CHEMIEGESCHICHTE

Übersicht

1. Alchemie

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

3. Öffentliche Schaustellungen

4. Feuer

5. Schulrelevanz

1. ALCHEMIE

1. Alchemie

• Alchemie vom arabischen Wort "al kymia" = "Kunst der Ägypter" oder vom griechischen Wort "χυμεία" (chymeia) = "Lehre des Gießens"

• Entstehung im 1. Jhd. n. Chr. in Ägypten (Alexandria)

1. Alchemie

Aspekte und Ziele

Alchemie

ChemischerAspekt

SpirituellerAspekt

Ziel:Erlösung der Materie und

damit Läuterung undVervollkommnung der Seele

des Alchemisten

Ziel: Transmutation unedler

Metalle zu Gold

1. Alchemie

Vier-Elemente-Theorie (Aristoteles)

• Existenz einer einheitlichen Urmaterie

• Charakterisierung durch 4 Urqualitäten:warm-kalt, trocken-feucht

1. Alchemie

Schwefel-Quecksilber-Theorie

Primäre TeilchenFeuer, Wasser, Erde, Luft

Sekundäre Teilchen „Schwefel“, „Quecksilber“

Tertiäre TeilchenMetalle

Stoffe Alle

"Salz"

1. Alchemie

Deutung chemischer Reaktionen

• Die Eigenschaften von Stoffen Prinzipien

• Übertragung/Austausch von Prinzipien Änderung der stofflichen Qualitäten

1. Alchemie

Der Stein der Weisen

• Substanz, mit welcher die Transmutation gelingen soll

• Träger der richtigen Qualitäten Folgende Eigenschaften müssen erfüllt sein:

Färben

Eindringen

Fixieren

1. Alchemie

Entdeckungen

• Neben den schon im Altertum bekannten Elementen entdeckten die Alchemisten u.a.:– As (13. Jhd. Albertus Magnus) – Zn (13. Jhd.)– P (17. Jhd. Henning Brand)

• wiederentdeckt wurde:– Porzellan (17. Jhd. Johann

Friedrich Böttger)– Schwarzpulver

1. Alchemie

Stoffklassifikation und -kennzeichnung

• Stoffklassifikation: Somata, Asomata, Pneumata

• Kennzeichnung mittels Symbolen ohne Einheitlichkeit

• Symbole spiegeln oft Analogievorstellungen wieder

Element Gold Silber

Alchemistisches Symbol

Heutiges Symbol Au Ag

1. Alchemie

Alchemie in Europa

• Einführung: 12. Jhd. durch Araber

• Um 1250: weitere Verbreitung nach Erscheinung von „De mineralibus“ (Albertus Magnus)

• Spätes 13. Jhd.: Verbot und Verfolgung durch katholische Kirche

• bis 18. Jhd.: Interesse an Alchemie

1. Alchemie

Versuch 1: Kupfer-Silber-Gold

Cu

Oxidation von Zn 0 +2

Zn(s) + 4OH-(aq)

→ [Zn(OH)4]2-(aq) + 2e-

Zn – Reduktion an Cu +2 0

[Zn(OH)4]2-(aq) + 2e- → Zn(s) + 4OH-

(aq)

LegierungsbildungCu(s) + Zn(s) → CuZn(s)

Δ

2. VON DER ALCHEMIE ZUR MODERNEN CHEMIE

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Chemiatrie (Iatrochemie)

• Begründer: Paracelsus (1493 – 1541) (Theophrast von Hohenheim)

• Neue Zielsetzung der Chemie:– Kein Gold, sondern Medizin

• Krankheit: Überfluss oder Mangel chemischer Prinzipien im Körper

Folge: Chemisches Experiment im Mittelpunkt

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Zweifel an der chemischen Theorie

• Robert Boyle (1627-1691)

• Ziel: Verifizierung alchemistischer Theorien mittels chem. Experiment

• Diskussion der Ergebnisse in „The sceptical Chymist“ („Der skeptische Chemiker“ 1661)

• Ergebnis: chemische Lehre ist unzulänglich

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Phlogistontheorie

• Begründer: Georg Ernst Stahl (1660 – 1734)

• Redox-Theorie

• Phlogiston: „Feuerstoff“ Unterform des Elements Erde

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Deutung von Redox-Reaktionen

1. Verbrennung:

2. Metallverkalkung und -reduktion :

Holz → Asche + PhlogistonJe besser ein Stoff brennt, desto mehr Phlogiston enthält er

Metall → Phlogiston + Metallkalk

Metallkalk + Phlogiston → Metall

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Phlogiston und gasförmige Stoffe

• Isolierungsversuche Entdeckung gasförmiger Stoffe

– Joseph Priestley (1733 – 1804): O2, SO2, CO, Stickoxide

– Henry Cavendish (1731 – 1810): H2

– Carl-Wilhelm Scheel (1742 – 1786): N2, Cl2, HCl(g), H2S

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Versuch 2: Darstellung von Chlor

Braunstein reagiert mit Salzsäure zu Chlorgas und Manganchlorid

-1 +4 0 +2

4 HCl(aq) + MnO2(s) → Cl2(g) + MnCl2(aq) +2 H2O

Chlorgas wird in Thiosulfatlösung eingeleitet+2 0 +6 -1

S2O32-

(aq) + 4 Cl2(aq) +5 H2O → 2 SO42-

(aq) + 8 Cl-(aq) + 10 H+(aq)

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Versuch 3: Verbrennen von Eisenwolle

Eisen wird oxidiert 0 0 +3 +2 +3 -2

3 Fe + 2 O2 → Fe(FeFe)O4

Beobachtung:Die Masse des Eisenoxids ist höher als die des Eisens.

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Problem der Theorie

• Wieso nimmt die Masse zu, obwohl Phlogiston das Metall verlässt?

Lösungsansätze

• Stahl: „negatives Gewicht“ des Phlogistons

• Boyle: Aufnahme von Feuerteilchen

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Die Rolle des Sauerstoffs bei der Verbrennung

• abgeschl. Raum: bis 1/5 Luft verbraucht

• Vakuum: Sublimation

• Reduktion von Quecksilberoxid Sauerstoff

• Reaktion: Wasserstoff und Sauerstoff Wasser

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

• Vermutung von Antoine Laurent de Lavoisier (1743 – 1794):

Sauerstoff verbindet sich mit der verbrennenden Substanz

• Widerspruch zu Boyles Erkenntnis

• Wiederholung Boyles Versuche keine Gewichtszunahme feststellbar

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Gesetz der Erhaltung der Masse (Lomonossow/Lavoisier)

„Im Verlauf einer chemischen Reaktion lässt sich kein Verlust oder Gewinn von Masse beob-achten; die Gesamtmasse aller reagierenden Stoffe ist gleich der Gesamtmasse aller Produkte“

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Deutung von Redox-Reaktionen

1. Verbrennung:

2. Metallverkalkung und -reduktion

Holz + Sauerstoff → Asche + Kohlenstoffoxid + Wärmestoff

Metall + Sauerstoff → Metallkalk + Wärmestoff

Metallkalk + Kohle → Metall + Kohlenstoffoxid

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Wasser ist kein Element

• Bei Verbrennung von „air inflammable“ (Wasserstoff) entsteht Wasser

• Vermutung: Wasser ist kein Element

• Beweis: Zersetzung des Wassers und Nachweis des Wasserstoffs

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Versuch 4: WasserzersetzungWasser wird erhitztH2O(l) → H2O(g)

Wasserdampf reagiert mit Magnesium+1 0 +2 0

H2O(g) + Mg(s) → MgO(s) + H2(g)

H2 Nachweis mittels Knallgasprobe 0 0 +1 -2

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Wasserzersetzung nach Lavoisier

4. ÖFFENTLICHE SCHAUSTELLUNGEN

3. Öffentliche Schaustellungen

Jahrmarkt

• Jahrmarkt: wichtige Institution früherer Jahrhunderte

• Versorgung mit Waren, ärztlicher Hilfe, Medikamenten und Unterhaltung

• Unterhaltung: Quacksalber Darbietung chemischer Experimente

3. Öffentliche Schaustellungen

Öffentliche Experimentalvorlesungen

• Ausgehendes 18. und 19. Jhd.: gesellschaft-liches Interesse an Naturwissenschaften

• pompöse, theatralische Experimental-vorlesungen Einfluss von Jahrmarktschemie

• Etablierung in Deutschland: Justus Liebig (1803 – 1873) Ziel: Naturwissenschaften als Allgemeinbildung

3. Öffentliche Schaustellungen

• Lavoisier: Verbrennung eines Diamanten auf offener Straße

• Zuvor Nachweis im Labor Diamant ist Kohlenstoff

3. Öffentliche Schaustellungen

Versuch 5: Verbrennung von Graphit

Graphit wird oxidiert 0 0 +4 -2

C(s) + O2(g) → CO2(g)

CO2-Nachweis mittels Calciumhydroxidlösung

CO2(g) + Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + H2O

4. FEUER

4.2 Erfindung des Feuerzeugs

Feuer im AltertumFeuererzeugung mittels - Feuerquirl/

Bogenfeuerbohrer (reiben von Hartholzstäbchen in weichem Holz)

- Feuerstein und leicht brennbares Material(z.B. Zunder)

4.2 Erfindung des Feuerzeugs

Tunkhölzer

• Erfinder: Chancel 1805 in Paris

• Zündköpfe: Kaliumchlorat, Schwefel und Gummi-Arabikum

• Eintauchen in Schwefelsäure Zündung

• Verschwanden mit der Erfindung der Sicherheitshölzer

4.2 Erfindung des Feuerzeugs

Versuch 6: Tunkhölzer

KClO3(s) + H2SO4(aq) → KHSO4(aq) + HClO3(aq)

+5 +7 +4

3 HClO3(aq) → HClO4(aq) + 2ClO2(g) + H2O

Explosionsartige Zersetzung der Perchlorsäure:Zersetzungsprodukte: HCl, ClO2, O2, Cl2, Cl2O

Original Tunkhölzchen: Reaktionsablauf analog Explosionshitze entzündet Schwefel, dieser anschließend das Hölzchen.

5. Schulrelevanz

• Historisch entwickelnder Einstieg

• Wecken von Interesse an Chemie

• Nachvollziehen von Entwicklungen, um größeres Verständnis zu entwickeln

• Geschichte im Lehrplan– Die chemische Reaktion– Elementgruppen– Elektrolyse und Ionenbegriff– Atombau, Periodensystem und Ionenbindung

ENDE

ZUSATZMATERIAL

Alchemie

• Im Altertum bekannte Elemente:– C, S, Cu, Ag, Fe, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi, Pt, Au

Alchemie

• Triebkraft: Oberflächenlegierungsbildung

[Zn(OH)4]2- diffundiert in das Cu-Gitter und wird dort reduziert.

Grund: E([Zn(OH)4]2-|ZnCu) > E([Zn(OH)4]2-|ZnZn)

Öffentliche Schaustellungen

hexagonalGraphitα

schrhomboedriGraphitβ

ukturDiamantstr

Erfindung des Feuerzeugs

Döbereiner Feuerzeug

• Johann Wolfgang Döbereiner (1780 – 1849)

• Erforschung Wirkung von Platin auf Flüssigkeiten und Gase

• Kenntniss von Lavoiersiers Wasserzersetzungs-experiment und dessen Synthese aus Wasserstoff und Sauerstoff

• 27. 07. 1823 Entzündung von Knallgas an Platinoberfläche

Erfindung des Feuerzeugs

Döbereiner Feuerzeug

• 03. 08. 1823: Entwicklung des Döbereiner Feuerzeugs

EnergieO2HO2H

HZnSOSOHZn:orgängeChemischeV

2Pt

22

244(aq)2(s)