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== Ein Gedankenexperiment ==
===Qualitative Elementaranalyse von Trinkalkohol===
Wir machen nun etwas, was Physiker gerne machen: ein Gedankenexperiment. Wir stellen uns einen Astronauten in ferner Zukunft vor, der mit seinem Raumschiff zu verschiedenen Planeten und Monden reist. Da unser Astronaut Sportschütze ist, Feuerwaffen jedoch an Bord verboten sind, nimmt er eine große und eine kleine Sport-Armbrust mit, um zu üben.
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Verbrennt man eine Verbindung, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, so entstehen als Produkte '''Kohlenstoffdioxid''' und '''Wasser'''.  


=== Was genau ist eine Armbrust? ===
Als Nachweisreagenz für '''Kohlenstoffdioxid''' dient '''Kalkwasser''', das sich beim Einleiten des Gases '''trübt'''. Diese Nachweisreaktion wird daher auch '''Kalkwasserprobe''' genannt.
[[Datei:Armbrust MK1888.png|miniatur|Alte Abbildung einer Armbrust]] Aus alten Filmen weißt Du wahrscheinlich, was eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Armbrust Armbrust] ist. Im Gegensatz zum Bogenschießen, wo man die Waffe die ganze Zeit mit Muskelkraft gespannt halten muss, gibt es hier eine Rückhaltevorrichtung mit Abzug (ähnlich wie bei einem Gewehr). Die Armbrust wird zunächst mit Muskelkraft gespannt, bis sie einrastet. Sie bleibt danach gespannt, bis man am Abzug abdrückt.
So ist das Spannen der Armbrust vom Zielen getrennt und man muss während des Zielens keine große Kraft aufwenden, was einen großen Vorteil im Hinblick auf Komfort und Zielgenauigkeit darstellt. Zum Teil wird zum Spannen auch ein Spannhebel verwendet, so dass man die Armbrust viel stärker spannen kann als einen Bogen. Es werden längere Pfeile oder kürzere Armbrust-Bolzen verschossen.


=== Physikalische Experimente: "Schuss nach oben" ===
Als Nachweisreagenz für '''Wasser''' kann man '''Watesmo-Papier''' verwenden, das ist ein weißes bis hellblaues Papier, das sich bei Vorhandensein von Wasser dunkelblau '''färbt'''.
Unser Astronaut ist allerdings nicht nur Sportschütze sondern - wie viele Astronauten - auch Physiker. Deshalb macht er auf verschiedenen Himmelskörpern (vorzugsweise solche ohne Atmosphäre, weil dann die Luftreibung nicht stört) auch systematische Experimente mit seinen beiden Armbrust-Exemplaren und Bolzen unterschiedlicher Masse. Er schießt die Bolzen senkrecht nach oben und untersucht, wie weit sie nach oben fliegen. Die Ergebnisse findest Du in der folgenden Tabelle:


[[Datei:Ganymede g1 true.jpg|miniatur|Jupitermond Ganymed]]
Will man feststellen, ob eine Verbindung Sauerstoff enthält, so benötigt man einen Stoff, der ihr den enthaltenen Sauerstoff entzieht. Hierfür eignen sich gut  '''unedle Metalle''', z. B. '''Magnesium'''.
[[Datei:Water ice clouds hanging above Tharsis PIA02653 black background.jpg|miniatur|Planet Mars]]
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{| class="wikitable"
{{Box|Experiment: Qualitative Elementaranalyse von Trinkalkohol|'''Teil 1: Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff'''
|-
'''Materialien:''' Porzellantiegel, Becherglas (100&nbsp;ml), Spritze mit Silikonschlauch, Reagenzglas, Reagenzglasständer, Pinzette, Trinkalkohol, Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung), Watesmo®-Papier
! Armbrust!! Himmelskörper (Ortsfaktor [N/kg]) !! Bolzenmasse [kg] !! max. Flughöhe [m]
|-
| klein || Mars (3,7) || 0,01|| 2027
|-
| klein || Mars (3,7) || 0,02 || 1014
|-
| klein || Erdmond (1,6) || 0,01|| 4688
|-
| klein || Erdmond (1,6) || 0,02|| 2344
|-
| klein || Ganymed (1,4) || 0,01|| 5357
|-
| klein || Ganymed (1,4)|| 0,02|| 2679
|-
| groß|| Mars (3,7) || 0,01|| 2703
|-
| groß|| Mars (3,7) || 0,02 || 1351
|-
| groß|| Erdmond (1,6) || 0,01|| 6250
|-
| groß|| Erdmond (1,6) || 0,02|| 3125
|-
| groß|| Ganymed (1,4) || 0,01|| 7143
|-
| groß|| Ganymed (1,4)|| 0,02|| 3571
|-
|}


Wundere Dich nicht über die großen Flughöhen: Die Luftreibung macht mehr aus, als man vielleicht denkt. Und die leichten Himmelskörper haben deutlich weniger Massenanziehung (Gravitation) als die Erde.
'''Durchführung:''' Verbrennt Trinkalkohol im Porzellantiegel. Haltet nach dem Entzünden der Probe ein Becherglas darüber. Zieht die gasförmigen Reaktionsprodukte mit der Spritze ab und leitet sie langsam durch das Kalkwasser.
Führt mithilfe der Pinzette das Watesmo®-Papier in das Becherglas und wischt damit an der Becherglaswand entlang.
 
'''Beobachtungen:''' Das Kalkwasser wird beim Einleiten des aufgefangenen Gases trüb. Das Kondensat an der Becherglaswand färbt das Watesmo-Papier blau.
 
'''Teil 2: Nachweis von Sauerstoff'''
'''Materialien:''' Reagenzglas, Stativ mit Stativklemme, Gasbrenner, durchbohrter Stopfen, Glasrohr, Pinzette, Magnesiumband, Trinkalkohol, Sand
 
'''Durchführung:''' Unten ins Reagenzglas kommt ein Gemisch aus Sand und Trinkalkohol, ca. 1 Daumenbreit. Das Magnesiumband wird zu einer Spirale gerollt und mithilfe der Pinzette in die Mitte des Reagenzglases geschoben. Anschließend spannt man das Reagenzglas schräg ins Stativ ein und verschließt es mit dem Stopfen, in dem das Glasrohr steckt.
Mit der Brennerflamme wird zunächst kurz etwas Alkohol verdampft, damit kein Luftsauerstoff mehr im Reagenzglas ist. Dann wird die Magnesiumspirale erhitzt, bis sie anfängt zu glühen. Anschließend wird der Sand erhitzt, so dass der Alkohol verdampft.
 
'''Beobachtungen:''' Der Alkoholdampf verstärkt das Glühen des Magnesiumbandes. Es entsteht unter anderem ein weißer Feststoff.|
Experimentieren}}
 
{{Box|Auswertung|Die positive Kalkwasserprobe zeigt, dass Kohlenstoffdioxid entstanden ist. Trinkalkoholmoleküle müssen also Kohlenstoffatome enthalten.
Die Blaufärbung des Watesmo-Papiers zeigt, dass Wasser entstanden ist. Trinkalkohlmoleküle müssen also Wasserstoffatome enthalten.
Bei dem weißen Feststoff, der bei der Reaktion von Magnesium mit Trinkalkohol entstanden ist, handelt es sich um Magnesiumoxid. Da kein Sauerstoff aus der Luft mehr im Reagenzglas war und Sand nicht reagiert hat, müssen die Sauerstoffatome im Magnesiumoxid aus dem Trinkalkohol stammen.
Trinkalkohol ist also eine Verbindung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.|Lösung
}}
 
Wir wissen nun, aus welchen Elementen Trinkalkohol besteht. Aber wie können wir herausfinden, wie viele Atome dieser Elemente jeweils in einem Molekül Trinkalkohol enthalten sind? Dafür brauchen wir eine quantitative Elementaranalyse.
 
===Die quantitative Elementaranalyse nach <big>Liebig </big>===

Version vom 1. Juli 2019, 11:02 Uhr

Qualitative Elementaranalyse von Trinkalkohol

Verbrennt man eine Verbindung, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, so entstehen als Produkte Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Als Nachweisreagenz für Kohlenstoffdioxid dient Kalkwasser, das sich beim Einleiten des Gases trübt. Diese Nachweisreaktion wird daher auch Kalkwasserprobe genannt.

Als Nachweisreagenz für Wasser kann man Watesmo-Papier verwenden, das ist ein weißes bis hellblaues Papier, das sich bei Vorhandensein von Wasser dunkelblau färbt.

Will man feststellen, ob eine Verbindung Sauerstoff enthält, so benötigt man einen Stoff, der ihr den enthaltenen Sauerstoff entzieht. Hierfür eignen sich gut  unedle Metalle, z. B. Magnesium.


Experiment: Qualitative Elementaranalyse von Trinkalkohol

Teil 1: Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff Materialien: Porzellantiegel, Becherglas (100 ml), Spritze mit Silikonschlauch, Reagenzglas, Reagenzglasständer, Pinzette, Trinkalkohol, Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung), Watesmo®-Papier

Durchführung: Verbrennt Trinkalkohol im Porzellantiegel. Haltet nach dem Entzünden der Probe ein Becherglas darüber. Zieht die gasförmigen Reaktionsprodukte mit der Spritze ab und leitet sie langsam durch das Kalkwasser. Führt mithilfe der Pinzette das Watesmo®-Papier in das Becherglas und wischt damit an der Becherglaswand entlang.

Beobachtungen: Das Kalkwasser wird beim Einleiten des aufgefangenen Gases trüb. Das Kondensat an der Becherglaswand färbt das Watesmo-Papier blau.

Teil 2: Nachweis von Sauerstoff Materialien: Reagenzglas, Stativ mit Stativklemme, Gasbrenner, durchbohrter Stopfen, Glasrohr, Pinzette, Magnesiumband, Trinkalkohol, Sand

Durchführung: Unten ins Reagenzglas kommt ein Gemisch aus Sand und Trinkalkohol, ca. 1 Daumenbreit. Das Magnesiumband wird zu einer Spirale gerollt und mithilfe der Pinzette in die Mitte des Reagenzglases geschoben. Anschließend spannt man das Reagenzglas schräg ins Stativ ein und verschließt es mit dem Stopfen, in dem das Glasrohr steckt. Mit der Brennerflamme wird zunächst kurz etwas Alkohol verdampft, damit kein Luftsauerstoff mehr im Reagenzglas ist. Dann wird die Magnesiumspirale erhitzt, bis sie anfängt zu glühen. Anschließend wird der Sand erhitzt, so dass der Alkohol verdampft.

Beobachtungen: Der Alkoholdampf verstärkt das Glühen des Magnesiumbandes. Es entsteht unter anderem ein weißer Feststoff.


Auswertung

Die positive Kalkwasserprobe zeigt, dass Kohlenstoffdioxid entstanden ist. Trinkalkoholmoleküle müssen also Kohlenstoffatome enthalten. Die Blaufärbung des Watesmo-Papiers zeigt, dass Wasser entstanden ist. Trinkalkohlmoleküle müssen also Wasserstoffatome enthalten. Bei dem weißen Feststoff, der bei der Reaktion von Magnesium mit Trinkalkohol entstanden ist, handelt es sich um Magnesiumoxid. Da kein Sauerstoff aus der Luft mehr im Reagenzglas war und Sand nicht reagiert hat, müssen die Sauerstoffatome im Magnesiumoxid aus dem Trinkalkohol stammen.

Trinkalkohol ist also eine Verbindung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.

Wir wissen nun, aus welchen Elementen Trinkalkohol besteht. Aber wie können wir herausfinden, wie viele Atome dieser Elemente jeweils in einem Molekül Trinkalkohol enthalten sind? Dafür brauchen wir eine quantitative Elementaranalyse.

Die quantitative Elementaranalyse nach Liebig