Kurze Fragen - Kurze Antworten
Aus dem E-Mail-Korb von Professor Blume

E-Mail-Gruppe 245
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F: Experiment zu Robert Mayer für die Grundschule
Als physikalisch völlig Unbegabte kam mir für meine Lehrprobe eine tolle Idee in den Sinn. Wir behandeln im Sachunterricht gerade das Thema "Unsere Stadt Heilbronn". Unter anderem werde ich auf "berühmte Heilbronner" eingehen. Einer der bekanntesten ist nun mal Robert Mayer und ich möchte ihn auf alle Fälle thematisieren. Ich halte es aber für sinnvoll den Kindern (3. Klasse Grundschule) ihn nicht nur anhand seiner Lebensdaten, sondern die Bedeutung seiner Erkenntnis an einem Experiment vorzustellen.

Mir fällt nun die Einordnung seines Satzes ziemlich schwer. Je mehr ich die Suchmaschinen betätige, umso komplexer wird die Thematik und dabei dachte ich, dass das doch ganz einfach nachzustellen wäre. Meine Vorstellung ging in Richtung "Fahrrad treibt Fernseher an". Allerdings geht es vielleicht auch etwas unaufwändiger? Bzw. ohne Formeln und ohne große Grundvoraussetzungen?

Ich bin mir fachlich auch sehr unsicher, ob es nun wirklich dem Satz Mayers entspricht. Im Endeffekt ist seine Beobachtung ja der 1. Hauptsatz der Thermodynamik und somit Grundlage für den Energieerhaltungssatz. Ich hätte daher prinzipiell kein Problem damit, wenn das Experiment nicht ganz auf Robert Mayer zurückgeht, aber seine Beobachtung einfach Grundlage für diesen Effekt darstellt. Auf Ihren Seiten, die mir schon oft sehr hilfreich waren, konnte ich konkret leider nichts finden. Ich bin mir eben auch nie sicher, inwiefern die entsprechenden Versuche noch wirklich mit Mayer zusammenhängen.

Ich drehe mich momentan nur im Kreis und hoffe, dass Sie mir in irgendeiner Art und Weise helfen können.


A: Ihre Idee finde ich gut. Die Erkenntnis von Mayer war vor allem, dass keine Energie verloren geht. Das beinhaltet wohl sein „Satz“, von dem Sie sprechen.
Dass keine Energie verloren gehen kann heißt aber auch: Energie muss sich in andere Formen umwandeln können.
Historisch: Die Diskussion darüber wurde durch folgende Beobachtung ausgelöst: Beim Bohren von Kanonenrohren wurden diese derartig heiß, dass sie förmlich glühten. Mechanische Energie wurde also in Wärmeenergie umgewandelt. Kinder können ihre Hände reiben, dann wird es auch warm.
Der Aspekt des Fahrraddynamos (man braucht dazu keinen Fernseher!) zum Betreiben eines Glühlämpchens wäre schon gut geeignet: Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie. Dann würde ich noch erzählen, wie der Strom in die Steckdose kommt.
Man braucht dazu keine Formeln.


F: Vielen vielen Dank für Ihre email. Sie haben mich wirklich viel weiter gebracht und ich kann wieder klar sehen. Es dreht sich also kein Physiker im Grab herum, wenn ich den nächsten Schritt, also das Umwandeln von Energie mit ins Boot hole und von ganz einfachen, alltägliche Erscheinungen wie das Händereiben aufgreife.
Jetzt fühle ich mich fachlich etwas sicherer und freue mich richtig auf die Stunde. Eventuell gibt es nämlich meine Examensstunde und meine Prüfer werden hoffentlich darüber staunen, wie man historisches Lernen mit der naturwissenschaftlichen Perspektive verknüpfen kann.


A: In der Grundschule kann man nicht innovativ genug sein. Schade, dass sich die Physiker (wie hier in Bielefeld) fast gar nicht mit in die Grundschullehrer-Ausbildung einbringen.


1382
F: In meinem Chemiebuch wird Eisessig als Ampholyt entsprechend der Brönstedschen Säure-Base-Theorie angegeben. Wie lässt sich dieses Verhalten erklären?


A: In reiner Essigsäure stehen die Moleküle so Kopf an Kopf, dass sie sich durch H-Brücken stabilisieren. Dabei kann es zu einem Protonenaustausch zwischen zwei Molekülen kommen. So wirkt ein Molekül als Säure, das andere als Base.

CH3COOH + CH3COOH ———> CH3COOH + H+ + CH3COO-

Ich glaube aber nicht, dass dieser Protonenaustausch bedeutend ist, denn m. E. leitet Eisessig nicht den elektrischen Strom.


1383
F: Im Artikel Chemie mit Acetylen beschreiben sie wie ethin mit chlor reagiert (versuch 4). Nun meinte mein Lehrer aber, dass es hier auch zu einer Addition zu Dichlorethen und Trichlorethan kommt und, dass dies in 90% der fälle zutrifft, das hat mich wiederum irritiert ,weil sie in versuch 3 beschrieben haben, dass ethin mit Brom eine relativ geringe Neigung hat zu addieren.
nun ist meine frage ob chlor da eine Ausnahme bei den Halos macht oder ob mein Lehrer einfach falsch liegt.


A: Die Bildung der von Ihrem Lehrer angesprochenen chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKW) findet natürlich auch statt. Aber nur in kleinstem Umfang: Unter den Bedingungen des Versuchs ist wohl kaum eine große Ausbeute (anders als von ihm angedacht zu 90 %!) zu erwarten: Schließlich kommt es ja sogar zur Entzündung des Reaktionsgemischs… So entsteht mehr Ruß als CKW-Mischung.

Haben Sie den Versuch überhaupt schon mal gemacht?

Der Grund für den merkwürdigen Reaktionsablauf: Chlor reagiert so heftig, weil es gleich nach seiner Entwicklung aus HCl/KMnO4 nicht molekular als Cl2, sondern in Form von Einzelatomen Cl• vorliegt. Es handelt sich um Radikalmechanismen.

Aber auch Ethin und molekulares Chlor bilden ein „heftiges Paar“… Mischen Sie die Gase nur unter Einhaltung besonderer Vorsichtsmaßnahmen.

Das alles sind Gründe, weshalb man Halogenalkane nicht aus dem billigen Ethin (also letztlich aus Calciumcarbid oder aus Kalk und Kohle) herstellt, sondern durch Reaktion zwischen Alkoholen und Halogenwasserstoffen bzw. zwischen Alkoholen und Phosphorhalogeniden. Bekannt ist auch die radikalische Direkthalogenierung von Alkanen. Ihr Lehrer sollte hierzu z. B. das Lehrbuch der Organischen Chemie von H. Beyer (S. Hirzel-Verlag) kontaktieren…

Das Verhalten gegenüber dem Chlor ändert aber leider nichts daran, dass mit Ethin die klassische Bromierungsreaktion wesentlich langsamer verläuft als mit Ethen. Wie wär´s, wenn Sie/Ihr Lehrer auch das einmal ausprobieren würden?


1384
F: Hallo! Wir haben in der Schule den Versuch "Härten von fetten Ölen durchgeführt, aber unsere Ergebnisse weichen von der Musterlösung ihrer Homepage ab. Bei uns ist Schwefelwasserstoff entstanden....vielleicht könnten Sie mir eine Antwort geben warum dies passieren konnte.


A: Sie meinen vielleicht den Versuch /dc2/haus/v012.htm.
Hierbei wird Wasserstoff durch Reaktion mit Zink und Schwefelsäure hergestellt. Dabei kann es zur Reduktion der Schwefelsäure zu Schwefeldioxid und auch zu Schwefelwasserstoff kommen. Das sind aber nur Spuren, die allerdings sehr geruchsintensiv sind...
Bei der Reaktionsgleichung („Musterlösung“) brauchen Sie so etwas nicht zu berücksichtigen.
Der Versuch sollte aber ansonsten so wie beschrieben ablaufen.


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F: Hallo
In meinem Leistungskur Biologie behandeln wir gerade Biochemie, speziell Lipide.
Meine Lehrer erklärte uns, das gesättigte Fette im festen Aggregatzustand vorkommen ungesättigte aber im flüssigen.
Dazu kam dann die Frage auf, wieso ungesättigte Fette mit ungefähr der gleichen Kettenlänge wie gesättigte, nur aufgrund einer (oder mehrerer) Doppelbindung, einen anderen Aggregatzustand haben?
Es währe schön, wenn sie darauf eine Antwort hätten.


A: Das liegt an der sterischen Anordnung der Atome in der Doppelbindung. Diese ist bei den ungesättigten Fettsäuren cis-konfiguriert. Daher kommt es zu einem Knick in der ansonsten linearen Molekülkette. Deshalb kristallisiert die Fettsäure nur schlecht und hat deshalb einen tieferen Schmelzpunkt. Das heißt, ungesättigte Fettsäuren sind bei Zimmertemperatur flüssig.
Hierzu haben wir eine Webseite im Bereich Unterrichtsmaterialien -> Kohlenwasserstoffe: "Cis und trans" oder "Diesseits und gegenüber".

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Letzte Überarbeitung: 19. Februar 2008, Dagmar Wiechoczek