Übung AFB III

Musterlösung: Boyle beobachtete richtig, dass das Metall nach dem Erhitzen schwerer war. Er öffnete das Gefäß aber vor dem Wiegen: Dabei strömte Luft hinein, und der Sauerstoff, der mit dem Metall reagiert hatte, wurde ersetzt. Die Massenzunahme stammt also aus der Luft, nicht aus „Feuerteilchen“. Lavoisier wog im verschlossenen Gefäß, ohne zu öffnen, und fand keine Massenänderung. Wenn Feuerteilchen durch Glas dringen könnten, müsste auch das verschlossene Gefäß schwerer werden. Boyles Deutung ist deshalb falsch; sein Versuch hatte einen Messfehler.

Musterlösung: Geräte: Rundkolben, Luftballon, Waage, Brenner, Stativ, Schutzbrille. Ablauf: Einige abgebrochene Zündholzköpfe in den Kolben geben, Kolben mit dem Luftballon verschließen und wiegen. Den Kolben vorsichtig erhitzen, bis die Köpfe aufflammen. Abkühlen lassen und ohne Öffnen erneut wiegen. Sicherheit: Schutzbrille; Luftballon statt Stopfen, weil sich das Gas ausdehnt und ein Stopfen herausfliegen könnte. Erwartung: Die Waage zeigt vorher und nachher dieselbe Masse, weil die entstehenden Gase im Kolben bleiben.

Musterlösung: Kupfer besteht aus Kupfer-Atomen, Schwefel aus Schwefel-Atomen. Bei der Reaktion werden die Atome nicht zerstört und keine neuen gebildet; sie werden nur neu verbunden: Kupfer- und Schwefel-Atome bilden das Kupfersulfid. Nach der Reaktion liegen von jeder Atomsorte genauso viele Atome vor wie vorher. Atome einer Sorte haben immer dieselbe Masse. Deshalb ist die Summe aller Atommassen — also die Masse der Produkte — gleich der Masse der Edukte.

Musterlösung: Ein Element ist ein Reinstoff aus nur einer Atomsorte. Ein Sauerstoff-Teilchen besteht zwar aus zwei Atomen, beide sind aber Sauerstoff-Atome — also nur eine Atomsorte. Sauerstoff ist daher ein Element und lässt sich chemisch nicht weiter zerlegen. Ein Kohlenstoffdioxid-Teilchen enthält dagegen Kohlenstoff- und Sauerstoff-Atome, die fest verbunden sind: zwei Atomsorten, also eine Verbindung.

Musterlösung: Test: Mit einem Magneten über beide Proben fahren. Im Gemisch liegen Eisen- und Schwefelteilchen nur nebeneinander; der Magnet zieht die Eisenteilchen heraus, der gelbe Schwefel bleibt zurück. Im Eisensulfid sind Eisen- und Schwefel-Atome fest miteinander verbunden. Die Verbindung hat neue Eigenschaften, und das Eisen lässt sich nicht einfach herausziehen — die Probe wird nicht getrennt. Zerlegen könnte man die Verbindung nur durch eine chemische Reaktion.

Musterlösung: Kupfer ist ein Metall: ein dicht gepackter Atomverband aus nur einer Atomsorte. Beim Hämmern gleiten die Atomschichten aneinander vorbei; da alle Atome gleich sind, passt jede Schicht weiterhin zur nächsten, und der Verband zerreißt nicht — das Blech wird flach. Kochsalz ist ein Salz: ein regelmäßiges Gitter, in dem sich Natrium- und Chlor-Teilchen abwechseln. Verschiebt der Hammer eine Schicht, liegen plötzlich gleiche Teilchen aufeinander, und der Kristall zerspringt. Deshalb ist Kochsalz spröde.

Musterlösung: Die Aussage ist falsch. Das Benzin ist verbrannt: Seine Atome haben sich mit Sauerstoff-Atomen aus der Luft neu verbunden. Die Kohlenstoff-Atome stecken jetzt im Kohlenstoffdioxid, das mit den Abgasen in die Luft gelangt ist. Keine Masse ist verloren gegangen — die Produkte sind sogar schwerer als das Benzin, weil Sauerstoff hinzukam. Sichtbar ist das Benzin nicht mehr, weil die Produkte Gase sind. Da das Benzin aus Erdöl stammt, erhöht die Fahrt den Kohlenstoffdioxid-Anteil der Luft.

Musterlösung: Die Anzeige sinkt um 0,5 g. Durch das Loch im Ballon war der Kolben kein geschlossenes System: Gasförmiges Kohlenstoffdioxid konnte entweichen. Seine Masse ist nicht verschwunden, sie fehlt nur auf der Waage. Der Schluss der Gruppe ist deshalb falsch — nicht das Gesetz, sondern der Versuchsaufbau war ungenau. Verbesserung: den Versuch mit einem dichten Ballon wiederholen; dann zeigt die Waage vorher und nachher dasselbe.

Musterlösung: Richtig ist: Bäume binden bei der Fotosynthese Kohlenstoffdioxid aus der Luft, Aufforsten hilft also. Fossile Brennstoffe haben ihren Kohlenstoff aber über Jahrmillionen gespeichert; beim Verbrennen wird er in wenigen Jahrzehnten frei. Pflanzen und Ozean nehmen schon heute nicht alles wieder auf, deshalb steigt der Anteil in der Luft, und der Treibhauseffekt erwärmt die Erde. Außerdem geben Bäume den Kohlenstoff wieder ab, wenn sie verrotten oder verbrannt werden. Mein Urteil: Die Behauptung stimmt nicht. Wälder und Moore zu erhalten ist wichtig, ersetzt aber nicht, weniger fossile Brennstoffe zu verbrennen.

Musterlösung: Das Teilchenbild zeigt gut, dass Wasser aus zwei Atomsorten besteht (Wasserstoff und Sauerstoff) und dass jedes Teilchen eine feste Gruppe aus drei Atomen ist; so erkennt man, dass Wasser eine Verbindung ist, und kann Atome bei Reaktionen zählen. Grenzen: Atome haben in Wirklichkeit keine Farbe — die Farben sind nur Hilfen zum Unterscheiden. Die winzige Größe und die unvorstellbar große Anzahl der Teilchen lassen sich nicht darstellen. Und ein einzelnes Wasser-Teilchen ist nicht flüssig oder durchsichtig — solche Eigenschaften hat erst eine riesige Menge von Teilchen.