Dichte

Das Kugelteilchenmodell
und Aggregatzustände
Wie kann man sich die drei Aggregatzustände im
Teilchenmodell vorstellen?
Siehe dazu S. 38 im Buch an!
Feststoffe: Teilchen eng beieinander; feste
Plätze; keine Verschiebung möglich
Flüssigkeiten: Teilchen eng beieinander, aber
etwas mehr Platz; Plätze nicht fest;
Verschiebung möglich
Gase: Teilchen weit von einander entfernt; keine
festen Plätze; Verschiebung möglich; Teilchen
„fliegen“
Aggregatzustände
Teilchenmodell und
Wärme
Je höher die Temperatur eines Stoffes, desto schneller
bewegen sich die Teilchen aus denen er besteht.
Beim Erhitzen eines Feststoffes können sich, ab einer
best. Temp. (Schmelzpunkt) die Teilchen von ihren
festen Plätzen wegbewegen (schmelzen).
Beim Erhitzen einer Flüssigkeit können, ab einer best.
Temp. (Siedertemp.) die Teilchen den
Flüssigkeitsverband verlassen (sieden).
Schmelz- und Siedetemperatur
Was meint ihr?
Statt Schmelztemperatur wird häufig
der Schmelzpunkt (Smp.) oder der
Festpunkt (Fp.) angegeben, statt der
Siedetemperatur, schreibt man auch
den Siedepunkt (Sdp.) oder
Kondensationspunkt.
Schmelz- und Siedetemperatur
Einstieg: Expansionskälte
Aggregatzustände, Wärme und Druck
- Warum und wie kühlt Eisspray?
- Wieso entsteht beim Öffnen einer Mineralwasserflasche Nebel?
- Weshalb kann eine Weinflasche in einem porösen Tonbehälter
gekühlt werden?
- Worauf muss man beim Spaghetti kochen auf dem Matterhorn
achten?
Aggregatzustände,
Energie und Druck
- Zum Verdampfen einer Flüssigkeit muss Wärme
(Energie) zugeführt werden.
- Beim Verdunsten wird die Wärme aus der
Umgebung abgezogen (Weinkühler, Eisspray, Aceton,
Schwimmbad).
- Je niedriger der Druck, desto weniger Energie
braucht man, um eine Flüssigkeit zu verdampfen
(geringere Temperatur; Matterhorn).
- Bei der plötzlichen Verringerung des Druckes
verdunstet mehr Flüssigkeit und es kommt dadurch
zu einer Abkühlung (Eisspray, Nebel über Mineral)
Stichworte: Verdunstungskälte und Expansionskälte
Zusammenfassung
- Je wärmer einer Flüssigkeit, desto mehr Teilchen
sind schnell genug, um zu „fliegen“ --> der Stoff
verdunstet schneller.
- Je geringer der Druck (Widerstand gegen das
„fliegen“), desto mehr Teilchen „fliegen“ --> der Stoff
wird gasförmig.
- Die Wärme (Energie), die zum „fliegen“ benötigt
wird, kann auch aus der Umgebung abgezogen
werden --> die Umgebung kühlt ab.
- Dieses Phänomen nennt man Verdunstungskälte
bzw. Expansionskälte, wenn ein Stoff plötzlich Platz
zum „fliegen“ hat.
Phasendiagramm
Zusammenhang zwischen Aggregatzustand, Temperatur
und Druck
- Smp. hängt nicht
(kaum) vom Druck
ab.
P/mbar
fest
flüssig
gasförmig
Trippelpunkt
1013
RT Smp.
- Sdp. hängt vom
Druck ab
(Spaghetti)
- Bei geringem
Druck kann ein
Feststoff direkt
gasförmig werden
(sublimieren). Die
entsprechende
Temp. ist abhänhig
T/°C vom Druck.
Phasendiagramm von Wasser
Zeichne das Diagramm ab
und trage folgende Punkte
ein:
A: Wasser ist im
Klassenzimmer bei ca.
150°C gasförmig.
B: Wasser ist auf dem
Boden des Meeres (hoher
Druck) unter 0°C flüssig.
C: Wasser ist im Weltall
(praktisch kein Druck und
sehr tiefe Temperaturen)
fest.
Zeichne Pfeile für folgende Vorgänge
ein:
1: Eis von -1°C schmilzt, wenn es
unter hohen Druck kommt.
2: Schnee von -10°C geht bei sehr
niedrigem Druck in Wasserdampf über.
Was liegt am Tripelpunkt
vor?
Bei überkritischen
Bedingungen sind die
Zustände flüssig und
gasförmig nicht mehr
unterscheidbar.
Phasendiagramme von Iod
und CO2
Kühlschrank
Ein Ort, an dem gekühlt und erwärmt
wird und ein Kühlmittel ständig unter
Druck seinen Aggregatszustand
wechselt ist der Kühlschrank. Doch
wie funktioniert er?
Kristalle züchten
Mischen und Lösen
- Nicht alle Stoffe sind miteinander mischbar.
--> Hexan (Bestandteil von Benzin) und Wasser
--> Hast du Beispiele aus dem Alltag?
- Kann man die Stoffe nach dem Mischen nicht mehr
auseinander halten, so ist eine Lösung entstanden.
--> Alkohol und Wasser; Essig und Wasser
- Vor allem beim Mischen von Feststoffen in
Flüssigkeiten spricht man vom Entstehen einer
Lösung.
--> Kennst du solche Lösungen aus dem Alltag?
Lösen
Neben Festestoffen und Flüssigkeiten kann man auch
Gase lösen.
Lösungsmittel
Flüssigkeiten, die Stoffe lösen heissen Lösungsmittel.
Stoffe, die gelöst werden können sind fest (Salz),
flüssig (Alkohol) oder gasförmig (Kohlenstoffdioxid).
Beispiele für Lösungsmittel sind: Wasser, Benzin,
Alkohol(e)
Nicht jedes Lösungsmittel löst jeden Stoff.
Stoffe lösen sich unterschiedlich gut und nicht
unbegrenzt. Man kann bestimmen, wie gut sie sich
lösen und erhält den Wert (Stoffeigenschaft) der
Löslichkeit.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen der
Löslichkeit und der Temperatur (Zucker bzw. CO2 in
kaltem oder warmem Wasser)?
Experimente zur Löslichkeit
1. Bildet 4er/5er Gruppen.
2. Macht einen Tisch frei und verteilt euch darum.
3. Eine Person holt einen vorbereiteten Reagenzglasständer und
erhält eine zu testende Substanz.
Ablauf (schüttle jeweils nach der Zugabe!):
- RG1: Gib ein Löffelchen NaCl (Kochsalz) zu Wasser.
- RG2: Gib ein Löffelchen NaCl zu Benzin.
- RG1: Gib noch weitere 6 Löffelchen NaCl zu Wasser. Nachdem
du zunächst geschüttelt hast, erwärme das RG.
- RG3 und 4: Gib 8 Löffelchen KNO3 (Kaliumnitrat) zu kaltem
Wasser und die gleiche Menge zu warmem Wasser (erwärme
unter dem Wasserhahn).
- RG 5-7: Gib je eine kleine Menge der Testsubstanz zu den
drei Reagenzgläsern mit den Lösungsmitteln (Alkohol (Ethanol
oder EtOH), Wasser, Benzin (Hexan)). Erwärme!
--> Notiere Beobachtungen und Ergebnisse im Heft und an der
Tafel.
Experimente zur Löslichkeit
Testsubstanz
CuSO4
Kupfersulfat
CoCl2
Cobaltchlorid
Iod
Öl
Paraffin
Wasser
Alkohol
Benzin
Löslichkeit bestimmen
s. Tafel
Löslichkeit und Temperatur
Je wärmer das
Lösungsmittel, desto...
...schneller löst sich ein
Stoff (Ausnahme: Gase).
...mehr löst sich von
einem Feststoff
(Ausnahme: best. Salze).
...weniger löst sich von
einem Gas.
Gesättigte Lösungen
Wie funktioniert das
Züchten von
Kristallen, wenn
man das Prinzip der
Temperaturabhängigen
Löslichkeit kennt?
Was müsste man
tun, um aus einer
Lösung einen
Kristall zu erhalten
und wie könnte man
dies am Diagramm
ablesen?
Knobelfrage
Warum findet man in
einem Tabellenwerk der
Chemie keine Angabe zur
Löslichkeit von Alkohol?
Dichte
Sind Gase (z.B. der Sauerstoff in der Luft) dicht?
Was ist dichter? Wasser oder Luft?
Man kann durch Glas und durch Wasser sehen, aber
welcher Stoff hat die höhere Dichte?
Was verändere ich, wenn ich ein Stück Toastbrot in der
Hand zu einer Kugel zusammen drücke? Welche
messbare Größe (Mathe) bleibt unverändert? In
welchem Zustand hat das Brot eine höhere Dichte?
Wenn ich eine Schneidebrett aus Holz abspüle und ein
gleich großes Kuchenblech, wie verhalten sie sich
unterschiedlich im Spülwasser?
Was spürt man, wenn man eine Flasche mit Quecksilber
hoch hält? Sieht die Flasche so aus, wie sie sich anfühlt?
Dichte II
Die Dichte gibt an, wie viel eine
Portion eines Stoffes mit einem
bestimmten Volumen wiegt.
Die Dichte wird bezeichnet mit dem
kleinen griechischen Buchstaben Rho
ρ.
m
ρ=
V
Dichte III
Beispiele:
Sauerstoff: 0,00116 g/cm3
Wasser: 1,0 g/cm3
Aluminium: 2,7 g/cm3
Eisen: 7,87 g/cm3
Blei: 11,4 g/cm3
Dichte und der Aggregatzustand:
Gase: Dichte deutlich < 0,1 g/cm3
Flüssigkeiten: Dichte zwischen 0,7 g/cm3 und 13,5
g/cm3
Feststoffe: Dichte zwischen 1,5 g/cm3 und 20
g/cm3
012
10
13
20
Unterwassersee
Dichtemessung
- Welche Angaben benötigt man?
- Wie kann man diese Angaben bestimmen?
- Dichtemessung von...
...Gasen: Waage und Spritze, Tüte, Kolbenprober,
Gaswägekugel (s. S.18)
...Flüssigkeiten: Waage und
Messzylinder
...Feststoffen: Waage und ???
 Arbeitsblatt zu Archimedes
und der Krone
Aufgaben zur Dichte
1. Ein Messzylinder mit einer Masse von 73g wird
mit 50cm3 Alkohol gefüllt. Die Waage zeigt nun
112,5g an. Berechne die Dichte von Alkohol.
2. Eine Gaswägekugel (s. S. 18) wird evakuiert
(luftleer gepumpt) und gewogen. Nach dem
Einsaugen von 200cm3 Luft wird die Kugel erneut
gewogen. Die Massenzunahme beträgt 0,24g.
Berechne die Dichte der Luft.
3. Blei hat eine Dichte von ρ = 11,4 g/cm3.
Welche Masse hat ein Bleistück mit dem Volumen
3cm3?
Aräometer
Mit Hilfe eines Aräometers kann
man die Dichte von Flüssigkeiten
messen.
Das Gerät taucht, je nach Dichte,
unterschiedlich tief in eine
Flüssigkeit ein.
Auf einer Skala kann die Dichte der
Flüssigkeit abgelesen werden?
Taucht das Aräometer tiefer ein,
wenn die Dichte einer
Flüssigkeit gross oder klein ist?
Bau eines Aräometers
Mit Hilfe einer leere Plastikpipette und
etwas Sand oder Eisenpulver kann man
selbst ein Aräometer bauen.
Um Flüssigkeiten mit einer Dichte grösser
als Wasser (ρ = 1,00 g/cm3) zu messen,
wie viel Sand oder Eisenpulver muss man
einfüllen, wenn die Pipette ein Volumen
von 4ml hat?
Die Skala auf der Pipette muss zunächst
geeicht werden. Dies macht man mit
Flüssigkeiten bekannter Dichte. Man stellt
verschiedene Zuckerlösungen her.
Wie kann man die Dichte einer
Zuckerlösung mit einem Gehalt von 5%
bestimmen?
Dichtetabelle
Fülle die Tabelle aus. Nimm dabei an, dass die Dichte
der Zuckerlösungen jeweils um 0,02 g/ml steigt.
Anwendungen der
Dichtemessung
- Bestimmung des
Alkoholgehaltes von Destillaten
(Schnaps) und von vergorenen
Säften (Wein...)
Je mehr Alkohol. Desto geringer
die Dichte
- Bestimmung des
Zuckergehaltes (Mostgewicht)
von Fruchtsäften (Traubensaft)
Je höher die Dichte, desto
grösser der Zuckergehalt.
Farbe: gelb
Aggregatzustand: bei RT fest
Eigenschaftskombination
oder Steckbrief
s.Bu. S. 18
Geruch: keiner
Verhalten beim Erhitzen:
schmilzt, wird bei höherer Temp.
aber zäh und rotbraun
Löslichkeit: nicht in Wasser
löslich
Brennbarkeit: brennt mit blauer
Flamme
Hinweise, die zur Identifikation des Stoffes
führen, bitte an den zuständigen
Chemielehrer.
Belohung: Ruhm und Ehre!!!
Jeder Stoff ist durch
die Kombination
seiner
Eigenschaften
identifizierbar. Wir
haben sowohl
quantifizierbare, als
auch rein qualitative
Eigenschaften kennen
gelernt.
Stoffklassen
Durch Abstraktion, also das Weglassen bestimmter
Eigenschaften lassen sich alle Stoffe in 5 Klassen
einteilen, die uns im Laufe der Zeit immer wieder
begegnen werden.
1. Flüchtige Stoffe:
niedriger Smp. und Sdp.; gasf. oder fl.; z.B.
Wasser, Alkohol, Sauerstoff...
2. Salzartige Stoffe:
hart, spröde; hoher Smp.; z.B. Kochsalz
3. Metallische Stoffe:
glänzend, verformbar, gute Wärmeleiter;
z.B. Kufper, Eisen...
4. Diamantartige Stoffe:
sehr hart; sehr hoher Smp.; unlöslich
5. Hochmolekulare Stoffe:
z.B. Zucker
oft unlöslich; weich; kein fester Smp.;