Unterrichtsmaterial: Chemie

Für den Stofftransport im Organismus sind Diffusion und Osmose wichtig. In einer Flüssigkeit sind Moleküle dauerhaft in Bewegung, weil sie sich so gleichmäßig wie möglich verteilen möchten. Dieses Streben wird Diffusion genannt. Eine semipermeable Membran in einer Flüssigkeit hindert die Moleküle daran, sich gleichmäßig zu durchmischen. Diese Trennschicht kann für kleinere Teile durchlässig sein, und wegen der Diffusion verteilen sie sich auf beiden Seiten der Membran, während die größeren Moleküle sie nicht passieren können und auf einer Seite bleiben müssen. Dies wird Osmose genannt. Daher spricht man vom 'osmotischen Druck', um den Volumenanstieg auf der Seite der größeren Moleküle anz...hier weiterlesen

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Damit ein Brand entsehen kann, muss das sogenannte Verbrennungsdreieck gegeben sein: Es müssen ein Brennstoff, Sauerstoff und eine ausreichende Anfangstemperatur für die Aktivierungsenergie vorhanden sein. Ein Brand ist ein Oxidationsvorgang einer Flamme mit Sauerstoff. Es handelt sich um eine exotherme Reaktion, daher kann eine kleine Flamme durch eine Kettenreaktion noch mehr Feuer auslösen. Im Film werden drei Strategien vorgestellt, mit denen ein Brand bekämpft werden kann. Man kann den Brennstoff entfernen oder den brennenden Stoff unter die Temperatur bringen, die er zum Brennen benötigt, wie das Wasser es beim Lagerfeuer tut. Dem Brand den Sauerstoff zu entziehen, ist eine weitere ...hier weiterlesen

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Manche chemischen Reaktionen würden ohne Katalysatoren gar nicht oder immerhin deutlich langsamer ablaufen. Besonders an Katalysatoren ist, dass sie selbst nicht mit den Stoffen reagieren, bei deren Reaktion sie helfen. Um einen reaktionsfähigen Zustand zweier Stoffe zu erreichen, muss eine bestimmte Aktivierungsenergie vorhanden sein. Der Katalysator senkt diese, was bedeutend an Energie zu sparen hilft. Benutzt man beispielsweise Platin als Katalysator, kann man ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff anzünden. Die Industrie, vor allem der Fahrzeugbau, nutzt das Phänomen der Katalysatoren seit Langem. Der Film nennt außerdem die Beispiele der Enzyme in menschlichen Körper, die als Bi...hier weiterlesen

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Sind chemische Reaktionen in einem geschlossenen System umkehrbar, handelt es sich um ein chemisches Gleichgewicht. Kalziumhydrogenkarbonat zum Beispiel besteht aus Wasser, Kalk und Kohlendioxid. Erhitzt man es, bleiben Wasser und Kalk zurück, während das Kohlendioxid sich aus der Verbindung löst. Ab einer bestimmten Temperatur setzt die Rückreaktion ein, wenn man das Gemisch wieder erkalten lässt. Die Besonderheiten des chemischen Gleichgewichts zeigt der Film anhand des Beispiels von Ammoniumchlorid respektive Chlorwasserstoff und Ammoniak. Das Gleichgewicht ist dynamisch, nicht statisch: Die Stoffe bewegen sich im geschlossenen System ohne Unterlass. Edukte und Produkte sind in diesem ...hier weiterlesen

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Es gibt edle und unedle Metalle. Zu den edlen zählen beispielsweise Platin, Gold und Silber: Sie rosten nicht. Eisen hingegen ist unedel und rostet. Der Film zeigt anhand von zwei Beispielen, wie unterschiedlich Metalle reagieren. Wird ein Eisenstab in eine Kupfersulfatlösung getaucht, wird er schnell von einer dünnen Kupferschicht überzogen. Ein Kupferstab hingegen, der in eine Eisensulfatlösung getaucht wird, verändert sich nicht. Eisenatome geben schnell Elektronen ab, daher nennt man sie Elektronendonatoren. Die Kupfersulfatlösung hat zu wenige Elektronen und nimmt sie leicht an, daher ist sie ein Elektronenakzeptor. Elektronendonatoren sind unedel, ...hier weiterlesen

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Keine Elementargruppe außer den Alkalimetallen ist reaktionsfreudiger als die Erdalkalimetalle. Zu ihnen gehören Beryllium, Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium und Radium. Beryllium kommt in der Natur als Element vor, alle anderen treten nur gebunden auf, vornehmlich in der Erdkruste. In der äußeren Hülle haben Erdalkalimetalle zwei Elektronen. Sie reagieren mit Luft und Wasser sehr schnell. Der Film zeigt, auf wie vielfältige Art die besonderen Eigenschaften von Erdalkalimetallen nutzbar sind: Oxidiert Magnesium mit Luft, bildet es eine luftundurchlässige Schicht. Es bietet sich als Legierung im Flugzeugbau an. Brennendes Magnesium kann man nicht mit Wasser löschen, weshalb Taucher es ...hier weiterlesen

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Je nach Schmelzpunkt werden Lipide unterschiedlich bezeichnet. Solche, die bei Zimmertemperatur fest sind, werden Fette genannt. Bei Zimmertemperatur flüssige Lipide hingegen heißen fette Öle. Fette lösen sich nicht im Wasser auf, sind also hydrophob. Gibt man sie ins Wasser, schwimmen sie an der Oberfläche, da sie eine geringere Dichte haben. Löslich sind sie in N-Heptan und Benzin. Lipide haben höchst unterschiedliche Auswirkungen auf den Körper, je nachdem, ob es sich um gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren handelt. Ungesättigte Fettsäuren sind gute Energielieferanten. Der Körper benötigt sie für den St...hier weiterlesen

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Die meisten Elemente, die uns aus dem Periodensystem bekannt sind, kommen in der Natur nicht in Reinform vor. Sie sind enthalten in Gemischen in fester, flüssiger oder gasförmiger Form. Das Gemisch ist homogen, wenn die einzelnen Bestandteile nicht mehr erkennbar sind. In heterogenen Gemischen sind sie unterscheidbar. Als Beispiel für ein homogenes Gasgemisch wird die Erdatmosphäre genannt, als Beispiel für ein festes homogenes Gemisch eines Metalllegierung. Flüssige homogene Mischungen heißen Lösungen. Heterogene Mischungen aus Feststoffen sind Gemenge, aus Feststoffen und Flüssigkeiten Suspensionen und solche aus nicht lösbaren Flüssigkeiten Emulsionen. Enthält Gas kleine Feststoffe, ha...hier weiterlesen

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In der Natur ist Eisen in mineralischen Erzen wie Hämatit und Magnetit gebunden, die beide Oxide sind. Möchte man Eisen aus ihnen gewinnen, müssen sie im industriellen Hochofen verhüttet werden. Man führt eine Reduktion mit Sauerstoff und Kohle durch, um das Eisen aus dem Erz herauszulösen und in Reinform zu erhalten. Der Film erläutert den Aufbau eines industriellen Hochofens und die einzelnen Schritte, mit denen Eisen gewonnen wird. Durch die Beschickungsklappen oben wird Eisenerz mit Koks und Kalkstein eingefüllt. Erreichen die Stoffe die Reaktionszone, reagieren sie miteinander. In den sehr hohen Temperaturen der Schmelzzone schmelzen Gestein un...hier weiterlesen

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Iod ist ein Halogen, das nicht in elementarer Form, sondern nur gebunden in der Natur vorkommt. Schon bei leichtem Erwärmen wird es zu lilafarbenem Dampf, sublimiert also von einem Feststoff zu einem Gas. Im festen Zustand glänzt es metallisch. Es bildet Moleküle aus zwei Atomen und hat sieben Elektronen in der Außenhülle. Iod reagiert mit Metallen und bildet Metalliodide. Die für Menschen giftigen Halogengase können je nach Dosis sogar lebensgefährlich sein. Gleichzeitig braucht der menschliche Körper aber Iod, damit die Schilddrüse Steuerungshormone herstellen kann. Wir nehmen es über die Nahrung zu uns, zum Beispiel durch Salz, Krustentiere und Fisch. Es gibt mehrere verschiedene Mögli...hier weiterlesen

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Sogenanntes hartes Wasser erkennt man an weißen Ablagerungen an Wasserhähnen. Mit der Wasserhärte wird die Konzentration von Magnesium- und Kalziumionen im Wasser gemessen. Wenn das Wasser durch den Boden und Gestein fließt, löst es Mineralien. Es enthält Kohlenstoffdioxid, das mit Kalzium zu Kalziumhydrogenkarbonat reagiert. Die Umkehrreaktion erfolgt, wenn das Wasser erhitzt wird, etwa in einem Wasserkocher, in dem dann Kalkrückstände bleiben. Der Boden, durch den das Wasser fließt, bestimmt seine Härte. Der Film demonstriert, wie die Wasserhärte gemessen wird, und erläutert die Tabelle: Als weich gilt der Bereich bis zu 7,3 Grad deutscher Härte, bis 14 Grad erstreckt sich der mittlere ...hier weiterlesen

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Die Erdatmosphäre enthält neben verschiedenen Gasen auch Spurengase, zu denen Kohlenstoffdioxid zählt. Kommt es mit Wasser in Verbindung, reagiert es zu Kohlensäure und wird über den Regen in Seen und Flüsse gebracht. Hier reagiert die Kohlensäure mit Kalzium aus dem Boden zu Kalziumhydrogenkarbonat, das die Wasserhärte steigert. Beim Erhitzen oder Verdunsten lösen sich aus dem Wasser Kohlenstoffdioxid und Kalk. Der Kalk sammelt sich in Ablagerungen, die wunderbare Formen annehmen können, etwa in Tropfsteinhöhlen. Den Kalk, der bis ins Meer gelangt, nutzen die Krustentiere, um ihre Krusten und Schalen aufzubauen. Wenn diese Tiere sterben, sinken sie auf den Meeresgrund. Hier verrutscht de...hier weiterlesen

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Die molekulare Grundlage aller Lebewesen sind Kohlenstoffverbindungen. Kohlenstoff zählt zur vierten Hauptgruppe der Elemente und hat zwei Elektronen in der K-Schale und vier in der Außenschale. Er kann sehr viele chemische Verbindungen eingehen, wie der Film an mehreren Beispielen aufzeigt. Aus Kohlenstoff und Sauerstoff wird Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, aus Kohlenstoff und Wasser Kohlensäure. Kohlenstoff bildet mit anderen Stoffen oder sich selbst Ringe und Ketten und kann viele verschieden starke Verbindungen eingehen. Fulleren, Diamant und Grafit sind mineralische Kohlenstoffverbindungen. Grafit ist ziemlich weich, da dir Verbindungen zwischen den Stoffen hier locker angeordnet sin...hier weiterlesen

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Der biologische und der geologische Kohlenstoffkreislauf ergeben zusammen den globalen Kohlenstoffkreislauf. Im biologischen Kohlenstoffkreislauf spielen Pflanzen eine wichtige Rolle. Sie nehmen Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf und wandeln es im Zuge der Fotosynthese um in Sauerstoff, Zucker und Wasser. Mennschen und Tiere atmen den Sauerstoff und Kohlendioxid aus. Verrottende Pflanzen geben ebenfalls Kohlenstoff frei. Einiger Kohlenstoff aus der Atmosphäre gelangt durch Regen in die Flüsse und Seen, wo er zu Kalziumhydrogenkarbonat reagiert. Dieser Stoff wird von Krustentieren zur Herstellung ihrer Schalen und Krusten verwendet. Kohlenstoffdioxid gelangt dabei ins Meer und wieder in di...hier weiterlesen

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Überall in der Natur kommen Kristalle vor. Druck, Feuchtigkeit und Temperatur haben Einfluss auf die Form, die die Kristalle annehmen. Sie zeigen wiederkehrende Formen, wie der Film anhand eines Kristalls verdeutlicht, der aus Rhomboedern zusammengesetzt ist. Zerkleinert man die einzelnen Teile, haben auch die kleineren Stücke die Form von Rhomboedern. Es wird erklärt, was das Gesetz der Winkelkonstanz besagt, und das Atommodell eines Kristalls gezeigt. Der Film zeigt, wie Kristalle im Labor und in der Natur entstehen: Kühlt man eine gesättigte Lösung herunter, entsteht eine übersättigte Lösung, aus der die nicht mehr lösbaren Salze herauskristallisieren. Wenn Kristalle selten und kostbar...hier weiterlesen

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Die Bausteine für Kunststoffe werden aus den Grundstoffen Erdgas und Erdöl gewonnen. Dabei wird unterschieden zwischen Duroplasten und Thermoplasten. Duroplasten sind auch bei Hitze nur schwer formbar, hart und spröde. Der früheste dieser Kunststoffe war das Bakelit. Thermoplasten können besser gedehnt werden und finden mehr Anwendungsbereiche im Alltag. Der Film zeigt, wie aus Erdgas und Erdöl Monomere gewonnen werden, die sich dann zu Polypeptiden und verschiedenen Stoffen zusammensetzen. Perlon und Nylon sind altbekannt, aber das Polyethylen ist am weitesten verbreitet: Von Verpackungen bis zu Implantaten, von Müllsäcken über Flaschen bis zu Zahnrädern wird aus diesem Stoff fast alles ...hier weiterlesen

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Das Periodensystem hilft bei der eindeutigen Namensfindung für chemische Verbindungen: Da Zahlworte mit Buchstaben und einer Nachsilbe verbunden werden, ist die Bezeichnung für jede Verbindung einzigartig. Die Buchstaben, die Elementen mit Kationen zugeordnet sind, werden laut Nomenklatur vor diejenigen der Elemente mit Anionen gesetzt. Der Wasserstoff bricht diese Regel: Er wird immer zuletzt genannt, außer bei Hydrogenchlorid und Hydrogenfluorid. Die Bezeichnungen sind international nutzbar, da sie auf Latein und Griechisch gehalten sind. Griechische Zahlworte zeigen an, dass Atome mehrfach in der Verbindung enthalten sind. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Endsilbe. Elementig...hier weiterlesen

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Die chemische Reaktion von Sauerstoff mit einem chemischen Element wird Oxidation genannt. Diese chemische Verbindung kommt am häufigsten vor: Man braucht Sauerstoff zum Beispiel für Verbrennungen. Aus Sauerstoff und Metallen werden Metalloxide, aus Sauerstoff und Nichtmetallen Nichtmetalloxide. Zu Letzteren zählt Kohlenstoff, der mit Sauerstoff zu Kohlendioxid wird. Ist viel Sauerstoff vorhanden und liegt das andere Element in einer sehr feinen Form vor, können die exothermen Reaktionen sehr stark ablaufen. Völlig ohne Flammen oder Funken hingegen gehen langsame Oxidationen vonstatten, etwa die von Wasser, Eisen und Sauerstoff: Auch Rosten ist eine Oxidation. Auch der menschliche Körper ...hier weiterlesen

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Sollen Kunststoffe hergestellt werden, müssen Polyreaktionen ablaufen. Bei der Erwärmung ändert das Harz Styrax seine molekulare Struktur und wird zu einer gallertartigen Masse namens Styrol. Dabei handelt es sich um eine organische Verbindung, die ungesättigt ist. Der Vinylrest und der Benzolring der Masse sind instabil, lösen sich leicht auf und verknüpfen sich auch leicht wieder aufs Neue. Es wird gezeigt, wie sich aus den Styrol-Bausteinen Riesenmoleküle bilden, die sogenannten Polymere. Man spricht hier von der Polymerisation. Ist sie abgeschlossen, erhält man das Polysterol. Dieser Kunststoff hält hohe Temperaturen ebenso aus wie Laugen und zahlreiche Säuren. Es wird gezeigt, wie Ny...hier weiterlesen

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Die Reduktion und die Oxidation können gleichzeitig ablaufen. Das wird als Redoxreaktion bezeichnet. Möchte man beispielsweise den Sauerstoff und Eisen trennen, muss eine Reduktion vorgenommen werden, also eine endotherme Reaktion. Kohlenstoff hilft, die Verbindung zu trennen. Wird der Sauerstoff freigesetzt, reagiert er mit dem Kohlenstoff zu Kohlendioxid. Dabei handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Der Film beschreibt die Redoxreihe von Metallen, da nicht alle von ihnen Sauerstoff gut annehmen. Unedle Metalle oxidieren, wenn sie mit einem Element zusammengebracht werden, das Sauerstoff abgibt, also einem Oxidationsmittel. Elemente, die Sauerstoff aufnehmen, heißen Reduktionsmittel...hier weiterlesen

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Mittels Säure-Base-Indikatoren kann man feststellen, ob eine Lösung basisch oder sauer ist. Die Skala, auf der die pH-Werte gemessen werden, reicht von Null bis 14. Wasser hat einen neutralen pH-Wert von 7. Die Werte von Säuren liegen darunter, die von Basen darüber. Lackmus-Papier wird in Laboren oft für erste Tests genommen, sonst verwendet man Universalindikatoren. Der Film demonstriert, wie man den ausgekochten Saft eines Rotkohls als Indikator nutzen kann: Einige Tropfen werden in Salzsäure, Essig, Wasser, Natriumhydrogenkarbonat, Natronlauge und Ammoniak gegeben. Je nachdem, welchen pH-Wert die Flüssigkeit hat, ändert sich ihre Farbe verschieden stark. In einem weiteren Versuch wird...hier weiterlesen

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Stickstoff ist ein Baustein der Proteine, aus denen unsere DNS besteht, und damit ein essenzielles Element für alles Leben. Die Erdatmosphäre birgt den Großteil dieses Gases. Wir nehmen es über die Atmung nicht auf. Reagiert der Stickstoff durch die Elektrizität bei Gewittern und wird vom Regen in den Boden gebracht, reduzieren Bakterien seine Verbindungen zu Ammoniumionen und Ammoniak. Erstere werden von Pflanzen aufgenommen oder mittels Nitrifikation in Nitrit- und Nitrationen weiterverwandelt. Nehmen Menschen und Tiere pflanzliche Nahrung zu sich, nehmen sie die Stoffe in ihren Organismus auf. Sie gelangen dann durch tierische Exkremente und verrottende Pflanzen wieder in den Boden. H...hier weiterlesen

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Jeder Stoff hat mehrere charakteristische Eigenschaften, die ihn als einer bestimmten Gruppe zugehörig erkenntlich machen. Es wird betrachtet, welchen Aggregatzustand ein Stoff bei 20 Grad Celsius hat, wo seine Schmelztemperatur und wo seine Siede- und Kondensationstemperatur liegt. Die Löslichkeit des Stoffes bei 20 Grad Celsius in 100 Millilitern Wasser ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt. Weitere Charakteristika eines Stoffes sind seine Härte und sein metallischer Glanz. Weiterhin können die Stoffgruppen nach der Leitfähigkeit für Strom und Wärme eingeteilt werden. Anhand verschiedener Beispiele nimmt der Film Einordnungen vor: Er zeigt die verschiedenen charakteristischen Merkmale von ...hier weiterlesen

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Das Teilchenmodell ermöglicht es, den Aufbau von Stoffen in einer vereinfachten Form zu erklären. Bei jedem Stoff sehen die unteilbaren, kleinsten Teilchen immer ganz gleich aus. Der Film beschreibt als Beispiel eine Mischung aus Wasser und Alkohol. Die Diffusion und die Eigenbewegung der Moleküle, die die Brownsche Bewegung genannt wird, werden an den unterschiedlichen Aggregatzuständen der Mischung erläutert. Am Teilchenmodell wird verdeutlicht, dass die Teilchen im fetsen Stoff regelmäßig und dicht angeordnet sind. Zwischen ihnen herrschen starke Anziehungskräfte. Wärme versetzt sie in Schwingungen, sodass die Bindungen sich auflösen und der Stoff schmilzt. Am Siedepunkt ist die Teilch...hier weiterlesen

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Mit dem natürlichen und dem anthropogenen gibt es zwei Arten des Treibhauseffekts. Das Sonnenlicht fällt in Kurzwellen auf die Erde und wird als Langwellenlicht reflektiert, das die Atmosphäre nicht durchdringen kann. Dieser Vorgang wärmt die Atmosphäre und ermöglicht das Leben auf der Erde. Das ist der natürliche Treibhauseffekt. Er wird verstärkt durch den anthropogenen Effekt, der seit dem Beginn der Industrialisierung für einen Temperaturanstieg von 0,74 Grad Celsius gesorgt hat. Wird die Entwicklung nicht gestoppt, wird das Packeis am Nordpol schmelzen. In diesem Fall werden die pazifischen Inseln untergehen und die Meeresströme sich verändern, was sich direkt auf die Fischwanderunge...hier weiterlesen

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