Das Kugelteilchenmodell und Aggregatzustände

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1 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

2 Aggregatzustände

3 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).

4 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.

5 Schmelz- und Siedetemperatur

6 Einstieg: Expansionskälte

7 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?

8 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

9 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.

10 Phasendiagramm Zusammenhang zwischen Aggregatzustand, Temperatur und Druck P/mbar - Smp. hängt nicht (kaum) vom Druck ab. fest flüssig - Sdp. hängt vom Druck ab (Spaghetti) 1013 RT Smp. Trippelpunkt gasförmig T/ C - Bei geringem Druck kann ein Feststoff direkt gasförmig werden (sublimieren). Die entsprechende Temp. ist abhänhig vom Druck.

11 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.

12 Phasendiagramme von Iod und CO 2

13 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?

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15 Kristalle züchten

16 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?

17 Lösen Neben Festestoffen und Flüssigkeiten kann man auch Gase lösen.

18 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. CO 2 in kaltem oder warmem Wasser)?

19 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 KNO 3 (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.

20 Experimente zur Löslichkeit Testsubstanz Wasser Alkohol Benzin CuSO 4 Kupfersulfat CoCl 2 Cobaltchlorid Iod Öl Paraffin

21 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.

22 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?

23 Knobelfrage Warum findet man in einem Tabellenwerk der Chemie keine Angabe zur Löslichkeit von Alkohol?

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25 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?

26 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. ρ = m V

27 Dichte III Beispiele: Sauerstoff: 0,00116 g/cm 3 Wasser: 1,0 g/cm 3 Aluminium: 2,7 g/cm 3 Eisen: 7,87 g/cm 3 Blei: 11,4 g/cm 3 Dichte und der Aggregatzustand: Gase: Dichte deutlich < 0,1 g/cm 3 Flüssigkeiten: Dichte zwischen 0,7 g/cm 3 und 13,5 g/cm 3 Feststoffe: Dichte zwischen 1,5 g/cm 3 und 20 g/cm

28 Unterwassersee

29 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

30 Aufgaben zur Dichte 1. Ein Messzylinder mit einer Masse von 73g wird mit 50cm 3 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 200cm 3 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/cm 3. Welche Masse hat ein Bleistück mit dem Volumen 3cm 3?

31 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?

32 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/cm 3 ) 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?

33 Dichtetabelle Fülle die Tabelle aus. Nimm dabei an, dass die Dichte der Zuckerlösungen jeweils um 0,02 g/ml steigt.

34 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.

35 Farbe: gelb Aggregatzustand: bei RT fest 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. Eigenschaftskombination oder Steckbrief s.bu. S. 18 Jeder Stoff ist durch die Kombination seiner Eigenschaften identifizierbar. Wir haben sowohl quantifizierbare, als auch rein qualitative Eigenschaften kennen gelernt. Belohung: Ruhm und Ehre!!!

36 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 Salzartige Stoffe: hart, spröde; hoher Smp.; z.b. Kochsalz 3. Metallische Stoffe: glänzend, verformbar, gute Wärmeleiter; z.b. Kufper, Eisen Diamantartige Stoffe: sehr hart; sehr hoher Smp.; unlöslich 5. Hochmolekulare Stoffe: oft unlöslich; weich; kein fester Smp.; z.b. Zucker