Dr. Anja Dombrowski Eigenschaften der Alkane Handlungsorientierter Chemieunterricht an Stationen ars Sekund Anja D Downloadauszug D ownloadauszug aus Originaltitel: a us dem Originaltit tel: tufe I ombro wski Eigenschaften der Alkane Handlungsorientierter Chemieunterricht an Stationen Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel Lernzirkel Fossile Rohstoffe Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web. http://www.auer-verlag.de/go/dl7647 Materialaufstellung und Hinweise Allgemeine Hinweise Das Experimentiermaterial sollte an festen Plätzen ausliegen. Für einen mobilen Einsatz an den Schülertischen ist die Verwendung von Materialkörbchen, in denen sich das benötigte Material befindet, empfehlenswert. Die verwendeten Chemikalien sind ordnungsgemäß zu entsorgen. Es empfiehlt sich, entsprechende Sammelbehälter passend gekennzeichnet gut sichtbar aufzustellen und die Lernenden darauf hinzuweisen. Da sich die Lernenden einen wichtigen Bereich der organischen Chemie eigenständig aneignen solenstän len, empfiehlt sich das Führen eines Labortagebuchs, in dem für jede Station kurze Anmerkungen ation kurz zu folgenden Impulsen notiert werden: An dieser Station habe ich gelernt, … Mir ist noch nicht klar, … Mich würde zusätzlich interessieren, … Das Labortagebuch bleibt in der Schule und kann von der Lehrk Lehrkraft eingesehen en werden. Eigenschaften der Alkane Die S Seiten en 2 bis 13 si sind in en entsprechender Anzahl zu vervielf vervielfältigen ältigen und den en S Schülern bereitzulegen. Als Mög Möglichkeit lichkeit zur S Selbstkontrolle können Lösungsseiten ngsseiten erst erstellt llt werde werden. S. 2 S. 4 S. 6 S. 8 S. 10 S. 12 2 S. 13 Station 1 Schmelz- und Siedetemperaturen: Siedetem ature rote und u blaue Stifte eit: 2 Porzellantiegel, Porzella tiegel Holzstab, Streichhölzer / Feuerzeug, Station 2 Entflammbarkeit: Becherglas 200 ml, Tiegelzange (j (jeweils für jedes Team), Heptan, Paraffinöl (hoher er S Siedetemperaturbereich), peraturbereic heißes Wasser Station 3 Viskositä Viskosität: 3 Reagenzgläser, genz Reagenzglasgestell, 3 kleine Stahlkugeln, Magnet, Stoppuhr, S toppuh Pinzette ((jeweils für jedes Team), Heptan, Decan, Paraffinöl (dickflüssig) Station 4 Löslichkeit: Löslichk 3 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, 3 Stopfen, Tropfpipette (jeweils (jeweils fü für jedes Team), Heptan, Paraffinöl, Salatöl, Wasser Station tation 5 Dichte: Dich Reagenzglas, Stopfen, Tropfpipette, Messzylinder 10 ml, Waage, Pipette (jeweils für jedes Team), Paraffinöl, Wasser Station Stat 6 Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen: Porzellanschale, 3 Porzellantiegel, Pipette, Tiegelzange, Gasbrenner, Streichhölzer / Feuerzeug (jeweils für jedes Team), Heptan, Methan (Brennergas), Paraffin (Kerze) Lernzielkontrolle 1 Schmelz- und Siedetemperaturen (1) Aufgabe 1 a) Trage sowohl die Schmelztemperatur (rot) als auch die Siedetemperatur (blau) der ersten zehn Alkane in das Koordinatensystem ein. C-Atome Name Summenformel Schmelztemp. (°C) Siedetemp. (°C) 1 Methan CH4 – 182 – 161 2 Ethan C2H6 – 183 – 88 3 Propan C3H8 – 186 – 42 4 Butan C4H10 – 135 –1 5 Pentan C5H12 – 129 36 6 Hexan C6H14 – 94 68 7 Heptan C7H116 – 90 98 8 8 Octan C8H18 – 56 126 6 9 Nonan C9H20 – 53 150 10 Decan C10H22 – 30 174 … … … … … 16 Hexadecan C16H34 18 287 17 Heptade Heptadecan C17H36 22 302 T/ °C T 200 20 150 5 100 Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Anzahl C-Atome – 50 – 100 – 150 – 200 2 Eigenschaften der Alkane Name: Station 1 Schmelz- und Siedetemperaturen (2) b) Beschreibe den Zusammenhang zwischen den Siede- bzw. Schmelztemperaturen und der Länge der Kohlenstoffkette im Alkanmolekül. Aufgabe 2 Gib für die in der Tabelle (Aufgabe 1) genannten Alkane an, n, in welchem w lchem Aggregatzustand Aggr t sie bei Zimmertemperatur (20 °C) vorliegen. Aggregatzustand Alkane gasförmig flüssig fest Aufgabe 3 Bringe die fo folgenden d Sätze in die richtige tige Reihe Reihenfolge. olge. Ergänz Ergänze dazu die entsprechende Nummerierung in den Kästchen. Die Schmelz- und Siedetemperaturen Siedete uren sind daher umso größer, je länger die Kohlenstoffketten in einem Molekül ül sind. Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Zwischen en den Molekülen Molekülen eines e Stoffes bestehen Anziehungskräfte, deren Stärke von der Molekülmasse Moleküloberfläche abhängt. ülmasse und der Mo ek Beim Schmelzen Schmel e bzw. beim Verdampfen muss Energie zugeführt werden, um die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen zu lockern bzw. zu überwinden. äfte zwis Diese Anziehungskräfte zwischen den Alkanmolekülen nehmen mit wachsender Kettenlänge (also auch steigender Oberfläche der Moleküle) zu. 3 Eigenschaften der Alkane Name: Station 1 Eigenschaften der Alkane Name: Station 2 Entflammbarkeit (1) Versuch Material 2 Porzellantiegel Holzstab Streichhölzer / Feuerzeug Becherglas 200 ml Tiegelzange Chemikalien Heptan Paraffinöl (hoher Siedetemperaturbereich) mpe heißes Wasser Durchführung iegel. a) Gebt 2 ml Heptan bzw. Paraffinöl in jeweils einen Porzellantiegel. n brennenden brennenden Holz b) Versucht, beide Flüssigkeiten zu entzünden, indem ihr einen Holzspan von oben der Flüssigkeitsoberfläche nähert. c) Der Tiegel, dessen Inhalt sich so nicht entzünden ntzünd lässt, wird mit der Tiegelzange in ein Becherglas mit heißem Wasser gehalten. Achtung: Nicht ganz eintauchen – der Inhaltt soll nur erwär erwärmt werden! er Inha d) Versucht erneut, wie oben beschrieben, zu entzünden. hrieben, die Flüssigkeit Flüssig Achtung: Im Abzug arbeiten! en! Aufgabe 1 Notiert otiert e eure Beobachtu Beobachtungen. gen. Aufgabe 2 Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Die Erklärung klärung für deine Beobachtungen Beob findet ihr, wenn ihr die Wörter in folgenden Sätzen in die richtige Reihenfolge bringt. ge Reihe olge bring Erklärung: ng: bre 1. sind – brennbar – Alkane. 2. Zustand – gasförmigem – Sie – in – entzünden – sich – lassen – nur. 4 Entflammbarkeit (2) 3. ausreichend – muss – bilden – Gas – große Menge – also – oder – durch Verdampfen – sich – Über der – Verdunsten – Flüssigkeit – eine. 4. hat – niedrige – Benzin – eine – Siedetemperatur. 5. Es – schon – Zimmertemperatur – bei – verdunstet – stark. 6. sagt, – leichtflüchtig – es – ist – Man. Paraffinöll – um – muss man – über erwärmen, – brennbare Gase – 7. Paraffinö er der Flüssigkeit lüssigkeit – zu u – er erhalten genügend. lten – genüge Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 8. Alkane – unterschiedliche nterschiedli he – haben – Flammtemperaturen. Die Flammtemperatur ist die niedrigste Temperatur einer Flüssigkeit, bei der sich eine ausreichend große Menge Gas entwickelt, die mit Luft ein entzündbares Gemisch bildet. 5 Eigenschaften der Alkane Name: Station 2 Eigenschaften der Alkane Name: Station 3 Viskosität (1) Versuch Material Chemikalien 3 Reagenzgläser Reagenzglasgestell 3 kleine Stahlkugeln Magnet Stoppuhr Pinzette Heptan Decan Paraffinöl (dickflüssig) Durchführung Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth n und Paraf inöl a) Füllt je ein Reagenzglas etwa 10 cm hoch mit Heptan, Decan Paraffinöl. Achtung: Die Füllhöhen müssen gleich sein. gel in das R eagenz b) Lasst aus Höhe der Reagenzglasöffnung eine Kugel Reagenzglas fallen. s Rea enzglases a c) Messt die Zeit, bis die Kugel am Boden des Reagenzglases ankommt. Streicht mit dem Magneten von unten n nach oben außen außen an der Reagenzglaswand aswand entlang. entla ang. So bekommt ihr die Kugel wieder Flüssigkeit. er aus der Flü ssigke Aufgabe 1 Notiert eure Messergebnisse in der Tabelle. C-Atome Heptan Decan Paraffinöl 7 10 18 – 32 Zeit in s 6 Viskosität (2) Aufgabe 2: Ergänzt die Lücken im Text mit folgenden Begriffen. r Viskosit ät größe Moleküle niedrig e Kettenläng länger länger Anziehungskräfte e Ergebnis: Je dickflüssiger die Flüssigkeiten sind, desto braucht die Kugel, Kug um auf den Boden zu sinken. Viskosi sig, es h Das Fließverhalten einer Flüssigkeit bezeichnett man als Viskosität. Paraffinöl ist dickflüssig, hat also eine hohe . Feuerzeugbenzin Feuerzeu ist dagegen dünnflüssig. nflüssig. Es hat h eine Viskosität. Viskosi t. Die Viskosität der Alkane gig von der er A lkane ist abhän abhäng . Grund für die- ses Verha Verhalten Anziehungskräfte en sind Anz ung den Molekülen. Molek zwischen den Man nennt diese zwischenmolekularen Kräfte zwi schwach Van-der-Waals-Kräfte stark auch Van-der-Waals-Kräfte Kräfte ((siehe Abbildung). Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Beim Fließen gleiten die des Stoffes aneinander vorbei. Je länger die Kohlenstoffketten toffketten der Alkanmoleküle sind, desto größer sind auch die Oberflächen der Moleküle und umso größer sind auch die zwischen den Molekülen. Die Moleküle gleiten umso schwerer aneinander vorbei, je die zwischen- molekularen Anziehungskräfte sind. Die Anziehungskräfte sind umso stärker, je die Kohlenstoffketten im Molekül sind. Die flüssigen Alkane werden daher von Pentan an immer zähflüssiger, bis sie schließlich als Feststoffe vorliegen (ab Heptadecan C17H36). 7 Eigenschaften der Alkane Name: Station 3 Name: Eigenschaften der Alkane Station 4 Löslichkeit (1) Versuch Material Chemikalien 3 Reagenzgläser Reagenzglasgestell 3 Stopfen Tropfpipette Heptan Paraffinöl Salatöl Wasser Durchführung r. Tropft da nn in jedes R a) Füllt je ein Reagenzglas mit Paraffinöl, Salatöl bzw. Wasser. dann Reagenzglas eine Pipettenfüllung Heptan. Beobachtet. b) Nun verschließt ihr die Reagenzgläser mit ein einem Stopfen un und gut. Beobachtet. d schüttelt g c) Lasst die Reagenzgläser eine Weile stehen. Beobachtet. en. Be bachtet. Aufgabe 1 Führt die drei Versuche durch ch und ha haltet tet eure Beo Beobachtungen in der T Tabelle lle fest fest. Versucht, eure Beobachtungen deuten. chtungen zu de en. Leitfrage: Ist Heptan jeweiligen Lösungsmittel löslich? n in dem jeweilige Versuch Beobachtung tung Deutung Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Heptan in Paraffinöl H Hepta in Salatöl Heptan Heptan in Wasser 8 Löslichkeit (2) Aufgabe 2 Ergänzt basierend auf euren Beobachtungen und Deutungen aus Aufgabe 1 folgenden Lückentext sinnvoll. Ergebnis: Alkane sind in und in löslich und nicht löslich. Wasserlösliche Stoffe bezeichnet eichn man auch als hydrophil (wasserfreundlich), fettlösliche Stoffe als lipophil (fettfreundlich). ch). Alkane sind demnach . Polar ät seiner Mo leküle ab. Wasser ist ein n polares polare Die Löslichkeit eines Stoffes hängt von der Polarität Moleküle Lösungsmittel, Salatöl ist ein unpolares s Lösung Lösungsmittel. mittel Alkane sind unpolare Moleküle. Generell gilt: Ähnliches löstt sich iin Alkane lösen sich gut in Salatöl n Ähnlichem. Al ich also a Salatöl und anderen an Lös Lösungsmitteln, gsm z. B. anderen Alkanen. kanen Aufgabe 3 Ein leckere leckerer Salat m mit Essig-Öl-Dressing ssing oder od doch lieber die d fetten Beides wird problematisch, Pommes rot-weiß? ro ematisch, wenn w nn ein Teil Te davon statt im Fettflecken müssen möglichst m Magen auf der Kleidung landet. Die Fettflecke n m sofort ofort behandelt werden. Zur Verfügung ung stehen Wasser, Zitronensaft, leichmit Feuerzeugbenzin und Bleichmittel. Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Wofür würdest du dich entscheiden? Begründe. ich e tsche 9 Eigenschaften der Alkane Name: Station 4 Eigenschaften der Alkane Name: Station 5 Dichte (1) Versuch 1 Material Chemikalien 1 Reagenzglas 1 Stopfen 1 Tropfpipette Paraffinöl Wasser Durchführung a) Füllt in das Reagenzglas etwa 3 cm hoch Wasser. Gebt vorsichtig und langsam e eine Pipettenfüllung Paraffinöl in das Reagenzglas dazu. Beobachtet. b) Verschließt das Reagenzglas mit dem Stopfen und schüttleltt es gut. Beobachtet. Beobachtet. c) Wartet ein paar Minuten und beobachtet, ob sich etwas verändert. ändert. Aufgabe 1 Notiert eure Beobachtungen. Fertigt zu jeder Beobachtung Beobach ung ein eine Skizze an. 1. 2. Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 3. Aufgabe 2 Wie verhält sich die Dichte von Paraffinöl im Vergleich zur Dichte von Wasser (1 g / cm3)? 10 Name: Eigenschaften der Alkane Station 5 Dichte (2) Versuch 2 Material Chemikalien 1 Messzylinder 10 ml Waage 1 Pipette Paraffinöl Durchführung a) Wiegt den leeren Messzylinder. g Masse: b) Füllt mit der Pipette 10 ml Paraffinöl in den Messzylinder. c) Wiegt den gefüllten Messzylinder. Masse: sse: g Aufgabe 3 Berechnet in zwei Schritten die Dich Dichte e des Paraffin Paraffinöls. 1. Schritt: Berechnet et die Masse des Paraffinöls. raff Masse asse gefüllter gefüllter Messzylinder Messzyli – Masse leerer Messzyl Messzylinder Masse Paraffinöl nder = Ma g – g = g 2. Schritt: Berechnet nun die Dichte von Paraffin: h Paraf Dichte = Masse : Volumen = : = Aufgabe 4 Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Vergleicht die e Ergebnisse der b beiden Versuche. War eure Schlussfolgerung aus Versuch 1 richtig? Falls nicht, erklärt, das icht, er klärt, woran d s gelegen hat. 11 Name: Station 6 Eigenschaften der Alkane Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Versuch 1 Material Chemikalien 1 Porzellanschale 3 Porzellantiegel 1 Pipette 1 Tiegelzange Gasbrenner Streichhölzer / Feuerzeug Heptan Methan (Brennergas), Paraffin (Kerze) Durchführung nd Abs a) Stellt den Gasbrenner, die Porzellanschale und die Kerze mit ausreich ausreichend Abstand nebeneinander. b) Gebt mit der Pipette etwas Heptan in eine Porzellanschale. e Porz anschale. c) Entzündet den Gasbrenner, das Heptan und Paraffinkerze. nd die Paraffinkerze d) Haltet jeweils einen Porzellantiegel mit de dem Bode Boden Brennerflamme. n in die Br e) Beobachtet jeweils die Flammenfarbe am Boden des nfarbe und die d Veränderungen Verä es Porzellantiegels. Porzellanti gels. Aufgabe 1 Notiert eure Beobachtungen. obach htungen. Aufgabe 2 Aufgab Formuliert die Reaktionsgleichung sgleichu für die ie V Verbrennung von Methan. Methan Sauerstoff ® + Sauer + Kohlenstoffdioxid + Wasser + Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Formuliert für die Verbrennung von Heptan. uliert die Reaktionsgleichung Reaktio Heptan Hep + Sauerstoff ® + Kohlenstoffdioxid + Wasser + Ergebnis: Um ein Molekül eines Alkans vollständig zu verbrennen, benötigt man mit steigender Kettenlänge eine immer größer werdende Anzahl an Sauerstoffmolekülen. Bei gleichem Sauerstoffangebot (Luftzufuhr) findet mit steigender Kettenlänge eine zunehmend unvollständige Verbrennung statt, bei der neben Wasser und Kohlenstoffdioxid auch Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoff (C) in Form von Ruß entstehen können. Die gelbe Flamme entsteht durch glühenden Kohlenstoff, der im Inneren der Flamme nicht verbrannt werden kann, sondern erst am Flammenrand mit Sauerstoff zu Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid reagieren kann. 12 Lernzielkontrolle: Eigenschaften der Alkane 1. In welchem Aggregatzustand liegt Nonan bei Zimmertemperatur vor? (1 Punkt) Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 2. Hexan hat eine Siedetemperatur von 69 °C. 2,2-Dimethylbutan ist isomer zu n-Hexan. Stelle eine begründete Vermutung zur Siedetemperatur dieses Stoffes auf. (2 Punkte) 3. Beim Transport von Erdöl auf dem Seeweg kann es zu kommen. u Tankerunfällen Tank runfällen ko Tritt dabei Erdöl in größeren Mengen aus, bilde bilden sich sogenannte Ölteppiche. ch sogenan nte Öltepp schaft Dichte und Löslic Welche Rolle spielen dabei die Stoffeigenschaften Löslichkeit? 2 Punkt (2 Punkte) 4. An der Tankstelle sind Rauchen und offenes Feuer verboten. Begründe. nkstelle si d Rauch oten. Begr nde. (2 Punkte) 5. Erlä Erläutere den Zusammenhang und Kettenlänge der Alkane. nha zwischen chen Viskosität Viskos (2 Punkte) 6. Die Abbildung bbildu zeigt das experimentelle Ergebnis eines Versuchs zur Löslichkeit von Benzin in Wasser bzw. in Öl. Beschrifte die Abbildung. (2 Punkte) 7. Zähflüssiges Paraffinöl verbrennt mit gelber stark rußender Flamme. Die rauschende Flamme eines Gasbrenners hingegen ist fast farblos und rußt nicht. Erkläre den Unterschied. (2 Punkte) Gesamtpunktzahl: 13 Punkte erreicht: Punkte 13 Eigenschaften der Alkane Name: Seiten 2 / 3 1 a) Lösungen: Eigenschaften der Alkane Station 1: Schmelz- und Siedetemperaturen T/ °C 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Anzahl C-Atome – 50 – 100 – 150 – 200 aturen nehmen zu, je länger ng die Kohlenstoffkette offk rd. b) Die Schmelz- und Siedetemperaturen wird. Die Zunahme ist nicht linear. ear. 2) Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 3) Aggregatzustand stand Alkane gasförmig Methan, Ethan, Propan, Butan Methan flüssig Alkane von Pentan bis Hexadecan Alk ecan fest Alkane ab Heptadecan can 4 Die D Schmelz- und Siedetemperaturen turen sind d daher er umso größer größer, je länger die Kohlenstoffketten in einem Molekül sind. 1 Zwischen den Molekülen eines Stoffes toffes bestehen A Anziehungskräfte, deren Stärke von der Molekülmasse und der Moleküloberfläche abhängt. olekülo abhä 3 Beim Schmelzen elzen bzw. beim Verdampfen mpfe muss Energie zugeführt werden, um die Anziehungskräfte zwischen den M Molekülen oleküle zu lockern bzw. zu überwinden. 2 Diese ese Anziehungs Anziehungskräfte räfte zzwischen den Alkanmolekülen nehmen mit wachsender Kettenlänge (also auch Oberfläche der Moleküle) zu. au h steigender Ob rfl Station on 2: Entflammbarkeit Seiten 4 / 5 1) Das Heptan lässt sich entzünden, sobald man von oben nahe an die Flüssigkeitsoberfläche kommt. Paraffinöl hingegen lässt sich so nicht entzünden. Es muss zuerst erwärmt werden. 2) 1. Alkane sind brennbar. 2. Sie lassen sich nur in gasförmigem Zustand entzünden. 3. Über der Flüssigkeit muss sich also durch Verdampfen oder Verdunsten eine ausreichend große Menge Gas bilden. 4. Benzin hat eine niedrige Siedetemperatur. 5. Es verdunstet schon bei Zimmertemperatur stark. 6. Man sagt, es ist leichtflüchtig. 7. Paraffinöl muss man erwärmen, um über der Flüssigkeit genügend brennbare Gase zu erhalten. 8. Alkane haben unterschiedliche Flammtemperaturen. 14 Lösungen: Eigenschaften der Alkane Seiten 6 / 7 Station 3: Viskosität 1) Hinweis: Die gemessenen Zeiten sind je nach verwendeten Geräten und Chemikalien unterschiedlich. Auf jeden Fall kommt bei Heptan die Kugel zuerst auf dem Boden auf, bei Paraffinöl dauert es am längsten. Heptan Decan Paraffinöl C-Atome 7 10 18 – 32 Zeit in s kürzeste Dauer mittlere Dauer längste Dauer 2) länger – Viskosität – niedrige – Kettenlänge – Moleküle – Anziehungskräfte – größer – länger Seiten 8 / 9 Station 4: Löslichkeit 1) Versuch Beobachtung Deutung Heptan in Paraffinöl Die Flüssigkeit sieht einheitlich aus. Heptan Paraffinöl löslich. Hepta ist in Paraffin Heptan in Salatöl Die Flüssigkeit sieht einheitlich einhe aus. Heptan ist in Salatöl löslich. Heptan in Wasser en sich zwei wei Phasen. Es bilden hwimm auf Wasser. Heptan schwimmt öslich. Heptan ist nicht in Wasser löslich. 2) Salatöl – Paraffinöl – Wasser – lipophil unpolaren phil – unpolare 3) Da das Dressing Öl enthält, Wasser geeignetes Lösungsmittel. Feuer Feuerzeugbenzin t, ist Wass er kein geeignet benzin iist ein unpolares Lösungsmittel und damitt geeignet, da Öl auch zu den unpolaren Flüssigkeiten keite en gehört. hört. Station 5: Dichte 1) 1. Das Paraffinöl bildet eine Schicht cht auf dem Wa Wasser. ser. 2. 2 Die Flüssigkeit wird leicht trüb durch die Durchm Durchmischung der beiden Flüssigkeiten. 3. Die Flüssigkeiten haben sich wieder getrennt und bilden zwei deutliche Phasen. n habe eder g Seiten 10 / 11 2) Da das Paraffinöl Wasser schwimmt, muss es eine geringere Dichte als 1 g / cm3 haben. öl auf dem W Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 3) Mögliche Lösung: Paraffin gliche Lösu Paraff n hat eine Dichte von 0,81– 0,89 g / cm3. Es hat auf jeden Fall eine geringere Dichte als Wasser Wasser mit 1 g / cm3. D Daher schwimmt es auf dem Wasser. Station 6: Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Seite 12 1) Methan verbrennt mit farbloser bis leicht blauer Flamme, Heptan und Paraffin jeweils mit gelber Flamme. Am Porzellantiegel schlägt sich bei Heptan und Paraffin schwarzer Ruß nieder. Die Flamme von Paraffin rußt stärker als die von Heptan. 2) Verbrennung von Methan: Methan + Sauerstoff ® Kohlenstoffdioxid + Wasser CH4 + 2 O2 ® CO2 + 2 H2O Verbrennung von Heptan: Heptan + Sauerstoff ® Kohlenstoffdioxid + Wasser C7H16 + 11 O2 ® 7 CO2 + 8 H2O 15 Lösungen: Eigenschaften der Alkane Seite 13 Lernzielkontrolle: Eigenschaften der Alkane 1. flüssig 2. Die Siedetemperatur liegt niedriger als bei n-Hexan, da die Van-der-Waals-Kräfte zwischen verzweigten Molekülen geringer sind als zwischen unverzweigten Molekülen gleicher Masse. 3. Erdöl ist in Wasser nicht löslich. Zudem besitzt es eine geringere Dichte als Wasser und bildet deshalb eine Schicht auf dem Wasser. 4. Benzin hat einen niedrigen Siedetemperaturbereich und verdampft leicht. Benzindämpfe sind brennbar und lassen sich aufgrund des niedrigen Flammpunkts bereits bei Temperaturen unterhalb von 20 °C entzünden. 5. Die Zähflüssigkeit (Viskosität) steigt bei den Alkanen mit zunehmender Kettenlänge. Dies liegt an den zwischenmolekularen Anziehungskräften (Van-der-Waals-Kräfte), die umso größer sind, d, jje länger die Kohlenstoffkette ist. 6. Benzin Lösung aus Benzin + Öl Wasser 7. Das Brennergas besteht aus Methan und Propan Propan, die fas fast vollständig verbrennen können. besteht en. Paraffin bes teht aus langkettigeren Kohlenwasserstoffen, Reaktionsprodukt einer unvollständigen Verbrenffen, bei denen als Re ändigen Verbren nung Kohlenstoff übrig bleibt, der fürr die gelbe Flam Flamme verantwortlich ist und als Ruß übrig bleibt. er fü e ver ß übr g bleib Seite 38 Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Station 1: Die Entstehung von Erdöl und Erdgas Die Entstehung von Erdöl und Erdgas ist für die Wissenschaft bis heute nicht vollständig geklärt. Man geht davon aus, dass vor vielen Millionen Jahren tierisches und pflanzliches Plankton (Kleinstlebewesen im Meer) nach dem Absterben auf den Meeresgrund absanken. In dieser sauerstoffarmen Umgebung wurden sie zunächst von anaeroben (ohne Sauerstoff lebenden) Bakterien zersetzt und es bildete sich Faulschlamm, der durch die natürlichen Ablagerungsvorgänge im Meer von Lehm- und Tonschichten überlagert wurde. Dieser Faulschlamm gelangte durch Erdbewegungen in tiefere Schichten, wo die weitere Umwandlung bei hohem Druck und hohen Temperaturen stattfand. Das gebildete Erdöl sammelte sich in den Poren der Sedimentgesteine und wanderte im Laufe der Zeit nach oben, bis es auf eine undurchlässige Gesteinsschicht traf. Unterhalb dieser Schicht reicherte sich das Erdöl an. So entstanden die Erdöllagerstätten. Die ältesten Erdölvorkommen sind vor ungefähr 500 Millionen Jahren entstanden. Neben den flüssigen KohlenwasserstoffVerbindungen bildeten sich auch gasförmige Produkte. Dieses Erdgas befindet sich oft in großen Gasblasen oberhalb von Erdöllagerstätten oder in eigenständigen Lagerstätten in porösen Gesteinen. 16 Gefährdungsbeurteilungen Seiten 4 / 5 Gefährdungsbeurteilung – Station 2: Entflammbarkeit 1. Durchführung (Tätigkeitsbeschreibung) a) Gebt 2 ml Heptan bzw. Paraffinöl in jeweils einen Porzellantiegel. b) Versucht, beide Flüssigkeiten zu entzünden, indem ihr einen brennenden Holzspan von oben der Flüssigkeitsoberfläche nähert. c) Der Tiegel, dessen Inhalt sich so nicht entzünden lässt, wird mit der Tiegelzange in ein Becherglas mit heißem Wasser gehalten. Achtung: Nicht ganz eintauchen – der Inhalt soll nur erwärmt werden! d) Versucht erneut, wie oben beschrieben, die Flüssigkeit zu entzünden. 2. Einstufung der Gefahrstoffe Stoffbezeichnung Signalwort Piktogramme – – Paraffinöl Heptan (n-Heptan) Gefahr H-Sätze EUHSätze P-Sätze AGW in mg / m3 – – – – H225 H304 H315 H336 H410 – P210 P273 P301 1 + P310 P331 P302 302 + P352 P403 P 03 + P235 2 100 3. Gefahrenabschätzung Gefahren Ja durch Einatmen durch Hautkontakt Brandgefahr Explosionsgefahr Nein Sonstige Gefah Gefahren n und Hinwei Hinweise ann be n di ge a) Heptan kann bei Verschlucke Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich se n. Hept n kann S nommenheit ver sein. Heptan Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. b) Paraffinöl üb überprüfen. Es gibt Paraffinöle, die nach rprü ie nac h GHS Gefahrstoffe sind. 4. Substitution ion von Gefahrstoffen Nein n 5. Entsorgung Entso ung Ja Reste in das Samm Sammelgefäß „Organische Lösungsmittel“ L ösungsmitte geben. 6. Schutzmaßnahmen Schu zmaßnahme Weitere Maßnahmen: Mindest deststa standards ards TRGS RGS 5 500 Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Schutzbrille Schutzhandschuhe Abzug geschlossenes g System Lüftungsmaßnahmen Brandschutzmaßnahmen 7. Sonstiges es Gefahrenhinweise H-Sätze ahrenhinweise – H Sätze H225 Flüssigkeit Dampf leicht entzündbar. Flüssigkeit und Dam H304 Kann und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. Ka bei Verschlucken Versch Verurs cht Hautreizungen. H315 Verursacht H336 und Benommenheit verursachen. 336 Kann Schläfrigkeit S H410 410 Sehr Se giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung. Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze Sicherheitshinweise – P-Sätze P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Schule: Fachlehrer / in: Datum: Unterschrift: 17 Gefährdungsbeurteilungen Seiten 6 / 7 Gefährdungsbeurteilung – Station 3: Viskosität 1. Durchführung (Tätigkeitsbeschreibung) a) Füllt je ein Reagenzglas etwa 10 cm hoch mit Heptan, Decan und Paraffinöl. Achtung: Die Füllhöhen müssen gleich sein. b) Lasst aus Höhe der Reagenzglasöffnung eine Kugel in das Reagenzglas fallen. c) Messt die Zeit, bis die Kugel am Boden des Reagenzglases ankommt. Streicht mit dem Magneten von unten nach oben außen an der Reagenzglaswand entlang. So bekommt ihr die Kugel wieder aus der Flüssigkeit. 2. Einstufung der Gefahrstoffe Stoffbezeichnung Signalwort Piktogramme H-Sätze EUHSätze P-Sätze AGW in mg / m3 Decan (n-Decan) Gefahr H226 H304 – P210 P260 P262 2 P301 + P31 P310 P331 31 – Heptan (n-Heptan) Gefahr H225 H304 H315 H336 H410 – P210 210 P273 P301 301 + P310 P331 P33 P302 P3 02 + P352 P403 + P23 P235 P40 2 100 – – – – Paraffinöl – – 3. Gefahrenabschätzung Gefahren Ja durch Einatmen durch Hautkontakt Brandgefahr Explosionsgefahr Nein Sonstige nstige G Gefahren fahren und Hinw Hinweise n bei V n die Atemwege a) Heptan ka kann Verschlucken und Eindringen in tödlich sein. Heptan ept kann Schläfrigkeit g mmenheit verurund Beno Benommenheit sachen. b) Paraf Paraffinöl überprüfen. Es gibt Paraffinöle, GHS Gefahrara affinö , die nach G HS Ge stoffe sind. sto c) Decan kann bei Verschlucken und cken un nd Eindrin Eindringen in die Atemwege tödlich sein. Substitution Gefahrstoffen 4. Sub titution von G Nei Nein 5 ntsorgu 5. Entsorgung Ja Res Reste te in das Sammelgefäß „Organische Lösungsmittel“ geben. Lös 6. Schutzmaßnahmen Schut Weitere Maßnahmen: Mindeststandards Minde TRGS 500 T Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Schutzbrille hu brille Schutzhandschuhe Abzug 7. Sonstiges Sonstig s Gefahrenhinweise Gefahre inweise – H-Sätze H225 Flüssigkeit 25 Flüssig k it und Dampf leicht entzündbar. H304 bei Verschlucken und Eindringen in die 304 Kann b Atemwege emwe tödlich sein. H315 Verursacht Hautreizungen. Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze Sicherheitshinweise – P-Sätze P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. geschlossenes System Lüftungsmaßnahmen Brandschutzmaßnahmen H336 Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Schule: Fachlehrer / in: Datum: Unterschrift: 18 Gefährdungsbeurteilungen Seiten 8 / 9 Gefährdungsbeurteilung – Station 4: Löslichkeit 1. Durchführung (Tätigkeitsbeschreibung) a) Füllt je ein Reagenzglas mit Paraffinöl, Salatöl bzw. Wasser. Tropft dann in jedes Reagenzglas eine Pipettenfüllung Heptan. Beobachtet. b) Nun verschließt ihr die Reagenzgläser mit einem Stopfen und schüttelt gut. Beobachtet. c) Lasst die Reagenzgläser eine Weile stehen. Beobachtet. 2. Einstufung der Gefahrstoffe Stoffbezeichnung Signalwort Heptan (n-Heptan) Gefahr Piktogramme H-Sätze EUHSätze P-Sätze AGW in mg / m3 H225 H304 H315 H336 H410 – P210 P273 P301 + P310 P331 P302 + P35 P352 P403 + P235 2 100 Paraffinöl – – – – – – Salatöl – – – – – – 3. Gefahrenabschätzung Gefahren Ja durch Einatmen durch Hautkontakt Brandgefahr Explosionsgefahr Nein Sonstige Gef Gefahren und Hinwe Hinweise se n kann bei Verschlucken und Ein ge a) Heptan Eindringen in die Atemwege ptan kann Schl rtödlich sein. H Heptan Schläfrigkeit und Benommenheit verach ursachen. en Es g ach GHS Gefah b)) Paraffinö Paraffinöl überprü überprüfen. gibt Paraffinöle, die nach Gefahrsind. stoffe sind 4. Substitution von Gefahrstoffen Nein rgung 5. Entsorgung Ja a Reste este in das s Sam Sammelgefäß „O „Organische Lösungsmittel“ geben. Lösungsmit el“ geb 6. Schutzmaßnahmen zmaßnahme Weitere Maßnahmen: Mindeststandards andard TRGS RGS 5 500 00 Schutzbrille Schutzhand-schuhe Abzug geschlossene geschlossenes Sys System Lüftungsmaßnahmen Brandschutzmaßnahmen Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth 7. Sonstiges Gefahrenhinweise H-Sätze eise – H-Sät H225 Flüssigkeit Dampf leicht entzündbar. üssigkeit und D ampf le H304 und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. 04 Kann Kann bei Verschlucken Verschlu ken u H315 Verursacht Ve ursacht Hautreizungen. Hautreiz H336 Kann und Benommenheit verursachen. Ka Schläfrigkeit Schläfrig H410 für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung. 410 Sehr giftig g Ergänzende rgänzen Gefahrenmerkmale – P-Sätze Sicherheitshinweise – P-Sätze h P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Schule: Fachlehrer / in: Datum: Unterschrift: 19 Gefährdungsbeurteilungen Seiten 10 / 11 Gefährdungsbeurteilung – Station 5: Dichte 1. Durchführung (Tätigkeitsbeschreibung) a) Füllt in das Reagenzglas etwa 3 cm hoch Wasser. Gebt vorsichtig und langsam eine Pipettenfüllung Paraffinöl in das Reagenzglas dazu. Beobachtet. b) Verschließt das Reagenzglas mit dem Stopfen und schüttelt es gut. Beobachtet. c) Wartet ein paar Minuten und beobachtet, ob sich etwas verändert. 2. Einstufung der Gefahrstoffe Stoffbezeichnung Signalwort Piktogramme H-Sätze EUHSätze P-Sätze AGW in mg / m3 – – – – – – Paraffinöl 3. Gefahrenabschätzung Gefahren Ja Nein durch Einatmen durch Hautkontakt Brandgefahr Explosionsgefahr Sonstige Gefahren und Hinweise Paraffinöl überprüfen. Es gibt Paraffinöle, die nach GHS Gefahrstoffe sind. 4. Substitution von Gefahrstoffen Nein Ent orgun 5. Entsorgung Ja Reste in das Sammelgefäß efäß „Organisc „Organische he Lösungsmittel“ geben. Lö 6. Schutzmaßnahmen itere Weitere Maßnahmen Maßnahmen: Mindeststandards TRGS 500 Schutzbrille chutzbrille Schutzhan Schutzhandschuhe Abzug geschlossenes System Lüftungsngsmen maßnahmen Brandschutzmaßnahmen 7. Sonstiges Sons iges Gefahrenhinweise Gefah enhinweis – H-Sätze – Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze Ergä -Sätze Sicherheitshinweise – P-Sätze S – Schule: Fachlehrer / in: Datum: Unterschrift: 20 Gefährdungsbeurteilungen Seite 12 Gefährdungsbeurteilung – Station 6: Die Verbrennung von Kohlwasserstoffen 1. Durchführung (Tätigkeitsbeschreibung) a) Stellt den Gasbrenner, die Porzellanschale und die Kerze mit ausreichend Abstand nebeneinander. b) Gebt mit der Pipette etwas Heptan in eine Porzellanschale. c) Entzündet den Gasbrenner, das Heptan und die Paraffinkerze. d) Haltet jeweils einen Porzellantiegel mit dem Boden in die Brennerflamme. e) Beobachtet jeweils die Flammenfarbe und die Veränderungen am Boden des Porzellantiegels. 2. Einstufung der Gefahrstoffe Stoffbezeichnung Signalwort Piktogramme H-Sätze EUHSätze P-Sätze AGW in mg / m3 – – – – – – H225 H304 H315 H336 H410 – P210 0 P273 P301 + P310 P331 P302 02 + P352 P403 403 + P235 2 100 Paraffinöl Heptan (n-Heptan) Gefahr 3. Gefahrenabschätzung Gefahren Ja durch Einatmen durch Hautkontakt Brandgefahr Explosionsgefahr Nein Sonstige e Gefa Gefahren n und Hinwei Hinweise se nn bei Verschlucken erschlucken un ödHeptan kann und Eind Eindringen in die Atemwege tödeptan k nn Schläfrigk nhe verursachen. chen. lich sein. Heptan kann Schläfrigkeit und Benommenheit n Gefahrstoffen 4. Substitution von Nein rgung 5. Entsorgung Ja Reste in das s Samm Sammelgefäß „Organische Lösungsmittel“ geben. Kerzen zur weiLösungsmitt l“ geb teren Verwendung eren Verwen un aufheben oder in den Restmüll geben. R stmüll ge 6. Schutzmaßnahmen Schutzmaßnahme Weitere Maßnahmen: Mindest deststa standards TRGS 5 500 Anja Dombrowski: Lernzirkel Fossile Rohstoffe © Auer Verlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth Schutzbrille Schutzhandschuhe Abzug Abz geschlossenes System Lüftungsmaßnahmen Brandschutzmaßnahmen 7. Sonstiges ges Gefahrenhinweise H-Sätze fahrenhinweise – HSätz H225 Flüssigkeit Dampf leicht entzündbar. Flü sigkeit und Dam H304 Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. Vers H315 Hautreizungen. 315 Verursacht Verurs H336 336 Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410 10 Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung. Ergänzende Gefahrenmerkmale – P-Sätze Sicherheitshinweise – P-Sätze P210 Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P331 Kein Erbrechen herbeiführen. P301 + P310 Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P302 + P352 Bei Kontakt mit der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403 + P235 Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Schule: Fachlehrer / in: Datum: Unterschrift: 21 Impressum © 2015 Verlag 5 Auer Ver g AAP Lehrerfachverlage ehrerfachv age GmbH Gmb Alle Rechte vorbehalten. vorbehal Das Werk als Ga Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. 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