Ein Mol blaue Bohnen gefällig?

Präsentation zum Thema: "Ein Mol blaue Bohnen gefällig?"—  Präsentation transkript:

1 Ein Mol blaue Bohnen gefällig?
Der Molbegriff Stand

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3 Hast du schon einmal Schrauben gekauft?
Hast du dich schon mal geärgert: du brauchst Schrauben mit Muttern. Im Baumarkt kann man auch Päckchen mit zwei Schrauben kaufen, Muttern aber nur im 5er-Pack. Magst du 5 Muttern bezahlen und 3 danach wegwerfen? In der Chemie stehen wir oft vor einem sehr ähnlichen Problem: wie kriegt man zwei Stoffmengen „passend“?

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5 Du stellst fest: Ich kann die allgemeinen Sicherheits- und Schutz- Maßnahmen zum Arbeiten im Labor anwenden. Ich kann wissenschaftliche Notizen machen (protokollieren). Ich kann eine Digitalwaage bedienen.

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7 Du weißt schon… …wie man die Teilchen-Zahl in einer Stoff-Portion berechnet, …dass man aus dem PSE die atomare Masse ablesen kann, …dass es eine „atomare Massen-Einheit u“ gibt und wie man u (=unit) in Gramm umrechnet.

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9 Du weißt aber auch… …dass man für Reaktionen Teilchen-Zahlen braucht. Denke an das Ausgleichen von Reaktions-Gleichungen: Zn + 2 HCl  ZnCl2 + H2 Diese Reaktion wird verwendet, um Wasserstoff-Gas herzustellen. Leder verschwendet man Edukte, wenn man versucht, doppelt so viel Masse (z. B. Gramm) HCl einzusetzen als Zink. Bei großen Mengen kann das eine gewaltige Verschwendung werden. Man müsste Teilchen abzählen können, damit man für jedes Zink-Atom zwei Wasserstoffchlorid-Moleküle einsetzen kann. Wie man das macht, lernst du mit dieser Erfahrungs-Kiste.

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11 N = mgesamt / mTeilchen Information 1
Du weißt bereits, dass du die Teilchen-Zahl einer Stoff-Portion nicht zählen musst, sondern berechnen kannst, indem du die Gesamt-Masse durch die Masse eines einzelnen Teilchens teilst: N = mgesamt / mTeilchen Es ist aber auch klar, dass dieses Prinzip nur so lange funktioniert, wie die Teilchen in der Stoff-Portion alle die gleiche Größe und Masse besitzen.

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13 Information 2 Da Atome und Moleküle sehr, sehr klein und leicht sind, ergeben sich sehr, sehr kleine Zahlen für die Masse in Gramm. z. B. 1 Atom Kohlenstoff wiegt m(C) = 0, g Das muss man vereinfachen. Dazu hat man die atomare Massen-Einheit „unit“ eingeführt. Du weißt, dass du die atomare Masse ma aus dem Perioden-System ablesen kannst und du kennst bereits den Umrechnungs-Faktor von unit in Gramm.

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15 Information 3 Teilchen-Zahlen können sehr groß sein. z. B. 1g Kohlenstoff (als Kohle-Pulver) enthalten (gerundet) N(C) = Teilchen. Und dabei haben wir um ein paar hundert Billiarden Teilchen abgerundet, damit es eine „schöne“ Zahl mit Nullen wird. Da man die Teilchen-Zahl aber oft braucht, siehst du sofort ein, dass man eine noch bessere Vereinfachung braucht. Irgendwie „Päckchen“, wie z. B. „einen Kasten Limo“ oder „einen Sack“ Reis“. In der Chemie heißt das „Päckchen“ mol. Wie man mit dieser Einheit umgeht kannst du im Folgenden selbst herausfinden.

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17 Aufgabe 1 von 2 Lege die grauen und gelben Lego-Steine in zwei farblich getrennten Haufen vor dich hin. Nun lernst du die (erfundene) Einheit Lego-Mol kennen. Du hast ein Lego-Mol gelbe Steine und ein Lego-Mol graue Steine vor dir liegen. Finde heraus, was genau die Einheit „Lego-Mol“ angibt. Notiere deine Überlegung in deinem Labor-Tagebuch.

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20 Beispiel: Die Einheit Gramm verwendet man für Massen
Beispiel: Die Einheit Gramm verwendet man für Massen. Überlege zu den Lego-Steinen, welches Merkmal für die Einheit Lego-Mol eine Rolle spielen könnte.

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22 Prüfe, welches der folgenden Merkmale es sein könnte:
die Größen, die Masse, die Anzahl oder die Farbe der Lego-Steine.

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24 Dass die Farbe der Lego-Steine unterschiedlich ist, hast du gleich erkannt, die kann es also nicht sein. Die Größe der Lego-Steine ist unterschiedlich. Sie kann für die Einheit Lego-Mol keine Rolle spielen. Die Masse der Lego-Steine ist ebenfalls unterschiedlich. Sie kann für die Einheit Lego-Mol auch keine Rolle spielen.

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26 Ein Lego-Mol gelbe Steine sowie ein Lego-Mol graue Steine beinhalten jeweils genau 23 Lego-Steine. In einem Lego-Mol Lego-Steine liegen also stets 23 Stück gleiche Lego-Steine vor. Farbe, Größe und Masse der Lego-Steine spielen hierbei keine Rolle.

27 Information Die Einheit mol steht in der Chemie für die Stoff-Menge. Die Stoff-Menge hat das Formel-Zeichen n. Sie wie in dem (erfundenen) Lego-Mol immer genau 23 Lego-Steine enthalten sind, liegt in einem Mol eines Stoffes auch immer die gleiche Anzahl an Teilchen vor. Wie viele Teilchen in einem Mol eines Stoffes enthalten sind, kannst du selbst herausfinden, obwohl sich an der Aufgabe so mancher Chemiker vor 200 Jahren die Zähne ausgebissen hat .

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29 Aufgabe 2 von 2 In der Kiste befinden sich:
ein Glas mit genau 0,5mol Zink-Pulver (grau) und ein Glas mit genau 0,5mol Schwefel-Pulver (gelb). Ermittle die Anzahl der Schwefel-Atome in einem Mol Schwefel. Ermittle die Anzahl der Zink-Atome in einem Mol Zink. Auf dem Glas ist jeweils die Masse des leeren Glases angegeben. Notiere den Rechen-Weg und die Anzahl der Schwefel- bzw. Zink-Atome in dein Labor-Tagebuch.

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32 Erinnere dich, wie man die Teilchen-Zahl N einer Stoff-Portion ermittelt.

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34 Wiege die Gesamt-Masse der Stoff-Portion
Wiege die Gesamt-Masse der Stoff-Portion. Berücksichtige dabei die Masse des leeren Glases. Notiere die Masse der Stoff-Portion.

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36 Die Masse eines einzelnen Schwefel- bzw
Die Masse eines einzelnen Schwefel- bzw. Zink-Atoms kannst du dem PSE entnehmen. Denke daran, dass sie in der Einheit unit angegeben ist.

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38 Teile die Masse der Schwefel- bzw
Teile die Masse der Schwefel- bzw. Zink-Portion durch die Masse eines einzelnen Schwefel- bzw. Zink-Atoms. Dadurch erhältst du die Anzahl der Schwefel- bzw. Zink-Atome in der jeweiligen Stoff-Portion. m(S) * 6,022 * 1023 u ma(S) u N(S)= m(Zn) * 6,022 * 1023 u ma(Zn) u N(Zn)= Notiere den Rechen-Weg und die Anzahl der Schwefel- bzw. Zink-Atome in dein Labor-Tagebuch.

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40 In 0,5mol Schwefel sind es 3,011. 1023 Schwefel-Atome
In 0,5mol Schwefel sind es 3,011*1023 Schwefel-Atome. Somit sin in einem Mol Schwefel 6,022*1023 Schwefel-Atome enthalten. In 0,5mol Zink sind es 3,011*1023 Zink-Atome. Somit sind in einem Mol Zink 6,022*1023 Zink-Atome enthalten.

41 Das sollte bleiben 1 Anstelle der sehr, sehr großen Teilchen-Zahl N wird die neue Größe Stoffmenge n mit der Einheit mol eingeführt. In der Stoffmenge 1mol eines beliebigen Stoffes liegen immer 6,022*1023 Teilchen vor. Mit der Angabe „mol“ erreicht man eine Vereinfachung um 23(!) Stellen. Notiere den Merksatz in dein Labor-Tagebuch.

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43 Das sollte bleiben 2 Die Teilchen-Zahl N ist immer ein Vielfaches der Zahl 6,022*1023 (also das „Päckchen“, „ein Sack Reis ). Diese Zahl nennt man Avogadro-Konstante NA. Kurz geschrieben sieht das so aus: N= n * NA Und NA= 6,022*1023 1/mol Notiere den Merksatz in dein Labor-Tagebuch.

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45 Problem gelöst? Um kein Edukt zu verschwenden müssen wir nicht unbedingt einzelne Teilchen (Atome, Moleküle) zählen, das ginge auch gar nicht. Wir gehen mit gleich großen „Päckchen“, Stoff-Portionen, um. In einem Kasten Limo und einem Kasten Cola sind gleich viele Flaschen, somit gleich viel Menge an Getränk. Also wird es klappen, Colamix-Getränke im Verhältnis 1:1 zu mischen.

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47 Schrauben-Problem auch gelöst?
Mit 5 Päckchen zu 2 Schrauben (5*2=10) und 2 Päckchen zu 5 Muttern (2*5=10) ist das Schrauben-Problem gelöst: für jede Schraube hast du nun eine passende Mutter. Damit du dich nicht ärgern musst, falls du nicht genau 10 Schrauben mit Muttern brauchst, bieten viele Baumärkte die am häufigsten benötigten Größen einzeln an.

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49 Selbsteinschätzung So sicher fühlst du dich im Umgang mit der Stoffmenge n und der Einheit mol. Hast du ein grünes Smiley gewählt, freu dich alles perfekt. Beachte auch S. 51. Hast du ein gelbes Smiley gewählt, schau dir nochmals die Seiten ab 11 an und mache auf jeden Fall die Tests ab S. 51. Hast du ein rotes Smiley gewählt, frag den Betreuer bzw. Lehrer um Rat.

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51 Teste dich selbst: Chance 1 von 4
Eine Tasse Tee enthält 4,15mol Wasser. Berechne die Anzahl der Wasser-Moleküle in der Tasse Tee. Notiere den Rechen-Weg und dein Ergebnis in dein Labor-Tagebuch.

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54 Gegeben: n(H2O)= 4,15mol NA= 6,022
Gegeben: n(H2O)= 4,15mol NA= 6,022*1023 1/mol Rechnung: N(H2O) = n(H2O) * NA Ergebnis: In der Tasse Tee liegen 2,5*1024 Wasser-Moleküle vor.

55 Teste dich selbst: Chance 2 von 4
Berechne die Stoffmenge von 1,5055*1024 Zink-Atomen. Notiere den Rechen-Weg und dein Ergebnis in dein Labor-Tagebuch.

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58 Gegeben: n(Zn) = 1,5055*1024 NA= 6,022*1023 1/mol Rechnung: Ergebnis: Die Stoffmenge von Zink ist n(Zn) = 2,5mol. n(Zn) NA N(Zn) =

59 Teste dich selbst: Chance 3 von 4
Die Reaktionsgleichung für die Synthese von Zinksulfid lautet: Zn + S  ZnS Du möchtest Zinksulfid herstellen und keine Ausgangsstoffe (Edukte) verschwenden. Erkläre den Vorteil der neuen Einheit mol. Notiere deine Erklärung in dein Labor-Tagebuch.

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62 Würden die Edukte vollständig zum Produkt reagieren, wenn du 5g Zink und 5g Schwefel einsetzt?

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64 Zink ist schwerer als Schwefel
Zink ist schwerer als Schwefel. In 5g Zink sind somit weniger Zink-Atome enthalten als Schwefel-Atome in 5g Schwefel. Aus der Formel des Produktes Zinksulfid sehen wir, dass Zink und Schwefel im Zahlen-Verhältnis 1:1 am Ende vorliegen. Versuche noch einmal, den Vorteil der neuen Einheit mol zu erklären.

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66 Mit der neuen Größe Stoffmenge n und der Einheit mol kann man wissen, dass 1mol Zink und 1mol Schwefel eingesetzt werden müssen, damit die Edukte vollständig zum Produkt reagieren und keines der Edukte übrig bleibt. Da in einem Mol immer 6,022*1023 Teilchen vorliegen, werden so gleiche Anzahlen an Schwefel-Atomen wie Zink-Atomen eingesetzt.

67 Teste dich selbst: Chance 4 von 4
Du möchtest Wasserstoff und Sauerstoff reagieren lassen. Wasserstoff ist teuer. Berechne, wie viel du einsetzten musst, damit nichts verschwendet wird. Beachte, dass die Reaktionsgleichung noch nicht vollständig ausgeglichen ist. H2 + O2  H2O Gleiche die Reaktionsgleichung aus und notiere die Stoffmengen-Angaben in dein Labor-Tagebuch.

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70 2 H2 + O2  2 H2O Man muss 2 mol Wasserstoff und 1mol Sauerstoff einsetzten, um 2mol Wasser zu erhalten.

71 Zn + HCl  ZnCl2 + H2 Experten-Aufgabe
Löse das Problem vom Anfang. Wasserstoff kann man aus Zink und Wasserstoffchlorid herstellen. Und: keine Verschwendung. Beachte, dass die Reaktionsgleichung noch nicht vollständig ausgeglichen ist. Zn HCl  ZnCl H2 Gleiche die Reaktionsgleichung aus und notiere die Stoffmengen-Angaben in dein Labor-Tagebuch.

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74 Zn HCl  ZnCl H2 1mol Zink und 2mol Wasserstoffchlorid ergeben 1mol Zinkchlorid und 1mol Wasserstoff.

75 Das sollte bleiben 3 Die Koeffizienten in einer Reaktionsgleichung geben das Stoffmengen-Verhältnis der beteiligten Stoffe wieder. Notiere den Merksatz in dein Labor-Tagebuch.

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77 Gib die Lego-Steine zurück in die jeweiligen Druckverschluss-Beutel.
Lass die Gläser mit Zink- und Schwefel-Pulver bitte geschlossen.

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79 Diese Anleitung wurde gefertigt von Bianca Rohnke
Diese Anleitung wurde gefertigt von Bianca Rohnke. Im Rahmen der Abschlussarbeit Master of Education in der Abteilung für Didaktik der Chemie an der Universität Bayreuth. Bildernachweis: Alle Bilder und Graphiken wurden in der Abteilung Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth erstellt.