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Aggregatzustände – Flüchtige Elemente 07:35 min

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Transkript Aggregatzustände – Flüchtige Elemente

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem geht es um Aggregatzustände. Als Vorkenntnisse für dieses Video solltet ihr bereits solides Wissen über die Atome, Moleküle, die chemische Bindung, deren Varianten, die Metallbindung, kovalente Bindung und die Ionenbindung mitbringen. Außerdem solltet ihr bereits recht gut vertraut sein mit dem Periodensystem der Elemente (PSE). Ziel des Videos ist es, euch die Unterschiede zwischen den drei Aggregatzuständen näherzubringen. Ich möchte euch flüchtige und feste chemische Elemente im Periodensystem der Elemente zeigen. Außerdem möchte ich die verschiedenen Phasenübergänge mit den korrekten wissenschaftlichen Namen benennen. Das Video ist wie folgt gegliedert: 1. Die drei Aggregatzustände. 2. Flüchtige Elemente im PSE. 3. Kinetische Energie und Aggregatzustand. 4. Phasenumwandlung. 1. Die drei Aggregatzustände: Bekanntlicherweise kann man die Materie nach drei Aggregatzuständen unterteilen, in gasförmige, flüssige und feste Stoffe. Die Abkürzungen für diese drei Aggregatzustände liefern die drei kleinen lateinischen Buchstaben g, l und s. Sie entstammen den ersten Buchstaben der drei englischen Wörter gaseous, liquid und solid. Betrachtet man das Volumen eines gasförmigen Stoffes, so stellt man fest, dass es sich leicht verändert. Flüssigkeiten und Feststoffe hingegen weisen innerhalb bestimmter Grenzen konstante Volumina auf. Betrachtet man die Form eines gasförmigen Stoffes, so sieht man, dass sie leicht verändert werden kann, wie man an den drei Heißluftballons sieht. Die Form von Flüssigkeiten ist ebenfalls nicht gleichbleibend. Sie hängt vom Gefäß ab, in dem sich die entsprechende Flüssigkeit befindet. Bei Feststoffen, wie diesem Stück Aluminiumblech, verhält es sich anders. Die Form ist innerhalb bestimmter Grenzen gleichbleibend. Flüchtige Elemente im PSE: Unter flüchtigen Elementen wollen wir hier alle gasförmigen und flüssigen chemischen Elemente betrachten, die bei Raumtemperaturen in diesen Aggregatzuständen vorliegen. Die gasförmigen chemischen Elemente haben einen roten Hintergrund. Die flüssigen chemischen Elemente einen lilafarbenen Hintergrund. Gasförmige chemische Elemente sind: Wasserstoff aus der ersten Hauptgruppe, Helium aus der achten Hauptgruppe, Neon aus der achten Hauptgruppe, Argon, achte Hauptgruppe, Krypton, achte Hauptgruppe, Xenon, achte Hauptgruppe und Radon, ebenfalls achte Hauptgruppe.  Außerdem sind gasförmig: Das chemische Element Fluor aus der siebenten Hauptgruppe, Chlor, ebenfalls siebte Hauptgruppe. Der Sauerstoff aus der sechsten chemischen Hauptgruppe und der Stickstoff aus der fünften Hauptgruppe. Die beiden einzigen chemischen Elemente, die bei Raumbedingungen flüssig sind, sind das chemische Element Brom aus der siebten Hauptgruppe und das Metall Quecksilber aus der zweiten Nebengruppe. Cäsium und Gallium werden einige Grad Celsius höher flüssig. Daher habe ich sie auch aufgeführt, aber die Elementesymbole in Klammern gesetzt. Somit haben wir hier alle gasförmigen und flüssigen Elemente, das heißt alle flüchtigen Elemente des Periodensystems der Elemente aufgeführt. Die übrigen Elemente des PSE liegen bei Raumbedingungen alle im festen Aggregatzustand vor. Es ist zu bemerken, dass flüchtige Elemente nicht unbedingt Gase oder Flüssigkeiten sein müssen. Das chemische Element Jod, welches leicht aus dem festen Aggregatzustand in den gasförmigen übergeht, wird ebenfalls als flüchtig bezeichnet. 3. Kinetische Energie und Aggregatzustand: Nehmen wir zur Veranschaulichung ein Wassermolekül. Die kinetische Energie dieses Teilchens setzt sich zusammen aus der Translationsenergie, der Rotationsenergie und der Schwingungsenergie, auch Vibrationsenergie bezeichnet. Die Translationsenergie ist in gasförmigem Aggregatzustand groß, im flüssigen Aggregatzustand klein und bei Feststoffen entsprechend praktisch null. Bei der Rotationsenergie liegen entsprechende Verhältnisse vor. Bei Gasen ist sie groß, bei Flüssigkeiten kleiner und bei Feststoffen praktisch null. Allein die Schwingungsenergie Evib ist sowohl bei Gasen als auch Flüssigkeiten und Feststoffen gleichermaßen feststellbar. Das bedeutet somit, dass die kinetische Energie von den Gasen über die Flüssigkeiten zu den Feststoffen abnimmt. Die Ordnung des Teilchensystems nimmt in der Richtung vom Gas über die Flüssigkeit zur Festsubstanz zu. Genauso verhält es sich mit den Anziehungskräften zwischen den einzelnen Teilchen. Schließlich möchte ich noch einige Worte über die Phasenübergänge zwischen den einzelnen Aggregatzuständen sagen. Als Beispiel möchte ich Wasser verwenden, das bekanntlichermaßen bei Raumbedingungen in flüssigem Aggregatzustand vorliegt. Festes Wasser bezeichnen wir als Eis und gasförmiges Wasser ist unter dem Namen Wasserdampf bekannt. Den Übergang vom Eis zum Wasser bezeichnet man als Schmelzen, den umgekehrten Vorgang als Erstarren. Der Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand wird als Verdampfen bezeichnet. Er kann in zwei Modifikationen ablaufen, als Sieden oder als Verdunsten. Der umgekehrte Vorgang, der Übergang vom gasförmigen Wasser zum flüssigen wird als Kondensieren bezeichnet. Den Übergang vom festen Eis zum gasförmigen Wasserdampf nennt man Sublimieren. Der umgekehrte Phasenübergang von Gas zu fest wird häufig vergessen. Merkt ihn euch gut! Man nennt diesen Vorgang Resublimieren. Die mit roten Strichen und roter Farbe gekennzeichneten Prozesse laufen bevorzugt ab, wenn die Temperatur erhöht wird und der Druck vermindert. Die umgekehrten Prozesse, hier mit blauer Farbe gekennzeichnet, laufen bevorzugt ab, wenn die Temperatur vermindert wird und der Druck sich erhöht. Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute - auf Wiedersehen!

13 Kommentare
  1. Alda geiles vitio

    Von Max M., vor fast 3 Jahren
  2. Toll erklärt

    Von Hanneshillmann, vor fast 4 Jahren
  3. Der Luftdruck entsteht durch die Gewichtskraft, die die Luft auf eine Fläche ausübt. Du kannst dir dabei eine Luftsäule vorstellen, die sich über dir befindet und mit ihrem Gewicht auf dich drückt.
    Wenn du nun auf einem Berg stehst, dann ist diese Luftsäule kleiner, weil du ja schon höher stehst. Das Gewicht der Säule und damit auch der Druck, den sie verursacht, ist also kleiner.

    Deshalb ist der Luftdruck auf einem Berg niedriger als im Tal.

    Von Bianca Blankschein, vor etwa 4 Jahren
  4. und wieso verkleinert er sich

    Von Deleted User 247835, vor etwa 4 Jahren
  5. Der Druck auf einem Berg vergrößert sich doch

    Von Deleted User 247835, vor etwa 4 Jahren
  1. Wenn elementare Überlegungen wie die gezeigten angestellt werden, wird stillschweigend davon ausgegangen, dass man es mit "Raumbedingungen" zu tun hat. Druck und Temperatur sind dann vorgegeben. Der Zusammenhang von p, V und T wird durch die ideale Gasgleichung beschrieben. Dazu gibt es entsprechende Videos. Hier habe ich nur gezeigt, wie sich der Aggregatzustand durch die Änderung von Druck und Temperatur ebenfalls ändern kann.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  2. Ich finde das Video gut erklärt, trotzdem sollte man erwähnen, dass das Volumen nur gleichbleibt, so lange sich die Temperatur nicht ändert.

    Von Deleted User 161389, vor mehr als 5 Jahren
  3. bin zwar auch erst in der 7 habe es aber supi verstanden :) danke

    Von Annamorozov, vor fast 6 Jahren
  4. Ich gehe erst in die 5 aber ich hab alles wegen der guten Erklärung verstanden

    Von Nov2845, vor fast 6 Jahren
  5. Gut erklärt :D!

    Von Gtrokas, vor fast 6 Jahren
  6. Sehr schön!

    Von André Otto, vor fast 6 Jahren
  7. Gehe zwar erst in die 7. Klasse, habe es aber anhand der SUPII Erklärung sehr gut verstanden. Dankeeeee ;)

    Von N Knaepper, vor fast 6 Jahren
  8. Danke hat mir geholfen ich gehe zwar erst in die 7. Klasse aber ich habe es soweit kapiert

    Von Raika Lolly, vor etwa 6 Jahren
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Aggregatzustände – Flüchtige Elemente Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Aggregatzustände – Flüchtige Elemente kannst du es wiederholen und üben.

  • Benenne die Phasenumwandlungen der Aggregatzustände.

    Tipps

    Schau dir das Diagramm mit den drei Aggregatzuständen von Wasser genau an. Dort sind alle Informationen zu den Phasenübergängen enthalten.

    Lösung

    Zwischen den drei Aggregatzuständen gibt es Wechsel, wenn Stoffe erwärmt oder abgekühlt werden. Ein alltägliches Beispiel ist das Wasser, welches sowohl als festes Eis als auch als Wasserdampf oder Flüssigkeit vorliegen kann.

    Den Wechsel von fest zu flüssig beschreibt man als Schmelzprozess, während das Gegenteil als Erstarren bezeichnet wird. Vom Flüssigen zum Gasförmigen wird verdampft (Gegenteil kondensieren), wobei hier sowohl eine Verdunstung (langsam) als auch ein Sieden (schnell) vorliegen kann. Vom Gasförmigen zum Festen wird resublimiert, wogegen vom Feststoff zum Gas sublimiert wird.

    Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck, desto besser verlaufen alle Schmelz-, Verdampf- und Sublimationsprozesse. Dies lässt sich damit erklären, dass mehr Energie zugeführt wird ($E_{kin}$ wird größer) und der äußere Druck geringer wird. Die Moleküle bzw. Atome benötigen Platz, da sie stärker schwingen. Am meisten Platz bietet natürlich der gasförmige Zustand. Wenn der Druck erhöht und die Temperatur erniedrigt werden, laufen genau die umgekehrten Prozesse ab.

  • Beschreibe die verschiedenen Aggregatzustände.

    Tipps

    Die Bezeichnungen für den jeweiligen Aggregatzustand ist die englische Bezeichnung. Daher sind die Buchstaben, die die Aggregatzustände abkürzen, ebenfalls anders als im Deutschen.

    Metalle oder Salze sind in der Regel Feststoffe.

    Lösung

    Aggregatzustände werden durch verschiedene Buchstaben gekennzeichnet. Der Buchstabe $g$ steht für den Zustand, in dem Stoffe gasförmig sind. Im Englischen steht das $g$ für gaseous. Gasförmige Stoffe sind zum Beispiel unsere Luft, welche zu großen Teilen aus Stickstoffmolekülen besteht, aber noch andere Bestandteile, wie etwa Kohlenstoffdioxid oder Sauerstoff, enthält.

    Der nächste Aggregatzustand ist der flüssige. Dieser wird durch den Buchstaben $l$ gekennzeichnet. Der passende englische Begriff dazu ist liquid. Flüssige Stoffe, wie etwa Wasser bei Zimmertemperatur, können ähnlich wie Gase ihr Volumen leicht verändern, unterliegen hier jedoch stärkeren Beschränkungen.

    Der letzte Aggregatzustand ist fest. Dieser wird mit dem Buchstaben $s$ abgekürzt. Der englische Fachbegriff, den man sich merken sollte, ist solid. Eine Merkhilfe wäre hier das deutsche Adjektiv solide. Beispiele für Stoffe dieses Aggregatzustands bei Zimmertemperatur sind Eisen und Salze. Diese sind im Volumen am wenigsten flexibel.

  • Bestimme die Aggregatzustände der folgenden Stoffen bei Raumtemperatur.

    Tipps

    Suche zuerst die Elemente, von denen du sicher weißt, welchen Aggregatzustand sie bei Zimmertemperatur haben.

    Solltest du manche Elemente nicht kennen, dann schaue ins Periodensystem. Ihre Stellung gibt Aufschluss darüber, welchen Aggregatzustand sie wahrscheinlich besitzen.

    Lösung

    Verschiedene Elemente und Verbindungen (in unserem Fall das Wasser), haben bei Zimmertemperatur (etwa 25 Grad Celsius) unterschiedliche Aggregatzustände.

    Generell liegen alle Edelgase und die Hälfte der Halogene gasförmig vor. Ebenso Stickstoff und Sauerstoff, welche beide einen Teil unsere Atmosphäre ausmachen, die wir einatmen.

    Flüssig liegen nur das Halogen Brom und das Metall Quecksilber vor.

    Fest liegen dagegen alle anderen Elemente, Metalle und Halbmetalle vor. Interessant ist, dass sich bei einer Reaktion die Aggregatzustände durchaus ändern können. So ist Wasser bei Raumtemperatur flüssig, während Wasserstoff und Sauerstoff beide gasförmig sind.

  • Erkläre die Zusammenhänge von kinetischer Energie und Aggregatzuständen.

    Tipps

    Gase haben die höchste kinetische Energie.

    Lösung

    Gase haben die höchste kinetische Energie. Diese setzt sich aus der Translations-/Rotations- und Vibrationsenergie zusammen:

    ${ E }_{ kin }\quad =\quad { E }_{ trans }\quad +\quad { E }_{ rot }\quad +\quad { E }_{ vib }\quad $

    Je höher die kinetische Energie der Teilchen (und somit auch die anderen Energien, da diese zusammen die kinetische Energie bilden), desto weniger geordnet ist ein Stoff. In einem Kristallgitter beispielsweise kann ein Atom weder rotieren noch sich sonst viel bewegen. Die kinetische Energie im festen Zustand ist also sehr gering, die Ordnung dagegen hoch. Ebenfalls nehmen die einzelnen Kräfte zwischen den Teilchen auch zu je geordneter ein Stoff ist.

  • Benenne die Stoffe anhand ihrer Struktur.

    Tipps

    Überlege, wieviel Spielraum die einzelnen Atome in dem jeweiligen Aggregatzustand haben.

    Trockeneis (gefrorenes Kohlenstoffdioxid) sublimiert direkt.

    Lösung

    Abgebildet sind vier verschiedene Bilder mit Atomen, die auf unterschiedliche Weise geordnet sind.

    Feste Stoffe haben sehr geordnete Atome, oftmals sogenannte Kristallgitter, die etwa bei Salzen vorliegen. Hier ist der Bewegungsspielraum sehr gering und die entsprechende Bewegungsenergie (kinetische Energie) sehr gering.

    Im flüssigen Zustand gibt es noch intraatomare Anziehungskräfte (wie etwa van-der-Waals Kraft oder Wasserstoffbrückenbindungen), welche die Atome zusammenhalten, jedoch nicht so stark wie beim festen Zustand. Die Atome sind hier ungeordnet und können sich frei bewegen.

    Im gasförmigen Zustand besitzen die Teilchen so große Energie, dass sie sich frei voneinander wegbewegen können. Die kinetische Energie ist in diesem Zustand am höchsten. In den jeweiligen Phasenübergängen wird also die Anordnung der Atome jeweils verändert.

  • Erkläre die Änderungen innerhalb der Phasenübergänge bei Änderung der Höhenlage.

    Tipps

    In großer Höhe herrscht meist ein erniedrigter Druck.

    Lösung

    Je höher man vom Meeresspiegel entfernt ist, desto geringer wird der Druck in der Höhe. Der sogenannte Luftdruck beeinflusst das Verhalten der Aggregatzustände maßgeblich.

    Der äußere Druck beeinflusst, ebenso wie die Temperatur, den Aggregatzustand. So muss einer Flüssigkeit genug Energie zugeführt werden, damit die Teilchen sich voneinander emanzipieren können und in den Gaszustand übergehen, in dem sie völlig unabhängig voneinander sind. Je weniger Druck also herrscht, der dieses Volumen der Teilchen einengt, desto schneller kann der gasförmige Zustand erreicht werden.

    Auf den Bergen herrscht also ein niedriger Druck, sodass kochendes Wasser schneller zu Wasserdampf wird und schneller kocht. Dennoch, wenn ich ein Ei kochen möchte, muss ich mehr Zeit mitbringen, da das Wasser, wenn es bereits ab 90 Grad Celsius kocht, nicht mehr wärmer wird! Wie sollte es auch, da es von diesem Zustand bereits in den gasförmigen Zustand übergeht. Daraus folgt, dass ein Ei, welches sonst bei 100 Grad Celsius gekocht würde, natürlich schneller hart wird, als bei maximal 90 erreichbaren Grad Celsius auf dem hohen Berg.