Aufgaben: Die Aggregatzustandsänderungen

Übertrage das Schema in dein Heft und ergänze den Namen jeder Aggregatzustandsänderung:

1. a) Von fest zu flüssig: $\dots$
2. b) Von flüssig zu gasförmig: $\dots$
3. c) Von gasförmig zu flüssig: $\dots$
4. d) Von flüssig zu fest: $\dots$
5. e) Von fest zu gasförmig, ohne den flüssigen Zustand zu durchlaufen: $\dots$

In einer Limonade mit Eis werden die Eiswürfel immer kleiner, bis sie verschwunden sind. Welche Aggregatzustandsänderung hat das Eis durchlaufen? Gib den Anfangszustand, den Endzustand und den Namen der Änderung an.

Wenn Wasser in einem Wasserkessel kocht, kommt Dampf aus der Tülle. Wie heißt die Aggregatzustandsänderung von flüssig zu gasförmig? Nenne ein weiteres Beispiel aus dem Alltag, bei dem dieselbe Änderung auftritt.

Wenn du heiß duschst, beschlägt der Badezimmerspiegel und überzieht sich mit kleinen Tröpfchen. Welche Aggregatzustandsänderung erfährt der Wasserdampf, wenn er den kalten Spiegel berührt? Schreibe ihren Namen und ihre Richtung auf (von welchem Zustand in welchen Zustand).

Um zu Hause Eis herzustellen, füllt Leon eine Eiswürfelform mit Wasser und stellt sie in den Gefrierschrank. Welche Aggregatzustandsänderung erfährt das Wasser? Schreibe ihren Namen und ihre Richtung auf (von welchem Zustand in welchen Zustand).

Die Mottenkugeln aus Kampfer, die man in den Kleiderschrank legt, werden nach und nach kleiner, ohne dass etwas in der Umgebung nass wird: Sie gehen direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Wie heißt diese Aggregatzustandsänderung?

Bei welcher Temperatur schmilzt Eis? Und bei welcher Temperatur kocht Wasser auf Meereshöhe? Gib die Werte in Grad Celsius an.

Michael erhitzt einen Topf mit Eis und Wasser und beobachtet das Thermometer: Solange noch ungeschmolzenes Eis vorhanden ist, steigt die Temperatur nicht. Die Abbildung zeigt den Versuchsaufbau.

Was passiert mit der Temperatur eines Stoffes, während eine Aggregatzustandsänderung stattfindet? Steigt sie, sinkt sie oder bleibt sie gleich?

Bestimme in jedem Fall die auftretende Aggregatzustandsänderung und begründe, ob der Stoff Wärme aus der Umgebung aufnimmt oder an sie abgibt:

1. a) Der Morgentau: Wassertröpfchen auf dem Gras.
2. b) Nasse Wäsche, die in der Sonne trocknet.
3. c) Das flüssige Paraffin einer Kerze, das beim Löschen fest wird.

Lena erhitzt Eisstückchen, die mit $-10\ ^\circ\text{C}$ aus dem Gefrierschrank kommen, und misst jede Minute die Temperatur: Zuerst steigt sie bis $0\ ^\circ\text{C}$; danach bleibt sie bei $0\ ^\circ\text{C}$ für $6\ \text{min}$ konstant, während Wasser entsteht; schließlich steigt sie wieder. Die Abbildung zeigt das Temperatur-Zeit-Diagramm, das Lena erhält.

1. a) In welchem Abschnitt liegt nur Eis vor?
2. b) Was geschieht während des waagerechten Abschnitts bei $0\ ^\circ\text{C}$? In welchen Aggregatzuständen liegt das Wasser in diesem Abschnitt vor?

Der Topf von Oma kocht und das Küchenthermometer zeigt $100\ ^\circ\text{C}$ an. Du drehst die Herdplatte auf die höchste Stufe und der Dampf entweicht stärker, aber das Thermometer zeigt weiterhin $100\ ^\circ\text{C}$ an, wie die Abbildung zeigt.

1. a) Welche Aggregatzustandsänderung findet statt?
2. b) Warum steigt die Temperatur nicht, wenn mehr Wärme zugeführt wird? Wofür wird diese Energie verwendet?

Eine Pfütze auf der Straße trocknet bei $20\ ^\circ\text{C}$ in der Sonne, ohne dass das Wasser kocht. Das Wasser in einem Topf dagegen kocht erst, wenn es $100\ ^\circ\text{C}$ erreicht. In beiden Fällen geht das Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Erkläre den Unterschied zwischen Verdunsten und Sieden: Welcher Teil der Flüssigkeit wird jeweils zu Gas und bei welchen Temperaturen kann beides stattfinden?

Nachdem du den Küchenboden gewischt hast, soll er möglichst schnell trocknen. Trocknet er an einem warmen oder an einem kalten Tag schneller? Hilft es, das Fenster zu öffnen, damit Luft durchzieht? Nenne zwei Gründe und überlege dabei, was den Wasserteilchen hilft, von der Bodenoberfläche zu entweichen.

Wenn eine Wunde mit Alkohol desinfiziert wird, ist die Haut in Sekunden trocken und du spürst an dieser Stelle Kälte.

1. a) Welche Aggregatzustandsänderung erfährt der Alkohol auf der Haut?
2. b) Das Verdampfen benötigt Wärme: Woher nimmt der Alkohol sie? Warum spürst du Kälte?

An einem sehr kalten Morgen ist die Windschutzscheibe des Autos mit Reif bedeckt: Der Wasserdampf der Luft ist direkt zu Eis geworden, ohne vorher flüssig zu sein. Welche Aggregatzustandsänderung ist das? Worin gleicht sie der Taubildung und worin unterscheidet sie sich davon?

Nach einem Schneefall folgt eine kalte, trockene Woche, in der die Temperatur nie über $0\ ^\circ\text{C}$ steigt. Trotzdem wird der Schnee auf dem Gehweg von Tag zu Tag weniger, ohne dass der Boden nass wird. Welche Aggregatzustandsänderung erklärt, dass der Schnee verschwindet, ohne zu schmelzen? Erkläre es.

Bei einem Versuch im Labor wird ein Topf mit Eis von $-5\ ^\circ\text{C}$ bei gleichbleibender Heizleistung erhitzt und jede Minute die Temperatur notiert: Die Temperatur steigt und erreicht $0\ ^\circ\text{C}$ in der Minute $2$; sie bleibt bei $0\ ^\circ\text{C}$ bis zur Minute $10$; danach steigt sie wieder bis $100\ ^\circ\text{C}$, was sie in der Minute $20$ erreicht, und bleibt dort, während das Wasser kocht.

1. a) Beschreibe, wie das Temperatur-Zeit-Diagramm aussehen würde: Welche ansteigenden und welche waagerechten Abschnitte (Plateaus) hat es und bei welchen Temperaturen liegen sie?
2. b) In welchem Zustand befindet sich das Wasser in der Minute $5$? Und in der Minute $15$?
3. c) Wie viele Minuten hat das Schmelzen des Eises gedauert?
4. d) Was geschieht in jedem Plateau? Warum steigt die Temperatur dort nicht, obwohl die Heizung weiter an ist?

Beim Erhitzen eines unbekannten Stoffes zeigt sein Temperatur-Zeit-Diagramm zwei Plateaus: eines bei $50\ ^\circ\text{C}$ und eines bei $120\ ^\circ\text{C}$, wie die Abbildung zeigt.

1. a) Was bedeutet jedes Plateau?
2. b) In welchem Zustand befindet sich der Stoff bei $25\ ^\circ\text{C}$? Und bei $90\ ^\circ\text{C}$?
3. c) Könnte es sich um Wasser handeln? Erkläre, warum Schmelz- und Siedetemperatur zur Identifizierung von Stoffen dienen.

In einer Berghütte auf $2000\ \text{m}$ Höhe kocht Wasser bei etwa $93\ ^\circ\text{C}$, weil der Luftdruck geringer ist als auf Meereshöhe.

1. a) Glaubst du, dass ein hartgekochtes Ei dort schneller oder langsamer gar wird als am Strand? Begründe deine Antwort.
2. b) In einem Schnellkochtopf ist es umgekehrt: Das Wasser kocht oberhalb von $100\ ^\circ\text{C}$. Warum gart das Essen darin schneller?

Bei Konzerten wird Trockeneis (festes Kohlenstoffdioxid, sehr kalt) verwendet, um einen weißen Nebel zu erzeugen, der den Bühnenboden bedeckt.

1. a) Trockeneis geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über, ohne zu schmelzen: Wie heißt diese Aggregatzustandsänderung?
2. b) Der weiße Nebel ist nicht das Kohlenstoffdioxid, das unsichtbar ist, sondern Wassertröpfchen, die entstehen, wenn sich der Wasserdampf der Luft in seiner Nähe abkühlt: Welche Aggregatzustandsänderung erfährt dieser Wasserdampf? Erkläre die gesamte Kette von Änderungen, die den Nebel erzeugt.

Eine Verbrühung mit Wasserdampf von $100\ ^\circ\text{C}$ ist schlimmer als eine Verbrühung mit kochendem Wasser von $100\ ^\circ\text{C}$, obwohl beide dieselbe Temperatur haben. Hinweis: Beim Berühren der Haut kondensiert der Dampf zuerst und wird flüssig. Erkläre mithilfe des Hinweises, warum der Dampf mehr Wärme an die Haut abgibt als das kochende Wasser.

Du stellst ein Glas Wasser mit $20\ ^\circ\text{C}$ in den Gefrierschrank, der $-18\ ^\circ\text{C}$ hat.

1. a) Beschreibe, wie das Abkühlungsdiagramm des Wassers aussehen würde: Welche fallenden Abschnitte und welchen waagerechten Abschnitt (Plateau) hätte es und bei welcher Temperatur läge das Plateau?
2. b) Welche Aggregatzustandsänderung findet während dieses Plateaus statt?
3. c) Wenn du den Versuch mit der doppelten Wassermenge wiederholst, dauert das Plateau dann länger oder kürzer? Begründe deine Antwort.

Im Winter hängt Elias die nasse Wäsche in der Wohnung auf. Die Wäsche braucht lange zum Trocknen und nach einigen Stunden sind die Fensterscheiben beschlagen.

1. a) Welche Aggregatzustandsänderung erfährt das Wasser in der Wäsche?
2. b) Woher kommen die Tröpfchen an den Fenstern? Erkläre den Weg des Wassers von der Wäsche bis zur Scheibe und nenne dabei die beiden Aggregatzustandsänderungen, die stattfinden.
3. c) Schlage zwei Möglichkeiten vor, das Trocknen der Wäsche zu beschleunigen, und begründe sie.

Ethanol siedet bei $78\ ^\circ\text{C}$. Im Labor erhitzt du gleichzeitig und mit derselben Flamme ein Glas Wasser und ein weiteres mit der gleichen Menge Alkohol, beide mit derselben Anfangstemperatur.

1. a) Welche der beiden Flüssigkeiten erreicht zuerst ihr Siedeplateau?
2. b) Wenn beide kochen, welche hat die höhere Temperatur?
3. c) Welche charakteristische Eigenschaft jedes Stoffes zeigt dieser Versuch? Wozu kann es nützlich sein, sie zu kennen?

Herausforderung zum Thema. Warum ändert sich die Temperatur nicht, während Eis schmilzt? Untersuche das Schmelzdiagramm von Wasser in deiner eigenen Küche.

1. Miss mit dem Thermometer die aktuelle Raumtemperatur in der Küche. Gib mehrere Eiswürfel mit etwas Wasser in ein Glas.

2. Miss die Temperatur alle $2\text{ min}$ mit einem Küchenthermometer (Messunsicherheit $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) und rühre dabei vorsichtig um, bis das ganze Eis geschmolzen ist und noch weitere $4\text{ min}$ lang.

3. Trage die Messwerte mit ihren Messunsicherheiten ($t \pm 1\text{ s}$, $T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) in eine Tabelle ein und zeichne das Temperatur-Zeit-Diagramm. Kennzeichne darin das Temperaturplateau der Aggregatzustandsänderung.

4. Verfasse einen kurzen Versuchsbericht und erkläre mit dem Teilchenmodell, was im Plateau und beim anschließenden Anstieg auf Raumtemperatur mit der kinetischen Energie, den Kohäsionskräften und der Anordnung der Teilchen geschieht.

Bewertet wird:

• sorgfältiges Erfassen der Daten mit ihren Messunsicherheiten und korrektes Zeichnen des Diagramms.

• genaues Erkennen der Aggregatzustandsänderung und des Schmelzplateaus.

• schlüssige Erklärung des Phänomens mithilfe des Teilchenmodells.