Experimentieren

In der Chemie werden Experimente z. B. durchgeführt, um Stoffumwandlungen zu untersuchen oder um bestimmte Stoffe zu gewinnen oder nachzuweisen. Dazu existieren zahlreiche spezifische Nachweisreaktionen.

Chemische Reaktionen sind immer mit Energieumwandlungen verbunden. Deshalb werden häufig auch die energetischen Erscheinungen bei chemischen Reaktionen untersucht. Mit Hilfe von Experimenten können Zusammenhänge zwischen Größen untersucht oder Natur- und Stoffkonstanten bestimmt werden.

In der Chemie werden Stoffe untersucht. Stoffe müssen aufbewahrt und gelagert werden. Viele dieser Stoffe sind nicht ungefährlich. Sie dürfen nicht mit der Haut in Kontakt kommen, an die Luft gelangen, oder mit anderen Stoffen in Kontakt treten. Zur Durchführung von chemischen Experimenten werden außer den reagierenden oder zu untersuchenden Stoffen Laborgeräte, Apparaturen und Hilfsmittel genutzt.

Geräte: Die in der Chemie benötigten Glasgeräte werden als Laborgeräte bezeichnet. In Laborgeräten bewahrt man Chemikalien auf, misst bestimmte Größen der Stoffe, mischt diese miteinander, erhitzt sie, verteilt sie oder lässt Stoffe miteinander reagieren.
Hilfsmittel: Das sind alle zur Untersuchung von Stoffen zusätzlich, neben den Laborgeräten, benötigten Geräte. Sie können aus verschiedenen Materialien sein.
Apparaturen: Eine Apparatur besteht aus mehreren miteinander verbundenen Geräten und Hilfsmitteln. Mit Apparaturen werden häufig wiederkehrende Reaktionen im Labor durchgeführt.

Häufig wird mit gefährlichen, giftigen oder gesundheitsschädlichen Stoffen gearbeitet. Deshalb muss bei chemischen Experimenten die Gefahrstoffverordnung beachtetet werden, damit stets eine hohe Sicherheit beim Experimentieren gewährleistet ist.

Experimentieren bedeutet planvolles Arbeiten. Deshalb ist es zweckmäßig, beim Experimentieren in bestimmten Schritten vorzugehen. Beim Experimentieren sollte folgende Schrittfolge eingehalten werden:

  1. Vorbereitung des Experiments,
  2. Durchführung des Experiments,
  3. Beobachtung (oft mit Durchführung zusammengefasst),
  4. Auswertung.

Jedes Experiment wird mit einem klaren Ziel durchgeführt. Manchmal ist es auch erforderlich, mehrere Experimente hintereinander oder nebeneinander durchzuführen.

1. Vorbereitung des Experiments

Die Planung eines Experimentes erfolgt in folgenden Teilschritten:

A) Erfassen und Durchdenken der Aufgabe

  • Überlegen, welches Ziel mit dem Experiment erreicht werden soll,
  • Herausfinden der Gesetzmäßigkeiten, die bei dem geplanten Experiment wirken,
  • Ergründen möglicher Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen

B) Planen der Apparatur

  • gedankliches Auswählen der nötigen Geräte und Hilfsmittel
  • Anfertigen einer Skizze zum Versuchsaufbau
  • Durchdenken des Ablaufes anhand der Skizze

C) Vorbereiten der experimentellen Durchführung

  • Bereitstellen der benötigten Geräte und Hilfsmitte
  • Bereitstellen der benötigten Chemikalien
  • Aufbau und Überprüfung der Apparatur

D) Durchdenken des Ablaufs

  • gedankliches Durchführen des Experimentes
  • Prüfen möglicher Gefahrenquellen
Nach der erfolgten Vorbereitung und dem Aufbau der Apparatur beginnt die Durchführung. Der Arbeitsschutz darf dabei nie vernachlässigt werden. Manchmal ist es notwendig bestimmte Geräte und Chemikalien erst anzufordern.

In einem vorgegeben Protokoll oder einer Versuchsanleitung, z. B. im Lehrbuch, sind oft schon die einzelnen Arbeitsschritte der Durchführung aufgelistet.

2. Durchführung eines Experiments (und 3. Beobachtungen):

  • Durchlesen und Erfassen der Experimentieranleitung,
  • schrittweises und planmäßiges Ausführen des Experimentes unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften,
  • Beobachten aller Veränderungen,
  • sorgfältiges Protokollieren der Beobachtungen und Messwerte,
  • Stillegung der Apparatur nach Ablauf der chemischen Reaktion,
  • sichere Aufbewahrung oder Entsorgung der Reaktionsprodukte.

Um mögliche Veränderungen bei chemischen Reaktionen erkennen zu können, ist es nötig, die Eigenschaften der Stoffe (Ausgangsstoffe) und die Bedingungen vor der Reaktion genau festzuhalten.
Nach dem Experiment erfolgt die Auswertung. Dabei werden die im Protokoll festgehaltenen Beobachtungen und Messwerte gedeutet.

4. Auswertung

  • Vergleichen von Eigenschaften, Größen, Zuständen vor und nach der Reaktion,
  • Auswerten der Messgrößen,
  • Deuten der Ereignisse während der Reaktion,
  • Aufstellen von Reaktionsgleichungen
  • Schlussfolgern, Herstellen von Zusammenhängen,
  • Beantworten der Aufgabenstellung.

Manchmal, wenn das geplante Beobachtungsergebnis nicht erreicht wurde, ist es erforderlich, das Experiment zu wiederholen. Die Vorgehensweise bleibt dabei gleich. Nach Beendigung des Experimentes sollte der Arbeitsplatz aufgeräumt werden. Die benötigten Geräte müssen nach der Zerlegung der Apparatur gereinigt werden.

Ablauf eines ExperimentsBeispiel

1. Vorbereiten des Experiments

Erfassen und Durchdenken der Aufgabe

  • Überlegen, welches Ziel mit dem Experiment erreicht werden soll
  • Herausfinden von Gesetzen, die im Experiment wirken
  • Ergründen möglicher Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen

Planen des Versuchsaufbaus

  • Auswählen der Geräte, Hilfsmittel und Apparaturen
  • Anfertigen einer Versuchsskizze

Vorbereiten der experimentellen Durchführung

  • Bereitstellen der Geräte und Hilfsmittel
  • Bereitstellen der Chemikalien
  • Aufbau und Überprüfung der Apparatur



Durchdenken des Ablaufes

  • Gedankliches Durchführen des Experiments
  • Prüfen möglicher Gefahrenquellen

Prüfe experimentell, ob eine Basenlösung entsteht, wenn Calciumoxid und Magnesiumoxid mit Wasser reagieren!

Hierbei sind Vorüberlegungen zu Namen und Formeln von Basen sowie zu Basenlösungen anzustellen. Außerdem ist zu überlegen, wie man Hydroxid-Ionen als Bestandteil von basischen Lösungen nachweisen kann.


Geräte und Hilfsmittel:

Reagenzgläser, Reagenzglasständer
Reagenzglashalter
Trichter, Rundfilter, Filterpapier
Spatel, Brenner, Streichhölzer
Spritzflasche
Schutzbrille

Chemikalien:

destilliertes Wasser
Calciumoxid (Gefahrstoff!)
Magnesiumoxid
Indikatorlösung oder Indikatorpapier, z. B. Unitest

2. Durchführen des Experiments mit Beobachtungen

Folgende Schritte sind bei der Durchführung sinnvoll:

  • Durchlesen und Erfassen der Experimentieranordnung
  • Schrittweises und planmäßiges Ausführen des Experiments unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften
  • Beobachten aller Veränderungen
  • Sorgfältiges Protokollieren des Beobachteten und der Messwerte
  • Stilllegung der Apparatur nach dem Experiment
  • Sichere Aufbewahrung und Entsorgung der Reaktionsprodukte

 

Durchführung:

  1. Mit einem Spatel wird etwas Calciumoxid in ein Reagenzglas mit etwa 5 ml Wasser gegeben.
  2. Die Aufschlämmumg wird filtiriert und das Filtrat mit Unitest geprüft.
  3. Das Experiment wird mit Magnesiumoxid wiederholt.

Beobachtungen:

  1. Caliumoxid ist ein weißes, geruchloses Pulver. Es löst sich kaum (nicht) vollständig im destillierten Wasser auf.
  2. Unitest färbt sich bei Zugabe zum Filtrat blau.
  3. Auch bei Magnesiumoxid färbt sich das Unitest bei Zugabe des Filtrats blau.

3. Auswerten des Experiments

Die protokollierten Messwerte und Beobachtungen werden ausgewertet.

  • Deuten der beobachteten Erscheinungen
  • Ableiten von Schlussfolgerungen
  • Aufstellen von Reaktionsgleichungen
  • Berechnen von Größen
  • Beantworten der Aufgaben und Fragen in der experimentellen Aufgabenstellung

Auswertung:

  1. Unitest färbt sich blau.
  2. Die wässrigen Lösungen zeigen eine basische Reaktion.
  3. Mit der blauen Unitestfärbung ist nachgewiesen, dass sich in der wässrigen Lösung Hydroxid-Ionen befunden haben.
  4. Es hat eine Reaktion zwischen den Metalloxiden und Wasser stattgefunden.
    Bei der Reaktion von Calciumoxid und Magnesiumoxid mit Wasser entstehen Hydroxid-Ionen.
  5. Es kann die Vermutung abgeleitet werden, dass bei der Reaktion von Metalloxiden mit Wasser immer Basenlösungen entstehen. Diese Verallgemeinerung muss mit weiteren Experimentenüberprüft werden.

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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