Eigenschaften von Wasser Oberflächenspannung

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1 Eigenschaften von Wasser Oberflächenspannung Deine Aufgabe ist es, den Mitschülern deiner Stammgruppe das Phänomen der Oberflächenspannung des Wassers zu erklären. Informiere dich zunächst in deinem Chemiebuch und bearbeite dann die Aufgaben auf diesem Arbeitsblatt. Überlege dir genau, wie du deinen Mitschülern diese Eigenschaft des Wassers erklären willst. Mache dir Notizen oder fertige ein Handout an. Achte bei deiner Erklärung auf die entsprechenden Fachbegriffe. 1. Beschreibe und erkläre das Phänomen der Oberflächenspannung. Gehe dabei auf die Kräfte zwischen den Wasser-Molekülen ein. Fertige eine Modellzeichnung an, die die Kräfte zwischen den Wasser- Molekülen an der Oberfläche und im Inneren des Wassers zeigen. Versuch: Oberflächenspannung Materialien: 2 Petrischalen, 2 Bechergläser, Tropfpipette, Stecknadel oder Büroklammer, Pinzette, Spatel; Waschbenzin (Xn, N), Kohlenstoff (Pulver). Durchführung: 1. Fülle eine Petrischale randvoll mit Wasser. 2. Gib mit einer Pipette weitere Tropfen Wasser hinzu. Betrachte die Wasseroberfläche von der Seite. 3. Lege eine Stecknadel oder eine Büroklammer vorsichtig auf die Wasseroberfläche. Betrachte die Wasseroberfläche wiederum von der Seite. 4. Fülle ein Becherglas etwa zu zwei Dritteln mit Wasser und streue mit einem Spatel vorsichtig Kohlepulver auf die Oberfläche. 5. Wiederhole beide Versuchsteile mit Waschbenzin anstelle von Wasser. Aufgaben: a) Notiere deine Beobachtungen. b) Zeichne die unterschiedlichen Formen der Oberflächen von Wasser und Waschbenzin in den Versuchsschritten 2 und 3. c) Erkläre deine Beobachtungen. d) Begründe, weshalb Waschbenzin das Phänomen der Oberflächenspannung nicht zeigt. Hinweis: Waschbenzin ist ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen, deren Moleküle mit denen von Hexan vergleichbar sind. Wasser alltäglich und doch außergewöhnlich 103

2 Eigenschaften von Wasser Siedetemperatur Gemüse, Nudeln, Eier wir kochen unsere Lebensmittel in Wasser. Mit dem Alltagsbegriff kochen ist das Sieden von Wasser gemeint. Wir finden nichts Besonderes daran, dass Wasser bei einer Temperatur von 100 C siedet. Doch diese Eigenschaft des Wassers ist jedoch etwas ganz Besonders. Deine Aufgabe ist es, den Mitschülern deiner Stammgruppe die besonders hohe Siedetemperatur des Wassers zu erklären. Informiere dich zunächst in deinem Chemiebuch und bearbeite dann die Aufgaben auf diesem Arbeitsblatt. Überlege dir genau, wie du deinen Mitschülern diese Eigenschaft des Wassers erklären willst. Mache dir Notizen oder fertige ein Handout an. Achte bei deiner Erklärung auf die entsprechenden Fachbegriffe. Das folgende Diagramm zeigt die Siedetemperaturen verschiedener Wasserstoff-Verbindungen. 1. Beschreibe, was dir in dem Diagramm auffällt. 2. a) Erkläre, weshalb Schwefelwasserstoff (H 2 S) eine niedrigere Siedetemperatur hat als Selenwasserstoff (H 2 Se). b) Gib an, welche Siedetemperatur Tellurwasserstoff (H 2 Te) ungefähr haben müsste. 3. a) Erkläre die besonders hohe Siedetemperatur von Wasser. Gehe in deiner Erklärung auch auf den räumlichen Bau der Wasser-Moleküle und deren Dipoleigenschaften ein. b) Zeichne einen Verband mehrerer Wasser-Moleküle in der LEWIS-Schreibweise. Ordne den Atomen die entsprechenden Teilladungen zu und stelle die Wasserstoffbrückenbindungen als gestrichelte Linien dar. 4. Identifiziere anhand des Diagramms zwei weitere Stoffe, zwischen deren Molekülen Wasserstoffbrückenbindungen wirken können. Wasser alltäglich und doch außergewöhnlich 104

3 Eigenschaften von Wasser Dichteanomalien Deine Aufgabe ist es, den Mitschülern deiner Stammgruppe die ungewöhnlichen Verhältnisse bei der Dichte von Wasser zu erklären. Informiere dich zunächst in deinem Chemiebuch und bearbeite dann die Aufgaben auf diesem Arbeitsblatt. Überlege dir genau, wie du deinen Mitschülern diese Eigenschaft des Wassers erklären willst. Mache dir Notizen oder fertige ein Handout an. Achte bei deiner Erklärung auf die entsprechenden Fachbegriffe. 1. Die Dichte eines Stoffes verändert sich mit der Temperatur des Stoffes. Für diese Abhängigkeit lassen sich folgende Faustregeln formulieren. Fülle die Lücken aus. Die Dichte einer Flüssigkeit ist stets Das Volumen einer Flüssigkeit ist stets als die des Feststoffs. als das des Feststoffs. Mit steigender Temperatur nimmt die Dichte einer Flüssigkeit und deren Volumen. 2. Vergleiche das auf den Fotos gezeigte Verhalten von Wachs mit dem von Wasser und beschreibe, inwieweit sich das Wasser ungewöhnlich verhält. Dichte von Feststoff und Schmelze 3. a) Beschreibe mithilfe der Abbildung die Dichte- Anomalien des Wassers. b) Erkläre folgende Phänomene: Im Winter bildet sich bei Frost eine Eisschicht auf der Oberfläche des Sees. Unter der Eisschicht sammelt sich Wasser mit einer Temperatur von 4 C. Eisberge schwimmen größtenteils auf dem Wasser; sie sinken nicht auf den Boden des Meeres. Eine mit Wasser gefüllte Glasflasche zerspringt, wenn man sie ins Gefrierfach legt. c) Zusatzaufgabe: Zeichne ein entsprechendes Diagramm, welches die Veränderungen des Volumens von Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt. Volumen nach dem Erstarren von Wachs und Wasser Dichteanomalien des Wassers Wasser alltäglich und doch außergewöhnlich 105

4 Eigenschaften von Wasser Eis und Schnee Deine Aufgabe ist es, den Mitschülern deiner Stammgruppe die Kristallstruktur von Eis zu erklären. Informiere dich zunächst in deinem Chemiebuch und bearbeite dann die Aufgaben auf diesem Arbeitsblatt. Überlege dir genau, wie du deinen Mitschülern diese Eigenschaft des Wassers erklären willst. Mache dir Notizen oder fertige ein Handout an. Achte bei deiner Erklärung auf die entsprechenden Fachbegriffe. 1. Festes Wasser begegnet uns in unterschiedlichen Formen als hartes, sprödes Eis, als Hagelkörner oder als weiche Schneeflocken. Gemeinsam ist ihnen die kristalline Form. Obwohl es vom Schnee mehr als 2000 verschiedene Schneekristallformen gibt, ist die Grundform immer die gleiche. Eine häufige Form findest du in der Abbildung. Diese und alle anderen Schneekristalle weisen immer die gleiche Grundform und Symmetrie auf, sie sind sechseckig (hexagonal). a) Beschreibe anhand der Abbildung die Struktur von Eis und erkläre daran, weshalb Eis auf dem Wasser schwimmt. b) Beschreibe, was beim Schmelzen von Eis geschieht. Fertige eine veranschaulichenden Skizze an. Erkläre dabei auch den Dichteunterschied zwischen flüssigem Wasser und Eis. c) Zum Nachdenken: Du füllst ein Glas randvoll mit Wasser und legst einen Eiswürfel hinein. Das dabei überlaufende Wasser trocknest du mit einem Tuch ab. Stelle Vermutungen auf, ob beim Schmelzen des Eiswürfels weiteres Wasser überläuft. Begründe deine Vermutung. Du kannst das Experiment auch zuhause überprüfen. Wasser alltäglich und doch außergewöhnlich 106

5 Eigenschaften von Wasser Abschlusstest 1. Nenne die besonderen Eigenschaften des Wassers. 2. Beschreibe die Dichteanomalien des Wassers. 3. a) Zeichne die LEWIS-Formel eines Wasser-Moleküls und verdeutliche daran die Dipoleingeschaften des Wasser-Moleküls. b) Erkläre, weshalb sich zwischen Wasser-, Ammoniak-Molekülen (NH 3 )und Fluorwasserstoff-Molekülen (HF) Wasserstoffbrücken ausbilden können, während man diese zwischen Methan-Molekülen (CH 4 )nicht finden kann. c) Zeichne die Anordnung der Wasser-Moleküle a) im Eis, b) in Wasser mit der Temperatur von 4 Cund in Wasser mit der Temperatur von 50 C. Beachte auch die Wasserstoffbrückenbindungen. Fertige deine Zeichnungen so an, dass damit die Dichteanomalien verdeutlicht werden. 4. Erkläre, weshalb ein Wasserläufer auf der Wasseroberfläche laufen kann, ohne einzusinken. Wasser alltäglich und doch außergewöhnlich 107

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