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Biologie und Chemie für Schülerinnen und Schüler am Gymnasium

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Jahrgangsstufe 7

1. Untersuchen von Stoffen im Chemieunterricht

1. Körper und Stoff als Fachbegriffe der Chemie
2. Eigenschaften der Stoffe
21. Beobachtbare Eigenschaften
22. Experimentelle Eigenschaften
23. Tabellarische Eigenschaften
3. Überblick über die Eigenschaften von Eisen und Schwefel

1. Körper und Stoff als Fachbegriffe der Chemie

Vor mehr als 4000 Jahren beherrschten schon die Ägypter die Herstellung von Metallen und Farben. Sie konnten Glas herstellen, sowie Essig aber auch Wein und Bier gewinnen. Sie haben also Stoffe produziert und oft Gegenstände (Körper) daraus hergestellt. Hier waren wohl schon die ersten Chemiker am Werk.

Wenn man den Begriff "Körper" hört, denkt jeder sicherlich zunächst an den menschlichen Körper, an den Tierkörper (den Körper einer Katze oder eines Hundes) vielleicht. Auch beim Begriff "Stoff" mögen wir sofort an den Stoff denken, aus dem unser T-Shirt, die Hose oder die Jacke gearbeitet sind. Diese beiden Begriffe aber sind in der Chemie Fachbegriffe.
Alle Gegenstände sind Körper.
Körper haben ein Volumen und eine Masse, feste Körper haben eine bestimmte Form.
Das Trinkglas und die Tasse, die Zahnpastatube und das Chemiebuch, der Schreibtisch, das Motorboot und das Fahrrad - das sind Körper.
Körper bestehen aus einem oder mehreren Stoffen.
Das Trinkglas besteht aus Glas, die Tasse aus Porzellan, die Zahnpastatube besteht aus Kunststoff, die Seiten des Chemiebuches aus Papier. Der Schreibtisch besteht aus Holz, der Rumpf des Motorbootes aus Kunststoff und der Rahmen vom Fahrrad vielleicht aus Aluminium.

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2. Eigenschaften der Stoffe

2.1 Beobachtbare Eigenschaften

Der Chemiker untersucht die Eigenschaften von Stoffen. Wie geht er dabei vor? Zunächst benutzt er dazu seine Sinnesorgane.
Mit den Augen sieht er den Aggregatzustand (fest, flüssig oder gasförmig), die Farbe(Schwefel ist z.B. gelb, Aluminium ist grau bis silbrig), und den Glanz(z.B. glänzend oder matt). Mit der Nase prüft der Chemiker den Geruch. (Wir kennen z.B. den Geruch von Chlorreiniger: das ist ein stechender Geruch).
Bei seinen Beobachtungen muss der Chemiker genau vorgehen.
Bei der Betrachtung des Aggregatzustandes muss er die Umgebungstemperatur beachten. Wasser ist bei 0°C fest, bei Zimmertemperatur flüssig und bei 100°C ist Wasser gasförmig.
Vom Grad der Zerkleinerung können auch Farbe und Glanz abhängen. Im Bild siehst Du, dass Aluminiumpulver grau und matt ist, Aluminiumfolie (wie wir sie alle aus dem Haushalt kennen) sieht silbrig glänzend aus.
Genau so verhält es sich auch mit dem Eisen: Eisenspäne sehen grau bis schwarz und matt aus. Ein frisch geschmirgeltes Eisenrohr beispielsweise, ist silbrig glänzend.

2.2 Experimentelle Eigenschaften
Oft können Eigenschaften nur durch genaue Untersuchungen (Experimente) festgestellt werden. Solche Eigenschaften sind zum Beispiel die Löslichkeit in Wasser und die Brennbarkeit des zu untersuchenden Stoffes.
Aber auch die Reaktionsfreudigkeit mit anderen Stoffen oder die Löslichkeit in anderen, zum Beispiel organischen Lösungsmitteln (Ethanol) lässt sich untersuchen. Schauen wir uns hier die beiden zuerst genannten Eigenschaften, die Löslichkeit in Wasser und die Brennbarkeit von Stoffen genauer an.

Löslichkeit der Stoffe in Wasser

Du hast sicher schon einmal beim Kochen in der Küche geholfen oder sogar selbst ein Gericht zubereitet. Die geliebten Spagetti, aber auch Kartoffeln, werden in Salzwasser gekocht.
Wie erhält man aber das Salzwasser?
Ganz einfach: Salz (Kochsalz, das ist chemisch Natriumchlorid) in das Wasser geben und fertig!
Jeder hat es schon gesehen: das Kochsalz löst sich in Wasser auf.
Auf dem Bild siehst Du es noch einmal: Kochsalz wird in das Wasser mit den Kartoffeln gegeben. Das Kochsalz löst sich auf, das heißt, dass man es mit den Augen nicht mehr erkennen kann.
Und genauso untersucht der Chemiker andere Stoffe.
Dabei geht er so vor:

1.	Das Wasser wird in ein Becherglas gegeben:
2.	Nun wird etwas von dem zu untersuchenden Stoff (hier Kochsalz, links im Bild) hinzugefügt und das Wasser wird gerührt:
3.	Das Kochsalz beginnt sich im Wasser aufzulösen:
4.	Man schaut nach dem Ergebnis. Das Kochsalz hat sich vollständig im Wasser gelöst:

In der Küche findest Du viele Stoffe, die Du auf ihre Löslichkeit in Wasser untersuchen kannst. Probiere es einfach mal aus.
Nimm eine Probe Deines zu untersuchenden Lebensmittels und gib diese mit einem Löffel in ein Glas mit Wasser. Rühre das Wasser dann vorsichtig um.
Für die nächste Lebensmittelprobe nimmst Du ein neues Glas mit Wasser. Und nun beobachtest Du wieder.
Einige Beispiele davon siehst Du in den folgenden Bildern:

	Mehl hingegen löst sich nicht in Wasser. Es quillt auf, wenn man Mehl in ein Glas mit Wasser gibt. So kann man dieses Mehl-Wasser-Gemisch zum Andicken von Soßen verwenden.
	Citronensäure wird zum Reinigen von Kaffeemaschinen (aber auch Waschmaschinen, Wasserkocher oder Spülmaschinen) verwendet. Dazu gibt man eine bestimmte Menge Citronensäure (ist kristallin und weiß) in das Wasser und sieht: Citronensäure löst sich gut in Wasser. Übrigens lagert sich an den Heizstäben dieser Elektrogeräte Kalk ab. Die Citronensäure löst den Kalk vom jeweiligen Heizstab.
	Zucker, so wissen wir alle (denn wir süßen unseren Tee oder den Kaffee), löst sich gut in einem Gefäß mit Wasser auf! Du kennst sie, die süßen Getränke aus dem Supermarkt: Ice-Tea, Cola, Limonade oder Fruchtsaft. Diese Lebensmittel enthalten gelösten Zucker. Zum Beispiel können in Multivitaminsaft 12g Zucker in 100 ml Saft und in Multivitaminlimonade 3,6g Zucker in 100 ml Limonade gelöst sein.

Brennbarkeit von Stoffen

Die Brennbarkeit ist ebenfalls eine wichtige Stoffeigenschaft. Man überprüft die Brennbarkeit, in dem man den Stoff in einer feuerfesten Schale anzündet. Brennt ein Stoff, so ist auch darauf zu achten, wie die Flamme aussieht und wie sie riecht. Welche Farbe hat die Flamme? Rußt die Flamme? Welcher Geruch tritt auf?

Auf dem Bild sieht man das Verbrennen von Spiritus. Spiritus ist ein Alkohol und lässt sich mit einem Feuerzeug (rechts im Bild) entzünden. Die Flamme rußt nicht. Sie sieht gelb aus. Die Flamme sieht man übrigens nur am Rand der Schale, denn es brennt ein Gas. Der Spiritus siedet und der gasförmige Spiritus brennt. Er brennt solange, bis der gesamte Spiritus verbraucht ist.

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2.3 Tabellarische Eigenschaften

Ebenfalls wichtig für das Erkennen oder Beschreiben von Stoffen sind Eigenschaften wie die Dichte, die Schmelz- und die Siedetemperatur, die sich genau messen lassen.
Chemiker und Physiker haben diese Größen in vielen Experimenten erfasst und aufgeschrieben. Deshalb gibt es Tabellen in einschlägigen Fachbüchern ("Das große Tafelwerk", "Tabellen, Übersichten, Formeln").
Aus diesen Tabellen kannst Du die Dichte, die Schmelz- und die Siedetemperatur entnehmen. Denke daran, dass Du auch die Einheiten der entsprechenden Größen aufschreibst! Die Dichte wird in der Einheit "g/cm³", die Schmelz- und Siedetemperatur hat jeweils die Einheit "°C".
Ich gebe dazu drei Beispiele:

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3. Überblick über die Eigenschaften von Eisen und Schwefel

	Das ist eine Schale, die Eisenspäne enthält. Du kannst die beobachtbaren Eigenschaften erkennen. Die Farbe der Späne ist grau bis schwarz, die Späne sind matt. Lösen sich Eisenspäne in Wasser? Wohl kaum. Dann würde sich eine Brücke aus Stahl ja bei Regen auflösen!
	In dieser Schale befindet sich Schwefelpulver. Der Schwefel ist, wie der Name schon sagt, pulverförmig und hat eine markante gelbe Farbe. Schwefel wird übrigens zur Herstellung von Zündhölzern und Feuerwerk verwendet und wird, gebunden in Schwefelsäure, als Batteriesäure in Autobatterien eingesetzt.

Hier sehen wir die Eigenschaften von Eisen und Schwefel, übersichtlich erfasst. Es ist eine Zusammenstellung der

• beobachtbaren Eigenschaften der Stoffe
• experimentellen Eigenschaften der Stoffe
• tabellarischen Eigenschaften der Stoffe

Beobachtbare Eigenschaften bei Eisen und Schwefel:

Experimentelle Eigenschaften des Eisens und des Schwefels:

Tabellarische Eigenschaften des Eisens und des Schwefels:

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