Zustände und Übergänge
Im Winter ist die Pfütze auf dem Schulhof in Dortmund plötzlich zu Eis geworden. Im Sommer ist sie wieder weg, und das, obwohl sie nie gekocht hat. Wo ist das Wasser geblieben? Und was passiert eigentlich mit den kleinen Teilchen, aus denen das Wasser besteht? Das findest du hier heraus.
Die drei Aggregatzustände
Wasser kennst du in drei Formen: als Eis, als flüssiges Wasser und als Wasserdampf. Diese Formen heißen Aggregatzustände. Fast jeder Stoff kann in allen drei Zuständen vorkommen.
| Aggregatzustand | Beispiel Wasser | Form und Volumen |
|---|---|---|
| fest | Eis, Schnee | feste Form, festes Volumen |
| flüssig | Wasser im Glas | passt sich dem Gefäß an, festes Volumen |
| gasförmig | Wasserdampf, Wasserdampf in der Luft | füllt jeden Raum aus |
Achtung: Der weiße „Dampf“, den du über einer Tasse Tee siehst, ist schon wieder winzige Wassertröpfchen. Echter Wasserdampf ist unsichtbar.
Das Teilchenmodell
Alle Stoffe bestehen aus winzig kleinen Teilchen. Mit diesem Modell kann man die Zustände erklären:
-
fest: Die Teilchen sitzen dicht an dicht auf festen Plätzen. Sie zittern nur ein wenig hin und her.
-
flüssig: Die Teilchen liegen dicht beieinander, können aber aneinander vorbeigleiten.
-
gasförmig: Die Teilchen sind weit auseinander und fliegen schnell kreuz und quer.
Je höher die Temperatur, desto stärker ist die Wärmebewegung der Teilchen.
Nenne die drei Aggregatzustände und gib für Wasser je ein Beispiel aus dem Alltag.
Nenne die drei Aggregatzustände und gib für Wasser je ein Beispiel aus dem Alltag.
Beschreibe mit dem Teilchenmodell, wie die Teilchen in Eis, flüssigem Wasser und Wasserdampf angeordnet sind und wie sie sich bewegen.
Beschreibe mit dem Teilchenmodell, wie die Teilchen in Eis, flüssigem Wasser und Wasserdampf angeordnet sind und wie sie sich bewegen.
Die Übergänge
Ein Stoff wechselt seinen Aggregatzustand, wenn ihm Wärme zugeführt oder entzogen wird.
| Übergang | Name | Beispiel |
|---|---|---|
| fest → flüssig | Schmelzen | Eiswürfel im Glas |
| flüssig → fest | Erstarren (Gefrieren) | Pfütze im Frost |
| flüssig → gasförmig | Verdampfen | Wasser im Kochtopf |
| gasförmig → flüssig | Kondensieren | beschlagener Spiegel |
Beim Schmelzen und Verdampfen wird Wärme zugeführt: Die Teilchen werden schneller und lösen sich voneinander. Beim Erstarren und Kondensieren wird Wärme abgegeben: Die Teilchen werden langsamer und rücken zusammen.
Die Temperatur, bei der ein Stoff schmilzt bzw. erstarrt, heißt Schmelztemperatur bzw. Erstarrungstemperatur. Sie ist bei Wasser $0\,^\circ\mathrm{C}$ (Gefrierpunkt). Wasser siedet normalerweise bei $100\,^\circ\mathrm{C}$ (Siedepunkt).
Ordne den Vorgängen den passenden Namen zu (Schmelzen, Verdampfen, Kondensieren, Erstarren): fest → flüssig, flüssig → gasförmig, gasförmig → flüssig, flüssig → fest.
Ordne den Vorgängen den passenden Namen zu (Schmelzen, Verdampfen, Kondensieren, Erstarren): fest → flüssig, flüssig → gasförmig, gasförmig → flüssig, flüssig → fest.
Im Winter gefriert eine Pfütze in Dortmund bei $0\ ^\circ\text{C}$. a) Wie nennt man diese Temperatur beim Übergang flüssig → fest? b) Bei welcher Temperatur siedet…
Im Winter gefriert eine Pfütze in Dortmund bei $0\ ^\circ\text{C}$.
- a) Wie nennt man diese Temperatur beim Übergang flüssig → fest?
- b) Bei welcher Temperatur siedet Wasser normalerweise?
Ein Spiegel im Bad beschlägt beim Duschen. a) Welcher Übergang findet statt? b) Warum beschlägt der kalte Spiegel, aber nicht die warme Luft? c) Wie kann man das…
Ein Spiegel im Bad beschlägt beim Duschen.
- a) Welcher Übergang findet statt?
- b) Warum beschlägt der kalte Spiegel, aber nicht die warme Luft?
- c) Wie kann man das Beschlagen verhindern?
Temperatur beim Schmelzen und Sieden
Eis wird mit einem Brenner erhitzt. Was zeigt das Thermometer? Die Messkurve sieht so aus:
Auf den waagerechten Stücken steigt die Temperatur nicht, obwohl der Brenner weiter heizt. Die zugeführte Wärme wird jetzt dazu gebraucht, die Teilchen voneinander zu lösen: beim Schmelzen aus dem festen Verband, beim Sieden ganz aus der Flüssigkeit. Die Temperatur und damit die mittlere Bewegung der Teilchen bleiben dabei gleich. Erst wenn alles geschmolzen bzw. verdampft ist, steigt die Temperatur weiter.
Ein Eiswürfel liegt in einem Glas und schmilzt in der Küche. a) Was passiert mit den Teilchen, wenn Energie zugeführt wird? b) Warum bleibt die Temperatur des…
Ein Eiswürfel liegt in einem Glas und schmilzt in der Küche.
- a) Was passiert mit den Teilchen, wenn Energie zugeführt wird?
- b) Warum bleibt die Temperatur des Eis-Wasser-Gemischs beim Schmelzen bei $0\ ^\circ\text{C}$?
Wasser wird in einem Topf auf dem Herd erhitzt, bis es kocht, und kocht dann weiter. a) Skizziere in Worten den Temperaturverlauf über die Zeit. b) Warum steigt die…
Wasser wird in einem Topf auf dem Herd erhitzt, bis es kocht, und kocht dann weiter.
- a) Skizziere in Worten den Temperaturverlauf über die Zeit.
- b) Warum steigt die Temperatur während des Siedens nicht weiter, obwohl die Herdplatte weiter heizt?
- c) Beschreibe, was mit den Teilchen beim Sieden geschieht.
Verdunsten und die Anomalie des Wassers
Verdunsten und Sieden
Nasse Wäsche trocknet auch bei $5\,^\circ\mathrm{C}$. Dabei lösen sich Teilchen nur an der Oberfläche aus dem Wasser und fliegen in die Luft. Das nennt man Verdunsten.
| Verdunsten | Sieden | |
|---|---|---|
| Temperatur | bei jeder Temperatur | nur beim Siedepunkt |
| Wo? | nur an der Oberfläche | im ganzen Wasser (Blasen) |
| Tempo | langsam | schnell |
Verdunsten geht schneller bei Wärme (schnellere Teilchen), Wind (der feuchte Dunst wird weggeweht) und großer Oberfläche (Wäsche auf der Leine statt zusammengeknüllt).
Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus
Die meisten Stoffe brauchen im festen Zustand weniger Platz als flüssig. Wasser ist eine Ausnahme: Im Eis ordnen sich die Teilchen in einem lockeren Gitter mit Lücken an. Deshalb nimmt Eis etwa 9 % mehr Raum ein als Wasser. Es hat bei gleichem Volumen weniger Masse, und darum schwimmt Eis auf Wasser.
Eine verschlossene, volle Flasche platzt im Gefrierfach, weil das Eis keinen Platz hat. Auf einem See bildet sich Eis oben, die Eisdecke schützt das Wasser darunter. Fische im Möhnesee überleben so den Winter.
Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus. Eine volle, verschlossene Glasflasche platzt im Gefrierfach. a) Erkläre mit dem Teilchenmodell, warum Eis mehr Platz braucht. b)…
Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus. Eine volle, verschlossene Glasflasche platzt im Gefrierfach.
- a) Erkläre mit dem Teilchenmodell, warum Eis mehr Platz braucht.
- b) Warum schwimmt Eis auf Wasser?
- c) Warum ist das für Seen im Winter wichtig?
Nasse Wäsche trocknet bei $5\ ^\circ\text{C}$ draußen, obwohl das Wasser nicht kocht. a) Wie nennt man diesen Vorgang? b) Unterscheide Verdunsten und Sieden. c) Warum…
Nasse Wäsche trocknet bei $5\ ^\circ\text{C}$ draußen, obwohl das Wasser nicht kocht.
- a) Wie nennt man diesen Vorgang?
- b) Unterscheide Verdunsten und Sieden.
- c) Warum trocknet Wäsche bei Wind und Sonne schneller?
Zurück zum Anfang: Die Pfütze in Dortmund ist im Winter erstarrt (Wärmeabgabe). Im Sommer ist sie durch Verdunsten verschwunden: Die Teilchen sind einzeln in die Luft entwichen.