Aufgabe: Erkläre folgende Tatsache mit Hilfe des Teilchenmodells! An heißen Tagen bilden sich auf einer gekühlten Getränkeflasche Wassertropfen.

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Paul Wetzel
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1 An heißen Tagen bilden sich auf einer gekühlten Getränkeflasche Wassertropfen. Bei einem Flüssigkeitsthermometer kann die Temperatur an der Höhe des Flüssigkeitsstandes im Röhrchen abgelesen werden beobachtete der schottische Botaniker Robert Brown unter dem Mikroskop, dass Blütenstaubkörner in einem Wassertropfen unregelmäßig zuckende Bewegungen machten fand der berühmte Physiker Albert Einstein eine Erklärung dafür. Benzin kann mit Hilfe eines brennenden Zündholzes bei Raumtemperatur entzündet werden, Diesel nicht. Zusatz: Petroleumlampen brauchen einen Docht um bei Raumtemperatur entzündet werden zu können.

2 Luft enthält stets geringe Mengen an Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit). An kalten Oberflächen kühlt sich die Luft ab und die Wasserteilchen bewegen sich langsamer, der Abstand zwischen ihnen wird geringer und die Anziehungskräfte werden stärker. Der Wasserdampf kondensiert zu flüssigem Wasser. Mit zunehmender Temperatur bewegen sich die Teilchen heftiger, dadurch brauchen sie mehr Platz. Das Volumen der Flüssigkeit nimmt zu. Die Teilchen der Flüssigkeit sind ständig in Bewegung und sie stoßen von allen Seiten gegen die größeren Blütenstaubteilchen. Die Anziehungskräfte zwischen den Benzinteilchen sind geringer als die zwischen den Dieselteilchen. Somit entweichen pro Zeiteinheit mehr Benzinteilchen in die Luft, wo sie als brennbare Gase entzündet werden können. Zusatz: Der Docht besteht aus vielen einzelnen Fäden und hat dadurch eine große Oberfläche. Von dieser großen Oberfläche können viele Petroleumteilchen gleichzeitig in den Gasraum übergehen.

3 Wenn man Luft in einen Luftballon hineinbläst, dehnt er sich aus. Um Wäsche zu trocknen, wird sie meist aufgehängt. Zusatz: Im Wäschetrockner oder bei Wind trocknet sie schneller Du hast die Destillation als physikalische Trennmethode kennen gelernt. Das Destillat enthielt einen höheren Alkoholgehalt als der Wein. Öffnet man einen Wasserhahn geringfügig, so fängt er an zu tropfen.

4 Die Teilchen der hineingeblasenen Luft stoßen von innen an die Luftballonwand. Sie erzeugen damit einen Druck, der mit der Zahl der Teilchen zunimmt. Von außen stoßen auch Teilchen der Umgebungsluft gegen die Luftballonwand. Ist der Druck von innen größer als der Druck von außen, dehnt sich der Luftballon aus. Von der Oberfläche der feuchten Wäsche entweichen nach und nach Wasserteilchen in die umgebende Luft (das Wasser verdunstet). Zusatz: Wird die feuchte Luft durch den Wind/Wäschetrockner abtransportiert und durch trockene Luft ersetzt, können in derselben Zeit mehr Wasserteilchen entweichen. Die Wäsche trocknet schneller. Im Wäschetrockner bewirkt die erhöhte Temperatur, dass sich die Teilchen schneller bewegen und so rascher in die Luft entweichen. Die Anziehungskräfte zwischen den Alkoholteilchen sind geringer als die zwischen den Wasserteilchen. Sie gehen bevorzugt in die Gasphase über. Kondensiert das Gas im Kühler, so ist der Anteil der Alkoholteilchen in der entstandenen Flüssigkeit (dem Destillat) entsprechend höher als im Wein. Die Anziehungskräfte zwischen den Flüssigkeitsteilchen sind relativ gering, deshalb können sich die Teilchen auch gegeneinander bewegen. Trotzdem sind die Anziehungskräfte groß genug, um die Teilchen in einem bestimmten Volumen zusammenzuhalten. Auch bei der Tropfenbildung spielen die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen eine große Rolle. Selbst in dem kleinsten Wassertropfen wird noch eine ungeheuer große Anzahl von Wasserteilchen durch die Anziehungskräfte zusammengehalten. Ab einem bestimmten Volumen jedoch, kann der Tropfen keine weiteren Flüssigkeitsteilchen mehr aufnehmen: der Tropfen fällt.

5 Wenn man gegen eine kalte Fensterscheibe haucht, beschlägt sich diese. Du kannst beobachten, dass sich kleine Wassertropfen bilden. Wird Kaffee zubereitet, so riecht man den Kaffeeduft bald im ganzen Haus. Im Winter bildet sich bei hoher Luftfeuchtigkeit und bei Temperaturen von unter -8 C Raureif. Alkohol (Ethanol) hat einen Flammpunkt von 12 C und lässt sich bei tieferen Temperaturen nicht entzünden.

6 Die Luft, die man ausatmet, enthält Wasserdampf. Wenn der Wasserdampf mit der kalten Oberfläche des Fensters in Berührung kommt, dann kondensiert er als winzige Wassertropfen, da sich die Wasserteilchen langsamer bewegen, der Abstand zwischen ihnen geringer und die Anziehungskräfte stärker werden. Es handelt sich um einen Übergang von gasförmig zu flüssig. Die Duftstoffe des Kaffees sind gasförmige Stoffe. Deshalb riechen auch frisch gemahlene Bohnen sehr intensiv nach Kaffee: durch das Zerkleinern der Kaffeebohnen werden die gasförmigen Duftstoffe freigesetzt. Die gasförmigen Duftstoffteilchen bewegen sich sehr schnell und chaotisch und erreichen dadurch jeden Ort des Raumes, den man ihnen zur Verfügung stellt. Luft enthält stets geringe Mengen an Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit). An kalten Oberflächen kühlt sich die Luft ab und die Wasserteilchen bewegen sich langsamer, der Abstand zwischen ihnen wird geringer und die Anziehungskräfte werden größer. Bei so niedrigen Temperaturen ordnen sich die Wasserteilchen sofort regelmäßig an und bilden einen Festkörper (Eis). Es handelt sich um einen Übergang von gasförmig zu fest, der als Resublimation bezeichnet wird. Bei tiefen Temperaturen bewegen sich die Alkoholteilchen so langsam, dass nur wenige in die Luft entweichen. Es entstehen über der Flüssigkeit nicht ausreichend brennbare Gase.

7 Zucker löst sich in heißem Tee schneller als in kaltem. Wenn man Wasser zum Kochen bringen will, geht das deutlich schneller, wenn man einen Deckel auf den Topf gibt. In den meisten Feuerzeugen befindet sich Butan, das häufig als Flüssiggas bezeichnet wird. Man kann die Flüssigkeit im Inneren des Kunststoffgehäuses sehen. Benützt man das Feuerzeug, so entweicht ein Gas. Für fast alle Stoffe gilt, dass sie im festen Zustand eine höhere Dichte haben als im flüssigen. Zusatz: Wasser bildet eine Ausnahme.

8 Die Wasserteilchen sind ständig in Bewegung. Sie stoßen gegen die äußerste Schicht der regelmäßig angeordneten Zuckerteilchen. Diese verlassen nach und nach ihren Platz im fixen Teilchenverband und mischen sich unter die Wasserteilchen. Dieser Vorgang wird als Lösen bezeichnet. Mit steigender Temperatur bewegen sich die Wasserteilchen schneller, der Lösevorgang wird beschleunigt. Um Wasser zum Sieden zu bringen wird es erhitzt. Dadurch bewegen sich die Wasserteilchen immer heftiger. Von den Teichen an der Oberfläche überwinden schließlich viele die Anziehungskräfte und entweichen. Wenn der Druck, den die Wasserteilchen dadurch erzeugen, gleich ist wie der äußere Luftdruck, dann siedet das Wasser. Durch den Deckel wird verhindert, dass die Wasserteilchen des Dampfraums sich verflüchtigen. Der erforderliche Druck wird rascher erreicht. Im Inneren des Feuerzeugs herrscht ein Druck, der größer ist als der äußere Luftdruck. Erzeugt wird der Druck durch die vielen Butanteilchen im Gasraum. Weil ihnen so wenig Platz zur Verfügung steht, sind viele nahe beisammen, ungeordnet und ziehen einander schwach an. Sie bilden eine Flüssigkeit. Sobald das Ventil geöffnet wird, entweichen die Butanteilchen aus dem Gasraum. Der Druck im Inneren sinkt jedoch nicht, weil gleichzeitig Butan Teilchen aus der Flüssigkeit in den Gasraum nachströmen. Die Teilchen sind im Festkörper regelmäßig angeordnet. Bei fast allen Stoffen ist dies auch die dichteste Packung. Das heißt, in einem bestimmten Volumen Feststoff haben mehr Teilchen Platz, als im selben Volumen Flüssigkeit. Mehr Teilchen bedeutet aber auch eine größere Masse pro Volumeneinheit und damit eine höhere Dichte. Zusatz: Die Wassermoleküle im Eis sind zwar regelmäßig angeordnet aber dabei nicht dicht gepackt.

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