Für Chemiker ist das Atom der elementarste Baustein der Materie. Es stimmt zwar, dass das Atom in noch elementarere Bausteine unterteilt werden kann, aber erst auf der Ebene des Atoms zeigen sich die ersten charakteristischen „chemischen“ Eigenschaften. Wie Sie dem Periodensystem der Elemente entnehmen können, gibt es viele verschiedene Arten von Atomen, von denen jedes seine eigenen charakteristischen chemischen Eigenschaften hat. Aus diesen Atomen können Moleküle aufgebaut werden. Moleküle sind Gruppen von Atomen, die durch Kräfte zusammengehalten werden, die man chemische Bindungen nennt.

Zustände der Materie

Materie kann in drei verschiedene Zustände eingeteilt werden:

  • FEST – hat ein bestimmtes Volumen, eine bestimmte Form und ist starr.
  • FLÜSSIG – hat ein bestimmtes Volumen, aber keine bestimmte Form.
  • GAS – hat kein bestimmtes Volumen, keine bestimmte Form und kann leicht komprimiert werden, um ein kleineres Volumen einzunehmen.
Demo:

  1. Cl2(g), Br2(l), I2(s)
  2. Tauche Br2(l) in flüssigen Stickstoff und bilde Br2(s)

Gemische

Ein Stoff, der nur eine Art von Atom oder eine Art von Molekül enthält, ist ein reiner Stoff. Der größte Teil der uns umgebenden Materie besteht jedoch aus Mischungen von reinen Stoffen. Luft, Holz, Gestein und Schmutz sind Beispiele für solche Gemische. Gemische können weiter in homogene und heterogene Gemische eingeteilt werden.

Homogene Gemische

Homogene Gemische sind auf atomarer oder molekularer Ebene gleichmäßig gemischt. Diese Arten von Gemischen werden auch als Lösungen bezeichnet. Im Folgenden sind einige Beispiele für homogene Gemische aufgeführt.

Luft ist ein homogenes Gemisch (eine gasförmige Lösung) aus den Gasen N2, O2, H2O und CO2. Im Gegensatz dazu wäre ein Behälter mit jedem Gas für sich genommen ein reiner Stoff. Nur wenn sie auf molekularer Ebene gemischt werden, sind sie ein homogenes Gemisch (oder eine gasförmige Lösung).

Brass ist ein homogenes Gemisch (feste Lösung) aus Kupfer und Zink. Auch hier ist jedes Metall für sich ein reiner Stoff. Nur wenn sie auf atomarer Ebene gemischt werden, sind sie ein homogenes Gemisch (oder eine feste Lösung).

Bier ist ein homogenes Gemisch (flüssige Lösung) aus H2O, C2H5OH und einigen anderen Substanzen. (Es gibt kein Biermolekül. Das Molekül, das dem Bier seine berauschende Eigenschaft verleiht, ist Ethanol.)

Demo:

  1. Mische Wasser und Ethanol zu einer homogenen Lösung – zeige auch das Konzept des molaren Volumens.

Heterogene Mischungen

Heterogene Mischungen sind auf atomarer oder molekularer Ebene nicht gleichmäßig gemischt. Zum Beispiel:

Salz und Pfeffer, Schokoladenkekse oder ein Twix™-Schokoriegel, …

sind alles Beispiele für heterogene Mischungen, bei denen die Substanzen nicht auf molekularer Ebene gemischt sind.

Demo:

  1. Trenne Eisenfeilspäne und Schwefel mit einem Magneten.
  2. Trenne Traubensoda mit Hilfe der Chromatographie in orange und blaue Lösungen.

Alle Gemische, ob heterogen oder homogen, können durch physikalische Methoden wie Destillation oder Chromatographie in reine Stoffe getrennt werden.

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    Physikalische Veränderung

    Jede Veränderung der Materie, die nicht die Art der Atome und Moleküle innerhalb der Materie verändert, nennt man eine physikalische Veränderung. Das Sieden von Wasser ist ein Beispiel für eine physikalische Veränderung. Wenn Wasser kocht, geht es von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand über. Chemiker würden diesen Vorgang wie folgt darstellen:

    H2O(l) → H2O(g)

    Hier steht (l) für flüssig und das (g) für gasförmig. Da es sich um eine physikalische Veränderung handelt, verändert sich das H2O-Molekül nicht.

    Demo:

    1. CO2(s) → CO2(g)
    2. H2O2(l) → H2O2(g)

    Chemische Veränderung

    Moleküle hingegen können sich spalten oder miteinander verbinden, um andere Arten von Molekülen zu bilden. Der Prozess, bei dem ein Molekül in ein anderes Molekül umgewandelt wird, wird als chemische Veränderung bezeichnet.

    Demo:

    1. C2H5OH + 2 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O2(g)

    Um das Konzept der chemischen Veränderung zu verstehen, wollen wir untersuchen, warum Glühbirnen so hergestellt werden, wie sie sind. Eine Glühbirne funktioniert, indem elektrischer Strom durch einen Wolframdraht im Inneren der Glühbirne geleitet wird. Der Wolframdraht ist in einem Glaskolben versiegelt, denn an der Luft würde die Glühbirne sehr schnell durchbrennen. Das liegt daran, dass der Wolframdraht eine chemische Reaktion mit dem O2-Gas in der Luft eingeht und Wolframoxid bildet.

    2W+3O2→ 2WO3

    Um diese Reaktion zu verhindern, wird der gesamte Sauerstoff aus der Luft entfernt, die in der Glühbirne eingeschlossen ist.

    Chemische Veränderung

    Wenn Sauerstoff in die Glühbirne eindringt, reagiert der Wolframdraht zu Wolframoxid, und der oxidierte Draht lässt nicht mehr ohne weiteres elektrischen Strom durch. Wenn man versucht, elektrischen Strom durch den oxidierten Draht zu leiten, erhitzt er sich schnell und bricht. Das heißt, die Glühbirne brennt durch.

    Demo:

    1. Glühbirne mit Loch in der Birne.

    Homework from Chemisty, The Central Science, 10th Ed.

    1.1, 1.2, 1.9, 1.19, 1.21