Chemische Reaktionen physikalische Vorgänge - fst

physikalische Vorgänge
Chemische Reaktionen
y Im täglichen Leben lassen sich vielfältige Veränderungen von
Stoffen beobachten. Ob es sich dabei um physikalische oder
chemische Vorgänge handelt, sollen folgende Beispiele zeigen:
Wasser wird zu Eis:
Durch Erwärmen wird daraus Änderung des
wieder Wasser.
Aggregatzustandes, kann auf
physikalische Weise
rückgängig gemacht werden.
Physikalischer
Vorgang
Eis schmilzt: Durch Abkühlen wird wieder Änderung des
Eis daraus.
Aggregatzustandes, kann auf
physikalische Weise
rückgängig gemacht werden.
Physikalischer
Vorgang
Salz wird in Wasser gelöst:
Wenn Wasser verdunstet,
Ein Gemenge kann durch
bleibt das Salz wieder übrig. physikalische Methoden
getrennt werden.
Erdbeerfruchtpulver wird
durch Trocknen von
Erdbeeren hergestellt:
Im Vakuum wird das Wasser Die festen Stoffe bleiben
zum Verdampfen gebracht. übrig, das Wasser verdampft.
Physikalischer
Vorgang
physikalischer Vorgang
Im Vakuum wird das
Wasser zum Verdampfen
gebracht.
Die festen Stoffe bleiben
übrig, das Wasser
verdampft.
physikalischer Vorgang
Aus roten Rüben wird der Mit heißem Wasser wird
Farbstoff gewonnen:
der Farbstoff herausgelöst.
Das Wasser wird
verdampft, der Farbstoff
bleibt übrig.
physikalischer Vorgang
Eisen wird mit Schwefel
gemischt:
Ein Gemenge kann durch
physikalische Methoden
getrennt werden.
physikalischer Vorgang
Erdbeerfruchtpulver wird
durch Trocknen von
Erdbeeren hergestellt:
Mit einem Magnet lässt
sich Eisen abtrennen.
Physikalische Vorgänge lassen sich auf
physikalische Weise rückgängig machen,
da die Stoffe dabei nur ihre Form oder ihren
Aggregatzustand ändern.
Chemische Reaktionen lassen sich nicht auf
physikalische Weise rückgängig machen, da dabei
andere Stoffe entstehen.
Zusammenfassung:
Vorgänge, bei denen nur die äußere Form
eines Stoffes oder sein Aggregatzustand
geändert wird, werden als physikalische
Vorgänge bezeichnet.
Eine chemische Reaktion ist es dann, wenn
bei der Vermischung oder bei der
Verbrennung zweier Stoffe ein neuer Stoff
entsteht.
Beispiel 1)
Sand, Salz und Wasser werden gemischt.
Handelt es sich um einen physikalischen Vorgang
oder um eine chemische Reaktion?
Könnte man das Ganze rückgängig machen?
Wie könnte man dies tun?
Lösung
y Es handelt sich um einen physikalischen Vorgang, da die
Stoffe nur gemischt werden. Dabei behalten sie ihre Eigenschaften.
y man kann das
Gemenge z. B. trennen, indem man zuerst den
Sand abfiltriert und dann das Wasser verdampfen lässt, sodass
das Salz übrigbleibt. Wenn man Salzwasser destilliert, dann hat
man auch noch das Wasser zurückgewonnen
Beispiel: 2)
Mehl, Wasser, Butter und Backpulver werden im
richtigen Verhältnis gut gemischt, in eine Form getan
und im Backrohr längere Zeit erhitzt. Handelt es sich
um einen physikalischen Vorgang oder um eine
chemische Reaktion? Könnte man das Ganze
rückgängig machen? Wie könnte man dies tun?
Im Backrohr passieren chemische Reaktionen, dabei
verändern sich die Stoffe und reagieren miteinander. Die
Reaktionsprodukte haben andere Eigenschaften und lassen
sich nicht mehr in die Ausgangsstoffe umwandeln (oder hast
Du vielleicht eine Idee, wie man aus dem Kuchen wieder
Mehl, Wasser, Butter und Backpulver machen könnte?).
Beispiel 3)
Ein Nagel liegt einige Monate im Freien.
Wie sieht er vorher aus, wie nachher?
Was wird mit dem Nagel vermutlich passieren?
Handelt es sich um einen physikalischen
Vorgang oder um eine chemische Reaktion?
Könnte man das Ganze rückgängig machen?
Wie könnte man dies tun?
Der Nagel wird vermutlich rosten.
Das Eisen reagiert in Gegenwart von
Wasser mit dem Sauerstoff der Luft
und es bildet sich („Rost“)
Eisenoxidhydroxid [FeO(OH)].
Diese chemische Reaktion lässt
sich nicht rückgängig machen
Eine chemische Reaktion
Eisen und Schwefel werden im Verhältnis 7:4
gemischt.
Die eine Hälfte des Gemenges wird auf seine
Eigenschaften untersucht,
die andere Hälfte wird durch Erhitzen zur
Reaktion gebracht
und danach untersucht:
Physikalische Vorgänge:
Eisen
grau, metallisch,
Dichte 7,9
Schmelztemp.>1500°
Physikalische Vorgänge:
C
magnetisch
gelb, nicht metallisch,
Dichte ca. 2,
Schwefel Schmelztemp. ca.
120°C
nicht magnetisch,
Fe + S = 7 : 4
gut mischen
in 2 Hälften
teilen
1. Hälfte in
RG1
2. Hälfte in
RG 2
Untersuchung des Gemenges:
Was passiert bei der Zugabe von Wasser?
Eisen sinkt zu
Boden, Schwefel
schwimmt auf dem
Wasser (durch die
Oberflächenspann
ung
Was passiert bei Zugabe von Salzsäure HCl?
Es beginnt zu
schäumen, ein
geruchloses Gas
(Wasserstoff)
entsteht.
Man könnte das Gemenge aus Fe und S auch mit
einem Magnet trennen:
Eisen ist magnetisch und bleibt am Magnet hängen,
der Schwefel bleibt übrig.
Das Mischen von Substanzen und die Trennung
mithilfe eines Magneten, durch Filtrieren oder
Destillieren, etc. sind
physikalische Vorgänge.
Dabei bleiben die Stoffe unverändert und behalten
ihre Eigenschaften.
Nun zur chemischen Reaktion:
RG 2 wird in der
Flamme erhitzt,
bis das
Gemenge
aufglüht.
Fe und S
reagieren, es
entsteht ein
anderer Stoff: Die
Verbindung FeS,
die ganz andere
Eigenschaften
hat als die
Ausgangsstoffe.
Das RG wird
zerschlagen
und der Inhalt
wird in einer
Reibschale zu
einem Pulver
gemahlen.
Das Pulver wird
auf zwei RG
verteilt
Untersuchung des entstandenen
Lässt er sich mit Wasser noch in
Fe + S trennen?
1. Hälfte
Keine Trennung
von Fe und S im
Wasser, da FeS
(Eisensulfid) eine
andere
Eigenschaften
hat.
Stoffes
Wie reagiert der Stoff auf
Zugabe von Salzsäure?
2. Hälfte
Mit Salzsäure
bildet sich aus
FeS ein übel
riechendes Gas
(Schwefelwasserstoff).
Die Verbindung FeS ist ein anderer Stoff
als Fe und S, er sieht anders aus,
hat eine andere Dichte,
eine andere Schmelztemperatur
und verhält sich auch anderen Stoffen gegenüber
anders als die Ausgangsstoffe.
Beim Erhitzen hat eine chemische Reaktion
stattgefunden,
die sich mit physikalischen Mitteln nicht mehr
rückgängig machen lässt.
Neben den stofflichen Veränderungen bei
chemischen Reaktionen passieren auch EnergieUmsetzungen:
Zum Starten dieser Reaktion wird Aktivierungsenergie
benötigt und wenn die Reaktion begonnen hat, wird
Reaktionsenergie frei.
Auch bei Verbrennungen benötigt man zuerst
Aktivierungsenergie, bevor dann aus einem Brennstoff
größere Energiemengen frei werden.
Es gibt auch Reaktionen, bei denen ständig Energie
zugeführt werden muss, damit sie ablaufen (z.B. die
Photosynthese oder das Kochen von Eiern).
Ein weiteres Beispiel:
Was spielt bei der Weinherstellung eine Rolle?
a) Kohlensäure
b) Äpfelsäure
c) Milchsäure
d) Essigsäure
e) Schweflige Säurewort
.
Alle fünf Säuren können auf dem Weg von der Traube zum Wein
involviert sein. Erklärung:
Wenn Weintrauben ausreichend Zucker und nur noch ganz
wenig Äpfelsäure enthalten, ist der Erntezeitpunkt gekommen.
Äpfelsäure, auch Hydroxybutandisäure (oder
Hydroxybernsteinsäure genannt), ist
ein natürlicher Bestandteil des angehenden Weines.
Bei einer nicht zu kühlen Lagerung über 15 Grad Celsius tritt im
Normalfall spontan der Biologische Säureabbau ein.
Dabei wandeln Milchsäurebakterien die Äpfelsäure zu Milchsäure
und Kohlendioxid um.
Aus HOOC-CH2-CH(OH)-COOH (Äpfelsäure) wird dann
CH3-CH(OH)-COOH (Milchsäure) und CO2.
Das ist für den Geschmack des späteren Weines von
großer Bedeutung, denn im Gegensatz zur ebenfalls
enthaltenen
Weinsäure wirkt die Äpfelsäure im Mund härter und
spitzer.
Sie verursacht am Gaumen und an der Mundschleimhaut „
Irritationen“, die Speichelfluss oder ein deutliches Prickeln
hervorrufen.
Der saure Geschmack ist zudem ausgeprägter als bei der
Wein- und Milchsäure. Passiert der Säureabbau nicht von
alleine, muss der Kellermeister eingreifen und den Prozess
durch Zugabe von Milchsäurebakterien von außen anstoßen.
.
Eine weitere Säure im Wein ist die Essigsäure,
die entsteht, wenn der edle Rebensaft intensiv mit
Luft in Berührung kommt.
Ein gewisses Maß, genauer gesagt ein Anteil von
0,15 bis 0,5 Gramm pro Liter, ist dabei durchaus
normal.
Das Geheimnis der Essiggärung zu lüften, gelang
Louis Pasteur, der feststellte, dass sich die in der
Luft befindlichen Essigbakterien an den Nährstoffen
auf der Oberfläche einer leicht alkoholischen
Flüssigkeit festsetzen,
vermehren und so den Alkohol in Essig umwandeln.
Dabei oxidiert Ethanol und es entsteht
Essigsäure (CH3-COOH) oder
Acetaldehyd (CH3-CHO).
Da bei der Gärung - der Umwandlung von Zucker in Alkohol jedoch Gase entweichen, muss der Tank, in dem der Wein
während dieses Prozesses gelagert wird, ein Ventil besitzen. Er
platzt sonst irgendwann. Der so genannte Gärtrichter wird dafür in
die einzige Öffnung des Fasses gesteckt und erlaubt den Gasen
zu entweichen, aber kein
Eindringen von Luft.
Allerdings können auch Milchsäurebakterien oder bestimmte
Hefen die Bildung der flüchtigen (und damit riechbaren)
Essigsäure auslösen. Wenn die Menge an Essigsäure 1,4
Gramm pro Liter oder die Menge an Acetaldehyd 300 Milligramm
pro Liter übersteigt, ist der Wein "gekippt"; er riecht deutlich nach
Essig.
und ist irreparabel verdorben. Um solchen Katastrophen
vorzubeugen, wird eine weitere Säure eingesetzt: Schweflige
Säure beziehungsweise Schwefeldioxid. Diese traditionellen
antimikrobiellen und antioxidativen Maßnahmen beugen Bakterien,
Schimmelpilzen und damit Mykotoxinen vor und schützen den Wein
vor zu schneller Oxidation. Die Zugabe dieser Substanzen stellt
folglich eine Schutzmaßnahme dar. Allerdings wird Schweflige
Säure unter normalen physiologischen Bedingungen ohnehin von
Hefen bei der Gärung gebildet. Deshalb ist in jedem Wein eine
geringe Konzentration bis zu dreißig Milligramm SO2 pro Liter vorhanden. Schwefelfreien Wein gibt es nicht.
Gar nicht schädlich ist dagegen die Kohlensäure, die bei der
Gärung entsteht. Ganz im Gegenteil:
Für die Herstellung von Sekt wird gar eine weitere Gärung
herbeigeführt, um Kohlensäure zu entwickeln, die im Wein
gebunden bleibt und zum gewünschten Sprudeleffekt verhilft.
Gar nicht schädlich ist dagegen die
Kohlensäure, die bei der Gärung entsteht.
- Ganz im Gegenteil:
Für die Herstellung von Sekt wird gar eine
weitere Gärung herbeigeführt, um
Kohlensäure zu entwickeln, die im Wein
gebunden
bleibt und zum gewünschten Sprudeleffekt
verhilft.
Das war ein Beispiel für eine chem.
Reaktion in der Natur.
( org. Chemie)
Im weiteren Verlauf des Kurses
werden wir uns der anorganischen
und org. Chemie zu wenden.

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