CHEMIEGESCHICHTE

Von der Alchemie zur modernen Chemie Öffentliche Schaustellungen Feuer Übersicht Alchemie Von der Alchemie zur modernen Chemie Öffentliche Schaustellungen Feuer Schulrelevanz

1. ALCHEMIE

Entstehung im 1. Jhd. n. Chr. in Ägypten (Alexandria) 1. Alchemie Alchemie vom arabischen Wort "al kymia" = "Kunst der Ägypter" oder vom griechischen Wort "χυμεία" (chymeia) = "Lehre des Gießens" Entstehung im 1. Jhd. n. Chr. in Ägypten (Alexandria)

1. Alchemie Aspekte und Ziele

1. Alchemie Vier-Elemente-Theorie (Aristoteles) Existenz einer einheitlichen Urmaterie Charakterisierung durch 4 Urqualitäten: warm-kalt, trocken-feucht

1. Alchemie Schwefel-Quecksilber-Theorie

1. Alchemie Deutung chemischer Reaktionen Die Eigenschaften von Stoffen  Prinzipien Übertragung/Austausch von Prinzipien  Änderung der stofflichen Qualitäten

1. Alchemie Der Stein der Weisen Substanz, mit welcher die Transmutation gelingen soll Träger der richtigen Qualitäten  Folgende Eigenschaften müssen erfüllt sein:

1. Alchemie Entdeckungen Neben den schon im Altertum bekannten Elementen entdeckten die Alchemisten u.a.: As (13. Jhd. Albertus Magnus) Zn (13. Jhd.) P (17. Jhd. Henning Brand) wiederentdeckt wurde: Porzellan (17. Jhd. Johann Friedrich Böttger) Schwarzpulver

1. Alchemie Stoffklassifikation und -kennzeichnung Stoffklassifikation: Somata, Asomata, Pneumata Kennzeichnung mittels Symbolen  ohne Einheitlichkeit Symbole spiegeln oft Analogievorstellungen wieder Element Gold Silber Alchemistisches Symbol Heutiges Symbol Au Ag

1. Alchemie Alchemie in Europa Einführung: 12. Jhd. durch Araber Um 1250: weitere Verbreitung nach Erscheinung von „De mineralibus“ (Albertus Magnus) Spätes 13. Jhd.: Verbot und Verfolgung durch katholische Kirche bis 18. Jhd.: Interesse an Alchemie

1. Alchemie Versuch 1: Kupfer-Silber-Gold Oxidation von Zn 0 +2 Zn(s) + 4OH-(aq) → [Zn(OH)4]2-(aq) + 2e- Zn – Reduktion an Cu +2 0 [Zn(OH)4]2-(aq) + 2e- → Zn(s) + 4OH-(aq) Legierungsbildung Cu(s) + Zn(s) → CuZn(s)

2. VON DER ALCHEMIE ZUR MODERNEN CHEMIE

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Chemiatrie (Iatrochemie) Begründer: Paracelsus (1493 – 1541) (Theophrast von Hohenheim) Neue Zielsetzung der Chemie: Kein Gold, sondern Medizin Krankheit: Überfluss oder Mangel chemischer Prinzipien im Körper Folge: Chemisches Experiment im Mittelpunkt

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Zweifel an der chemischen Theorie Robert Boyle (1627-1691) Ziel: Verifizierung alchemistischer Theorien mittels chem. Experiment Diskussion der Ergebnisse in „The sceptical Chymist“ („Der skeptische Chemiker“ 1661) Ergebnis: chemische Lehre ist unzulänglich

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Phlogistontheorie Begründer: Georg Ernst Stahl (1660 – 1734) Redox-Theorie Phlogiston: „Feuerstoff“  Unterform des Elements Erde

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Deutung von Redox-Reaktionen 1. Verbrennung: Je besser ein Stoff brennt, desto mehr Phlogiston enthält er Holz → Asche + Phlogiston 2. Metallverkalkung und -reduktion : Metall → Phlogiston + Metallkalk Metallkalk + Phlogiston → Metall

Isolierungsversuche  Entdeckung gasförmiger Stoffe 2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Phlogiston und gasförmige Stoffe Isolierungsversuche  Entdeckung gasförmiger Stoffe Joseph Priestley (1733 – 1804): O2, SO2, CO, Stickoxide Henry Cavendish (1731 – 1810): H2 Carl-Wilhelm Scheel (1742 – 1786): N2, Cl2, HCl(g), H2S

Braunstein reagiert mit Salzsäure zu Chlorgas und Manganchlorid 2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Versuch 2: Darstellung von Chlor Braunstein reagiert mit Salzsäure zu Chlorgas und Manganchlorid -1 +4 0 +2 4 HCl(aq) + MnO2(s) → Cl2(g) + MnCl2(aq) +2 H2O Chlorgas wird in Thiosulfatlösung eingeleitet +2 0 +6 -1 S2O32- (aq) + 4 Cl2(aq) +5 H2O → 2 SO42- (aq) + 8 Cl-(aq) + 10 H+(aq)

Eisen wird oxidiert 3 Fe + 2 O2 → Fe(FeFe)O4 2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Versuch 3: Verbrennen von Eisenwolle Eisen wird oxidiert 0 0 +3 +2 +3 -2 3 Fe + 2 O2 → Fe(FeFe)O4 Beobachtung: Die Masse des Eisenoxids ist höher als die des Eisens.

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Problem der Theorie Wieso nimmt die Masse zu, obwohl Phlogiston das Metall verlässt? Lösungsansätze Stahl: „negatives Gewicht“ des Phlogistons Boyle: Aufnahme von Feuerteilchen

abgeschl. Raum: bis 1/5 Luft verbraucht Vakuum: Sublimation 2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Die Rolle des Sauerstoffs bei der Verbrennung abgeschl. Raum: bis 1/5 Luft verbraucht Vakuum: Sublimation Reduktion von Quecksilberoxid  Sauerstoff Reaktion: Wasserstoff und Sauerstoff  Wasser

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Vermutung von Antoine Laurent de Lavoisier (1743 – 1794): Sauerstoff verbindet sich mit der verbrennenden Substanz Widerspruch zu Boyles Erkenntnis Wiederholung Boyles Versuche  keine Gewichtszunahme feststellbar

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie 2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Gesetz der Erhaltung der Masse (Lomonossow/Lavoisier) „Im Verlauf einer chemischen Reaktion lässt sich kein Verlust oder Gewinn von Masse beob-achten; die Gesamtmasse aller reagierenden Stoffe ist gleich der Gesamtmasse aller Produkte“

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Deutung von Redox-Reaktionen 1. Verbrennung: Holz + Sauerstoff → Asche + Kohlenstoffoxid + Wärmestoff 2. Metallverkalkung und -reduktion Metall + Sauerstoff → Metallkalk + Wärmestoff Metallkalk + Kohle → Metall + Kohlenstoffoxid

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Wasser ist kein Element Bei Verbrennung von „air inflammable“ (Wasserstoff) entsteht Wasser Vermutung: Wasser ist kein Element Beweis: Zersetzung des Wassers und Nachweis des Wasserstoffs

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Versuch 4: Wasserzersetzung Wasser wird erhitzt H2O(l) → H2O(g) Wasserdampf reagiert mit Magnesium +1 0 +2 0 H2O(g) + Mg(s) → MgO(s) + H2(g) H2 Nachweis mittels Knallgasprobe 0 0 +1 -2 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie 2. Von der Alchemie zur modernen Chemie Wasserzersetzung nach Lavoisier

4. ÖFFENTLICHE SCHAUSTELLUNGEN

3. Öffentliche Schaustellungen Jahrmarkt Jahrmarkt: wichtige Institution früherer Jahrhunderte Versorgung mit Waren, ärztlicher Hilfe, Medikamenten und Unterhaltung Unterhaltung: Quacksalber  Darbietung chemischer Experimente

3. Öffentliche Schaustellungen Öffentliche Experimentalvorlesungen Ausgehendes 18. und 19. Jhd.: gesellschaft-liches Interesse an Naturwissenschaften pompöse, theatralische Experimental-vorlesungen  Einfluss von Jahrmarktschemie Etablierung in Deutschland: Justus Liebig (1803 – 1873) Ziel: Naturwissenschaften als Allgemeinbildung

3. Öffentliche Schaustellungen Lavoisier: Verbrennung eines Diamanten auf offener Straße Zuvor Nachweis im Labor  Diamant ist Kohlenstoff

3. Öffentliche Schaustellungen Versuch 5: Verbrennung von Graphit Graphit wird oxidiert 0 0 +4 -2 C(s) + O2(g) → CO2(g) CO2-Nachweis mittels Calciumhydroxidlösung CO2(g) + Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + H2O

4. FEUER

4.2 Erfindung des Feuerzeugs Feuer im Altertum Feuererzeugung mittels Feuerquirl/ Bogenfeuerbohrer (reiben von Hartholzstäbchen in weichem Holz) - Feuerstein und leicht brennbares Material (z.B. Zunder)

4.2 Erfindung des Feuerzeugs Tunkhölzer Erfinder: Chancel 1805 in Paris Zündköpfe: Kaliumchlorat, Schwefel und Gummi-Arabikum Eintauchen in Schwefelsäure Zündung Verschwanden mit der Erfindung der Sicherheitshölzer

4.2 Erfindung des Feuerzeugs Versuch 6: Tunkhölzer KClO3(s) + H2SO4(aq) → KHSO4(aq) + HClO3(aq) +5 +7 +4 3 HClO3(aq) → HClO4(aq) + 2ClO2(g) + H2O Explosionsartige Zersetzung der Perchlorsäure: Zersetzungsprodukte: HCl, ClO2, O2, Cl2, Cl2O Original Tunkhölzchen: Reaktionsablauf analog  Explosionshitze entzündet Schwefel, dieser anschließend das Hölzchen.

Historisch entwickelnder Einstieg Wecken von Interesse an Chemie 5. Schulrelevanz Historisch entwickelnder Einstieg Wecken von Interesse an Chemie Nachvollziehen von Entwicklungen, um größeres Verständnis zu entwickeln Geschichte im Lehrplan Die chemische Reaktion Elementgruppen Elektrolyse und Ionenbegriff Atombau, Periodensystem und Ionenbindung

ENDE

ZUSATZMATERIAL

Im Altertum bekannte Elemente: Alchemie Im Altertum bekannte Elemente: C, S, Cu, Ag, Fe, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi, Pt, Au

[Zn(OH)4]2- diffundiert in das Cu-Gitter und wird dort reduziert. Alchemie [Zn(OH)4]2- diffundiert in das Cu-Gitter und wird dort reduziert. Grund: E([Zn(OH)4]2-|ZnCu) > E([Zn(OH)4]2-|ZnZn) Triebkraft: Oberflächenlegierungsbildung

Öffentliche Schaustellungen

Erfindung des Feuerzeugs Döbereiner Feuerzeug Johann Wolfgang Döbereiner (1780 – 1849) Erforschung Wirkung von Platin auf Flüssigkeiten und Gase Kenntniss von Lavoiersiers Wasserzersetzungs-experiment und dessen Synthese aus Wasserstoff und Sauerstoff 27. 07. 1823 Entzündung von Knallgas an Platinoberfläche

Erfindung des Feuerzeugs Döbereiner Feuerzeug 03. 08. 1823: Entwicklung des Döbereiner Feuerzeugs