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Die vier ElementeExperimentalvortrag von Elisabeth Sieg
25.06.2009
2
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
8
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
19
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
24
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
25
V4: Nitritnachweis
Ausgangsstoffe:
Sulfanilsäure C6H
7NO
3S
1-Naphthylamin C10
H9N
Essigsäure C2H
4O
2
Lahnwasser H2O
Lunges Reagenz
26
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
28
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
37
V7: Magisches Feuer
Ausgangsstoffe:
Zinkstaub Zn
Ammoniumnitrat NH4NO
3
Ammoniumchlorid NH4Cl
Strontiumchlorid SrCl2
Wasser H2O
38
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
39
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
43
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
45
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
46
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!