Gegenüberstellung von gleichen Gegenständen aus verschiedenen Materialien (z.B. Kugeln) und verschiedenen Gegenständen aus dem gleichen Stoff.

Ein Stoff ist charakterisiert durch seine spezifischen Eigenschaften, z.B.
Farbe, Geruch, Härte, Schmelzpunkt, Siedepunkt, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Dichte, Brechungsvermögen, Oberflächenglanz, Kristallform, Verformbarkeit usw.

Versuche

Schmelzpunkt	(Naphthalin 81°C, Eis 0°C)
Siedepunkt	(Alkohol 78°C, Wasser 100°C)
elektrische Leitfähigkeit	Wasser, Zuckerlösung, Kochsalzlösung, Eisen, Kupfer, Schwefel
Geruch	(Ammoniaklösung, Benzaldehyd) - Demonstration des "chemisch Riechens"
Löslichkeit	Kochsalz, Traubenzucker, Kohlenstoff in Wasser, Alkohol und Benzin mit tabellarischer Protokollierung der Ergebnisse:

	Wasser	Alkohol	Benzin
Kochsalz	+++	-	-
Traubenzucker	++	++	-
Kohlenstoff	-	-	-

Brechungsvermögen (Diamant, Zirkonia)

Härte (Beispiele: Diamant, Graphit, Talk)

Mohssche Härteskala: Ritzhärte

	Wird geritzt von:
Talk	Fingernagel
Gips	Fingernagel
Calcit	Messer
Fluorit	Messer
Apatit	Messer
Orthoklas	Glas
Quarz	Glas
Tpas	Glas
Korund	Glas
Diamant	Glas

homogene und heterogene Stoffgemische

In der Praxis treten meist Stoffgemische auf.
Beispiele
Granit, Meerwasser

homogene Stoffgemische: einheitliches Aussehen
Beispiel
Kochsalzlösung

heterogene Stoffgemische: verschiedene Bestandteile (Phasen) lassen sich unterscheiden.
Beispiel
Granit (Feldspat, Quarz, Glimmer)

Die homogenen Anteile eines heterogenen Gemisches bezeichnet man als Phasen.

Granit besteht demnach aus drei festen Phasen:

Aggregatzustände (Phasen)	fest	flüssig	gasförmig
fest in	(festes) Gemenge	homogen: Lösung (Destilation heterogen: Suspension (Filtration)	Rauch, Satub
flüssig in	Gel	homogen: Lösung (Destillation) heterogen: Emulsion (Scheiderichter)	Nebel
gasförmig in	poröses Material	homogen: Lösung heterogen: Schaum	Gasgemisch

Trennung von Stoffgemischen - Gewinnung von Reinstoffen
Anwendung von Trennverfahren, z.B. bei der Erdölverarbeitung, Trinkwasseraufbereitung.

Filtration (Trennung von Suspensionen)

Versuch
Trennung eines Gemisches aus Kochsalz und Kohlenstoff.

Unterschiedliche Stoffeigenschaften (hier: Löslichkeit) ermöglichen die Trennung.
Rückgewinnung des Kochsalzes durch Verdunstenlassen des Wassers oder durch Eindampfen.
andere Möglichkeiten: Sedimentation, Zentrifugieren, Dekantieren.

Scheidetrichter (Trennung von Emulsionen)

Destillation (Trennung von Lösungen)

Destillieren: Verdampfen und nachfolgendes Kondensieren

Versuch
Destillation eines Gemisches aus Wasser, Kochsalz und Kaliumpermanganat.

Chemische Reaktion
Abgrenzung der chemischen Reaktion vom physikalischen Vorgang 

Versuche: Beobachtungen beim Erhitzen von Substanzen

1. Kupferblech in die Flamme halten —› Bildung eines schwarzen, blättrigen Überzuges

2. Magnesiumband in der Flamme —› verbrennt unter heller Lichterscheinung

3. Naphthalin erwärmen —› schmilzt und erstarrt wieder

4. Kupfersulfat erhitzen —› eine farblose Flüssigkeit entweicht (Wasser) und es bleibt ein
    weißer, fester Rückstand, der bei Zugabe von Wasser unter Erwärmung wieder blaues
    Kupfersulfat ergibt.

- Hinweis auf die Möglichkeit der Energiespeicherung! eigene Untersuchungen? - Sonnenenergienutzung?

Frage
Sind das alles chemische Vorgänge?

Vorgänge, bei denen sich nur der Zustand eines Stoffes ändert, nennt man
physikalische Vorgänge (z.B. Aggregatzustandsänderungen, Lösung, Kristallisation).

Bei chemischen Vorgängen treten bleibende Stoffänderungen ein. Die neu entstandenen Stoffe besitzen andere Eigenschaften als die Ausgangsstoffe!

Reaktion von Kupfer mit Sauerstoff, quantitativ

Frage
Wie lässt sich die Veränderung des Kupfers beim Erhitzen an der Luft erklären?
(Analogie: Rosten von Eisen)

Sammlung von Deutungsversuchen für die Veränderungen beim Erhitzen von Kupferblech an der Luft (Massenzunahme oder Massenabnahme?).

Hypothese: Kupfer verbindet sich mit Sauerstoff zu einem neuen Stoff.

- die Reaktion sollte mit reinem Sauerstoff statt mit Luft noch leichter ablaufen,
  dagegen nicht in Stickstoff (Kupfer müsste blank bleiben).

- Sauerstoff müsste verbraucht werden.

Versuch
Erhitzen von Kupferpulver mit Sauerstoff in einem abgeschlossenen Volumen

Beobachtung
Reaktion unter Aufglühen - Bildung eines schwarzen Pulvers.

Volumenabnahme um 22 cm³.

Massenzunahme des Schiffchens um 33 mg.

Entspricht die beobachtete Massenzunahme am Kupfer einer gleichgroßen Massenabnahme beim Sauerstoff?

Dichte (Sauerstoff) = 1,33 g/l (bei 20°C)

Berechnung der Masse von 22 cm³ Sauerstoff (20°C)
Ergebnis: 29,3 mg

Ergebnis
Bei der Reaktion von Kupfer mit Sauerstoff ist eine Verbindung von Kupfer mit Sauerstoff entstanden: Kupferoxid.

Grundypen chemischer Reaktionen: Zusetzung (Analyse), Aufbau (Synthese) und Umsetzung

Wasserstoff  +  Sauerstoff  —›  Wasser

Kupfer           +  Sauerstoff  —›  Kupferoxid

Magnesium  +  Sauerstoff  —›  Magnesiumoxid

Eisen            +   Schwefel    —›  Eisensulfid

Kupfer          +    Schwefel    —›  Kupfersulfid

allgemein gilt: A + B —› AB

Synthese: Aufbau einer Verbindung, z.B. durch Vereinigung zweier Elemente

Elektrolyse

Wasser  —›  Wasserstoff  +  Sauerstoff

Versuch
Erhitzen von Silberoxid, Nachweis des entstehenden Sauerstoffs durch die Glimmspanprobe,
Silber wird am Metallglanz erkannt.

Silberoxid  —›  Silber  +  Sauerstoff

Hinweis, dass diese Reaktion nicht verallgemeinerungsfähig ist (Edelmetall)

allgemein:   AB  —›  A  +  B

Analyse: Zerlegung einer Verbindung, z.B. in die Elemente, aus denen sie entstanden ist.

viele Reaktionen laufen komplizierter:

Versuch
Reaktionen von Magnesium mit Wasserdampf

Magnesium + Wasser —› Magnesiumoxid + Wasserstoff

allgemein: AB + C —› AC + B

Umsetzung: Kopplung von Analyse und Synthese.

Verbindung und Elemente

Versuch
Elektrolyse des Wassers

Reinstoffe, die noch in andere Stoffe zerlegt werden können, sind chemische Verbindungen. Reinstoffe, die nicht mehr weiter zerlegt werden können, sind chemische Elemente.

Reinstoffe, die noch in andere Stoffe zerlegt werden können, sind chemische Verbindungen. Reinstoffe, die nicht mehr weiter zerlegt werden können, sind chemische Elemente.

Stoffe

heterogene Stoffe (stets Gemische)

homogene Stoffe

homogene Gemische

Reinstoffe

Verbindungen

Elemente

Das Element Wasser

Vorkommen
Wasser, Kohlenwasserstoffe (z.B. Benzin), häufigstes Element im Weltall (die Sonne besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium). Von 1000 Atomen im Universum sind 999 Atome entweder Wasserstoff oder Helium. Aus der Uratmosphäre sind die leichtesten Elemente entwichen.

Physikalische Eigenschaften

- farb- und geruchloses Gas, Siedepunkt. -253 °C = 20 K, sehr niedrig!

- Wasserstoff ist der leichteste aller Stoffe: Dichte 0,09 g/l   (bei 0°C und 1,013 bar)

Chemische Eigenschaften

- Wasserstoff ist selbst brennbar, unterhält jedoch die Verbrennung nicht.

Wasserstoff + Sauerstoff —› Wasser

Energie wird frei (exotherm) 

Versuch Reaktion von Eisen mit Schwefel

Durchführung
5,6 g Eisenpulver und 3,2 g Schwefelpulver werden abgewogen und in einer Reibschale gut gemischt.

Das Gemenge füllt man in ein trockenes Rggl. und erhitzt es oben mit dem Brenner.
Nach dem Einsetzen der Reaktion wird das Reagenzglas zur Sicherheit über eine Porzellanschale gehalten.

Wenn die Reaktion abgeklungen und das Reagenzglas halbwegs abgekühlt ist, zerstößt man es in einem Becherglas mit kaltem Wasser, damit das Reaktionsprodukt freigesetzt wird.

Beobachtung
Das Reaktionsgemisch glüht unter starker Wärmeentwicklung vollständig durch. Nach dem Abkühlen bleibt eine graubraune, feste Masse.

Ergebnis
Eisen reagiert mit Schwefel zu einer chemischen Verbindung:

Eisen  +  Schwefel  —›  Eisensulfid

Beteiligung von Energie an chemischen Reaktionen

Versuch
Verbrennung von Magnesium als Beispiel für eine exotherme Reaktion
Alle chemischen Reaktionen sind von Energieänderungen begleitet.

exothermer Vorgang: Energie wird frei
endothermer Vorgang: Energie muss dauernd zugeführt werden

Beispiele

Die bei der Bildung einer bestimmten Portion einer Verbindung aus den Elementen freiwerdende Energie muss bei der Zerlegung dieser Verbindungsportion in die Elemente wieder aufgewendet werden.

Weitere Energieformen, die bei chemischen Reaktionen auftreten können:

• Lichtenergie (z.B. Glühwürmchen)
• mechanische Energie (z.B. Verbrennungsmotor, Dynamit)
• elektrische Energie

Versuche
Reaktion von Zink mit Iod zu Zinkiodid und anschließende Elektrolyse - Motor

Viele exotherme Reaktionen müssen durch anfängliche Energiezufuhr gestartet werden.(Aktivierungsenergie)

Begriffe stabiler, instabiler, metastabiler Zustand erklären (Kugelmodell).
Metastabiler Zustand der Kohlenstoffverbindungen! (Waldbrand).
Kinetische Deutung: Analogie Zündhölzer und Schachtel.
Modellversuch: Saugheber zur Veranschaulichung der Aktivierungsenergie

Beispiel
Katalysatorwirkung: Herabsetzung der Aktivierungsenergie

Versuch Verbrennung von Magnesiumband

Durchführung
Streifen Magnesiumband mit der Tiegelzange fassen, an der Bunsenflamme entzünden und über eine feuerfeste Unterlage halten. (nicht direkt in das Licht sehen!)

Beobachtung
Magnesium verbrennt mit blendend hellem Licht zu einem weißen pulverigen Rückstand.

Ergebnis
Magnesium verbindet sich in exothermer Reaktion mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid:

Magnesium  +  Sauerstoff  —›  Magnesiumoxid