CHEMIEGESCHICHTE. Übersicht 1.Alchemie 2.Von der Alchemie zur modernen Chemie 3.Öffentliche Schaustellungen 4.Feuer 5.Schulrelevanz.

CHEMIEGESCHICHTE

Übersicht

1. Alchemie

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

3. Öffentliche Schaustellungen

4. Feuer

5. Schulrelevanz

1. ALCHEMIE

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

Alchemie

ChemischerAspekt

SpirituellerAspekt

Ziel:Erlösung der Materie und

damit Läuterung undVervollkommnung der Seele

des Alchemisten

Ziel: Transmutation unedler

Metalle zu Gold

1. Alchemie

Vier-Elemente-Theorie (Aristoteles)

• Existenz einer einheitlichen Urmaterie

• Charakterisierung durch 4 Urqualitäten:warm-kalt, trocken-feucht

1. Alchemie

Schwefel-Quecksilber-Theorie

Primäre TeilchenFeuer, Wasser, Erde, Luft

Sekundäre Teilchen „Schwefel“, „Quecksilber“

Tertiäre TeilchenMetalle

Stoffe Alle

"Salz"

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:

Färben

Eindringen

Fixieren

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

Cu

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)

LegierungsbildungCu(s) + Zn(s) → CuZn(s)

Δ

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


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


Phlogistontheorie

• Begründer: Georg Ernst Stahl (1660 – 1734)

• Redox-Theorie

• Phlogiston: „Feuerstoff“ Unterform des Elements Erde


Deutung von Redox-Reaktionen

1. Verbrennung:

2. Metallverkalkung und -reduktion :

Holz → Asche + PhlogistonJe besser ein Stoff brennt, desto mehr Phlogiston enthält er

Metall → Phlogiston + Metallkalk

Metallkalk + Phlogiston → Metall


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


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)


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.


Problem der Theorie

• Wieso nimmt die Masse zu, obwohl Phlogiston das Metall verlässt?

Lösungsansätze

• Stahl: „negatives Gewicht“ des Phlogistons

• Boyle: Aufnahme von Feuerteilchen


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


• 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


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“


Deutung von Redox-Reaktionen

1. Verbrennung:

2. Metallverkalkung und -reduktion

Holz + Sauerstoff → Asche + Kohlenstoffoxid + Wärmestoff

Metall + Sauerstoff → Metallkalk + Wärmestoff

Metallkalk + Kohle → Metall + Kohlenstoffoxid


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


Versuch 4: WasserzersetzungWasser wird erhitztH2O(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)


Wasserzersetzung nach Lavoisier

4. ÖFFENTLICHE SCHAUSTELLUNGEN


Jahrmarkt

• Jahrmarkt: wichtige Institution früherer Jahrhunderte

• Versorgung mit Waren, ärztlicher Hilfe, Medikamenten und Unterhaltung

• Unterhaltung: Quacksalber Darbietung chemischer Experimente


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


• Lavoisier: Verbrennung eines Diamanten auf offener Straße

• Zuvor Nachweis im Labor Diamant ist Kohlenstoff


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 AltertumFeuererzeugung mittels - Feuerquirl/

Bogenfeuerbohrer (reiben von Hartholzstäbchen in weichem Holz)

- Feuerstein und leicht brennbares Material(z.B. Zunder)


Tunkhölzer

• Erfinder: Chancel 1805 in Paris

• Zündköpfe: Kaliumchlorat, Schwefel und Gummi-Arabikum

• Eintauchen in Schwefelsäure Zündung

• Verschwanden mit der Erfindung der Sicherheitshölzer


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.

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

Alchemie

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

Alchemie

• Triebkraft: Oberflächenlegierungsbildung

[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)

Öffentliche Schaustellungen

hexagonalGraphitα

schrhomboedriGraphitβ

ukturDiamantstr

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

EnergieO2HO2H

HZnSOSOHZn:orgängeChemischeV

2Pt

22

244(aq)2(s)

CHEMIEGESCHICHTE. Übersicht 1.Alchemie 2.Von der Alchemie zur modernen Chemie 3.Öffentliche Schaustellungen 4.Feuer 5.Schulrelevanz.

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