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F: Grüße Sie, seit einiger Zeit suche ich Magnetit, das ich zu therapeutischen Zwecken (Wetterfühligkeit, vegetative Unstimmigkeiten,.. ) nutzen möchte. Gibt es Ihres Wissens darüber naturwissenschaftliche Erfahrungen?
Können sie bestätigen, dass das Magnetfeld dieses Minerals an Hand der vorhandenen Elemente entsprechend frequentiert wird?
Können Sie mir evtl. weiterhelfen und mir einen Tip geben, woher ich dieses preisgünstig beziehen könnte?!

A: Naturwissenschaftliche Untersuchungen dieser Art sind mir nicht bekannt. Vor allem dürfte das Magnetfeld der Erde um ein Vielfaches stärker sein. Ihre zweite Frage verstehe ich allerdings nicht.
Magnetit gibt es, wie Sie unserem Tipp des Monats Juni 1998 entnehmen können, an der Ostsee oder auf Urlaubsinseln wie den Kanaren in rauhen Mengen als Sandbestandteil und kann mit einem Magneten eingesammelt werden. Größere Kristalle besorge ich mir auf Mineralienbörsen. Fragen Sie deshalb mal in einem Mineralienladen nach, ob die Ihnen etwas besorgen können.

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F: Wie sind Eisenkristalle aufgebaut? Wie liegen da die Eisenatome vor?

A: Hier ein einfaches Modell: Eisen ist wie alle Metalle kristallin aufgebaut. Die Eisenatome bilden ein perfektes Kristallgitter, das Metallgitter. Da Eisen verschiedene Modifikationen bildet, sollte man nicht genauer in das Kristallgefüge hineinblicken. Es reicht m. E. darauf hinzuweisen, dass die Atome dichtest gepackt sind. Jedes Eisenatom ist von etwa 10 anderen Eisenatomen umgeben. Zu all diesen kann es keine Bindungen bilden, da es gar nicht soviele Außenelektronen hat. Deshalb geben alle Eisenatome im Durchschnitt 1-2 Elektronen an die Umgebung ab. Die zurückbleibenden, positiven Atomrümpfe teilen sich alle Elektronen, die wie Kitt die Atomrümpfe zusammenhalten; man spricht treffend von einem Elektronengas-Modell.
Wegen der hohen Beweglichkeit dieser Elektronen kommt es zur bekannten elektrischen Leitfähigkeit der Metalle, aber auch zum metallischen Glanz, da Elektronen Licht reflektieren. Dass der elektrische Strom mit der Erwärmung des Metalls abnimmt (Widerstand steigt an), kann ebenfalls mit diesem Modell erklärt werden: Dann schwingen die Atomgitter so stark, dass die Elektronen nicht mehr richtig im elektrischen Feld wandern können.
Bei der Bindung mit Sauerstoff greift sich dieser an der Metalloberfläche zwei Elektronen pro Sauerstoffatom. Zurückbleiben positiv geladene Eisenatome, die sich mit dem Sauerstoff in einer Ionenbindung zusammentun. Metalloxide sind wie Chloride und andere Salze also ionisch aufgebaut, sie gehören genaugenommen zu den Salzen.
Manche Metalle geben die Elektronen nicht so leicht an Sauerstoff ab; man spricht dann von Edelmetallen.

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F: Ich habe vor, eine besondere Lernleistung für mein Abitur zu schreiben. So wollte ich anfragen, ob Sie Material für mich haben! Ich wollte mich auf die Kristallzüchtung mit organischem Material spezialisieren.

A: Erfahrungsgemäß gibt es im organischen Bereich kaum große, spektakuläre Kristalle, wie sie in der Anorganik anfallen. Prinzipiell kann jeder organische Festkörper kristallin anfallen. Auf unserer Kristallwebseite kannst du allgemeines zur Kristallzüchtung lesen. Ich glaube, da taucht auch die Kristallisation von Salol auf. Gib das Stichwort in unsere serverinterne Suchmaschine ein. Saccharose lässt sich unter Schulbedingungen nur schwer zu Kandis kristallisieren.
Das Problem in der Kristallzüchtung in der Organik ist, dass die Lösemittel, die verdunsten, oftmals toxisch und zudem noch brennbar sind.
Proteinkristalle, wie wir sie in unserer Kristallwebseite beschreiben, kannst du ebenfalls nicht so einfach züchten.

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F: Meine Schüler haben interessiert über Fullerene im Internet recherchiert und wollen jetzt einige Versuche selbst durchführen. Problem: Gefährlichkeit solch einer wenig erforschten Stoffgruppe. Welche Hinweise gibt es über carzinogen Eigenschaften. Wie kann ich als Lehrer verantwortungsvollen Schutz bieten?

A: Fullerene können Sie bedenkenlos den Schülern in die Hand geben. Bislang gibt es keinerlei Hinweise auf carcinogene oder andere toxische Wirkungen dieser viel bearbeiteten Stoffklasse. Zu den Fullerenen sollten Sie übrigens unsere Homepage besuchen und dort die Fulleren-Webseite "Fullerene in der Schule" aufschlagen. Hier beschreiben wir in der Rubrik: "Vor den Experimenten zu lesen" auch die Sicherheitsmaßnahmen. Gehen Sie mit Fullerenen um wie mit Ruß: Diese Xi-Stoffe sollte man nicht einatmen und Hautkontakt vermeiden.

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F: Ich möchte Trainingsunterlagen zum Thema kombinatorische Chemie bzw. parallele Synthese erstellen und bin auf der Suche nach eindrücklichen Demoreaktionen. Die von Ihnen beschriebenen Reaktionen an C₆₀ sind zum Teil schnell durchzuführen und könnten, durch Farbumschlag, gut visuell beurteilt werden. Leider sind keine Angaben bezüglich der zu erwarteten Produktausbeuten angegeben.

A: Die von uns beschriebenen Experimente zu den Fullerenen sind "classroom-experiments" und sollen ausschließlich in die Chemie dieser Stoffklasse einführen. Sie sollen die Eigenschaften der Fullerene deutlich machen, also u. a. die Frage klären helfen, ob es sich bei den F. um Aromaten oder Alkene handelt (etc.). Des weiteren soll gezeigt werden, wie vielfältig die Reaktionen sind und wie leicht es ist, Derivate herzustellen. Dabei steht auch die Idee im Vordergrund, die Alkenchemie farbiger zu gestalten. Deshalb sind viele Experimente von uns nicht in der Literatur gefunden, sondern schlicht Allerweltsexperimente der Alkenchemie, die wir auf die Fullerene übertragen haben. Bei solchen Experimenten steht die Ausbeute nicht im Vordergrund. Wie Sie bemerkt haben, isolieren wir auch keine Präparate. Sie werden dabei überhaupt Schwierigkeiten haben, da die Additionen und anderen Reaktionen zu statistischen Produktgemischen führen und die Isolierung einzelner, sauber charakterisierbarer Substanzen hochwertige Chromatographie-Verfahren zur Voraussetzung hat. Als einzige Charakterisierung haben wir für uns zur Kontrolle regelmäßig UV/VIS, IR und NMR genutzt, haben darüber aber (bis auf VIS) nicht weiter berichtet, da die Schulen, für die diese Webseite eigentlich ausschließlich gedacht war, über diese Geräte kaum verfügen.

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F: Kann eine Brennstoffzelle auch mit pflanzenöl betrieben werden? wenn ja: wie?

A: Mit Pflanzenöl direkt geht's meines Wissens nicht. Dazu ist das Öl zu viskös. Man könnte dieses vorher aber in einem "Reforming-Prozess" in Wasserstoff und CO₂ überführen. Die speist man in die Brz ein. Solche Techniken gibt es schon auf dem Markt, allerdings mit Schweröl und Teersanden.

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F: Ich möchte mich mit der materie erneuerbare energien, speziell wasserstoff-technologie in verbindung mit solarzellen beschäftigen. meiner meinung nach ist das die sinnvollste und auch einzige möglichkeit, in zukunft den energiebedarf der erde zu decken. Ich werde in diesem jahr das bauingenieruwesen-studium an der fh würzburg abschliessen. können sie mir anregungen oder ansprechpersonen nennen, die mir helfen können, trotz der ungeeigneten vorbildung, vielleicht durch aufbaustudium oder ähnliches, in diesem gebiet fuß zu fassen.

A: Hier ist eine Web-Adresse, die für Sie einen guten Einstieg bedeuten könnte: www.hyweb.de.
Hier sind viele interessante Links zu Ihrer Thematik zu finden.

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F: Ich habe bezüglich der Brennstoffzelle eine Frage. Die Wirkungsgrade und Leistungen der Brennstoffzelle sind ja wirklich toll. Was ist aber mit der nötigen Betriebstemperatur? Woher kommt diese Temperatur? Muss sie nach dem Fahren immer aufrecht erhalten werden? Wie lange braucht es, dass diese Temperatur erreicht wird? Wann ist das Fahrzeug wirklich verfügbar? Kann man nach dem Schlüsselumdrehen sofort wegfahren?

A: Die Energie der Brennstoffzelle stammt aus der Redoxreaktion zwischen z. B. Wasserstoff und Sauerstoff. Da diese nur zum Teil in elektrische Energie umgewandelt werden kann (Wirkungsgrad < 1), wird der Rest als Wärme freigesetzt. Diese ist sowieso notwendig, um mit der Restluft das Reaktionsprodukt Wasser aus der Zelle auszudampfen. Die Temperatur wird rasch erreicht, Vorheizen ist zumindest bei den Protonenaustauschermembran-Zellen (PEM-FC) nicht notwendig. Bei den Hochtemperaturzellen wohl. Da kann die Aufheizung einige Tage dauern.
Die Temperatur wird aber durch die Energieumwandlung aufrechterhalten. Man kann nach meinen Informationen also sofort losfahren. Weitere diesbezügliche Fragen sollten an die Hersteller solcher Fahrzeuge wie z. B. Daimler-Benz gestellt werden.

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F: Ich mache im Rahmen der 11. Klasse Waldorfschule ein Jahresprojekt zu den Brennstoffzellen. Das Projekt soll sowohl einen theoretischen wie auch praktischen Teil beinhalten. Ich habe deshalb mehrere Fragen an Sie:
Ist es im Rahmen eines solchen Projektes möglich, eine Brennstoffzelle zu bauen, mit der ein Modellauto bzw eine "Seifenkiste" von der Leistung und den Kosten her betrieben werden kann.
Woher beziehen Sie die Materialien?

A: Die von Ihnen ins Auge gefasste Brennstoffzelle werden Sie technisch nicht realisieren können.

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F: Was ist eine Brennstoffzelle? Bitte, bitte schnell

A: Brennstoffzellen (BRZ) sind elektrochemische Elemente, bei denen unter Vermittlung katalytisch wirkender Elektroden die Energie chemischer Redoxreaktionen zwischen Brennstoffen und Sauerstoff direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird der Brennstoff aus einem Tankvorrat laufend nachgeliefert. Sauerstoff steht mit der Luft ausreichend zur Verfügung. Anders als bei Batterien oder Akkus hört deshalb der stromliefernde Prozess wegen Verbrauchs der Redoxreaktions-Partner nicht auf.
Wenn du mehr wissen willst, besuche unsere Brennstoffzellenseite.

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F: Ich bin 19 Jahre alt, Schüler eines Gymnasiums und arbeite gerade an meiner Facharbeit mit dem Thema "energetische Nutzung von Biomasse mit Brennstoffzellenverfahren". Ich wäre Ihnen sehr dankbar, wenn Sie mir Informationsmaterial zusenden könnten, aus dem hervorgeht, in wie weit die Kombination von Brennstoffzellen und Biogas möglich ist, aus ökonomischer und chemischer Sicht.

A: Hierzu gibt es eine Reihe von Arbeiten, die erfolgversprechend sind. So ist auch die Bielefelder Brennstoffzelle für Biogas konzipiert worden. Denn Biogas besteht ja zum größten Teil aus Methan. Das Hauptproblem ist die Reinigung des Gases vor Eintritt in die Brz, hier vor allem die Entfernung der Schwefelverbindungen, die die Katalysatoren der Elektrodenoberflächen vergiften.

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F: Als Chemielehrer ist mir der Einsatz von Glucose als Reduktionsmittel (in der Brennstoffzelle) bis jetzt unbekannt gewesen. Wie lässt sich Ihrer Meinung nach die Teilgleichung im Kathodenraum formulieren (muss das alkalische Milieu dabei berücksichtigt werden?)?

A: Die Glucose wird im Anodenraum (= Minuspol) (nicht Kathodenraum!) zu Gluconsäure oxidiert.

R-CHO + 2 OH^- ———> R-COO^- + 2 e^-

Sie können die Gleichung auch mit H₂O anstelle von OH^- formulieren:

R-CHO + H₂O ———> R-COOH + 2 H⁺ + 2 e^-

Alkalisches Milieu ist notwendig, um die Protonen zu binden. Außerdem ist das Redoxpotential von Glucose im Alkalischen niedriger, so dass das Oxidationsmittel O₂ eher greift.
Die Reaktionsgleichungen oben sind nur formal zu verstehen. In Wirklichkeit gibt es eine Vielzahl von Glucoseabbauprodukten, u. a. auch Mehrfachketone, die untereinander vernetzen (daher die zunehmende Gelb-Braun-Färbung der Lösung).

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F: Kann man dem Redox-Paar Glucose/Gluconsäure auch ein Standard-Elektrodenpotential zuordnen, wenn ja welches, bzw. wo finde ich die Einordnung solcher org. Systeme?

A: Der E₀-Wert von Glucose/Gluconolacton bei pH 7: -0,364 V (Gluconsäure entsteht erst im zweiten Schritt). Der Wert für alkalisches Milieu ist mir nicht bekannt, liegt aber tiefer und kann über die Nernst-Gleichung berechnet werden. Mit jeder pH-Wert-Steigerung um 1 sinkt es um 59 mV.
Quelle: CRC-Handbook for Biochemistry.

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