Bundesrealgymnasium Imst. Chemie Klasse 4. Einführung Stoffe

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1 Bundesrealgymnasium Imst Chemie Einführung Stoffe Dieses Skriptum dient der Unterstützung des Unterrichtes - es kann den Unterricht aber nicht ersetzen, da im Unterricht der Lehrstoff detaillierter aufgearbeitet wird, als dies im Skriptum der Fall ist. Ergänzungen zum Skriptum werden während des Unterrichts durchgeführt. In diesem Skriptum sind nur wenige Diagramme und Zeichnungen enthalten. Die fehlenden Diagramme werden im Unterricht erarbeitet. Inhalt 1 Einführung Historische Entwicklung Was ist Chemie Stoffe Einteilung der Stoffe Reinstoffe Stoffgemische Eigenschaften von Stoffen Trennen von Stoffgemischen... 4

2 Chemie Einteilung der Stoffe 1 Einführung 1.1 Historische Entwicklung Griechenland ( v. Chr.) Basierend auf Gedankenexperimenten entstand die Theorie der vier Urstoffe (Elemente): Erde, Feuer, Wasser und Luft Demokrit von Abdera begründet die Atomtheorie, wonach alle Stoffe aus kleinsten Teilchen bestehen. Alchemie (300 v. Chr n. Chr.) In Ägypten entsteht eine Wissenschaft, die sich vor allem mit der Umwandlung von Metallen in Gold beschäftigt. Der dafür nötige Stein der Weisen soll auch gegen Krankheiten helfen und das ewige Leben ermöglichen. Phlogiston - Theorie ( ) Der Feuerstoff Phlogiston wurde eingeführt, um Verbrennungen oder die Bildung von Metallen und Erzen zu erklären. Moderne Chemie (ab 1790) Gegen Ende des 18. Jh. wird Chemie zunehmend als Wissenschaft begriffen und wissenschaftlich gearbeitet. Zu den Pionieren gehören Antoine Lavoisier und Jöns J.Berzelius. Begriffe wie Element oder Atom werden auf der Grundlage von Experimenten neu definiert. Alle Stoffe bestehen aus diesen Elemente und diese werden elektrisch zusammengehalten. Aus den dadurch entstehenden Strukturen lassen sich die meisten Eigenschaften ableiten. Wortherkunft Die Bezeichnung ALCHIMIE ist seit dem 13. Jh. nachgewiesen. Es bezieht sich auf die Kunst zur Goldherstellung und bedeutet im arabischen Stein der Weisen. Mit dem Übergang der Chemie zur exakten Wissenschaft im 17. Jh. Wird die Schreibweise CHYMIE eingeführt. Erst zu Beginn des 19. Jh. Wird die heute gültige Schreibweise eingeführt 1.2 Was ist Chemie Die Chemie ist die Lehre von den Stoffen und den Vorgängen, die zu stofflichen Veränderungen führen. Die Materialien, aus denen alle Körper aufgebaut sind, bezeichnet der Chemiker als Stoffe. Stoffe bestehen aus Teilchen Jeder Stoff hat bestimmte Eigenschaften, die ihn charakterisieren. Eine Stoffart erkennt man ihren Eigenschaften 2 Stoffe In der Natur kommen fast keine reinen Stoffe (Reinstoffe) vor, sondern nur Kombinationen von Reinstoffen, die wir Mischungen, Gemische oder Gemenge nennen. Eine Mischung enthält mehrere Reinstoffe. Diese heißen Komponenten der Mischung. Manche Mischungen können mit dem Auge oder unter dem Lichtmikroskop als solche erkannt werden. Solche Mischungen werden heterogen genannt. Andererseits lassen sich die Dr. K.-H. Offenbecher Seite 2

3 Chemie Einteilung der Stoffe Komponenten in bestimmten Mischungen nicht erkennen. In diesem Fall spricht man von homogenen Mischungen. 2.1 Einteilung der Stoffe Reinstoffe Reinstoffe sind nur aus Teilchen einer Art aufgebaut. Sie können entweder Elementsubstanzen oder chemische Verbindungen sein. Elementsubstanzen sind Reinstoffe, die nur aus einer Atomsorte bestehen. Chemische Verbindungen bestehen aus mindestens zwei miteinander verbundenen Teilchen. Das können Atome oder Ionen sein. Chemische Verbindungen können aus Molekülen aufgebaut sein. Dann spricht man von Molekülsubstanzen. Ionensubstanzen sind chemische Verbindungen aus unterschiedlich geladenen Teilchen, den Ionen Stoffgemische Stoffgemische sind aus Teilchen unterschiedlicher reiner Stoffe zusammengesetzt. Sie bestehen aus mindestens zwei verschiedener Reinstoffe. In homogenen Stoffgemischen sind die beteiligten Stoffe bis zu den kleinsten Teilchen miteinander vermischt. Die einzelnen Teilchen der gemischten Stoffe lassen sich nicht mehr unterscheiden. In heterogenen Stoffen sind die beteiligten Stoffe nicht bis zu den kleinsten Teilchen miteinander vermischt. Die verschiedenen Teilchen können mit bloßem Auge oder mit optischen Hilfsmitteln wahrgenommen werden. 2.2 Eigenschaften von Stoffen Stoffe unterscheiden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die Dichte eines Stoffes hängt hauptsächlich vom Material ab. Dies gilt insbesondere für Feststoffe. Bei Flüssigkeiten und Gasen haben Druck und Temperatur großen Einfluss auf die Dichte. Deswegen wird bei diesen Stoffen die Dichte immer in Bezug zur Raumtemperatur (20 C) und zum Standardluftdruck (1,01325 bar) angegeben. Die Formel lautet: ρ = m/v Der Aggregatszustand bezeichnet einen der drei Zustände, in denen Körper vorliegen können. Ein fester Körper besitzt ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Gestalt. Ein flüssiger Körper besitzt ein bestimmtes Volumen aber keine bestimmte Gestalt. Er nimmt die Form des Gefäßes an in dem er sich befindet und bildet dabei eine Oberfläche. Ein gasförmiger Körper hat weder ein bestimmtes Volumen noch eine bestimmte Gestalt. Er nimmt jeden ihm zur Verfügung stehenden Raum ein und bildet dabei keine Oberfläche. Die Schmelztemperatur bzw. Erstarrungstemperatur ist die Temperatur, bei der ein bestimmter Reinstoff vom festen in den flüssigen bzw. vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Beim gleichen Reinstoff ergeben sich dabei immer die gleichen Werte, wenn beim gleichen Druck gemessen wird. Die Siedetemperatur bzw. Kondensationstemperatur ist die Temperatur, bei der ein bestimmter Reinstoff vom flüssigen in den gasförmigen bzw. vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht. Dr. K.-H. Offenbecher Seite 3

4 Chemie Einteilung der Stoffe Abb. 2-1: Bei Reinstoffen bleibt die Siedetemperatur solange konstant, bis alles verdampft ist. Bei Gemischen steigt während des Verdampfens die Temperatur des Gemisches weiter an. Zur Feststellung der elektrischen Leitfähigkeit eines Stoffes, wird dieser in einen Stromkreis geschlossen, der neben einer Spannungsquelle noch ein Strommessgerät enthält. Die elektrische Leitfähigkeit gibt wichtige Hinweise für die Zuordnung eines Stoffes. So leiten z. B. Metalle gut, Salze in festem Zustand nicht, Salzschmelzen jedoch sind gute Stromleiter. Löslichkeit eines Stoffes: Stoffe sind in einer bestimmten Flüssigkeit (Lösungsmittel) entweder leicht löslich, schwer löslich oder unlöslich. Im Wasser beispielsweise ist Kochsalz leicht löslich, Gips schwer und Quarzsand unlöslich. Beispiel für Stoffeigenschaften: Kochsalz Dichte: 2,16 g/cm² Schmelztemperatur: 808 C Siedetemperatur: 1465 C löslich in Wasser festes Kochsalz leitet Strom nicht, eine wässrige Lösung leitet Strom nicht brennbar 2.3 Trennen von Stoffgemischen Gemische bestehen aus mehreren Bestandteilen, die ihre physikalischen Eigenschaften behalten. Sie können physikalisch getrennt werden. Abb. 2-2: Prinzipieller Weg bei der Zerlegung von Stoffgemischen. Dr. K.-H. Offenbecher Seite 4

5 Chemie Einteilung der Stoffe Reinstoffe können physikalisch nicht mit einfachen Methoden getrennt werden. Sie haben physikalische und chemische spezifische Eigenschaften. Homogene (einheitliche) Bereiche eines Stoffes werden als Phase bezeichnet. Stoffe, die erkennbar mehrere Phasen ausbilden sind heterogen. Abb. 2-3: Verschiedene homogene Phasen bilden ein heterogenes Gemisch. Aufgaben: Dr. K.-H. Offenbecher Seite 5