Physikalische und chemische Vorgänge - Chemie

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Deutsch, Klasse 7-8, G-Niveau

Physikalische und chemische Vorgänge - Chemie

Einleitung

Stoffe verändern sich ständig: Eis schmilzt, Wasser verdampft, Eisen rostet und Holz verbrennt. Solche Beobachtungen sehen ähnlich aus, gehören aber zu zwei verschiedenen Gruppen. Bei einem physikalischen Vorgang bleibt der Stoff erhalten. Bei einem chemischen Vorgang entstehen Stoffe mit neuen Eigenschaften.

In diesem aiMOOC lernst Du, beide Vorgangsarten sicher zu unterscheiden, Beobachtungen zu deuten und Vorgänge mit dem Teilchenmodell zu erklären.

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Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du physikalische und chemische Vorgänge an Beispielen erklären. Du kannst Hinweise auf eine chemische Reaktion beschreiben, zwischen Beobachtung und Deutung unterscheiden und einfache Wort- sowie Reaktionsgleichungen lesen.

Physikalische Vorgänge

Bei einem physikalischen Vorgang ändert sich zum Beispiel die Form, die Größe, die Verteilung oder der Aggregatzustand eines Stoffes. Die Stoffart bleibt gleich.

Typische Beispiele sind:

1. Schmelzen: Festes Eis wird zu flüssigem Wasser.
2. Verdampfen: Flüssiges Wasser wird zu Wasserdampf.
3. Zerkleinern: Ein Stück Kreide wird zu Kreidepulver.
4. Lösen: Kochsalz verteilt sich im Wasser, ohne dass dabei ein neuer Stoff entsteht.

Beim Schmelzen gilt vereinfacht:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}\mathrm{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{(}\mathrm{l}\mathrm{)}$

Vor und nach dem Vorgang bestehen die Teilchen aus Wasserteilchen. Nur ihre Anordnung und Bewegung verändern sich.

Wichtig: Die Umkehrbarkeit ist kein sicheres Unterscheidungsmerkmal. Zerbrochenes Glas lässt sich kaum wieder zusammensetzen, obwohl das Zerbrechen ein physikalischer Vorgang ist.

Chemische Vorgänge

Ein chemischer Vorgang wird auch chemische Reaktion genannt. Dabei werden Ausgangsstoffe in neue Stoffe umgewandelt. Die Ausgangsstoffe heißen Edukte, die entstandenen Stoffe heißen Produkte.

Beim Verbrennen eines Streichholzes entstehen unter anderem gasförmige Stoffe und feste Rückstände. Diese Produkte besitzen andere Eigenschaften als das ursprüngliche Holz und die Stoffe im Zündkopf.

Auch das Rosten ist eine chemische Reaktion. Eisen reagiert mit Sauerstoff und Wasser zu Rostbestandteilen.

Ein gut untersuchbares Schulbeispiel ist die Reaktion von Eisen und Schwefel:

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{\to }\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}$

Aus den Elementen Eisen und Schwefel entsteht Eisensulfid. Das Produkt hat andere Eigenschaften als die Edukte.

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Beobachtung und Deutung

Im Chemieunterricht trennst Du genau zwischen dem, was Du wahrnimmst, und Deiner Erklärung.

Beobachtung	Mögliche Deutung
Es bilden sich Bläschen.	Ein Gas könnte entstehen.
Die Farbe verändert sich.	Ein neuer Stoff könnte entstanden sein.
Ein Feststoff bildet sich in einer Lösung.	Es könnte eine Fällungsreaktion stattfinden.
Die Temperatur steigt ohne weiteres Heizen.	Energie wird möglicherweise an die Umgebung abgegeben.
Licht wird ausgesendet.	Es läuft möglicherweise eine energiereiche Reaktion ab.

Kein einzelnes Zeichen beweist immer eine chemische Reaktion. Bläschen können auch beim Sieden entstehen, und eine Farbänderung kann durch Mischen verursacht werden. Entscheidend ist der Nachweis neuer Stoffe mit neuen Eigenschaften.

Bei der Reaktion von Natriumhydrogencarbonat mit Essigsäure entsteht unter anderem Kohlenstoffdioxid:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}$

Die Gasbildung ist hier ein gut sichtbarer Hinweis auf die Reaktion.

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Erklärung mit dem Teilchenmodell

Das Teilchenmodell hilft Dir, Vorgänge auf zwei Ebenen zu betrachten.

Ebene	Physikalischer Vorgang	Chemischer Vorgang
Stoffebene	Form, Verteilung oder Aggregatzustand ändern sich.	Stoffe mit neuen Eigenschaften entstehen.
Teilchenebene	Die Teilchenart bleibt gleich; Anordnung oder Bewegung ändern sich.	Atome werden neu angeordnet und bilden neue Teilchenverbände.

Bei einer chemischen Reaktion verschwinden Atome nicht. Sie werden neu kombiniert. Deshalb bleibt in einem geschlossenen System die Gesamtmasse erhalten. Dieses Prinzip wird als Massenerhaltungssatz bezeichnet.

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Energie bei Vorgängen

Sowohl physikalische als auch chemische Vorgänge sind mit Energie verbunden. Beim Schmelzen wird Energie aufgenommen. Beim Erstarren wird Energie abgegeben. Chemische Reaktionen können ebenfalls Energie aufnehmen oder freisetzen.

Eine Reaktion, die Energie an die Umgebung abgibt, heißt exotherm. Eine Reaktion, die Energie aus der Umgebung aufnimmt, heißt endotherm. Eine Temperaturänderung kann ein Hinweis sein, muss aber sorgfältig gemessen und gedeutet werden.

Vergleich im Alltag

Vorgang	Einordnung	Begründung
Eis schmilzt	Physikalisch	Wasser bleibt Wasser.
Papier wird zerschnitten	Physikalisch	Nur Form und Größe ändern sich.
Kochsalz löst sich in Wasser	Physikalisch	Salzteilchen werden im Wasser verteilt.
Eisen rostet	Chemisch	Roststoffe mit neuen Eigenschaften entstehen.
Holz verbrennt	Chemisch	Gase und feste Rückstände entstehen.
Ein Ei wird gebraten	Chemisch	Bestandteile werden dauerhaft umgewandelt.

Sicher untersuchen

Führe Experimente nur nach Anleitung und mit der vorgeschriebenen Schutzbrille durch. Chemikalien werden nicht probiert und nicht direkt gerochen. Beim Erhitzen zeigt die Öffnung eines Reagenzglases niemals auf Personen. Verbrennungsversuche und die Reaktion von Eisen mit Schwefel gehören in die Hand einer Lehrkraft.

Für eine gute Auswertung notierst Du zuerst die Beobachtung und anschließend die Deutung. So vermeidest Du, eine Vermutung als Tatsache aufzuschreiben.

Merksatz

Physikalischer Vorgang: Die Stoffart bleibt erhalten. Chemischer Vorgang: Es entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Woran erkennst Du den grundlegenden Unterschied zwischen einem physikalischen und einem chemischen Vorgang? (Bei einem chemischen Vorgang entstehen neue Stoffe) (!Bei einem physikalischen Vorgang entsteht immer Licht) (!Bei einem chemischen Vorgang ändert sich nur die Form) (!Bei einem physikalischen Vorgang entstehen immer Gase)

Wie wird das Schmelzen von Eis eingeordnet? (Als physikalischer Vorgang) (!Als chemische Reaktion) (!Als Verbrennung) (!Als Fällungsreaktion)

Was entsteht beim Rosten von Eisen? (Roststoffe mit neuen Eigenschaften) (!Nur kleineres Eisen) (!Flüssiges Eisen) (!Reiner Sauerstoff)

Wie heißen die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion? (Edukte) (!Produkte) (!Katalysatoren) (!Aggregate)

Was geschieht bei einem physikalischen Vorgang auf der Teilchenebene? (Die Teilchenart bleibt gleich) (!Alle Atome verschwinden) (!Neue Elemente entstehen) (!Die Masse wird vernichtet)

Was geschieht bei einer chemischen Reaktion mit den Atomen? (Sie werden neu angeordnet) (!Sie werden vollständig zerstört) (!Sie verwandeln sich in Energie) (!Sie verlassen immer das Gefäß)

Welcher Vorgang ist chemisch? (Das Verbrennen von Holz) (!Das Schmelzen von Eis) (!Das Zerschneiden von Papier) (!Das Verdampfen von Wasser)

Was kann auf eine chemische Reaktion hinweisen? (Die Bildung eines neuen Gases) (!Nur eine Änderung der Gefäßform) (!Nur das Umrühren) (!Nur das Zerkleinern)

Warum ist die Umkehrbarkeit kein sicheres Merkmal? (Auch physikalische Vorgänge können schwer umkehrbar sein) (!Alle chemischen Reaktionen sind sofort umkehrbar) (!Alle physikalischen Vorgänge laufen nur einmal ab) (!Umkehrbarkeit beschreibt nur die Farbe)

Was besagt der Massenerhaltungssatz für ein geschlossenes System? (Die Gesamtmasse bleibt bei der Reaktion erhalten) (!Die Masse der Produkte ist immer null) (!Die Masse wird vollständig in Licht umgewandelt) (!Die Edukte verlieren alle Atome)

Memory

Schmelzen	Übergang von fest zu flüssig
Verdampfen	Übergang von flüssig zu gasförmig
Rosten	Reaktion von Eisen mit Sauerstoff und Wasser
Edukte	Ausgangsstoffe einer Reaktion
Produkte	Entstandene Stoffe einer Reaktion
Teilchenanordnung	Verändert sich bei vielen physikalischen Vorgängen
Stoffumwandlung	Kennzeichen einer chemischen Reaktion

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Einordnung
Eis schmilzt	physikalischer Vorgang
Papier wird zerrissen	physikalischer Vorgang
Eisen rostet	chemischer Vorgang
Holz verbrennt	chemischer Vorgang
Eine Brausetablette bildet im Wasser Kohlenstoffdioxid	chemischer Vorgang

...

Kreuzworträtsel

Schmelzen	Wie heißt der Übergang vom festen in den flüssigen Zustand?
Reaktion	Wie nennt man einen chemischen Vorgang auch?
Edukte	Wie heißen die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion?
Produkte	Wie heißen die bei einer Reaktion entstandenen Stoffe?
Teilchenmodell	Welches Modell erklärt Vorgänge auf der kleinsten Ebene?
Energie	Welche Größe kann bei Vorgängen aufgenommen oder abgegeben werden?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Bei einem physikalischen Vorgang bleibt die erhalten. Beim Schmelzen verändert sich der . Bei einer chemischen Reaktion entstehen neue . Die Ausgangsstoffe heißen . Die entstandenen Stoffe heißen . Auf der Teilchenebene werden Atome bei einer chemischen Reaktion neu . Eine Gasbildung kann ein auf eine Reaktion sein. In einem geschlossenen System bleibt die Gesamtmasse .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Alltagsbeobachtung: Finde drei Veränderungen in Deinem Alltag und ordne sie begründet als physikalisch oder chemisch ein.
2. Stoffeigenschaft: Beschreibe die Eigenschaften von Wasser vor und nach dem Gefrieren.
3. Sortierkarte: Gestalte zehn Karten mit Beispielen und einer Lösung auf der Rückseite.
4. Teilchenmodell: Zeichne ein Teilchenbild für Eis und flüssiges Wasser.

Standard

1. Versuchsprotokoll: Dokumentiere das Schmelzen eines Eiswürfels mit Beobachtung und Deutung.
2. Erklärvideo: Produziere ein einminütiges Video zum Unterschied zwischen Stoffebene und Teilchenebene.
3. Interview: Befrage eine Person aus einem technischen Beruf zu physikalischen und chemischen Vorgängen im Arbeitsalltag.
4. Fotostory: Erstelle eine Bilderfolge zu einem physikalischen und einem chemischen Vorgang.

Schwer

1. Experimentplanung: Plane einen sicheren Versuch, mit dem Du Hinweise auf eine Stoffumwandlung untersuchst. Führe ihn nur nach Freigabe durch die Lehrkraft aus.
2. Fehleranalyse: Widerlege die Aussage, dass jeder schwer umkehrbare Vorgang chemisch sein müsse.
3. Energieprofil: Vergleiche die Energieaufnahme beim Schmelzen mit der Energieabgabe einer exothermen Reaktion.
4. Ausstellung: Entwickle eine Lernstation mit Modellen, Bildern, Aufgaben und Lösungen für eine jüngere Klasse.

Lernkontrolle

1. Begründete Einordnung: Ordne fünf unbekannte Alltagsbeispiele ein und begründe jede Entscheidung mit Stoff- und Teilchenebene.
2. Beobachtung und Deutung: Formuliere zu einer Gasentwicklung zwei mögliche Deutungen und erkläre, welche zusätzliche Untersuchung nötig wäre.
3. Modellvergleich: Vergleiche ein Teilchenbild des Schmelzens mit einem Teilchenbild einer chemischen Reaktion.
4. Fehlerkorrektur: Verbessere die Aussage „Bei jeder Farbänderung entsteht sicher ein neuer Stoff“.
5. Versuchsplanung: Plane eine Untersuchung, mit der Du physikalisches Lösen und eine chemische Gasbildung unterscheiden kannst.
6. Transfer: Erkläre an einem selbst gewählten Beispiel, warum die Umkehrbarkeit kein zuverlässiges Kriterium ist.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis ist wichtig, dass Du:

1. den Begriff physikalischer Vorgang fachlich richtig verwendest,
2. eine chemische Reaktion als Stoffumwandlung erklärst,
3. Beobachtung und Deutung voneinander trennst,
4. Vorgänge auf Stoffebene und Teilchenebene beschreibst,
5. Beispiele begründet einordnest,
6. Sicherheitsregeln bei Experimenten beachtest.

Verknüpfte Lernbereiche

Physikalische und chemische Vorgänge - Chemie Stoffeigenschaft Chemische Reaktion Teilchenmodell Aggregatzustand Massenerhaltungssatz Energie Versuchsprotokoll