Was ist ganz allgemein der Unterschied zwischen Physik und Chemie?

Unterschied zwischen Physik und Chemie: Der Begriff Physik bezeichnet die Lehre über Zustände und Zustandsänderungen die Chemie hingegen beschäftigt sich mit Stoffen und stofflichen Veränderungen. Unterteilung in drei Fachbereiche: allgemeine Chemie z.b.: Atombau, Periodensystem organische Chemie z.b.: Säuren, Metalle anorganische Chemie Kunststoffe, Fette, Kohlenhydrate Beschreibungen von Stoffen anhand deren Eigenschaften: chemisch Geruch Reaktionsverhalten mit anderen Stoffen Farbe Geschmack physikalisch Aggregatzustand Leitfähigkeit Dichte Mischbarkeit Magnetismus Aggregatzustände: schmelzen erstarren fest sublimieren resublimieren verdampfen flüssig kondensieren Zeichnung 1 Aggregatzustände gasförmig Landsmann, Jürgen HT 1 1

Stoffgruppen: Stoffe Reinstoffe Gemische Elemente Verbindungen homogen heterogen Zeichnung 2 Stoffgruppen Reinstoffe: lassen sich nicht durch physikalische Methoden weiter zerlegen besitzen arteigene physikalische Eigenschaften Verbindungen: lassen sich durch chemische Methoden in Elemente zerlegen Elemente: lassen sich nicht weiter zerlegen Reaktionsgleichungen: Jede chemische Reaktion lässt sich als Reaktionsgleichung darstellen. Hierbei werden grundsätzlich zwei Arten von Gleichungen unterscheiden: Reaktionsgleichung Wortgleichung Symbolgleichung Zeichnung 3 Arten von Reaktionsgleichungen Struktur: Ausgangsstoffe (Edukte) Endstoffe (Produkte) Landsmann, Jürgen HT 1 2

Beispiele: Reaktion zwischen Eisen und Schwefel: Wortgleichung: Eisen + Schwefel Eisensulfid Symbolgleichung: Fe + S FeS 1 Atom + 1 Atom 1 Molekül Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff: Wortgleichung: Wasserstoff + Sauerstoff Wasserstoffoxid (Wasser) Symbolgleichung: 2H + O H 2 O 2 Atome + 1 Atom 1 Molekül Bei jeder Reaktion wird Energie umgesetzt. Wird bei einer Reaktion mehr Energie (in Form von Wärme Licht oder Bewegung) freigesetzt als zugeführt werden muss, so handelt es sich grundsätzlich um eine exotherme Reaktion. Hierbei unterscheidet man zwei Varianten: exotherme Reaktionen ohne Aktivierungsenergie und exotherme Reaktionen mit Aktivierungsenergie Muss während des Reaktionsprozesses mehr Energie zugeführt werden als freigesetzt wird, spricht man von einer endothermen Reaktion. Generell gilt, dass Verbindungen, die durch exotherme Reaktionen entstanden sind nur durch endotherme Reaktionen wieder in Elemente zerlegt werden können und umgekehrt. Energieschemen: 1. exotherme Reaktion ohne Aktivierungsenergie: Energiegehalt Edukte Produkte Zeichnung 4 exotherme Reaktion ohne Aktivierungsenergie Reaktionszeit Landsmann, Jürgen HT 1 3

2. exotherme Reaktion mit Aktivierungsenergie: Energiegehalt Aktivierungsenergie Edukte Produkte Zeichnung 5 exotherme Reaktion mit Aktivierungsenergie Reaktionszeit 3. endotherme Reaktion: Energiegehalt Produkte Edukte Zeichnung 6 endotherme Reaktion Reaktionszeit Versuch: Elektrolytische Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff im Hoffmann'schen Zerlegungsapparat: Wasser Wasserstoff Sauerstoff Kathode (Elektronenüberschuss) Anode (Elektronenmangel) Zeichnung 7 Versuch: Zerlegung von Wasser - + Landsmann, Jürgen HT 1 4

Während dieses Versuches wird Wasser in seine beiden Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Dabei werden die Wassermoleküle getrennt, indem die positiv geladenen Wasserstoffionen (Anionen) von der Kathode und die negativ geladenen Sauerstoffionen (Kationen) von der Anode der Apparatur angezogen. Nachdem ein Molekül aufgebrochen wurde erhält jedes Atom seine ursprüngliche (neutrale) Ladung zurück und steigt im jeweiligen Glaskolben nach oben. Da im Wasser je zwei Atome Wasserstoff (Nachweis mit der Knallgasprobe) an ein Atom Sauerstoff (Nachweis mit der Glimmspanprobe) gebunden sind, ist die Menge an Wasserstoff doppelt so hoch wie die Menge an Sauerstoff. Elemente, Atome, Moleküle, Teilchenverbände: Elemente: Elemente sind aus einer arteigenen Atomsorte aufgebaut. Sie können als Einzelatome, Moleküle oder Teilchenverbände vorkommen. Beispiele: Einzelatome: (Kr), Alle Edelgase (Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton Xenon (Xe), Radon (Rn)) Moleküle: Wasserstoff (H 2 ), Sauerstoff (O 2 ), Stickstoff (N 2 ), Fluor (F 2 ), Brom (Br 2 ), Chlor (Cl 2 ) Atomverbände: Eisen (Fe) Verbindungen: H 2 O Verbindung Wasser (1 Molekül bestehend aus 2 Atomen Wasserstoff und 1 Atom Sauerstoff) 15 H 2 O 15 Moleküle Wasser H 2 O 2 Verbindung Wasserstoffperoxid (1 Molekül bestehend aus 2 Atomen Wasserstoff und 2 Atomen Sauerstoff) C 2 H 6 O Verbindung Ethanol (bestehend aus (C 2 H 5 OH) 2 Atomen Kohlenstoff, 6 Atomen Wasserstoff und 1 Atom Sauerstoff) 5 Mg(OH 2 ) 5 Moleküle (bestehend aus 1 Atom Magnesium und 2 Atomgruppen bestehend aus 1 Atom Sauerstoff und 1 Atom Wasserstoff) Landsmann, Jürgen HT 1 5

Atombau: Atommodell nach Dalton: Atome (atomos = unteilbar) sind kleinste unteilbare Massekugeln. Wurde widerlegt durch die Entdeckung der Radioaktivität Atome sind nicht unteilbar! Rutherford'scher Streuversuch: Goldfolie α-strahler Bleibehälter Strahlungsverlauf Zeichnung 8 Rutherford'scher Streuversuch Fotopapier Die positive Teilchenstrahlung geht größtenteils ungehindert durch die Goldfolie hindurch. Es muss einen massefreien Raum innerhalb der atomaren Struktur geben (Atomhülle)! Ein geringer Strahlungsanteil wird reflektiert. Innerhalb der Atome muss es winzige Massezentren geben (Atomkern)! Einige Strahlen werden beim Austritt abgelenkt. In einem Atom muss es positive Ladungen geben (Protonen p)! Atom Atomkern Atomhülle Protonen (p) Neutronen (n) Elektronen (e) Zeichnung 9 Komponenten eines Atoms Landsmann, Jürgen HT 1 6

Masseverhältnisse innerhalb eines Atoms: Proton: 1p = 1,672 * 10 24 g = 1u Neutron: 1n = 1,675 * 10 24 g = 1u Elektron: 1e = 0,0009 * 10 24 g (wird als Masse venachlässigt) Beispiele: Masse eines Atoms = Masse der Protonen + Masse der Neutronen Neutronenzahl = Massenzahl Ordnungszahl Wasserstoff (H): Massenzahl: 1,01 0n Ordnungszahl: 1 1p & 1e Lithium (Li): Massenzahl: 7 4n Ordnungszahl: 3 3p & 3e Rhodium (Rh): Massenzahl: 103 58n Ordnungszahl: 45 45p & 45e Isotope: Elemente gleicher Protonenzahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl Beispiel: Isotope des Wasserstoffs 1 1p H 1e Wasserstoff 1 0n 2 1p H 1e schwerer Wasserstoff (Deuterium) 1 1n 3 1p H 1e super schwerer Wasserstoff (Tritium) 1 2n Landsmann, Jürgen HT 1 7

Bohr'sches Atommodell: Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen (Schalen oder besser Aufenthaltsbereiche) um den Atomkern Es werden 7 Aufenthaltsbereiche aufgebaut, die eine unterschiedliche Anzahl von Elektronen aufnehmen können K 1 2 3 4 5 6 7 n Anzahl der Elektronen (2n 2 ) 1 2 2 8 3 18 4 32 5 50 6 72 7 98 Zeichnung 10 Bohr'sches Atommodell Stoff vom 26.01. - 30.01.2004 fehlt noch!!! Landsmann, Jürgen HT 1 8

Orbitalmodell (Forts.): Alle Atome sind bestrebt, ihren äußeren Aufenthaltsbereich mit 8 Elektronen zu besetzen (Edelgaskonfiguration). Um diesen Zustand zu erreichen, gehen Elemente Verbindungen ein. Bindungsmöglichkeiten: Ionenbindung Atombindung (Elektronenpaarbindung) Metallbindung Ionenbindung: Ionen sind elektrisch geladene Teilchen. Man unterscheidet zwischen positiv geladenen Ionen (Kationen) und negativ geladenen Ionen (Anionen) Entstehung von Ionen: Beispiel: 11p 1s 2 11p Na 2s 2 2p 6-1e Na + 3s 1 10e Durch Abgabe von Elektronen entstehen positiv geladene Ionen (Kationen) Mg - 2e Mg 2+ Magnesiumion Al - 3e Al 3+ Aluminiumion Durch Aufnahme von Elektronen entstehen negativ geladene Ionen (Anionen) F + 1e F 1- Fluoridion O + 2e O 2- Oxidion N + 3e N 3- Nitridion Ionenverbindung beruht auf der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen positiv und negativ geladenen Ionen. Die Anziehungskraft wirkt nicht nur in eine Richtung, sondern ringsum! es entstehen Gitter mit regelmäßigem Aufbau Landsmann, Jürgen HT 1 9

Beispiel: Natriumchloridgitter: Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Ionenbindungen liegen in Salzen oder Stoffen mit salzartigem Charakter vor. Ionenbindung ist die Bindungsart zwischen Metallen und Nichtmetallen. Atombindung: Eigenschaften von Stoffen, die durch Ionenbindung miteinander verbunden sind: fest (hart aber spröde) wasserlöslich in Schmelz oder Lösung gute elektrische Leiter Landsmann, Jürgen HT 1 10

Christoph Michel22. Oktober 2019

Wir schmelzen Wachs und kochen ein Ei. Was ist der Unterschied? Der eine Vorgang ist umkehrbar, der andere nicht. Das Ei wird beim Kochen fest und verändert sich dabei chemisch. Das Wachs wird beim Erwärmen flüssig und beim Abkühlen wieder fest - ein physikalischer Vorgang. Hier könnt ihr den Unterschied zwischen Chemie und Physik einfach ausprobieren.

• Was braucht ihr dazu: ein hitzefestes Glas, eine Kerze, eine hitzefeste Unterlage
• Schwierigkeitsgrad: mittel, nur mit Hilfe eines Erwachsenen
• Altersempfehlung: ab sechs Jahren

Hier ist das "Physik oder Chemie?" Video Experiment

Und so geht das "Chemie oder Physik?" - Experiment

Für dieses Experiment nehmt ihr am besten ein feuerfestes Glas, zum Beispiel ein Reagenzglas oder ein Teeglas oder einen kleinen Metalltopf. Denn ihr erhitzt zwei Sachen aus dem Haushalt.

Von einer Kerze schabt ihr etwas Wachs ab und von einem rohen Ei nehmt ihr nur das Eiklar.

Beides wird nun - natürlich getrennt voneinander - erhitzt. Wir haben das über einer offenen Flamme gemacht. Das funktioniert aber genauso gut auf einer Herdplatte im Topf. Hier müssen natürlich die Erwachsenen helfen.
Was passiert, wenn ihr das Wachs erhitzt und was passiert beim Erhitzen von Eiklar? Und was könnt ihr beobachten, wenn ihr beides wieder kalt werden lasst?

Was passiert bei diesem Experiment und warum ist das so?

Wenn ihr das Wachs erhitzt, schmilzt es und wird flüssig und klar. Wenn es wieder kalt wird,  wird es wieder fest und undurchsichtig. Das könnt ihr so oft wiederholen wie ihr wollt. Dieser Vorgang ist umkehrbar - man sagt auch reversibel. Das Wachs ändert nur vorübergehend seinen Zustand, es schmilzt und wird dabei flüssig und klar.

Ganz anders ist es mit dem Eiklar. Wenn ihr das erhitzt, wird es weiß und fest. Lasst ihr es wieder abkühlen, wird es nicht wieder flüssig und klar. Es hat sich für immer verändert. Dieser Prozess ist nicht umkehrbar. Das Eiklar hat sich in seiner chemischen Struktur verändert. Beim Ei sagt man auch es ist geronnen oder die Natur regiert. Das hatten wir auch schon bei diesem Experiment, allerdings ohne Hitze.

Und das ist es auch schon: der Unterschied zwischen Physik und Chemie! Physikalische Vorgänge sind umkehrbar und lassen sich beliebig oft wiederholen, chemische Vorgänge gehen oft nur in eine Richtung und bei der Veränderung ändert sich auch die molekulare Struktur.