Experimentalvortrag zum Thema Erdalkalimetalle

1. Experimentalvortrag zum Thema Erdalkalimetalle von Petra Grau und Stefanie Zink

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7. Experimentalvortrag zum Thema Erdalkalimetalle

8. Gliederung des Vortrags 1. Kurzer Überblick über die Erdalkalimetalle 2. Vorstellen der Elemente 2.1 Beryllium 2.2 Magnesium V1: Verbrennung von Mg V2: Mg als starkes Reduktionsmittel V3: Mg als starkes Reduktionsmittel (Mg + CuO) Bedeutung für den menschlichen Organismus 2.3 Calcium V4: Reaktion mit H2O Kalkkreislauf: V5: Kalk brennen V6: Kalk löschen V7: Mörtel V8: Calciumnachweis Bedeutung für den menschlichen Organismus 2.4 Strontium V9: Flammenfärbung 2.5 Barium V10: Flammenfärbung V11: Nachweis von CO2 mit Barytwasser 2.6 Radium 3. Schlussbetrachtung hinsichtlich des Einsatzes in der Schule

9. 1. Kurzer Überblick über die Erdalkalimetalle Der Name weist darauf hin, dass viele Verbindungen dieser Elemente am Aufbau der Erdrinde beteiligt sind. Beispiele: w (Mg) = 1,95 %, w (Ca) = 3,38 % Aufgrund ihrer sehr starken Reaktionsfähigkeit kommen sie in der Natur nur in Verbindungen vor.

10. 2.1 Beryllium Brille als Foto Smp. 1280°C Sdp. 2477°C Die ersten Brillengläser bestanden aus Bergkristall bzw. Beryll. Daher kommt auch der Name Brille. Beryll wird heute z.B. in Brasilien bergmännisch abgebaut und kommt dort gelegentlich in Kristallen vor. Beryll ist ein Mineral aus Beryllium, Silicium, Aluminium und Sauerstoff und gehört zu den Silicaten.

11. 2.2 Magnesium Smp. 650°C Sdp. 1107°C Vorkommen in der Natur: MgCO3: Magnesit MgSO4 • H2O: Kieserit CaCO3 • MgCO3: Dolomit KCl • MgCl2 • 6 H2O : Carnallit Verwendung: Feuerwerke, Taucherfackeln, Magnesia für Sport, Werkstoff, z.B. Flug- und Fahrzeugbau

12. Holzstab Mg-Band O2 O2 Sand V1: Verbrennung von Mg Versuchsaufbau: Beobachtung: Magnesium verbrennt mit einer gleißenden Flamme und wandelt sich in eine weiße lockere Substanz um. Reaktionsgleichung: 2 Mg + O2 2 MgO

13. Holzstab Mg-Band CO2 CO2 Sand V2: Mg als starkes Reduktionsmittel Versuchsaufbau: Beobachtung: Der brennende Holzstab erlischt während das brennende Magnesiumband im Zylinder weiterbrennt. Reaktionsgleichung: Mg + CO2 2 MgO + C

14. Mg + CuO V3: Mg als starkes Reduktionsmittel Versuchsaufbau: Beobachtung: Das braun-graue Gemisch verbrennt unter Funkensprühen. Es entsteht eine weiße, lockere Substanz. Reaktionsgleichung: Mg + Cu(II)O  MgO + Cu

15. Bedeutung für den menschlichen Organismus Mg ist auch für den menschlichen Körper wichtig. Es ist maßgeblich an der Knochen- und Zahnbildung beteiligt. Außerdem ist Mg wichtig für die Muskelkontraktion und für die Übertragung von Nervenimpulsen. Mg wird über die Nahrung aufgenommen und kommt in Vollkornprodukten sowie Nüssen, Bohnen, Fisch und Fleisch vor. Bei Mangelerscheinungen treten Muskelzittern, Angstzustände und Herzklopfen auf.

16. 2.3 Calcium Smp. 838°C Sdp. 1482°C Vorkommen in der Natur: CaCO3: Kalkstein, Kalkspat, Marmor oder Kreide CaCO3• MgCO3: Dolomit, CaSO4 • 2 H2O: Gips CaSO4: Anhydrit Ca5[(PO4)3(F,Cl)]: Apatit CaF2: Flussspat Verwendung: Als Grundlage für Mörtelstoffe und Zemente, Kalkmilch als billige Base in der Technik

17. V4: Reaktion mit H2O Versuchsaufbau: H2 Gas Calciumstück Pneumatische Wanne Beobachtung: Es steigen Gasblasen im Reagenzglas auf. Mit der Knallgasprobe kann das Gas als Wasserstoff identifiziert werden. Reaktionsgleichung: Ca + 2 H2O  Ca(OH)2 + H2

18. Kalkmehl Kalkkreislauf – V5: Kalk brennen Versuchsaufbau: Beobachtung: Die Muschel zerfällt und das Kalkmehl wird gräulich. Reaktionsgleichung: CaCO3 + O2 CaO + 2 CO2

19. H2O Thermometer gebrannter Kalk Kalkkreislauf – V6: Kalk löschen Versuchsaufbau: Beobachtung: Die Probe wird sehr heiß und es findet eine Volumenveränderung statt. Die Temperatur steigt bis auf 70°C. Reaktionsgleichung: CaO + H2O  Ca(OH)2

20. Löschkalk Eimer Sand Kalkkreislauf – V7: Mörtel Versuchsaufbau: Beobachtung: Es bildet sich eine feste, gräuliche Masse. Reaktionsgleichung: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

21. Kalkkreislauf

22. charakteristische Flammenfärbung Knochensplitter ausglühen Mg-Stäbchen Knochen in Salzsäure lösen Kalkkreislauf – V8: Calciumnachweis Versuchsaufbau: Beobachtung: Ziegelrote Flammenfärbung zeigt Calcium an. Eindeutigere Erkennung erfolgt durch Spektroskopie. Erklärung: Knochen bestehen hauptsächlich aus CaCO3 und Calciumphosphat (Ca3(PO4)2).

23. Bedeutung für den menschlichen Organismus Ca ist ein wichtiger Bestandteil sowohl beim Aufbau als auch beim Erhalt von Knochen und Zähnen. Außerdem ist Ca wichtig bei der Impulsleitung der Nerven. Ca wird über die Nahrung aufgenommen und kommt in Milch, Milchprodukten, Käse, Grünkohl, Nüssen und Vollkornprodukten vor. Wird Ca zusammen mit oxalsäurehaltigen Nahrungsmittel wie Kakao, Rhabarber, Spinat, … aufgenommen, erfolgt eine schlechte Verwertung durch den Körper. Mangelsymptome sind: Wachstumsstörungen, Knochenschwund.

24. 2.4 Strontium Smp. 769°C Sdp. 1384°C Vorkommen: SrCO3: Strontianat SrSO4: Cölestin Verwendung: Rotbrennende Feuerwerkskörper Färben von Gläsern Stahlhärtung

25. V9: Flammenfärbung Versuchsaufbau: charakteristische Flammenfärbung Mg-Stäbchen Strontiumchlorid in Salzsäure lösen Beobachtung: Flamme färbt sich intensiv rot.

26. 2.5 Barium Smp. 714°C Sdp. 1640°C Vorkommen: BaCO3: Witherit BaSO4: Schwerspat Verwendung: Weiße Anstrichfarbe Lithopone (ZnS + BaSO4) Feuerwerkerei

27. V10: Flammenfärbung Versuchsaufbau: charakteristische Flammenfärbung Mg-Stäbchen Bariumchlorid in Salzsäure lösen Beobachtung: Flamme färbt sich gelb.

28. Plastiktüte CO2 Barytwasser CO2 V11: Nachweis von CO2 mit Barytwasser Versuchsaufbau: Beobachtung: Die Lösung trübt sich. Reaktionsgleichung: Ba(OH)2+ CO2 BaCO3 + H2O

29. 2.6 Radium Smp. 700°C Sdp. 1140°C Radium kommt vom lateinischen radius = Stahl. Radium hat ein silbrig weiß metallisches Aussehen und ist eines der seltensten natürlichen Elemente. Der Anteil an der Erdkruste beträgt etwa 7•10-2 %. Radium wurde 1898 in Frankreich von der polnischen Chemikerin Marie Curie und ihrem Mann Pierre Curie entdeckt. Radium galt zunächst als unbedenklich und wurde u.a. als Farbzusatz in Produkten verarbeitet, die im Dunkeln leuchten z.B. das Zifferblatt bei Rolex Uhren.

30. 3. Schlussbetrachtung hinsichtlich des Einsatzes in der Schule • Einfache Versuche/Aufbau • Sichtbare Ergebnisse • Schnelle Versuche • Alltagsbezug, z.B. Mörtel beim Hausbau, Verkalkung von Haushaltsgeräten • Fächerübergreifende Aspekte z.B. Bedeutung für den menschlichen Organismus • Bezug zum Bildungsplan • Das Thema Erdalkalimetalle eignet sich für den Einsatz im Unterricht auf vielfältige • Art und Weise. Die Schüler lernen: • den Umgang mit Stoffen aus dem Alltag • den Vorgang der Bearbeitung des Rohstoffs zum Produkt • eigenverantwortlich mit Stoffen umzugehen • exemplarisch eine Stoffgruppe kennen • Eigenschaften von Stoffen experimentell zu erkennen und einzuordnen