Fokus Chemie 7/8 | Stoffe erkennt man an ihren Eigenschaften | Kannst du es noch?

a   Die Struktur von Stoffen kann mithilfe des Teilchenmodells beschrieben werden. Dabei wird angenommen, dass alle Stoffe aus sehr kleinen, unteilbaren Teilchen bestehen, die sich ständig bewegen.

Das Teilchenmodell ermöglicht es, Phänomene und Prozesse wie Änderungen des Aggregatzustands zu erklären.

b   Offene Aufgabenstellung. Aspekte:

• Keine Aussagen über bestimmte Eigenschaften des Stoffs (Farbe, Dichte, Geruch usw.)
• Keine Aussage über die innere Struktur der Teilchen
• Keine Erklärung chemischer Reaktionen

c   Im Inneren des Luftballons befinden sich sehr viele kleine Luftteilchen, die sich ständig und ungeordnet in alle Richtungen bewegen. Diese Teilchen stoßen dabei sowohl untereinander als auch gegen die Innenwand des Ballons. Wird der Luftballon zusammengedrückt, verkleinert sich der zur Verfügung stehende Raum. Die Teilchen rücken näher zusammen, stoßen häufiger zusammen und erzeugen dadurch einen höheren Druck im Inneren. Gleichzeitig wird das Volumen des Luftballons verkleinert.

Das Bild zeigt Teilchen, die sich ständig und ungeordnet in alle Richtungen bewegen. Diese Teilchen stoßen dabei manchmal untereinander zusammen. Dies verursacht die Änderung der Bewegungsrichtung der Teilchen. Übertragung der Modellvorstellung auf reale Beispiele: Zusammenstoßen von Billard- oder Boccia-Kugeln.

Offene Aufgabenstellung. Beispiele:

In festem Kerzenwachs befinden sich die Wachsteilchen dicht nebeneinander. Sie sind regelmäßig und starr angeordnet. An ihren Plätzen führen sie nur kleine Schwingungen aus.

In flüssigem Kerzenwachs sind die Wachsteilchen zwar dicht nebeneinander, aber nicht mehr regelmäßig angeordnet. Sie haben keine festen Plätze mehr. Die Teilchen bewegen sich hin und her und sind leicht gegeneinander verschiebbar.

Der Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand heißt Kondensation. Die Temperatur, bei der ein gasförmiger Stoff wieder flüssig wird, ist die Kondensationstemperatur. Für den Stoff Wasser erfolgt dies beispielsweise bei 100 °C.

Beim umgekehrten Vorgang, dem Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand, beginnt der Stoff zu sieden und verdampft. Die dazugehörige Temperatur heißt Siedetemperatur. Für den Stoff Wasser ist die Siedetemperatur beispielsweise 100 °C. Kondensationstemperatur und Siedetemperatur sind identisch.

• Wasser verdampft beim Kochen von Nudeln.
• Das gasförmige Wasser kondensiert am kalten Topfdeckel und ist als Tröpfchen erkennbar.
• Im Winter bei Temperaturen unterhalb 0°C erstarrt das Wasser im See und das flüssige Wasser wird zu festem Eis.
• Im Frühling, bei Temperaturen oberhalb von 0 °C, schmilzt das Eis und wird flüssig.
• Vor allem bei Sonnenstrahlung sublimiert das feste Eis (oder der feste Schnee) und wird zu gasförmigem Wasser.
• An sehr kalten Wintertagen schlägt sich das gasförmige Wasser in der Luft auf Glasscheiben nieder, es resublimiert; Eisblumen (festes Wasser) bilden sich.

• Die jeweilige Dichte der Stoffe bestimmen
• Die Schmelz- oder Siedetemperatur der Stoffe bestimmen oder im Tabellenwerk nachschlagen

Lösen: Ein fester Stoff verteilt sich fein in einem anderen Stoff, der flüssig ist. Aus zwei Reinstoffen entsteht ein Stoffgemisch. Beispiele:

• Zucker löst sich in Tee.
• Salz löst sich in Wasser.

Schmelzen: Ein Stoff wird durch Zufuhr von Wärme von fest zu flüssig, ohne dass ein anderer Stoff beteiligt ist. Vor und nach dem Schmelzen liegt ein Reinstoff vor. Beispiele:

• Festes Kerzenwachs wird unterhalb des Dochts flüssig.
• Beim „Bleigießen“ zu Silvester schmilzt das Blei über der Flamme.

Hinweis: Bei angeführten Beispielen wie Schokolade handelt es sich vor und nach dem Schmelzen um ein und dasselbe Stoffgemisch.

Die Dichte ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Masse in einem bestimmten Volumen eines Stoffs enthalten ist. Sie unabhängig von Form und Größe der Stoffportion.

Eine hohe Dichte bedeutet: Viele Teilchen sind auf engem Raum gepackt (z. B. Metall).

Eine geringe Dichte bedeutet: die Teilchen sind weiter voneinander entfernt (z. B. Luft).

Im Teilchenmodell lässt sich die Dichte so erklären:

Dichte ist groß ⇒ Teilchen liegen dicht beieinander.

Dichte ist klein ⇒ Teilchen sind weiter auseinander.

Die Dichte eines Körpers kann bestimmt werden, indem man sein Volumen über die Verdrängung von Wasser ermittelt und anschließend mit der Masse verknüpft.

• Masse bestimmen: Der Körper wird mit einer Waage gewogen ⇒ Masse m.
• Anfangsvolumen messen: Ein Messzylinder wird mit Wasser gefüllt. Das Anfangsvolumen V₁ wird abgelesen.
• Körper eintauchen: Der Körper wird vollständig ins Wasser eingetaucht.
• Endvolumen ablesen: Das Endvolumen V₂ wird am Messzylinder abgelesen.
• Volumen des Körpers berechnen: V = V₂ – V₁
• Dichte Berechnen nach  \(\rho=\frac{m}{V}\)

Gesucht: Masse m der Goldbarren

Gegeben: Dichte ρ(Gold) = 19,3;  Volumen einer Tasche: V = 60 L, mit 1 L = 60 000 cm³

Auflösen der Gleichung nach der Masse m:
m = ρ • V

= 19,3  \(\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm}^3}\) • 60 000 cm³

= 1.158.000 g

= 1158 kg

Gesamtmasse der Goldbarren in den vier Taschen: m = 4632 kg

Die Goldbarren in den vier Taschen haben eine sehr große Masse, m = 4632 kg. Sie können von Menschen getragen werden, sondern müssen mit einem technischen Hilfsmittel (Lastenfahrzeug oder ähnliches) transportiert werden.