Chemische Unterrichtsversuche: Ausgewählte Beispiele für den Gebrauch an Hochschulen und höheren Lehranstalten PDF
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CHEMISCHE UNTERRICHTSVERSUCHE Chemische Unterrichtsversuche Ausgewahlte Beispiele fiir den Gebrauch an Hochschulen und hoheren Lehranstalten von DR. H. RHEINBOLDT Professor in Sao Paulo neu herausgegehen von DR. 0. SCHMITZ-DUMONT Professor an der Universitat Bonn V l ERTE, VERBESSERTE AUFLAGE MIT 122 ABBILDUNGEN e • . I SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1953 ISBN 978-3-662-42903-7 ISBN 978-3-662-43190-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-43190-0 Alle Rechte vorbehalten Copyright 1934, 1951, 1953 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg Urspriinglich erschienen bei Theodor Steinkopff, Dresden und Leipzig 1953 Softcover reprint ofthe hardcover 4th edition 1953 Lizenz Nr. 115/360/3/52 Satz und Druck: Wilhelm Hoppe, Borsdorf-Leipzig III/13/12 JOHANNES THIELE 1865-1918 DEM UNVERGESSLICHEN MEISTER DES EXPERIMENTS ZUM GEDACHTNIS UND HERRN PROF. DR. PAUL PFEIFFER IN D.ANKBARER ERINNERUNG .AN 14 JAHRE GEMEINSAMER AUFBAUARBEIT GEWIDMET Aus dem Vorwort zur ersten Auflage. Was das Buch hezweckt. Als Leitfaden fiir das ,apparativ-experi mentelle Praktikum" und als Grundlage fiir die Seminariibungen ist das Buch bestimmt. Zwar gibt es eine Reihe alter und neuerer Werke iiber chemische Unterrichtsversuche und Vorlesungsexperimente. Diese sind aber fiir den gedachten Zweck weniger geeignet; sie enthalten hierfiir zu wenig oder zu viel: teils sind die Versuchsbeschreibungen zu knapp oder zu all gemein gehalten, urn Ungeiibten das Gelingen der Versuche zu gewahr leisten, teils handelt es sich urn umfangreiche Sammelwerke mit haufig zahl reichen Ausfiihrungsmoglichkeiten einzelner V ersuche, deren zweckmaBige Auswahl dem Lernenden die Benutzung erschwert, teils enthalten sie Ver suchsanordnungen, die nur fiir den Horsaal berechnet sind, - allen W erken fehlt die bewuBte erzieherische Einstellung, die Einheitlichkeit der Zielsetzung und Darstellung. Auch geniigt es fiir einen ersprieBlichen Unter richt nicht, wenn verschiedenartige im Praktikum aufgelegte Nachschlage werke zu Rate gezogen werden, der Lernende muB ein bestimmtes Buch zu eigen besitzen, das ihm personlich vertraut wird. Daher glaube ich durch das Buch eine Lucke in der chemischen Unterrichtsliteratur auszufiillen. So wie das Buch dem Schulunterricht durch eine sachgemaBe Ausbildung der zukiinftigen Lehrer mittelbar dient, so soll es auch unmittelbar in der Hand der dort tatigen Lehrkrafte den Unterricht an den hoheren Lehr anstalten fordern. Was das Buch enthalt. Man wird nicht verlangen, in dem Buche nur neue Versuche zu finden; das widersprache seinem Zweck. Neben zahl reichen neuen Versucmbeschreibungen, die sich vor allem auf wichtige technische Prozesse und historisch bedeutsame V ersuche beziehen, enthalt es viel Altbekanntes, aber in dem Buche findet sich nichts, was dem Ver fasser nicht aus personlicher Erfahrung und Anschauung bekannt ware. Aus einer groBen Anzahl von Versuchsanordnungen wurde das Brauch barste ausgewahlt, samtliche Versuche sind neu bearbeitet, eingehend iiber priift und haufig erprobt. Dem padagogischen Zweck entsprechend wurden Versuche mit Gasen bevorzugt, da an diesen apparativ und experimentell am meisten zu lernen ist. Die Auswahl wurde aber so abgerundet, daB, wenn auch das rein Experimentelle im Vordergrund steht, die wichtigsten Gebiete der anorganischen und organischen Chemie beriicksichtigt sind. Besondere Beachtung findet der historisch wichtige Versuch. Es wurde darauf gesehen, daB die Versuche moglichst anschaulich und iiberzeugend wirken. Alle Versuche lassen sich mit einfachen Mitteln ausfiihren, die Apparaturen werden aus bestimmten, immer wiederkehrenden Aufbau stiicken zusammengestellt. Urn zu richtiger Arbeitsmethodik zu erziehen, wurden stets Anordnung und Vorbereitung der Versuche von der Ausfiihrung getrennt. Bei der Be schreibung der Versuchsausfiihrungen wurde das Ziel einer Erziehung zum VIII Aus dem Vorwort zur ersten Auflage Beobachten und sachgemaBen Auswerten der Versuche scharf verfolgt: Auf wichtige Erscheinungen wird aufmerksam gemacht, zur Erklarung einzelner Erscheinungen werden Hinweise gegeben, haufig sind in den Text Fragezeichen [?] eingestreut, die ein gedankenloses Experimentieren verhindem sollen und zugleich darauf hinweisen, wo im Unterricht Er klarungen zu geben sind. Auf Versuchsschwierigkeiten wird jeweils auf merksam gemacht, vor drohenden Gefahren wird eindringlich gewamt. DasBuch will kein Lehrbuch, sondern einExperimentierbuch sein. An geeigneten Lehrbiichem, chemischen und historischen, besteht kein Mangel; diese sind zur Erganzung heranzuziehen. Theoretische Er lauterungen finden sich in dem Buche nicht. Es wird lediglich der Chemis mus der zu beobachtenden Erscheinungen durch Formeln symbolisiert, wobei haufig unter Vermeidung summarischer Endgleichungen eine Formel sprache benutzt wird, die das Wesen der Vorgange klarer erkennen laBt An wen sich das Buch wendet. An die Studierenden des hoheren Lehrfaches und ihre Lehrer: das Buch soli den Studierenden ein Leitfaden fiir die praktische Laboratoriumsarbeit und die Vorbereitung von Experi mentalvortragen sein, sie fiber das Examtm hinaus in den Beruf begleiten und ihnen ein vertrauter Ratgeber werden und bleiben. Gleicherweise wendet sich das Buch an die im Beruf stehenden Chemie lehrer: es soli ihnen bewahrte Versuchsanordnungen und Ausfiihrungs vorschriften ge ben und bei der Au s wahl geeigneter Versuche und der Ge staltung eines modernen Unterrichts behilflich sein. Manchen Kollegen wird das Buch vielleicht willkommen sein fiir die experimentelle Ausgestaltung ihrer Vorlesungen und den Vorlesungs assistenten Dienste leisten. Bonn, im Herbst 1933 HEINRICH RHEINBOLDT Vorwort zur zweiten Auflage. Noch wiihrend des vergangenen Weltkrieges ergab sich die Notwendig keit einer Neuauflage von RHEINBOLDTs Chemischen Unterrichtsversuchen. Da der Autor im Auslande weilte und eine standige Verbindung mit ihm nicht aufrechtzuerhalten war, wandte sich der Verleger an mich mit der Bitte, die Neuherausgabe des Werkes zu iibemehmen. Als ehemaliger Schuler und Mitarbeiter von H. RHEINBOLDT kam ich dieser Aufforderung sehr geme nach, zumal die Ausbildung der Studierenden des hOheren Lehr faches schon mehrere Jahre in meinen Hand en lag und ich durch eigene Unterrichtserfahrung Gelegenheit hatte, mich von der Giite und Zweck maBigkeit des RHEINBOLDTschen Werkes zu iiberzeugen. Infolge der kriegerischen Ereignisse kam es nicht mehr zur Drucklegung wahrend des Krieges. Der Initiative des Verlegers ist es zu danken, daB sie jetzt doch verwirklicht werden kann, nachdem endlich eine', wenn auch mangelhafte, Verbindung mit dem Autor wieder hergestellt wurde. Wenn ich nun zusammen mit meinem verehrten Lehrer die Neuherausgabe iiber nehme, so geschieht dies in engstem gegenseitigem Einvemehmen. Auf dieser Basis ist es mir eine Freude, meinen Beitrag an dem Wiedererscheinen des Buches leisten zu diirfen. Es hestand keinerlei Veranlassung, an dem Charakter des Buches etwas zu andern, und so konnte ich mich mit einer kritischen Durchsicht und einer Anzahl mir notwendig erscheinenden Erganzungen begniigen. Diese letzte:cen beziehen sich hauptsachlich auf quantitativ auszuwertende De monstrationsversuche und auf elektrochemische Experimente. Den moder nen Bestrebungen der Schulpraxis folgend, wurden in der Neuauflage quantitativ auswertbare Versuche in erhohtem MaBe beriicksichtigt, zu deren Ausarbeitung auch die didaktische Literatur herangezogen wurde. Besonders sei auf das von MAx SCHMIDT entwickelte Kolbenprobergerat hingewiesen, das sich in der Unterrichtspraxis sehr bewahrt hat und als elegante Methode zur quantitativen Durchfiihrung von Gasreaktionen in das Buch aufgenommen wurde. An zwei Beispielen, die den besonderen Vorteil der Arbeitsweise - Messung der Gasvolumina ohne Verwendung einer Sperrfliissigkeit - erkennen lassen, wird die Methode erlautert. In der ersten Auflage fehlen die grundlegenden elektrochemischen Versuche. Es erschien mir notwendig, diese Liicke auszufiillen und die wichtigsten hierher gehorenden Experimente (zur Demonstration der F ARADA Yschen Gesetze, der Zersetzungs- und Polarisationsspannung und der Gewinnung elektrischer Energie aus einer chemischen Reaktion) in der Neuauflage an passender Stelle einzuflechten. Neu aufgenommen wurde ferner ein in der Literatur bereits beschriebener Versuch zur Demonstration einer heterogenen Gleichgewichtsreaktion (Disproportionierung des Kohlen oxyds). Hingewiesen sei noch auf zwei neue Versuche iiber die Umwandlung der Modifikationen des Phosphors ineinander. X Vo rwort zur zweiten und dritten Auflage Die erste Auflage des Buches fand durchweg eine sehr giinstige Auf nahme. Wenn sich doch einige wenige kritische Stimmen erhoben, so be·· ruht dies wenigstens zum gro.Ben Teil auf einer Ve rkennung des eigentlichen, mit der Herausgabe des Buches verfolgten Zweckes. Es soU deshalb fol gendes nochmals nachdriicklichst betont werden: 1. Das Buch dient in erster Linie der Ausbildung der Studierenden des hoheren Lehrfaches an den Hochschulen und den Chemielehrern als Rat geber und zur Anregung bei der Gestaltung des Unterrichts. 2. Das vorliegende Buch soU sich mit der Ausfiihrung von Schauver suchen beschaftigen und nicht etwa die Grundlage zu Schiilerversuchen bilden, obwohl manche kleinere Versuche direkt oder nach zweckmaBiger Ve reinfachung in das Schiilerpraktikum iibernommen werden konnen. Darin liegt eine Begrenzung, die ganz bewu.Bt eiiigehalten ist. Aus diesem Grunde sind die apparativen Hilfsmittel, die zur Ausfiihrung der Schauversuche ausgewahlt wurden, nicht einem Minimum an experimentellen Vo raus setzungen angepa.Bt. Sicher lassen sich viele Ve rsuche bedeutend einfacher als hier beschrieben ausfiihren, jedoch diirfte dies in den meisten Fallen die Tiefe des Eindruckes auf den Beschauer herabmindern. Gerade eine gewisse Eleganz und Asthetik, die nicht auf Kosten der trbersichtlichkeit geht, diirfte die Freude am Experimentieren beim Lehrer und Schiller auf recht erhalten bzw. wecken. Au.Berdem wird auch der nur einigermaBen begabte Lehrer Ieicht Wege zur Vereinfachung der einen oder anderen Versuchsanordnung finden, wenn die hier beschriebene die ihm zur Ver fiigung stehenden Mittel iiberschreitet. 3. Auf theoretische Erlauterungen wurde, von einigen Hinweisen ab gesehen, auch in der Neuauflage verzichtet, da das Buch nicht in die Hand des Schiilers, sondern in die des Hochschullehrers bzw. des angehenden oder in der Unterrichtspraxis- stehenden Chemielehrers gehort, denen ge niigend Literatur zur Ve rfiigung steht, urn sich iiber die theoretischen Grundlagen der Versuche in jedem Punkte Klarheit zu verschaffen. 4. Das Buch ist kein Geschichtswerk, sondern ein Experimentierbuch. W enn auch zahlreiche historische Daten und Bemerkungen mit den dazu gehorenden Literaturzitaten zu finden sind, so wurden diese eingefiigt, urn die Versuche in den historischen Zusammenhang zu stellen, aber nicht urn eine vollstandige Sammlung historischer Tatsachen in Stichworten zu bieten. Wenn es auch nicht moglich war, aile Wiinsche in dem fiir das Buch gegebenen Rahmen zu beriicksichtigen, so hoffe ich doch, daB die Neu auflage nicht enttauschen und sich neue Freunde erwerben ~ird. Bonn, im Herbst 1948. 0. SCHMITZ-DUMONT Vorwort zur dritten und vierten Auflage. Nach einer unveranderten dritten Auflage wurden in der vierten Auflage geringfiigige Verbesserungen vorgenommen. Bonn, l. Februar 1953 A. SCHMITz-Du MoNT lnhalt. Seite Au s dem V orwort zur ersten Auflage . . .VII Vorwort zur zweiten Auflage . . . . . IX Vorwort zur dritt.en und vierten Auf!age X Erster Teil. AUgemeines. I. "Ober Unterricb.tsversuche ..... 1 II. "Ober den Aufbau von Apparaturen ... 3 III. Darstellung und Behandlung von Gasen 7 1. Entwickeln von Gasen 7 2. Reinigen und Trocknen von Gasen 9 3. Auffangen von Gasen . . 10 4. Aufbewahren von Gasen . 11 5. Abmessen von Gasen 14 6. Gasanalyse ..... . 15 7. Gasbomben . . . . . . 17 8. Verfliissigen von Gasen 19 9. Knallgasprobe. . . . . 20 IV. Die wichtigsten Gebrauchsgase 21 1. Wasserstoff - 2. Sauerstoff - 3. Stickstoff - 4. Chlor - 5. Chlor wasserstoff - 6. Schwefelwasserstoff - 7. Ammoniak - 8. Schwefel dioxyd - 9. Kohlenoxyd - 10. Kohlendioxyd. Zweiter Teil. Versuche. Regeln fiir das Praktikum . 25 1. Kapitel. Grundstoffe. I. Wasserstoff und Reduktion durch Wasserstoff. 1. Darstellung von W asserstoff a us Zink und Salzsaure. Explosion eines zu friih entziindeten W asserstoffentwicklers; VerWnderung der Explosion 26 2. Wasserstoff aus Wasserdampf und Eisen. Eigenschaften von W asserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3. Wassergas aus Wasserdampf und Kohle . . . . . . . . . 30 4. Katalytische Reduktion von Nitrobenzoldampf zu Anilin durch Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5. Katalytische Hydrierung fliissiger ungesattigter organischer Verbin dungen. Fetthartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 A. Elektrolytische Reduktion von Titanylsulfat zu Titan(III)sulfat 35 B. Elektrolytische Reduktion von Nitrobenzol zu Anilin . . . . . 35 II. Sauerstoff. Verbrennung und Oxydation durch Sauerstoff. 7. Sauerstoff durch thermische Zersetzung von Quecksilber(II)oxyd . 36 8. Sauerstoff durch Erhitzen von Kaliumchlorat, von Mangan(IV)oxyd sowie eines Gemenges von Kaliumchlorat und Mangan(IV)oxyd. Kata lytische Wirkung des Mangan(IV)oxyds . . . . . . . . . . . . . 38 9. Sauerstoff aus Mangan(IV)oxyd und Schwefelsaure. - Eigenschaften von Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 10. Bildung von Sauerstoff beim Assimilationsvorgang griiner Pflanzen. Photochemische Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 11. Trennung eines Gemisches von Sauerstoff und Wasserstoff (Knallgas) durch Effusion des W asserstoffs durch eine porose Wand . . . . . 43 12. Expl0sionsartige Verbrennung feinverteilter fester Stoffe. Staub- explosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . 45
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