Die vier Elemente
Experimentalvortrag von Elisabeth Sieg
25.06.2009
Gliederung
1. Der Elementbegriff bei den Griechen
2. Feuer
3. Wasser
4. Luft
5. Erde
6. Die vier Elemente in der Alchemie
7. Die vier Elemente heute
8. Schulrelevanz
9. Literatur
2
Der Elementbegriff bei den Griechen
ca. 650 v.Chr
Thales
Urprinzip
Wasser als
Anaximenes
Urprinzip
Luft als
Heraklit
Urprinzip
Empedokles
Feuer als
ca. 322 v. Chr
Vier Elemente
3
Empedokles


Vier Urstoffe als
„Wurzeln“ aller Dinge
Begründer der „VierElemente-Theorie“

Elemente als göttliche
Naturmächte

Liebe ↔ Hass
http://www.wissen.de/wde/generator/substanzen/bilder/sigmalink/e/em/emp_/empedokles
4
Der Elementbegriff bei den Griechen
ca. 655 v.Chr
Thales
Urprinzip
Wasser als
Anaximenes
Luft als Urprinzip
Heraklit
Urprinzip
Feuer als
Empedokles
Platon
Urelemente
Vier Elemente
ca. 322 v. Chr
Formen als
5
Die platonischen Körper
Tetraeder =
Feuer
Oktaeder
=
Luft
Kubus
=
Erde
Ikosaeder =
Wasser
Dodekaeder = Universum
http://138.232.99.40/081008_0400/081008-020.jpg
6
Der Elementbegriff bei den Griechen
ca. 655 v.Chr
Thales
Urprinzip
Wasser als
Anaximenes
Urprinzip
Luft als
Heraklit
Urprinzip
Feuer als
Empedokles
Platon
Urelemente
Vier Elemente
ca. 322 v. Chr
Formen als
7
Das aristotelische Elementenviereck
Erde
=
trocken
Luft
feucht
kalt,
=
heiß,
Feuer
=
trocken
heiß,
Wasser
kalt, feucht
=
http://www.georg-vor.de/ASTRO/bilder_astro/elemente.gif
8
Feuer
Wo Rauch ist, da ist auch Feuer

Zähmung des Feuers

Heraklit

Mittelalter: Feuer als
belebte Substanz

Religion: Reinigung,
Geister, Götter
http://www.philipp-winterberg.de/galerie/Lagerfeuer.jpg
9
V1: Vulkan

Ausgangsstoff:

Ammoniumdichromat (NH4)2Cr2O7
10
V1: Vulkan

Auswertung:
-3
+6
0
+3
( N H4 )2 Cr 2 O7( s) ¾¾
® N 2( g ) - +4 H2 O( g ) - + C2 O3(s )
D
Oxidation
Reduktion
11
Feuer
Wo Rauch ist, da ist auch Feuer


Chemische
Verbrennung mit
Flammenbildung
Heute: „anfeuern“,
„Spiel mit dem Feuer“
http://thomasangerer.files.wordpress.com/2009/04/osterfeuer.jpg
12
V2: Feuer unter Wasser

Ausgangsstoffe:

Kaliumpermanganat KMnO4

Schwefelsäure

Ethanol
H2SO4(konz)
C2H6O
13
V2: Feuer unter Wasser

Auswertung:
KMnO4( s )  H 2 SO4( l )  K2 SO4( aq )  Mn2O7( aq )  H 2O
7
2
4
0
Mn2 O7( aq )  2 MnO2( aq )  1,5 O2( g ) 
Oxidation
-3
-1
Reduktion
0
+4 -2
C H 3 C H 2OH (aq) +3O 2(g) ® 2CO 2(g) - +3H 2O(g) Oxidation
R
R
R
Reduktion
14
Wasser
Stille Wasser sind tief

Thales von Milet:
Wasser als Urelement

Religion: Taufe

Mittelalter:
„Jungbrunnen“, Quellen
http://www.gartenatelier.de/images_gardena/springbrunnen_07815-20-L-002-15cm.jpg
15
V3: Springbrunnen

Ausgangsstoffe:

Ammoniak
NH3

Wasser
H2O

Kupfersulfat
CuSO4
16
V3: Springbrunnen

Auswertung:
NH3( g )  H 2O  NH 4 ( aq )  OH ( aq)
 H 2O
CuSO4( s) 
 Cu 2( aq)  SO4 2( aq)
Cu 2+(aq) + 4NH
3(g)® [ Cu(NH 3 )4 ](aq)
2+
17
Wasser
Stille Wasser sind tief

Meere, Seen, Flüsse

Niederschlag

Entstehung des Lebens

Chemische
Verbindung: H2O
http://www.jump-in-mint.de/Was/PublishingImages/wasser2.jpg
18
D1: Wasseruntersuchungen
http://fr.vwr.com/tedis/fr_FR/img/4/1.11151.0001.JPG
19
D1: Wasseruntersuchungen
Nitritnachweis im Lahnwasser
0,3- 0,5 mg/L
20
D1: Wasseruntersuchungen
Nitratnachweis im Lahnwasser
10 mg/L
21
D1: Wasseruntersuchungen
Ammoniumnachweis im
Lahnwasser 0,4 mg/L
22
D1: Wasseruntersuchungen
Wasser
Lahn
Volvic
entionisiert
Leitung
Grenzwerte
pH
Nitrat /mg/L Nitrit /mg/L Ammonium /mg/L
7,7
10
0,3 - 0,4
0,4
7
5
0
0
5,5
0
0
0
8
10
0
0
9,5
25
10
0,5
23
Demo 1: Wasseruntersuchungen
Solms- Oberbiel/Lahn (Monatsmittelwerte)
Zeit
01.01.09
01.02.09
01.03.09
01.04.09
01.05.09
01.06.09
01.07.09
pH
6,3
7,8
7,8
8,1
7,7
-
Nitrat /mg/L
1,2
1,4
0
0
0,3
-
Nitrit /µgL
2
2
2
2
2
-
Ammonium /mg/L
0
0
0
0
0
-
http://www.hlug.de/medien/wasser/recherche/recherche.php
Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG)
24
V4: Nitritnachweis

Ausgangsstoffe:

Sulfanilsäure
C6H7NO3S

1-Naphthylamin
C10H9N

Essigsäure
C2H4O2

Lahnwasser
H2O
Lunges Reagenz
25
V4: Nitritnachweis

Auswertung:
26
Luft
Man braucht Luft zum Atmen.

Anaximenes: Luft als Urstoff

Religion: Himmel

Wetter, Wirbelstürme

Gasgemisch der Erdatmosphäre

Atmung, Photosynthese
http://www.meister-der-elemente.de/img/luft/luft_285_768.jpg
27
V5: Luftverbrennung

Ausgangsstoffe:

Stickstoff
N2

Sauerstoff
O2

Methylorange

Wasser
C14H14N3NaO3S
H2O
28
V5: Luftverbrennung

Auswertung:
Reduktion

Reaktion im Lichtbogen
0
0
2 2
N 2( g )  O 2( g ) 
 2 N O (g )
Oxidation

Reaktion beim Abkühlen
Reduktion
2
0
4 2
2 N O ( g )  O 2( g ) 
 2 N O 2(g )
Oxidation
29
V5: Luftverbrennung

Auswertung:

Entstehung von Salpetersäure
Reduktion
+4
+5
+2
3 N O2( g) + H2 O( l) ® 2 H N O3( aq) + N O( g)
Oxidation
30
V5: Luftverbrennung

Auswertung:

Säure in Wasser mit Indikator
HNO3( aq) + H 2O ® H3O +( aq) + NO3 -( aq)


H3O
( aq )
 Ind


( aq )
 HInd( aq)  H2 O
31
Erde
Erde zu Erde, Asche zu Asche, Staub zu Staub

Mutter- Göttin „Gaia“

Benennung Planeten
http://www.allgemein1.de/images/erde.jpg

Lebensraum

Bodenschätze

„schwarzes Element“
http://www.planet-wissen.de/pics/IEPics/intro_boden_humus2_g.jpg
32
V6: Verkokung von Steinkohle

Ausgangsstoff:

Steinkohle
33
V6: Verkokung von Steinkohle

Auswertung:
D
Steinkohle ( s) ¾¾
® Leuchtgas ( g) - +Steinkohlenteer ( l)
Leuchtgas
Steinkohlenteer
- H2
45 - 50%
- Methan
15 - 35%
- CO
10 - 20%
- N2
5 - 10%
- Naphthalin
6%
- Phenanthren
- Kresole
4%
2%
34
Die vier Elemente in der Alchemie
Die vier Elemente
„Schwefel“ und „Quecksilber“
Gold, Silber, Kupfer,
Zinn, Blei, Eisen
http://symbolischewelten.de/media/Elemente/elemente02.jpg
35
D2: Vier Elemente zu verkaufen
Toluol (Sudan III)
Ethanol + Wasser
Kaliumcarbonat mit Kupfersulfat in Wasser
Sand
36
V7: Magisches Feuer

Ausgangsstoffe:

Zinkstaub

Ammoniumnitrat
NH4NO3

Ammoniumchlorid
NH4Cl

Strontiumchlorid
SrCl2

Wasser
Zn
H2O
37
V7: Magisches Feuer

Auswertung:
Oxidation
Reduktion
0
-3
+5
0
+2
Zn( s) + N H4 N O3( s) ¾¾¾
® N 2( g) - + Zn O( s) + H2 O
+ H2 O
Oxidation
38
Die vier Elemente heute
- Alltag
- Kunst und Kultur
- Bezug Natur ?
- Feuer → Energie
http://www.openpr.de/images/articles/8/2/82f.jpg
www.stadtwerke-nrw.de/Solarzelle.jpg
- Erde → Boden
http://www.energie-visions.de/images/wasserkraft.jpg
www.simaka.de//bilder/erdwaerme_erschliessung.jpg
39
V8: Brennstoffzelle

Ausgangsstoffe:

Methanol

Kaliumhydroxid

Wasserstoffperoxid H2O2
CH3OH
KOH
40
V8: Brennstoffzelle

Auswertung:

Kathode (Ag):
Oxidation
0
2
O2( g )  2 H 2O  4e  4 O H  ( aq )
+1 -1
-
-2
2 H O 2( aq) ® 2 O H
( aq )

0
+ O 2( g) -
Reduktion
Reduktion
41
V8: Brennstoffzelle

Auswertung:

Anode (Pt):
2
C H 3OH  8OH
4

( aq )
 C O32 ( aq ) 6 H 2O  6e 
Oxidation

Gesamt:
Reduktion
2
1
C H 3 OH  3H 2 O 2 2OH
4

( aq )
 C O3
2
2
( aq )
 6H2 O
Oxidation
42
Schulrelevanz


Die vier Elemente
7
Projekt
V1 Vulkan
Verwendungsverbot

V2 Feuer unter Wasser
Redoxreaktionen
10

V3 Springbrunnen
9
Ammoniak
43
Schulrelevanz

V4 Nitritnachweis
Nachweis/Azofarbstoff
12

V5 Luftverbrennung
Redoxreaktionen
10

V6 Steinkohle
fossile Brennstoffe
9

D2 Vier Elemente
Organik
10
44

V7 Magisches Feuer
Redoxreaktionen
Literaturverzeichnis
Böhme Gernot, Böhme Hartmut : Feuer, Wasser, Erde, Luft: eine Kulturgeschichte der Elemente. Beck, München 2004.
Engels, Siegfried : Auf der Spur der Elemente. VEB Deutscher Verlag, Leipzig 1983.
Hoffmann Mary , Ray Jane: Erde, Feuer, Wasser, Luft. Gerstenberg Verlag, Hildesheim 1995.
Holleman, Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin/New York 2007.
Mortimer, C: Das Basiswissen der Chemie. 8.A uflage. Georg Thieme Verlag Stuttgart 2003.
Roesky, Möckel: Chemische Kabinettstücke- Vulkan. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1996.
Treumann, Rudolf : Die Elemente- Feuer, Erde, Luft und Wasser in Mythos und Wissenschaft. Carl Hanser Verlag, München/Wien 1994.
Van der Sluis, Claudia: Reihe der vier Elemente Teil 1-4 (Erde, Wasser, Feuer, Luft). Iris Bücher und mehr, Amsterdam 2004.
Becker, Harald: Bestimmung von Nitrat, Nitrit und Ammoniak in Gewässerproben. Naturwissenschaftlicher Unterricht Heft 3/1992.
Brandl, H: Ammoniak-Springbrunnen mit Chemolumineszenz-Effekt. Praxis der Naturwissenschaften Heft 4/1993.
Braun, M: Feuer und Licht. Praxis der Naturwissenschaften Heft 5/2003.
Flügel, R: Die Chemie in Versuchen- Luftverbrennung. PHYWE- Schriftenreihe 1971.
Weyer, Jost: Die Alchemie im lateinischen Mittelalter. Chemie in unserer Zeit Heft 1989/1 , Weinheim 1989.
Fachbereich Chemie der Philipps- Universität Marburg Lehrerfortbildung: V7 Methanol/Wasserstoffperoxid- Brennstoffzelle.
Siebold, Dieter: Experimentalvortrag „Kohle“ WS 1978/1979.
www.chemie.uni-ulm.de/experiment/edm0101.html
45
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
46

Präsentation ()