Chemische Reaktionen

Chemische Reaktionen 3

0.3 Chemische Grundgesetze

Versuche zur Massenerhaltung		Mit recht einfachen Versuchen kann man in der Schule nachweisen, dass bei chemischen Reaktionen die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe erhalten bleibt. Ganz besonders raffinierte Lehrer zeigen den Schülern zunächst zwei sich widersprechende Versuche: Versuch 1: Eine brennende Kerze wird auf eine hochempfindliche Waage gestellt - und siehe da: die Kerze wird immer leichter Versuch 2: Ein großer Bausch Eisenwolle wird an dir linke Seite einer Balkenwaage gehängt, und ein gleich schwerer Bausch Eisenwolle an die rechte, so dass sich die Waage im Gleichgewicht befindet. Mit dem Bunsenbrenner wird nun der eine Bausch entzündet. Es setzt eine recht heftige Reaktion ein, und man kann sehen, dass der brennende Bausch immer schwerer wird. Dann wird meistens ein erregtes Unterrichtsgespräch geführt, in dem die Schüler idealerweise von selbst darauf kommen, dass in dem ersten Versuch ein Stoff entweicht, nämlich Kohlendioxid, während in dem zweiten Versuch etwas aus der Luft aufgenommen wird, nämlich Sauerstoff, und dass man eigentlich die Versuche unter abgeschlossenen Bedingungen durchführen müsste. Ganz zufällig hat dann der Lehrer schon einen entsprechenden Versuch vorbereitet, und tatsächlich - die Masse der reagierenden Stoffe bleibt erhalten. Hier sind zwei solcher Versuche: Versuch 3: In ein Reagenzglas gibt man etwas Kupferblech und ein wenig Schwefel, dann zieht man einen Luftballon über die Reagenzglasöffnung. Als nächstes wird das Reagenzglas inclusive Luftballon gewogen. Nun erhitzt man das Reagenzglas kräftig, und es kommt zur Reaktion. Nach erfolgter Reaktion und Abkühlung des Reagenzglases - wir wollen ja unsere teuere Waage nicht verschmoren - wird erneut gewogen. Versuch 4: In einen Erlenmeyerkolben geben wir 100 ml 20%ige Salzsäure. Dann wird der Kolben mit einem Stopfen verschlossen und gewogen. Gleichzeitig wiegt ein anderer Schüler exakt 100g 20%ige Natronlauge ab (100 Gramm und nicht 100 ml; da 20%ige Natronlauge eine etwas höhere Dichte hat als Wasser, ist dieser Unterschied wichtig). Das Gesamtgewicht (Kolben + Salzsäure + Stopfen + 100g Natronlauge) wird notiert. Dann nimmt man den Stopfen ab, und gibt schnell die 100g Natronlauge in den Erlenmeyerkolben. Sofort wieder den Kolben verschließen und auf die Waage stellen. Es setzt eine Reaktion ein, was man leicht an der Erwärmung des Kolbens merkt. Aber die Masse, die die Waage anzeigt, bleibt konstant. Es gibt sicherlich noch viele andere Versuche, mit dem man den Massenerhalt zeigen kann; sie alle hier aufzuführen ist sicherlich nicht nötig.		Der Foliensatz "Chemische Reaktionen" enthält auch eine Folie zu diesem Thema: Folie 3.1:Konstante Massenverhältnisse Weitere Informationen dazu...
Konstante Massenverhältnisse		Auch hierzu gibt es viele gute Schülerversuche, auf die hier nicht eingegangen werden soll. Stellvertretend soll nur der folgende Versuch beschrieben werden: Aus einem dünnen Kupferblech wird ein ca. 5-7 cm langer und 1 cm breiter Streifen geschnitten und so präpariert, dass er in ein Reagenzglas passt. Man kann ihn z.B. zickzackförmig knicken oder zu einer Spirale aufwickeln. Es gibt hier verschiedene Versuchsvorschriften. Wichtig ist, dass der Kupferstreifen genau gewogen wird, bevor er im Reagenzglas verschwindet. Außerdem gibt man eine Portion Schwefelpulver oder -kristalle in das Reagenzglas. Dann wird kräftig erhitzt, so dass eine Reaktion einsetzt, bei der sich Kupfersulfid bildet. Die Schwefelportion muss natürlich so groß sein, dass das gesamte Kupferblech reagiert. Nun kommt der schwierigste Teil des Versuchs. Man muss das Reaktionsprodukt aus dem Reagenzglas herausbekommen, ohne dass Teile abbröckeln. Das Kupfersulfid ist nämlich sehr spröde - im Gegensatz zum Kupferblech. Sollten sich noch Schwefelreste am Reaktionsprodukt befinden, so sind diese mit einer schwachen Bunsenflamme im Abzug zu verdampfen. Es darf auf keinen Fall zu einer Reaktion des Kupfersulfids mit dem Luftsauerstoff kommen. Nun endlich wird das Reaktionsprodukt gewogen. Jetzt fängt eine mühsame Rechenarbeit an: um wieviel Prozent hat die Masse des Kupferblechs während der Reaktion zugenommen? Der Versuch wird am besten in Gruppen durchgeführt, so dass man die Ergebnisse der einzelnen Gruppen vergleichen und eventuell einen Durchschnittswert berechnen kann. Im Idealfall (der natürlich nie eintritt) haben alle Gruppen die gleiche Massenzunahme berechnet, und schon kann man im Unterricht das Gesetz der konstanten Proportionen oder Massenverhältnisse an die Tafel schreiben.
Erklärung im Modell		Diese Abbildung sagt eigentlich schon alles uns muss daher nicht weiter kommentiert werden. Warum sind diese beiden Gesetze so wichtig für den Chemieunterricht? Beide Gesetze können im Schülerexperiment recht einfach überprüft bzw. "entdeckt" werden, und man kann beide Gesetze widerspruchsfrei mit dem einfachen DALTONschen Atommodell der 7. Klasse erklären. An einfachen Beispielen lernen die Schüler eine der Haupttätigkeiten des Naturwissenschaflers kennen: Phänomene mit Hilfe von Modellen erklären.
		Nächstes Kapitel: Das DALTONsche Atommodell