Die vier Elemente Experimentalvortrag von Elisabeth Sieg 25.06.2009

Die vier ElementeExperimentalvortrag von Elisabeth Sieg

25.06.2009

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Gliederung

1. Der Elementbegriff bei den Griechen

2. Feuer

3. Wasser

4. Luft

5. Erde

6. Die vier Elemente in der Alchemie

7. Die vier Elemente heute

8. Schulrelevanz

9. Literatur

3

Der Elementbegriff bei den Griechen

Thales Wasser als Urprinzip

Anaximenes Luft als Urprinzip

Heraklit Feuer als Urprinzip

Empedokles Vier Elemente

ca. 650 v.Chr

ca. 322 v. Chr

4

Empedokles Vier Urstoffe als

„Wurzeln“ aller Dinge

Begründer der „Vier-

Elemente-Theorie“

Elemente als göttliche

Naturmächte

Liebe ↔ Hass http://www.wissen.de/wde/generator/substanzen/bilder/sigmalink/e/em/emp_/empedokles

5

Thales Wasser als Urprinzip

Anaximenes Luft als Urprinzip

Heraklit Feuer als Urprinzip

Empedokles Vier Elemente

Platon Formen als Urelemente

ca. 655 v.Chr

ca. 322 v. Chr

Der Elementbegriff bei den Griechen

6

Die platonischen Körper

Tetraeder= Feuer

Oktaeder = Luft

Kubus = Erde

Ikosaeder = Wasser

Dodekaeder = Universum

http://138.232.99.40/081008_0400/081008-020.jpg

7

Thales Wasser als Urprinzip

Anaximenes Luft als Urprinzip

Heraklit Feuer als Urprinzip

Empedokles Vier Elemente

Platon Formen als Urelemente

Aristoteles Transmutation

ca. 655 v.Chr

ca. 322 v. Chr

Der Elementbegriff bei den Griechen

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Das aristotelische Elementenviereck

Erde = kalt, trocken

Luft = heiß, feucht

Feuer = heiß, trocken

Wasser = kalt, feucht http://www.georg-vor.de/ASTRO/bilder_astro/elemente.gif

9

Feuer

Zähmung des Feuers

Heraklit

Mittelalter: Feuer als

belebte Substanz

Religion: Reinigung,

Geister, Götter

Wo Rauch ist, da ist auch Feuer

http://www.philipp-winterberg.de/galerie/Lagerfeuer.jpg

10

V1: Vulkan

Ausgangsstoff:

Ammoniumdichromat (NH4)

2Cr

2O

7

11

V1: Vulkan

Auswertung:

Oxidation

Reduktion

3 6 0 3

2 ( )4 2 2 7 ( ) 2 ( ) 2 3 ( )( ) 4gs g sN H C r O N H O C O + +

D¾¾® ­ + ­ +

12

Feuer

Chemische Verbrennung mit Flammenbildung

Heute: „anfeuern“,

„Spiel mit dem Feuer“

Wo Rauch ist, da ist auch Feuer

http://thomasangerer.files.wordpress.com/2009/04/osterfeuer.jpg

13

V2: Feuer unter Wasser

Ausgangsstoffe:

Kaliumpermanganat KMnO4

Schwefelsäure H2SO

4(konz)

Ethanol C

2H

6O

14

V2: Feuer unter Wasser

Auswertung:

OxidationReduktion

OxidationRRR

Reduktion

4 ( ) 2 4 ( ) 2 4 ( ) 2 7 ( ) 2s l a q aqKMnO H SO K SO Mn O H O+ ® + +

7 2 4 0

7 ( ) 2 ( )2 2 ( )2 1, 5a q ga qM n O M n O O+ +

® + ­

-3 -1 0 + 4 -2

® ­ ­2 (g ) 2 (g )3 2 (a q ) 2 (g )C H C H OH + 3 O 2 C O + 3H O

15

Wasser

Thales von Milet:

Wasser als Urelement

Religion: Taufe

Mittelalter:

„Jungbrunnen“, Quellen

Stille Wasser sind tief

http://www.gartenatelier.de/images_gardena/springbrunnen_07815-20-L-002-15cm.jpg

16

V3: Springbrunnen

Ausgangsstoffe:

Ammoniak NH3

Wasser H2O

Kupfersulfat CuSO4

17

V3: Springbrunnen

Auswertung:

3 ( ) 2 4 ( ) ( )g aq aqNH H O NH OH+ + ® +

2 2 24 ( ) ( ) 4 ( )

H Os aq aqC uSO C u SO+ + ¾ ¾ ¾® +

[ ]®2+2+

(a q ) 3 (g ) 3 4 (a q )C u + 4N H C u (N H )

18

Wasser

Meere, Seen, Flüsse

Niederschlag

Entstehung des Lebens

Chemische

Verbindung: H2O

Stille Wasser sind tief

http://www.jump-in-mint.de/Was/PublishingImages/wasser2.jpg

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D1: Wasseruntersuchungen

http://fr.vwr.com/tedis/fr_FR/img/4/1.11151.0001.JPG

20

D1: Wasseruntersuchungen

Nitritnachweis im Lahnwasser

0,3- 0,5 mg/L

21

D1: Wasseruntersuchungen

Nitratnachweis im Lahnwasser

10 mg/L

22

D1: Wasseruntersuchungen

Ammoniumnachweis im

Lahnwasser 0,4 mg/L

23

D1: Wasseruntersuchungen

pH7,7 10 0,3 - 0,4 0,4

7 5 0 0

5,5 0 0 0

8 10 0 0

9,5 25 10 0,5

Wasser Nitrat /mg/L Nitrit /mg/L Ammonium /mg/LLahnVolvic

entionisiertLeitung

Grenzwerte

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Demo 1: Wasseruntersuchungen

Solms- Oberbiel/Lahn (Monatsmittelwerte)

pH 01.01.09 6,3 1,2 2 001.02.09 7,8 1,4 2 001.03.09 7,8 0 2 001.04.09 8,1 0 2 001.05.09 7,7 0,3 2 001.06.09 - - - -01.07.09 - - - -

Zeit Nitrat /mg/L Nitrit /µgL Ammonium /mg/L

Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG)

http://www.hlug.de/medien/wasser/recherche/recherche.php

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V4: Nitritnachweis

Ausgangsstoffe:

Sulfanilsäure C6H

7NO

3S

1-Naphthylamin C10

H9N

Essigsäure C2H

4O

2

Lahnwasser H2O

Lunges Reagenz

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V4: Nitritnachweis

Auswertung:

27

Luft

Anaximenes: Luft als Urstoff

Religion: Himmel

Wetter, Wirbelstürme

Gasgemisch der Erdatmosphäre

Atmung, Photosynthese

Man braucht Luft zum Atmen.

http://www.meister-der-elemente.de/img/luft/luft_285_768.jpg

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V5: Luftverbrennung

Ausgangsstoffe:

Stickstoff N2

Sauerstoff O2

Methylorange C14

H14

N3NaO

3S

Wasser H2O

29

V5: Luftverbrennung

Auswertung:

Reaktion im Lichtbogen

Reaktion beim Abkühlen

0 0 2 2

2 ( ) 2 ( ) ( )2g g gN O N O+

+ ®

Reduktion

Oxidation

2 0 4 2

( ) 2 ( ) 2 ( )2 2g g gN O O N O+ +

+ ®

Reduktion

Oxidation

30

V5: Luftverbrennung

Auswertung:

Entstehung von Salpetersäure

Reduktion

Oxidation

4 5 2

2 ( ) 2 ( ) 3 ( ) ( )3 2+ + +

+ ® +g l a q gN O H O H N O N O

31

V5: Luftverbrennung

Auswertung:

Säure in Wasser mit Indikator

3 ( ) ( ) ( ) 2aq aq aqH O Ind H Ind H O+ + ® +

3 ( ) 2 3 ( ) 3 ( )+ + ® +a q a q a qHN O H O H O N O

32

Erde

Mutter- Göttin „Gaia“

Benennung Planeten

Lebensraum

Bodenschätze

„schwarzes Element“

Erde zu Erde, Asche zu Asche, Staub zu Staub

http://www.allgemein1.de/images/erde.jpg

http://www.planet-wissen.de/pics/IEPics/intro_boden_humus2_g.jpg

33

V6: Verkokung von Steinkohle

Ausgangsstoff:

Steinkohle

34

V6: Verkokung von Steinkohle

Auswertung:

Leuchtgas

- H2

45 - 50%

- Methan 15 - 35%

- CO 10 - 20%

- N2

5 - 10%

- CO2

1 - 2%

Steinkohlenteer

- Naphthalin6%

- Phenanthren 4%

- Kresole 2%

- Benzol 1-2%

- Anthracen1%

- Phenol1%

( ) ( ) ( )s g lS te in ko h le L eu ch tg a s S te in ko h le n te e rD¾¾® ­ +

35

Die vier Elemente in der Alchemie

http://symbolischewelten.de/media/Elemente/elemente02.jpg

Die vier Elemente

„Schwefel“ und „Quecksilber“

Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei, Eisen

36

D2: Vier Elemente zu verkaufen

Toluol (Sudan III)

Ethanol + Wasser

Kaliumcarbonat mit Kupfersulfat in Wasser

Sand

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V7: Magisches Feuer

Ausgangsstoffe:

Zinkstaub Zn

Ammoniumnitrat NH4NO

3

Ammoniumchlorid NH4Cl

Strontiumchlorid SrCl2

Wasser H2O

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V7: Magisches Feuer

Auswertung:

Oxidation

Reduktion

20 3 5 0 2

( ) 2 ( )4 3 ( ) ( ) 2

+ +++ ¾¾ ¾® ­ + +H O

s gs sZ n N H N O N Z n O H O

Oxidation

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Die vier Elemente heute

- Alltag

- Kunst und Kultur

- Bezug Natur ?

- Feuer → Energie

- Erde → Boden

http://www.openpr.de/images/articles/8/2/82f.jpg www.stadtwerke-nrw.de/Solarzelle.jpg

www.simaka.de//bilder/erdwaerme_erschliessung.jpg

http://www.energie-visions.de/images/wasserkraft.jpg

40

V8: Brennstoffzelle

Ausgangsstoffe:

Methanol CH3OH

Kaliumhydroxid KOH

Wasserstoffperoxid H2O

2

41

V8: Brennstoffzelle

Auswertung:

Kathode (Ag):

Reduktion

Oxidation0 2

2 ( ) 2 ( )2 4 4g aqO H O e O H

+ + ®

Reduktion

1 1 2 0

2 ( ) 2 ( )( )2 2a q ga qH O O H O+

® + ­

42

V8: Brennstoffzelle

Auswertung:

Anode (Pt):

Gesamt:

Oxidation

2 42

3 ( ) 3 ( ) 28 6 6aq aqC H O H O H C O H O e +

+ ® + +

2 1 4 22

3 2 2 ( ) 3 ( ) 23 2 6a q a qC H OH H O OH C O H O +

+ + ® +Oxidation

Reduktion

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Schulrelevanz

Die vier Elemente Projekt 7

V1 Vulkan Verwendungsverbot -

V2 Feuer unter Wasser Redoxreaktionen 10

V3 Springbrunnen Ammoniak 9

D1 Wasseranalysen Projekt

9/12

44

Schulrelevanz

V4 Nitritnachweis Nachweis/Azofarbstoff 12

V5 Luftverbrennung Redoxreaktionen 10

V6 Steinkohle fossile Brennstoffe 9

D2 Vier Elemente Organik 10

V7 Magisches Feuer Redoxreaktionen 10

V8 Brennstoffzelle Redox/E-Chemie

10/12

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LiteraturverzeichnisBöhme Gernot, Böhme Hartmut : Feuer, Wasser, Erde, Luft: eine Kulturgeschichte der Elemente. Beck, München 2004.

Engels, Siegfried : Auf der Spur der Elemente. VEB Deutscher Verlag, Leipzig 1983.

Hoffmann Mary , Ray Jane: Erde, Feuer, Wasser, Luft. Gerstenberg Verlag, Hildesheim 1995.

Holleman, Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin/New York 2007.

Mortimer, C: Das Basiswissen der Chemie. 8.A uflage. Georg Thieme Verlag Stuttgart 2003.

Roesky, Möckel: Chemische Kabinettstücke- Vulkan. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1996.

Treumann, Rudolf : Die Elemente- Feuer, Erde, Luft und Wasser in Mythos und Wissenschaft. Carl Hanser Verlag, München/Wien 1994.

Van der Sluis, Claudia: Reihe der vier Elemente Teil 1-4 (Erde, Wasser, Feuer, Luft). Iris Bücher und mehr, Amsterdam 2004.

Becker, Harald: Bestimmung von Nitrat, Nitrit und Ammoniak in Gewässerproben. Naturwissenschaftlicher Unterricht Heft 3/1992.

Brandl, H: Ammoniak-Springbrunnen mit Chemolumineszenz-Effekt. Praxis der Naturwissenschaften Heft 4/1993.

Braun, M: Feuer und Licht. Praxis der Naturwissenschaften Heft 5/2003.

Flügel, R: Die Chemie in Versuchen- Luftverbrennung. PHYWE- Schriftenreihe 1971.

Weyer, Jost: Die Alchemie im lateinischen Mittelalter. Chemie in unserer Zeit Heft 1989/1 , Weinheim 1989.

Fachbereich Chemie der Philipps- Universität Marburg Lehrerfortbildung: V7 Methanol/Wasserstoffperoxid- Brennstoffzelle.

Siebold, Dieter: Experimentalvortrag „Kohle“ WS 1978/1979.

www.chemie.uni-ulm.de/experiment/edm0101.html

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