Aufgaben: Allgemeine und charakteristische Eigenschaften

Im Physik- und Chemieunterricht habt ihr bei verschiedenen Materialien diese Eigenschaften gemessen: Masse, Volumen, Dichte, Schmelztemperatur, Härte und elektrische Leitfähigkeit. Ordne sie in zwei Gruppen: allgemeine Eigenschaften (die jede Materie hat) und charakteristische Eigenschaften (die dazu dienen, einen Stoff von einem anderen zu unterscheiden). Begründe deine Einteilung kurz.

Du bläst einen Luftballon auf und stellst fest, dass er einen Raum einnimmt, den er vorher nicht eingenommen hat; außerdem ist der gefüllte Ballon auf einer sehr genauen Waage ein klein wenig schwerer als der leere Ballon, wie die Abbildung zeigt.

Welche zwei allgemeinen Eigenschaften der Materie zeigt die Luft bei diesem Experiment? Nenne sie und erkläre, welche Beobachtung zu welcher gehört.

Im Obstladen legt der Verkäufer eine Melone auf die Waage und sie zeigt $2,5\ \text{kg}$ an.

1. a) Welche Eigenschaft der Melone wird gemessen?
2. b) Ist das eine allgemeine oder eine charakteristische Eigenschaft? Begründe deine Antwort.
3. c) Was ist die Einheit dieser Größe im Internationalen Einheitensystem (SI)?

Im Labor füllt Lea Wasser in einen Messzylinder bis zur Marke $100\ \text{mL}$, wie in der Abbildung.

1. a) Welche Eigenschaft des Wassers misst sie mit dem Messzylinder?
2. b) Gib diese Menge in $\text{cm}^3$ an (denke daran: $1\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3$).
3. c) Ist das eine allgemeine oder eine charakteristische Eigenschaft?

Wasser siedet immer bei $100\ \celsius$ (auf Meereshöhe) und Alkohol bei $78\ \celsius$.

1. a) Wie heißt die Eigenschaft, auf die sich diese Angaben beziehen?
2. b) Ist das eine allgemeine oder eine charakteristische Eigenschaft?
3. c) Wie würde dir diese Eigenschaft helfen, herauszufinden, welche der beiden Flüssigkeiten sich in einer Flasche ohne Etikett befindet?

Mit einer Münze kannst du das Holz eines Bleistifts ritzen, aber egal wie sehr du das Holz an der Münze reibst, du schaffst es nicht, sie zu ritzen.

1. a) Welche charakteristische Eigenschaft vergleichst du mit diesem Versuch?
2. b) Welches der beiden Materialien hat sie in höherem Maße? Erkläre, woran du das erkennst.

Pfannen sind aus Metall, weil Metall die Wärme des Feuers sehr gut auf die Speisen überträgt, aber der Griff besteht meist aus Holz oder Kunststoff, wie in der Abbildung.

Erkläre mithilfe des Begriffs „Wärmeleitfähigkeit“, warum man Pfanne und Griff nicht aus einem einzigen Stück Metall herstellt.

Ergänze den Satz mit den fehlenden Wörtern: „Die $\dots$ Eigenschaften haben alle Materialien, wie die Masse und das Volumen; die $\dots$ Eigenschaften ermöglichen es, einen Stoff von einem anderen zu unterscheiden, wie die Dichte oder die Schmelztemperatur.“ Erkläre danach, wie du eine charakteristische Eigenschaft nutzen würdest, um Salz und Zucker zu unterscheiden, ohne sie zu probieren.

Leon bewahrt zwei Murmeln auf, die jeweils genau $20\ \text{g}$ wiegen: Eine ist aus Glas und die andere aus Stahl, aber sie sind in derselben Farbe angemalt und er hat sie durcheinandergebracht.

1. a) Hilft ihm die Masse zu erkennen, welche welche ist? Warum?
2. b) Welche charakteristische Eigenschaft könnte er messen, um sie zu unterscheiden? Erkläre, wie er vorgehen würde.

Auf einem Flohmarkt wird ein Armband verkauft, das laut Verkäufer aus Silber ist. Selma wiegt es zu Hause: $31\ \text{g}$. Es stellt sich heraus, dass ein Stahllöffel aus ihrer Küche ebenfalls $31\ \text{g}$ wiegt.

1. a) Erkläre, warum die Masse Selma nicht hilft, zu prüfen, ob das Armband aus Silber ist.
2. b) Die Dichte von Silber beträgt $10,5\ \text{g/cm}^3$ und die von Stahl $7,9\ \text{g/cm}^3$. Beschreibe, welche zwei Messungen Selma durchführen und welche Rechnung sie anstellen muss, um es zu überprüfen.

Um das Volumen eines Schlüsselanhängers aus Metall zu messen, gibt Lena $50\ \text{mL}$ Wasser in einen Messzylinder; als sie den Schlüsselanhänger eintaucht, steigt der Wasserspiegel bis $68\ \text{mL}$, wie in der Abbildung.

1. a) Wie groß ist das Volumen des Schlüsselanhängers in $\text{cm}^3$?
2. b) Gib es in Litern an.
3. c) Warum könnte Lena das Volumen dieses Gegenstands nicht mit einem Lineal messen?

Der Lehrer erhitzt einen unbekannten weißen Stoff und beobachtet, dass er genau bei $80\ \celsius$ schmilzt. In der Tabelle im Labor stehen diese Schmelztemperaturen: Zucker, $186\ \celsius$; Naphthalin, $80\ \celsius$; Kochsalz, $801\ \celsius$.

1. a) Welcher der drei Stoffe ist der unbekannte?
2. b) Erkläre, warum die Schmelztemperatur zur Identifizierung dient, die weiße Farbe dagegen nicht.

In einem Mineralienmuseum darfst du einen Versuch mit drei Proben machen: Mineral A ritzt Mineral B und Mineral C ritzt Mineral A. Außerdem sagt dir das Schild an der Vitrine, dass die Härte von Mineral C auf der Mohs-Skala 7 beträgt (zum Vergleich: Fensterglas hat die Härte 5,5).

1. a) Ordne die drei Minerale vom weichsten zum härtesten.

1. b) Erkläre die Überlegung, der du gefolgt bist.

1. c) Was würde mit dem Fensterglas passieren, wenn du es mit Mineral C reiben würdest? Begründe es, indem du die Härten vergleichst.

Im Winter fühlt sich das Barfußlaufen auf dem Marmorboden im Bad viel kälter an als auf dem Teppich im Flur, obwohl beide dieselbe Temperatur haben.

1. a) Welches der beiden Materialien hat die größere Wärmeleitfähigkeit?
2. b) Erkläre mithilfe dieser Angabe, was in jedem Fall mit der Wärme deines Fußes passiert und warum das Empfinden so unterschiedlich ist.

Du brichst eine Tafel Schokolade in zwei genau gleiche Hälften.

1. a) Was passiert mit der Masse und dem Volumen jeder Hälfte im Vergleich zur ganzen Tafel?
2. b) Und was passiert mit der Dichte der Schokolade?
3. c) Erkläre an diesem Beispiel den Unterschied zwischen einer allgemeinen und einer charakteristischen Eigenschaft.

Gute Küchenmesser werden aus Stahl hergestellt und nicht aus Aluminium, einem viel leichteren Metall.

1. a) Welche charakteristische Eigenschaft macht Stahl zum besseren Material für ein Messer?
2. b) Begründe, warum in diesem Fall die Leichtigkeit (eine geringe Masse) nicht die entscheidende Eigenschaft ist.
3. c) Nenne ein weiteres Alltagsobjekt, bei dem das Material aufgrund derselben Eigenschaft gewählt wird, die du in Teilaufgabe a) angegeben hast.

Eine Flasche im Labor hat ihr Etikett verloren und enthält eine farblose Flüssigkeit. Ihr erhitzt sie und sie siedet bei $78\ \celsius$. Die Kandidaten sind: Wasser (Siedetemperatur $100\ \celsius$), Alkohol ($78\ \celsius$) und Aceton ($56\ \celsius$).

1. a) Welcher Stoff scheint es laut Siedetemperatur zu sein?
2. b) Ihr messt seine Dichte und erhaltet $0,79\ \text{g/cm}^3$; die von Alkohol beträgt $0,79\ \text{g/cm}^3$ und die von Aceton $0,78\ \text{g/cm}^3$. Klärt diese Messung die Frage zwischen Alkohol und Aceton? Begründe deine Antwort.
3. c) Welche Eigenschaft war in diesem Fall entscheidend und warum sollte man mehr als eine charakteristische Eigenschaft messen, um einen Stoff zu identifizieren?

In einem Lager stehen zwei identische, verschlossene Flaschen, eine mit Wasser und eine mit Öl gefüllt, aber das Etikett fehlt und sie lassen sich nicht öffnen.

1. a) Welche der beiden ist schwerer, wenn du sie in die Hand nimmst?
2. b) Begründe es mithilfe der Dichten (Wasser, $1\ \text{g/cm}^3$; Öl, $0,9\ \text{g/cm}^3$) und der Tatsache, dass beide Flaschen das gleiche Flüssigkeitsvolumen enthalten.
3. c) Warum hilft es nicht, auf die Größe der Flaschen zu achten, um zu entscheiden?

Ein Stoff hat eine Schmelztemperatur von $-10\ \celsius$ und eine Siedetemperatur von $60\ \celsius$, wie in der Abbildung.

1. a) In welchem Aggregatzustand befindet er sich bei $20\ \celsius$?
2. b) Und bei $-20\ \celsius$?
3. c) Und bei $80\ \celsius$?
4. d) Begründe jede Antwort, indem du die Temperatur mit den beiden charakteristischen Punkten vergleichst, und erkläre, warum diese Punkte dazu dienen, den Aggregatzustand des Stoffes bei jeder Temperatur vorherzusagen.

Ein Eisenträger auf einer Baustelle wiegt $790\ \text{kg}$ und eine Schraube aus demselben Eisen wiegt $7,9\ \text{g}$. Die Dichte beider beträgt $7,9\ \text{g/cm}^3$.

1. a) Berechne das Volumen der Schraube und das des Trägers (gib Letzteres in $\text{cm}^3$ an; denke daran, dass $1\ \text{kg} = 1000\ \text{g}$).
2. b) Haben sie die gleiche Masse? Und das gleiche Volumen? Und die gleiche Dichte?
3. c) Erkläre an diesem Beispiel, worin sich allgemeine und charakteristische Eigenschaften unterscheiden, und begründe, warum sich die Dichte nicht ändert, egal ob das Eisenstück groß oder klein ist.

In Technik habt ihr einen Stromkreis mit einer Batterie und einer Glühlampe aufgebaut: Wenn du den Stromkreis mit einem leitenden Material schließt, leuchtet die Lampe, und wenn es ein Isolator ist, nicht, wie in der Abbildung.

Ihr prüft vier Gegenstände: einen Eisenschlüssel, einen Radiergummi, die Mine eines Bleistifts (Graphit) und ein Plastiklineal.

1. a) Sage voraus, bei welchen die Glühlampe leuchten wird.
2. b) Ordne die vier Materialien nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit in Leiter und Isolatoren.
3. c) Erkläre, warum Elektriker Schraubendreher mit Kunststoffgriff benutzen und was passieren würde, wenn der Griff aus Metall wäre.

Eine Marke entwirft das Glas einer Sportuhr und schwankt zwischen drei Materialien: Kunststoff (sehr billig, verkratzt leicht), Glas (verkratzt kaum, kann aber bei einem kräftigen Schlag brechen) und synthetischer Saphir (fast nicht zu verkratzen, sehr teuer).

1. a) Welche Materialeigenschaften spielen bei dieser Entscheidung eine Rolle? Gib an, welche davon charakteristisch sind.
2. b) Wähle ein Material für die Uhr eines $10$-jährigen Kindes, das sie zum Spielen auf dem Schulhof trägt, und begründe deine Wahl.
3. c) Welches Material würdest du für eine Luxusuhr wählen? Begründe es, indem du die Eigenschaften vergleichst.

Ins Labor kommt ein glänzendes Metallstück ohne Etikett. Ihr führt drei Versuche durch und erhaltet: Dichte $7,9\ \text{g/cm}^3$; Schmelztemperatur $1535\ \celsius$; leitet den elektrischen Strom sehr gut. Die Kandidaten sind: Aluminium ($2,7\ \text{g/cm}^3$, $660\ \celsius$), Eisen ($7,9\ \text{g/cm}^3$, $1535\ \celsius$) und Blei ($11,3\ \text{g/cm}^3$, $327\ \celsius$).

1. a) Welches Metall ist das Stück?
2. b) Erkläre, welche Kandidaten jeder der drei Versuche gegebenenfalls ausschließt.
3. c) Begründe, warum es sinnvoll ist, mehrere charakteristische Eigenschaften zu prüfen, statt sich mit nur einer zufriedenzugeben.

Dein kleiner Cousin behauptet, Luft sei „keine Materie, weil sie nichts wiegt“.

1. a) Entwirf ein Experiment mit zwei Luftballons und einer Waage, um zu zeigen, dass Luft eine Masse hat: Beschreibe, was du tun würdest und was du beobachten würdest.
2. b) Beschreibe ein weiteres einfaches Experiment, das zeigt, dass Luft ein Volumen einnimmt (denke zum Beispiel an ein umgedrehtes Glas, das in eine Wanne mit Wasser getaucht wird).
3. c) Erkläre abschließend, warum Luft Materie ist, und verwende dazu den Begriff der allgemeinen Eigenschaften.