2. Von der Alchemie zur modernen Chemie 3. Öffentliche Schaustellungen

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 Alchemie

Chemischer Aspekt Chemischer

Aspekt Spiritueller

Aspekt Spiritueller

Aspekt

Ziel:

Erlösung der Materie und damit Läuterung und Vervollkommnung der Seele

des Alchemisten Ziel:

Erlösung der Materie und damit Läuterung und Vervollkommnung der Seele

des Alchemisten Ziel:

Transmutation unedler Metalle zu Gold

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 Teilchen

Feuer, Wasser, Erde, Luft

Primäre Teilchen

Feuer, Wasser, Erde, Luft

Sekundäre Teilchen

„Schwefel“, „Quecksilber“

Sekundäre Teilchen

„Schwefel“, „Quecksilber“

Tertiäre Teilchen

Metalle

Tertiäre Teilchen

Metalle Alle Stoffe

"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 Färben

Eindringen Eindringen

Fixieren

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 Silbe r 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

Zn

+ 4OH

→ [Zn(OH)

]

+ 2e

Zn – Reduktion an Cu

+2 0

[Zn(OH)

]

+ 2e

→ Zn

+ 4OH

Legierungsbildung

Cu

+ Zn

→ CuZn

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 + Phlogiston Je 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): O ₂ , SO ₂ , CO, Stickoxide

– Henry Cavendish (1731 – 1810): H ₂

– Carl-Wilhelm Scheel (1742 – 1786): N ₂ , Cl ₂ , HCl _(g) ,

H ₂ S

2. Von der Alchemie zur modernen Chemie

Versuch 2: Darstellung von Chlor

Braunstein reagiert mit Salzsäure zu Chlorgas und Manganchlorid

-

4 HCl _(aq) + MnO _2(s) → Cl _2(g) + MnCl _2(aq) +2 H ₂ O

Chlorgas wird in Thiosulfatlösung eingeleitet

+2 0 +6 -1

S 2 O 32- (aq) + 4 Cl 2(aq) +5 H 2 O → 2 SO 42- (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 O ₂ → Fe(FeFe)O ₄

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: Wasserzersetzung

Wasser wird erhitzt H 2 O (l) → H 2 O (g)

Wasserdampf reagiert mit Magnesium

+1 0 +2 0

H 2 O (g) + Mg (s) → MgO (s) + H 2(g)

H ₂ Nachweis mittels Knallgasprobe

0 0 +1 -2

2 H 2(g) + O 2(g) → 2 H 2 O (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) + O _2(g) → CO _2(g)

CO ₂ -Nachweis mittels Calciumhydroxidlösung CO _2(g) + Ca(OH) _2(aq) → CaCO _3(s) + H ₂ O



4. FEUER

4.2 Erfindung des Feuerzeugs

Feuer im Altertum

Feuererzeugung 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

KClO 3(s) + H 2 SO 4(aq) → KHSO 4(aq) + HClO 3(aq)

+5 +7 +4

3 HClO _3(aq) → HClO _4(aq) + 2ClO _2(g) + H ₂ O

Explosionsartige Zersetzung der Perchlorsäure:

Zersetzungsprodukte: HCl, ClO ₂ , O ₂ , Cl ₂ , Cl ₂ O

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- |Zn _Cu ) > E([Zn(OH) ₄ ] ^2- |Zn _Zn )

Öffentliche Schaustellungen

hexagonal α Graphit

sch rhomboedri

Graphit β

uktur

Diamantstr

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

Energie O

2H O

2H

H ZnSO

SO H

Zn

: orgänge ChemischeV

2 Pt

2 2

4 2 4(aq)

2 (s)















