Eigenschaften des Wassers
Im Winter platzt in Bochum über Nacht eine Wasserflasche in der Garage, und auf dem Baldeneysee in Essen schwimmt Eis oben, während darunter Fische weiterleben. Beides hat dieselbe Ursache: Wasser verhält sich beim Abkühlen anders als fast alle anderen Stoffe. Am Ende der Seite kannst du erklären, warum.
Dichte und Anomalie des Wassers
Die Dichte gibt an, wie viel Masse in einem bestimmten Volumen steckt: $\rho = \dfrac{m}{V}$. Flüssiges Wasser hat bei $4\,^\circ\mathrm{C}$ die Dichte $1{,}00\,\mathrm{g/cm^3}$. Das bedeutet: $1\,\mathrm{cm^3}$ Wasser wiegt $1\,\mathrm{g}$, und $1\,\mathrm{l}$ Wasser wiegt $1\,\mathrm{kg}$.
Fast alle Stoffe ziehen sich beim Abkühlen zusammen und werden dichter. Wasser macht das nur bis $4\,^\circ\mathrm{C}$. Kühlt es weiter ab, dehnt es sich wieder aus. Beim Gefrieren bei $0\,^\circ\mathrm{C}$ nimmt das Volumen um etwa 9 % zu. Eis hat deshalb eine kleinere Dichte (ca. $0{,}92\,\mathrm{g/cm^3}$) als flüssiges Wasser. Diese Besonderheit heißt Anomalie des Wassers.
Wasser hat bei $4\ °\text{C}$ seine größte Dichte. a) Gib an, bei welcher Temperatur Wasser gefriert. b) Gib an, ob Eis in Wasser schwimmt oder untergeht. c) Nenne die…
Wasser hat bei $4\ °\text{C}$ seine größte Dichte.
- a) Gib an, bei welcher Temperatur Wasser gefriert.
- b) Gib an, ob Eis in Wasser schwimmt oder untergeht.
- c) Nenne die Dichte von Wasser bei $4\ °\text{C}$ in $\text{g/cm}^3$.
Ergänze: „Wasser hat die Anomalie, dass es sich beim Gefrieren $\dots$. Deshalb ist die Dichte von Eis $\dots$ als die von flüssigem Wasser.“
Ergänze: „Wasser hat die Anomalie, dass es sich beim Gefrieren $\dots$. Deshalb ist die Dichte von Eis $\dots$ als die von flüssigem Wasser.“
Die Tabelle zeigt die Dichte von Wasser: | Temperatur in °C | Dichte in g/cm³ | |---|---| | 0 | 0,99984 | | 4 | 1,00000 | | 10 | 0,99970 | | 20 | 0,99821 | a) Gib an,…
Die Tabelle zeigt die Dichte von Wasser:
| Temperatur in °C | Dichte in g/cm³ |
|---|---|
| 0 | 0,99984 |
| 4 | 1,00000 |
| 10 | 0,99970 |
| 20 | 0,99821 |
- a) Gib an, bei welcher Temperatur die Dichte am größten ist.
- b) Berechne die Masse von $2\ \text{L}$ Wasser bei $4\ °\text{C}$ (in g).
- c) Beschreibe, wie sich die Dichte von $4\ °\text{C}$ auf $20\ °\text{C}$ ändert.
Ein Eiswürfel mit dem Volumen $50\ \text{cm}^3$ hat die Masse $46\ \text{g}$. a) Berechne die Dichte von Eis in $\text{g/cm}^3$. b) Berechne das Volumen, das dieselbe…
Ein Eiswürfel mit dem Volumen $50\ \text{cm}^3$ hat die Masse $46\ \text{g}$.
- a) Berechne die Dichte von Eis in $\text{g/cm}^3$.
- b) Berechne das Volumen, das dieselbe Masse flüssigen Wassers ($1{,}00\ \text{g/cm}^3$) einnimmt.
- c) Berechne, um wie viel Prozent sich das Volumen beim Gefrieren vergrößert, und erkläre die Bedeutung für Wasserleitungen im Winter.
Folgen für Seen und Natur
Im Herbst kühlt das Wasser an der Oberfläche eines Sees ab. Kaltes Wasser mit $4\,^\circ\mathrm{C}$ ist am dichtesten und sinkt nach unten. Erst wenn der ganze See etwa $4\,^\circ\mathrm{C}$ hat, kühlt die Oberfläche weiter ab und gefriert. Eis ist weniger dicht und bleibt oben. Es wirkt wie eine Decke, die das Wasser darunter vor weiterer Kälte schützt.
So überleben Fische und Wasserpflanzen den Winter am Seegrund. Hätte Eis eine größere Dichte als Wasser, würde es nach unten sinken. Seen würden von unten nach oben zufrieren und im Extremfall ganz durchfrieren.
Im Winter platzt in einer Garage in Bochum eine volle Glasflasche mit Wasser, die über Nacht bei $-8\ °\text{C}$ steht. a) Erkläre mit der Anomalie des Wassers, warum…
Im Winter platzt in einer Garage in Bochum eine volle Glasflasche mit Wasser, die über Nacht bei $-8\ °\text{C}$ steht.
- a) Erkläre mit der Anomalie des Wassers, warum die Flasche platzt.
- b) Erkläre, warum Seen von oben nach unten zufrieren und Fische überleben können.
Ein Schüler sagt: „Wenn alle Stoffe sich beim Abkühlen zusammenziehen, müsste Eis dichter sein als Wasser.“ a) Erkläre, warum diese Verallgemeinerung für Wasser nicht…
Ein Schüler sagt: „Wenn alle Stoffe sich beim Abkühlen zusammenziehen, müsste Eis dichter sein als Wasser.“
- a) Erkläre, warum diese Verallgemeinerung für Wasser nicht zutrifft.
- b) Beschreibe, was passieren würde, wenn Eis eine größere Dichte als Wasser hätte (Auswirkungen auf Seen).
Wasser als Lösungsmittel
Wasser löst viele Stoffe: Kochsalz und Zucker verschwinden im Wasser und bilden eine klare Lösung. Sand bleibt ungelöst und sinkt zu Boden. Öl und Benzin lösen sich nicht in Wasser. Weil sie eine kleinere Dichte haben (Öl ca. $0{,}9\,\mathrm{g/cm^3}$), schwimmen sie oben. Sand löst sich ebenfalls nicht, sinkt aber ab, weil er dichter ist als Wasser.
| Stoff | in Wasser | Beobachtung |
|---|---|---|
| Kochsalz | löslich | klare Lösung |
| Zucker | löslich | klare Lösung |
| Sand | nicht löslich | sinkt ab |
| Speiseöl | nicht löslich | schwimmt oben |
| Benzin | nicht löslich | schwimmt oben |
Eine Salzlösung kannst du wieder trennen: Beim Eindampfen verdunstet das Wasser, das Salz bleibt als Feststoff in der Schale zurück.
Ordne die Stoffe danach, ob sie sich in Wasser gut lösen oder nicht: Kochsalz, Speiseöl, Zucker, Benzin.
Ordne die Stoffe danach, ob sie sich in Wasser gut lösen oder nicht: Kochsalz, Speiseöl, Zucker, Benzin.
Max möchte Salz, Sand und Öl jeweils in Wasser geben. a) Sage voraus, was jeweils passiert (löst sich, bleibt ungelöst, schwimmt oben). b) Nenne ein Verfahren, mit dem…
Max möchte Salz, Sand und Öl jeweils in Wasser geben.
- a) Sage voraus, was jeweils passiert (löst sich, bleibt ungelöst, schwimmt oben).
- b) Nenne ein Verfahren, mit dem man Salz aus der Salzlösung zurückgewinnen kann.
- c) Erkläre, warum Öl auf Wasser schwimmt.
Streusalz und Gefrierpunkt
| Vorteil | Nachteil | |
|---|---|---|
| Streusalz | verhindert Glätte, sicherer Verkehr, billig | schädigt Straßenbäume, belastet Boden und Gewässer, fördert Rost an Autos |
| Splitt | wirkt sofort, umweltfreundlicher | taut Eis nicht, muss später aufgekehrt werden |
Streusalz ist ein Kompromiss: Es erhöht die Sicherheit, belastet aber die Umwelt. Deshalb setzen viele Städte es nur auf Hauptstraßen ein. Auf Gehwegen sind Splitt oder Sand eine Alternative.
Salz wird im Winter auf Straßen gestreut. a) Erkläre, warum Salz das Eis auf der Straße zum Schmelzen bringt (Gefrierpunkterniedrigung). b) Bewerte Vor- und Nachteile…
Salz wird im Winter auf Straßen gestreut.
- a) Erkläre, warum Salz das Eis auf der Straße zum Schmelzen bringt (Gefrierpunkterniedrigung).
- b) Bewerte Vor- und Nachteile von Streusalz für Umwelt und Fahrzeuge.
- c) Nenne eine Alternative und beurteile sie.
Zurück zum Anfang: Die Flasche platzt, weil sich Wasser beim Gefrieren ausdehnt. Seen frieren von oben zu, weil Eis weniger dicht ist als Wasser und oben schwimmt, während am Grund das $4\,^\circ\mathrm{C}$ warme Wasser Fische schützt.