Das Chemie-Projekt der 10. Klasse
In dem Film werden die in dem Lehrbuch der phänomenologischen Chemie (Band 2, Chemieprojekte der 10., 11. und 12. Klasse, Stuttgart 2015, 2. Auflage, ISBN 978-3-940606-86-0) beschriebenen Versuche mit allen Erläuterungen gezeigt.
Die Versuche sind in vier Hauptkapitel unterteilt:
Die Chemie der 10. Klasse fokussiert im Wesentlichen anorganische Salzreaktionen. Als Einstieg wird das Verhältnis verschiedener Salze zum Wasser gewählt. Dazu wird auf die Bedeutung der Teilchengröße für die Auflösung ebenso eingegangen wie auf die dabei beobachtbaren Wärmeerscheinungen. Gesättigte und übersättigte Lösungen werden demonstriert und zentrale Begriffe wie Diffusion und Osmose eingeführt. Den Abschluss des ersten Teils bilden die Salzspaltung und die Salzerzeugung: Nach der Pyrolyse von Mauersalpeter (Kalziumnitrat) werden mit den gewonnenen Oxiden Kalklauge und Salpetersäure hergestellt. Letztere wird anschließend mit Kaliumhydroxid ebenso neutralisiert wie Salzsäure mit Natriumhydroxid und daran die Salzbildung verdeutlicht.
Im Mittelpunkt des zweiten Teils stehen typische als Salzbildner bekannte anorganische Säuren: Kohlen-, Salz-, Schwefel- und Salpetersäure. Ausgehend von der Einwirkung von Salzsäure auf Kalk wird die Säureverdrängung vorgeführt. Daran anschließend wird Salzsäure mithilfe von Schwefelsäure aus Kochsalz gewonnen und Silbernitrat als Nachweisreagenz für Chloride verwendet. In ähnlicher Weise kommt Bariumchlorid als Nachweismethode für Sulfate zum Einsatz. Bei der Salpetersäure wird differenziert auf ihre oxidierende Wirkung eingegangen. Den Abschluss bilden Reaktionen von Magnesium mit verschiedenen Säuren, woraus das Prinzip der Salzentstehung unter Wasserstofffreisetzung abgeleitet wird, sowie die besonderen Bedingungen, die für die Herstellung von Schwefelsäure benötigt werden.
Eingangs werden einige basenbildendende Metalle anhand der Flammenfärbung ihrer Salze identifiziert. Danach wird – analog zur Säureverdrängung des zweiten Teils – die Basenverdrängung an mehreren Beispielen eingeführt. Die folgenden Experimente verdeutlichen die Salzentstehung auf dem Wege der Oxidation von Metallen, der Basenbildung der Oxide mit Wasser und der Salzbildung durch die Reaktion von Basen mit Säuren. Anhand von Reduktionen von Metalloxiden wird auf die Reversibilität der Oxidationen eingegangen. Auf der Grundlage der so entwickelten Kenntnisse über verschiedene Basen wird demonstriert, dass diese bei Salzbildungen keineswegs immer zu neutralen Salzen reagieren, sondern dass es auch saure und basische Salze gibt. Daran wird ein Hinweis auf die Komplexität der Salz-Wasser-Reaktionen entwickelt und dieses Thema mit der Demonstration einer Pufferlösung abgerundet.
Die Salzchemie schließt mit einer Vielzahl von Versuchen, bei denen elektrische Gleichstrom-Reaktionen im Mittelpunkt stehen. Eingangs werden die Begriffe Elektrolyt und Ion verdeutlicht. Anschließend kommt der Hofmannsche Apparat zum Einsatz, um anhand er beobachtbaren Phänomene weitere Begriffe wie Elektrolyse, Anode und Kathode einzuführen und die Rückreaktion eines Salzes in die beiden Ausgangsstoffe Base und Säure zu demonstrieren. Die gleichzeitig entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff bei der Elektrolyse von Natriumsulfatlösung werden nachgewiesen und später im Versuch „Wasserspaltung und Wasserbildung“ wieder aufgegriffen. Zuvor wird aus Reaktionen von Metallen mit Metallsalzlösungen das Daniell-Element als einfache Batterie abgeleitet. Am Ende der Chemie der 10. Klasse schließlich wird auf die Salzbildung aus Metall und Nichtmetall am Beispiel der Reaktion von Natrium und Schwefel sowie auf die unmittelbar angrenzenden Themen pH-Wert und Titration eingegangen.