einer Pipette auf. Bringe auf einem runden Filterpapier ca. 1,5 cm vom Mittelpunkt entfernt in gleichmäßigem Abstand kleine Farbpunkte auf. Anstelle der Schokolinsen-Farben kannst du auch Punkte mit verschiedenen Filzstiften machen. In die Mitte des Filterpapiers stichst du mit einem spitzen Bleistift ein kleines Loch, in das ein Docht aus zusammengerolltem Filterpapier gesteckt wird. Fülle ein Becherglas mit Wasser und lege das Filterpapier mit dem Docht darauf. Achte darauf, dass sich das untere Ende des Dochts im Wasser befindet. Was kannst du beobachten? Zu welchem Ergebnis kommst du mit deiner Gruppe? Was sagt deine Lehrerin oder dein Lehrer dazu? Besprecht gemeinsam! Führe den obigen Versuch jetzt mit dunklen Filzstiften durch. Aus welchen Farben setzen sich die unterschiedlichen Filzstiftfarben zusammen? Schlüpfe nun in die Rolle einer Kriminologin oder eines Kriminologen und versuche herauszufinden, mit welchem Stift ein unbekannter Punkt gemacht wurde. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
2 Digitales Zusatzmaterial xxxxxx 18 Atome, die Bausteine der Materie Wusstest du, dass die Geschichte der Atome vor 13,7 Milliarden Jahren mit dem Urknall begann? Eine hunderttausendstel Sekunde später entstanden die ersten Bausteine der Materie, unter anderem Protonen und Neutronen. Erst nach rund 380 000 Jahren bildeten sich aus herumschwirrenden Elektronen und den Atomkernen (Protonen und Neutronen) vollständige Atome. In diesem Kapitel werden wir uns näher mit den Atomen und ihrem Aufbau beschäftigen. Alles besteht aus kleinen Teilchen Atome – ein langer Weg der Entdeckung Bereits in der Antike vermutete der griechische Philosoph Demokrit (460–371 v. Chr.), dass alle Stoffe aus kleinsten unteilbaren Teilchen bestehen. Diese Teilchen nannte er Atome (griech.: atomos = unteilbar). Seine Ideen blieben jedoch lange Zeit unbewiesen. Der griechische Philosoph Aristoteles stellte kurz nach Demokrit eine andere Theorie vom Aufbau der Materie auf, die sich lange Zeit durchsetzte. Recherchiere dazu im Internet! Der englische Forscher John Dalton (1766–1844) nahm Demokrits Idee mit den kleinsten Teilchen wieder auf. Im Jahr 1803 gelangen ihm experimentelle Hinweise auf diese Teilchen. Er übernahm Demokrits Ausdruck ‚Atom‘. Bei seinen Versuchen stellte Dalton fest, dass die Atome eines Elements einander gleichen. Atome von unterschiedlichen Elementen unterscheiden sich dagegen in Größe und Masse. Zeichne deine Vorstellung eines Atoms! Vergleicht gemeinsam! Atome sind so klein, dass sie mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Durch technische Methoden, wie zB der Rastertunnelmikroskopie, können diese abgebildet werden. Um uns eine ungefähre Vorstellung zu ermöglichen, verwenden wir für ihre Darstellung Modelle. Im Laufe der Zeit entwickelten sich verschiedene Atommodelle: Kugelteilchenmodell: Dieses Modell wurde von John Dalton aufgestellt und geht von einer kugelförmigen Gestalt der Atome aus. Kern-Hülle-Modell (B2): Der englische Atomphysiker Ernest Rutherford (1871–1937) leitete den ungefähren Aufbau von Atomen aus einem Versuch ab. Im Zentrum jedes Atoms befindet sich ein winziger, positiv geladener Kern. Über 99,9 % der Atommasse befinden sich in diesem Atomkern. Den Kern umkreisen mit großer Geschwindigkeit die winzigen, negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle. B1 Die Elemente im menschlichen Körper (in %) Sonstige (zB Stickstoff, Calcium, Phosphor, …) ï Heute weiß man durch die moderne Atomphysik, dass Atome nicht unteilbar sind. Atome sind die grundlegenden Bausteine der Materie. Sie lassen sich mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegen. ï Ein Modell ist ein Hilfsmittel und stellt nie die Wirklichkeit dar (siehe Seite 8). B2 Das Kern-Hülle-Modell Atomkern Elektron Atomhülle Atome bestehen aus einem winzigen Atomkern und einer Atomhülle. Der Kern ist positiv geladen und enthält über 99,9 % der Atommasse. In der Hülle befinden sich negativ geladene Elektronen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Alles besteht aus kleinen Teilchen 2 19 Schalenmodell (B3): Hier stellt man sich vor, dass Elektronen den Atomkern in bestimmten Energieniveaus umkreisen. Jedes Energieniveau kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Es gibt maximal sieben Energieniveaus, die mit den Buchstaben K bis Q von innen nach außen bezeichnet werden. Entwickelt wurde das Schalenmodell 1913 vom dänischen Physiker Nils Bohr. Orbitalmodell: Hier wird die Verteilung der Elektronen im Atom auf Grundlage der Quantenmechanik beschrieben. Es gibt bestimmte Bereiche, die Orbitale, in denen sich die Elektronen wahrscheinlich aufhalten. Einen wichtigen Beitrag dazu lieferte der deutsche Physiker Werner Heisenberg im Jahr 1927 mit seiner Unschärferelation. Wie sind Atome aufgebaut? Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen. Bereich Elementarteilchen Masse [g] x 10–24 Ladung Kern Proton p+ 1,673 + 1 Neutron n 1,675 keine Hülle Elektron e– 0,000911 – 1 Aus der Anzahl der Protonen leitet sich die Kernladungszahl oder Ordnungszahl ab. Atome eines Elements haben immer gleich viele Protonen im Kern wie Elektronen in der Hülle. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element. Aus der Summe der Protonen und Neutronen leitet sich die Massenzahl ab. Wenn Atome eines Elements gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen haben, dann spricht man von Isotopen. Wie lautet die Massen- bzw. Ordnungszahl von Lithium (B4)? Wodurch werden die chemischen Eigenschaften der Atome bestimmt? Die chemischen Eigenschaften eines Atoms werden durch die Elektronen bestimmt. Für das chemische Verhalten des Elementes ist das äußerste Energieniveau, das noch mit Elektronen besetzt ist, von größter Bedeutung. Für das äußerste Energieniveau gilt, dass es mit maximal acht Außenelektronen besetzt sein darf. Außenelektronen nennt man auch Valenzelektronen. Welche Rolle spielen die Elektronen beim elektrischen Strom? Atomkern mit 7 Protonen Atomhülle mit 7 Elektronen B3 Schalenmodell (Stickstoff-Atom) 0 0 + + + 0 0 Neutron Atomkern Proton Elektron B4 Aufbau eines Lithium-Atoms Manche Elemente wurden nach ihrem Entdeckungsort oder nach bedeutenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern benannt. Das Element Meitnerium ist nach der österreichischen Physikerin Lise Meitner benannt. Atomkerne bestehen aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen. Die Protonenzahl sagt uns, um welches Element es sich handelt ï Die Elektronen im äußersten besetzten Energieniveau heißen Außenelektronen (Valenzelektronen). Die chemischen Eigenschaften eines Elementes werden durch die Anzahl der Außenelektronen bestimmt. ï Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Das kann ich 2 20 Atome, die Bausteine der Materie 1 Erkläre, woher der Begriff ‚Atom‘ kommt: 2 Ordne die Atommodelle richtig zu! Male zusammengehörende Kästchen mit derselben Farbe an. Kugelteilchenmodell Im Zentrum jedes Atoms befindet sich ein winziger, positiv geladener Atomkern. In der Atomhülle bewegen sich die negativ geladenen Elektronen. Kern-Hülle-Modell Es gibt bestimmte Bereiche, in denen sich die Elektronen mit großer Wahrscheinlichkeit aufhalten. Schalenmodell Atome haben eine kugelförmige Form. Orbitalmodell Elektronen umkreisen den Atomkern in bestimmen Energieniveaus. 3 Erkläre, warum es verschiedene Atommodelle gibt: 4 Begründe, warum die Bezeichnung Atom für die Bausteine der Materie unpassend ist: 5 John Dalton kam aufgrund seiner Forschungen auf folgende Atomhypothesen: Welche der Aussagen sind richtig und welche können aus heutiger Sicht der Wissenschaft als falsch eingestuft werden? Kreuze an! richtig falsch Alle Atome desselben Elements haben die gleiche Ordnungszahl. Atome unterschiedlicher Elemente haben unterschiedliche Masse und die gleiche Größe. Atome sind unveränderlich. Jedes Element besteht aus chemisch unteilbaren Teilchen, den Atomen. 6 Vervollständige die Tabelle. Bereich Elementarteilchen Masse [g] · 10–24 Symbol Ladung 1,673 p+ + 1 1,675 n keine 0,000911 e– – 1 W W W, S W, S W W Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.atRkJQdWJsaXNoZXIy MTA2NTcyMQ==