Warm-up-Lösungen: Mischen und Trennen

In festem Kerzenwachs sind die Teilchen regelmäßig angeordnet. Der Abstand zwischen ihnen ist sehr klein. Die Teilchen bewegen sich kaum. Die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen, die sich an vielen Stellen berühren, sind sehr groß.

© Cornelsen\Walther-Maria Scheid

In flüssigem Kerzenwachs ist die Anordnung der Teilchen weniger regelmäßig als im festen Wachs. Der Abstand zwischen den Teilchen ist immer noch klein, aber sie können aneinander vorbeigleiten. Die Teilchen berühren untereinander, jedoch nicht an so vielen Stellen wie bei festem Kerzenwachs. Die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen sind groß.

© Cornelsen\Walther-Maria Scheid

a) Nach dem Teilchenmodell bestehen alle Stoffe aus kleinsten Teilchen. Dabei sind die Teilchen eines Stoffes gleich, sie haben die gleiche Größe und die gleiche Masse. Die Teilchen unterschiedlicher Stoffe unterscheiden sich in ihrer Größe. Zwischen den Teilchen ist leerer Raum. Zwischen den Teilchen herrschen Anziehungskräfte und sie sind ständig in Bewegung.

b) Das Teilchenmodell ist ein einfaches Modell, das es ermöglicht, sich eine grundlegende Vorstellung vom Aufbau der Stoffe, von Aggregatzuständen, ihren Übergängen und der Bewegung von Teilchen zu machen. Wie genau die Teilchen aussehen, kann mit dem Modell hingegen nicht gezeigt werden. Die Darstellung beschränkt sich auf einfache Formen wie Kugeln, Dreiecke usw. Ebenso kann mit dem Teilchenmodell nicht erklärt werden, warum Stoffe unterschiedliche Farben haben.

Nach dem Teilchenmodell befinden sich alle Teilchen in ständiger, ungeordneter Bewegung (Brownsche Bewegung).

In der Abbildung ist diese Bewegung dargestellt. Die Änderung der Bewegungsrichtung der gelben Teilchen erfolgt aufgrund der Zusammenstöße mit den blauen Teilchen.

fest: Eis, Eisen, Holz

flüssig: Wasser, Benzin, Olivenöl

gasförmig: Wasserdampf, Helium, Kohlenstoffdioxid

Im Teilchenmodell besteht ein fester Stoff aus Teilchen, die eng beieinander liegen und eine regelmäßige Anordnung haben. Die Teilchen befinden sich an einem festen Platz. Dadurch hat der Stoff eine gleichbleibende Form und ein gleichbleibendes Volumen.

Ein flüssiger Stoff besteht im Teilchenmodell aus Teilchen, die weniger geordnet sind als in einem festen Stoff. Die Teilchen sind freier beweglich. Dies führt dazu, dass ein flüssiger Stoff keine gleichbleibende Form, aber ein gleichbleibendes Volumen hat.

Ein Luftballon lässt sich zusammenpressen, da die Teilchen in Gasen einen großen Abstand zueinander und keinen Zusammenhalt haben. Sie lassen sich sehr stark zusammenpressen und haben deshalb eine veränderliche Form und ein veränderliches Volumen.

Die Aussage bedeutet, dass die Kondensation und das Sieden bei derselben Temperatur stattfinden. Eines ist die Umkehrung des anderen, denn beim Sieden geht ein flüssiger Stoff in den gasförmigen Zustand über. Bei der Kondensation geht der gasförmige Stoff wieder in den flüssigen Zustand zurück.

Beispiele:

Wasser siedet bei 100 °C. Wasserdampf kondensiert bei 100 °C zu Wasser.

Ethanol siedet und kondensiert bei 78 °C.

Wird ein fester Stoff erwärmt, dann schmilzt er und wird flüssig. Durch die Wärmezufuhr bewegen sich die Teilchen im Feststoff schneller. Sie verlassen ihre festen Plätze, bleiben aufgrund der Anziehungskräfte aber noch dicht beieinander. Der umgekehrte Vorgang läuft beim Abkühlen eines flüssigen Stoffs ab. Die Bewegung der Teilchen wird geringer. Der Stoff erstarrt.

Führt man dem flüssigen Stoff weitere Wärme zu, beginnt der Stoff zu sieden. Die Teilchen bewegen sich immer heftiger, bis sie schließlich die Anziehungskräfte zwischen ihnen überwinden. Die Teilchen können sich voneinander entfernen. Der Stoff ist gasförmig geworden. Umgekehrt kondensiert der gasförmige Stoff, wenn er abgekühlt wird. Die Teilchen bewegen sich langsamer, sodass sich wieder Anziehungskräfte ausbilden. Der Stoff wird flüssig.

Beim Sublimieren geht ein fester Stoff direkt in den gasförmigen Zustand über. Dies geschieht, wenn die Teilchen direkt soviel Energie, z. B. Wärme, aufnehmen, dass die Anziehungskräfte zwischen ihnen direkt überwunden werden. Die Umkehrung dieses Vorgangs geschieht bei der Resublimation.

Die Dichte ist eine messbare Stoffeigenschaft. Sie ist das Verhältnis aus der Masse und dem Volumen eines Stoffes.

\(\rho = \frac{m}{V} \)

Die Dichte eines Körper lässt sich bestimmen, indem man zunächst die Masse des Körpers z. B. mithilfe einer Waage bestimmt. Anschließend bestimmt man das Volumen des Körpers. Bei regelmäßig geformten Körpern wie Würfeln und Quadern kann das Volumen berechnet werden.

Teilt man nun die Masse des Körpers durch sein Volumen, dann erhält man die Dichte.

Hinweis: Das Volumen unregelmäßig geformter Körper kann man z. B. mithilfe der Verdrängung von Wasser bestimmen.

a)

Gegeben:

Volumen \(V = 60 \, \text{dm}^3 = 60000 \, \text{cm}^3 \)

Dichte \(\rho\ = 19,3 \, \frac{\text{g}} {\text{cm}^3} \)

Gesucht:

Masse \(m \)

Berechnung:

\(\rho\ = \frac{m}{V} \Rightarrow m = \rho\ \cdot V \)

\(m = 19,3 \, \frac{\text{g}} {\text{cm}^3} \cdot 60000 \, \text{cm}^3 = 1158000 \, \text{g} = 1,158 \, \text{t} \)

Ergebnis:

Die Reisetasche voll Gold hätte eine Masse von über 1,1 Tonnen.

b) Würde man tatsächlich eine Reisetasche mit dem angegebenen Volumen mit Gold befüllen, könnte ein Mensch sie nicht mehr ohne Hilfsmittel bewegen. Die Kinofilm ist also unrealistisch.

Die drei Stoffe lassen sich mithilfe ihrer Eigenschaften unterscheiden:

Beim Schmelzen geht ein Stoff durch Erwärmung vom festen in den flüssigen Aggregatzustand über. Es findet keine Vermischung von Stoffen statt. Der Stoff bleibt derselbe, er ändert nur seinen Aggregatzustand.

Beispiele: Eis wird zu Wasser; Kerzenwachs schmilzt; Butter schmilzt in der Pfanne; Schokolade schmilzt in der Hand

Beim Lösen verteilt sich ein Stoff in einem Lösemittel. Es findet eine Vermischung verschiedener Stoffe statt – es entsteht ein Stoffgemisch. Der Vorgang ist unabhängig vom Aggregatzustand.

Beispiele: Zucker löst sich in Wasser; Spülmittel löst sich in Wasser; Brausepulver löst sich in Wasser; Salz löst sich in Wasser

Die im Steckbrief aufgeführten Eigenschaften sprechen für den Stoff Wasser.

Wasser ist ein flüssiger, farbloser Stoff, der bei 0 °C schmilzt und bei 100 °C siedet. Zudem zeigt er kein magnetisches Verhalten.