Über dieses Experiment
Wasser lässt sich besonders gut in allen drei Aggregatzuständen beobachten: als festes Eis, als flüssiges Wasser und als gasförmiger Wasserdampf. Stelle einen Kolben mit Eis bei −20 °C auf eine Heizplatte und erhitze ihn. Beobachte das Thermometer, die Eiswürfel, die Bläschen und den Ballon, der den Wasserdampf auffängt, und zoome heran, um zu sehen, was die Teilchen tun. Die Erwärmungskurve zeigt etwas Überraschendes: Während das Eis schmilzt und während das Wasser siedet, ändert sich die Temperatur überhaupt nicht.
Lernziele
- Nenne die drei Aggregatzustände und gib für jeden ein Beispiel an.
- Beschreibe, wie die Teilchen in einem Feststoff, einer Flüssigkeit und einem Gas angeordnet sind und sich bewegen.
- Verwende die Begriffe Schmelzen, Gefrieren, Sieden, Verdampfen und Kondensieren richtig.
- Denke daran: Reines Wasser schmilzt bei normalem Luftdruck bei 0 °C und siedet bei 100 °C.
- Erkläre, dass die Temperatur gleich bleibt, während sich der Aggregatzustand ändert.
Anleitung
- 1Drücke auf „Heizen starten“. Beobachte, wie das Thermometer steigt, bis es 0 °C erreicht. Was passiert mit den Eiswürfeln und den Teilchen?
- 2Heize weiter, während das Eis schmilzt. Beobachte die Temperatur. Steigt sie, solange sich noch Eis im Kolben befindet?
- 3Erhitze das Wasser auf 100 °C. Beschreibe die Blasen. Was befindet sich in ihnen?
- 4Beobachte den Ballon, während das Wasser kocht. Warum bläht er sich auf, obwohl nichts in den Kolben gegeben wird?
- 5Schalte die Heizplatte auf „Kühlen“. Lass den Film rückwärts laufen: Wohin geht der Wasserdampf, und wann erscheint wieder Eis?
- 6Sieh dir die Heizkurve an. Wofür wird mehr Wärme benötigt: um das Eis zu schmelzen oder um das Wasser vollständig zu verdampfen?
Das Modell
Annahmen
- Der Kolben ist mit einem Ballon verschlossen, sodass kein Wasser entweicht und der Dampf unter normalem Luftdruck bleibt.
- Die gesamte Wärme der Heizplatte geht ins Wasser. In einem echten Labor geht ein Teil der Wärme an die Luft und das Glas verloren.
- Verwendete Werte: spezifische Wärmekapazität von Eis 2,1 J/(g·°C), von Wasser 4,18 und von Wasserdampf 2,0; 334 J/g zum Schmelzen von Eis und 2257 J/g zum Sieden von Wasser.
- Die Teilchendarstellung zeigt jedes Teilchen als kleine Kugel. Es handelt sich um ein Modell: Wassermoleküle sind in Wirklichkeit viel zu klein, um sie zu sehen, und es gibt sehr viel mehr von ihnen.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Speiseeis schmilzt in deiner Hand, aber nicht im Gefrierschrank. Was ist anders?
- Q2Eine Pfütze verschwindet an einem sonnigen Tag, ohne jemals 100 °C zu erreichen. Wohin ist das Wasser verschwunden?
- Q3Warum bilden sich außen an einem kalten Glas Saft Wassertropfen?
- Q4Ist Wasserdampf die weiße Wolke, die man über einem Wasserkocher sieht? Erkläre, woraus die Wolke wirklich besteht.
- Q5Warum dauert es viel länger, einen Topf leerzukochen, als das Wasser zum Kochen zu bringen?
Häufig gestellte Fragen
Warum steigt die Temperatur nicht weiter, während das Eis schmilzt?
Im Eis werden die Teilchen in einem Muster zusammengehalten. Beim Schmelzen wird dieses Muster aufgebrochen, und die gesamte Wärme der Heizplatte wird dafür verwendet, statt die Teilchen schneller zu bewegen. Erst wenn das ganze Eis geschmolzen ist, steigt die Temperatur wieder.
Was ist der Unterschied zwischen Sieden und Verdampfen?
Bei beiden wird flüssiges Wasser in Gas umgewandelt. Verdampfen geschieht langsam an der Oberfläche und bei jeder Temperatur. Sieden findet in der gesamten Flüssigkeit bei 100 °C statt. Deshalb bilden sich am Boden Dampfblasen.
Kann man Dampf sehen?
Nein. Echter Dampf, also Wasser im gasförmigen Zustand, ist unsichtbar. Die weiße Wolke über einem Wasserkocher besteht aus winzigen Wassertröpfchen, die entstehen, wenn der Dampf in der Luft abkühlt.
Siedet Wasser immer bei 100 °C?
Nur bei normalem Luftdruck auf Meereshöhe. Auf einem hohen Berg ist der Luftdruck niedriger, und Wasser siedet bei einer niedrigeren Temperatur, auf dem Gipfel des Mount Everest etwa bei 70 °C.