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Erklären mit Modellen 07:20 min

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Transkript Erklären mit Modellen

Peter benötigt einhundert Milliliter verdünnten Alkohol. Er vermischt fünfzig Milliliter Alkohol mit fünfzig Milliliter Wasser, die Mischung hat aber überraschenderweise nicht wie zu erwarten ein Volumen von einhundert Milliliter, es befinden sich nur etwa fünfundneunzig Milliliter im Gefäß. Wie kann sich das Volumen beim Mischen der Flüssigkeiten verringern? Zur Klärung dieser Frage machen wir einen Modellversuch. Nehmen wir fünfzig Milliliter Erbsen als Stellvertreter für den Alkohol und fünfzig Milliliter Senfkörner anstelle des Wassers. Jetzt vermischen wir beide und sehen auch hier, dass das Volumen der Mischung kleiner ist als das erwartete Volumen von einhundert Milliliter, das Modell Erbsen und Senfkörner verhält sich also genau so wie Wasser und Alkohol. Schaut euch die Mischung von Erbsen und Senfkörnern einmal genauer an und findet einer Erklärung für die Volumenverringerung beim Modellversuch. Modelle sind Abbilder unserer Welt, sie geben nur bestimmte Elemente der Wirklichkeit wieder, andere blenden sie für uns aus und stellen so die Welt vereinfacht dar. In der Wissenschaft dienen uns Modelle, um Sachverhalte und Naturerscheinungen besser zu verstehen und erklären zu können. Weder Erbsen noch Senfkörner sind Flüssigkeiten, aber sie veranschaulichen, was während des Mischens passieren könnte. Da die kleineren Senfkörner in die Lücken zwischen den Erbsen passen, können sie diese Zwischenräume teilweise ausfüllen, dadurch verringert sich das Gesamtvolumen der Mischung. Wenn man sich Alkohol und Wasser aus unterschiedlich großen Kugeln aufgebaut denkt, kann man so das geringere Volumen nach dem Mischen erklären. Schon relativ früh haben sich Wissenschaftler Gedanken darüber gemacht, wie die Welt um uns herum aufgebaut sein könnte. Der Grieche Demokrit behauptete vor etwa zweitausendvierhundert Jahren, wahrscheinlich als Erster, dass alle Stoffe aus für unsere Augen unsichtbaren kleinsten Teilchen aufgebaut seien. Er machte folgendes Gedankenexperiment: Wenn man einen Stoff immer weiter zerkleinert, erreicht man irgendwann eine Grenze, bei der diese Stoffteilchen nicht weiter zerteilt werden können. Diese Teilchen nannten die antiken Griechen „atomos“, übersetzt heißt das so viel wie „unteilbar“. Aus dieser noch recht einfachen Vorstellung heraus entwickelten sich mit der Zeit immer neuere Modelle, um den Aufbau der Stoffe zu verstehen. Eines dieser Modelle ist das Kugelteilchenmodell. Dieses geht von folgenden Überlegungen aus: Alle Stoffe bestehen aus kleinsten, kugelförmigen und festen Teilchen, die wir nicht sehen können. Die Teilchen eines Stoffes haben die gleiche Größe und Masse, Teilchen unterschiedlicher Stoffe unterscheiden sich in ihrer Größe und Masse. Die Teilchen sind in ständiger Bewegung. Zwischen den Teilchen wirkt eine Anziehungskraft. Dieses Modell sagt uns nicht, wie die kleinsten Teilchen wirklich aussehen, aber es kann recht gut einige Beobachtungen erklären. Öffnet jemand in einer Ecke eines Raumes ein Parfumfläschchen, dauert es nicht lange und wir können den Duft im ganzen Raum riechen. Das Parfum muss demnach durch den Raum gewandert sein. Ähnlich ist es mit Farbe, die sich von ganz alleine gleichmäßig im Wasser verteilt, auch wenn sich das Wasser selbst nicht bewegt. Das Kugelteilchenmodell geht davon aus, dass sich die kleinsten Teilchen ständig in Bewegung befinden, die Parfumteilchen stoßen deshalb ständig gegeneinander. Zwischen ihnen wirkt zwar eine Anziehungskraft, sind die Stöße aber stark genug, entfernen sie sich voneinander. Die Parfumteilchen stoßen zudem mit den Teilchen der Luftgase zusammen, dadurch können sie sich im Laufe der Zeit gleichmäßig im ganzen Raum verteilen. Diesen Vorgang bezeichnen wir als Diffusion. Mithilfe des Kugelteilchenmodells können die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen der Stoffe recht gut veranschaulicht werden. In einem Feststoff sind die Teilchen an einen Ort gebunden und dabei regelmäßig und dicht angeordnet. Sie schwingen auf ihren Plätzen hin und her, bewegen sich also nur wenig. In Flüssigkeiten ist die Bewegung der Teilchen hingegen stärker, die Anordnung ist lockerer und nicht so dicht. Trotzdem bleiben die Teilchen in Kontakt, sie können aber aneinander vorbeigleiten und somit fließen. In Gasen bewegen sich die Teilchen sehr stark und schnell, sie haben keine regelmäßige Anordnung mehr. Viel mehr gibt es große Zwischenräume zwischen den Teilchen. Beim Erhitzen von zehn Milliliter flüssigen Butans bilden sich mehr als zweitausend Milliliter Butangas. Die Temperatur eines Stoffes und die Bewegung seiner kleinsten Teilchen stehen in direktem Zusammenhang: Je größer die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller und stärker ist die Bewegung der Teilchen, und umgekehrt. Die Bewegung der Stoffteilchen bezeichnet man deswegen auch als Wärmebewegung. Löst man in einem Glas Wasser Salzkristalle, scheinen diese zu verschwinden. Der Geschmack des Wassers beweist aber, dass das Salz im Wasser vorhanden ist. Lässt man das Glas stehen und das Wasser verdunsten, bilden sich wieder Salzkristalle. Dieses Phänomen wollen wir mit dem Teilchenmodell anschaulich erklären. Als Beispiel lösen wir ein farbiges Salz in Wasser auf. Wir sehen einen farbigen Salzkristall, weil er sich aus einer unheimlich großen Zahl von Teilchen zusammensetzt. Kommt dieses Gefüge aus Salzteilchen mit Wasser in Kontakt, schieben sich einzelne Wasserteilchen zwischen die Salzteilchen und trennen diese voneinander. Die herausgelösten einzelnen Salzteilchen verteilen sich gleichmäßig im Wasser. Da die einzelnen Teilchen so klein sind, dass wir sie selbst mit einem Mikroskop nicht sehen können, scheint das Salz beim Lösen zu verschwinden. Findet mithilfe des Kugelteilchenmodells eine Erklärung, warum sich Salz oder Zucker im heißen Wasser schneller lösen können!

4 Kommentare
  1. schlecht

    Von Volker Thiemann, vor etwa einem Monat
  2. Supi

    Von Phuong Anh ♥., vor fast 4 Jahren
  3. Gut erklärt !

    Von Bw Winker, vor fast 4 Jahren
  4. sehr gut erklärt!(;
    :)!!!

    Von Kerstinbannoehr, vor etwa 4 Jahren