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Messen von Stoffeigenschaften 10:02 min

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Transkript Messen von Stoffeigenschaften

Jan und Frank haben am Strand goldgelbe Körner gefunden. Jan ist überzeugt, dass es sich um Gold handelt. Frank glaubt nicht so richtig, dass sie echtes Gold in Händen halten. Sie beschließen, bei der Bank zu fragen, doch die hat schon geschlossen. Also wollen sie selber herausfinden ob sie Gold gefunden haben, aber wie? Chemiker interessieren sich besonders für diejenigen Stoffmerkmale, die sie messen können. Mit diesen messbaren Eigenschaften können sie Stoffe voneinander unterscheiden, einen einzelnen Stoff identifizieren oder für eine bestimmte Verwendung testen. Die elektrische Leitfähigkeit ist so eine messbare Eigenschaft, mit der sich gute von schlechten Leitern oder sogar Nicht-Leitern unterscheiden lassen. Schauen wir uns einige andere dieser messbaren Stoffeigenschaften einmal genauer an. „Temperaturen nahe null Grad, Bodenfrost und Gefahr von Straßenglätte.“ Meldungen dieser Art mögen Autofahrer gar nicht. Sie wissen, dass Wasser bei null Grad Celsius seinen Aggregatzustand ändert und zu Eis gefriert. Bei dieser Temperatur hat das Wasser seinen Schmelz- oder Gefrierpunkt. Die Temperatur, bei der ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt nennen wir „Siedepunkt“. Er beträgt für Wasser 100 Grad Celsius. Schauen wir uns das Verhalten des Wassers beim Erhitzen einmal etwas genauer an. Wir sehen, dass sich die Temperatur des flüssigen Wassers beim Erreichen des Siedepunktes nicht mehr verändert. Genauso verhält sich die Wassertemperatur beim Schmelzpunkt. Erst, wenn das gesamte Eis geschmolzen ist, steigt die Temperatur des Wassers wieder. Durch Messen der Temperatur beim Erhitzen können wir also den Schmelzpunkt oder Siedepunkt eines Stoffes bestimmen, da dort die Temperatur konstant bleibt. Allerdings ist die Siedetemperatur der Stoffe vom umgebenden Luftdruck abhängig. Je größer der umgebende Druck ist, desto höher wird der Siedepunkt und umgekehrt. Dies macht man sich zum Beispiel bei einem Dampfkochtopf zunutze. Durch den höheren Druck im Topf erreicht das flüssige Wasser Temperaturen von etwa 120 Grad Celsius. Genau genommen siedet Wasser nur bei einem Druck von 1013 Hektopascal, früher in Bar, bei 100 Grad Celsius. Mit fallendem Luftdruck sinkt dementsprechend die Siedetemperatur des Wassers auf weit unter 100 Grad Celsius. Frank hat beim Kochen nicht aufgepasst und nun einen Fleck in seiner neuen Hose. Halb so schlimm denkt er sich, dieser Fleck ist so gut wie weg. Aber was ist das? Das sieht ja schlimmer aus als vorher! Ob Badesalze, Zucker oder Wasserfarbe. Wir lösen ständig Stoffe in Wasser auf. Dies funktioniert, weil Wasser ein besonders gutes Lösungsmittel ist. Wir können in ihm feste Stoffe, Flüssigkeiten und Gase lösen. In Mineralwasser ist zum Beispiel Kohlenstoffdioxidgas gelöst, das für einen erfrischenden Geschmack sorgt. Und wäre in unseren Gewässern kein Sauerstoff gelöst, müssten die dort lebenden Fische verenden. Die verschiedenen Stoffe lösen sich allerdings unterschiedlich gut in Wasser. Zudem lassen sich in Lösungsmitteln nicht beliebig große Mengen eines Stoffes lösen. Die maximale Menge eines Stoffes, die sich in einem Lösungsmittel auflösen lässt, wird als „Löslichkeit“ bezeichnet. In 100 Gramm Wasser lassen sich etwa 36 Gramm Kochsalz lösen. Dann ist Schluss. Geben wir weiter Salz zu, löst es sich nicht mehr, sondern sammelt sich auf dem Boden des Gefäßes, es bildet sich ein „Bodensatz“. Man sagt, die Lösung ist „gesättigt“. Neben Wasser gibt es noch weitere gute Lösungsmittel, wie zum Beispiel Alkohol. Darum wird bei der Löslichkeit auch immer angegeben, auf welches Lösungsmittel sich der Wert bezieht. Beim Einkochen von Apfelstücken kann man eine interessante Entdeckung machen. Wenn man das Wasser erhitzt, löst sich der Bodensatz aus Zucker wieder auf, offensichtlich ist die Löslichkeit von der Temperatur des Lösungsmittels abhängig. Für die meisten festen Stoffe gilt, je wärmer das Lösungsmittel ist, desto mehr löst sich darin. Die Temperaturabhängigkeit ist allerdings von Feststoff zu Feststoff ganz unterschiedlich. Die Temperaturabhängigkeit beim Lösen von Gasen verhält sich genau umgekehrt. Je höher die Temperatur ist, desto geringer ist die Löslichkeit der Gase in Wasser. Wenn wir Wasser erwärmen, bilden sich sehr bald Luftblasen im Wasser. Da bei höheren Temperaturen nicht mehr so viel Luft im Wasser gelöst bleiben kann. Aber wieso kann Frank seinen Fleck nicht mit Wasser aus der Hose lösen? Die Antwort ist einfach: Nicht alle Stoffe lösen sich in Wasser und zu diesen Stoffen gehören Fette und Öle. Wasser und Speiseöle können nicht einfach vermischt werden. Wenn wir sie miteinander verrühren, trennen sich die Stoffe einfach wieder voneinander. Frank und Jan machen Salzteig, um Figuren zu basteln. Sie benötigen dazu 200 Gramm Kochsalz. Frank misst mit einem Messbecher 200 Milliliter Salz ab. 200 Milliliter Wasser wiegen ja auch 200 Gramm. Aber Jan protestiert, Salz und Wasser seien schließlich unterschiedliche Stoffe und deswegen auch irgendwie unterschiedlich schwer. Er möchte das Salz wiegen und tatsächlich, die 200 Milliliter Salz wiegen 440 Gramm. Salz und Wasser haben bei gleichem Volumen ein unterschiedliches Gewicht, weil sich ihre Dichte unterscheidet. Die Dichte ist eine messbare Eigenschaft, die angibt, welche Masse ein Stoff bei einem bestimmten Volumen besitzt. Dazu wiegt man den Stoff, ermittelt sein Volumen und teilt seine Masse durch das Volumen. In der Regel wird die Dichte in der Einheit Gramm pro Kubikzentimeter oder Kilogramm pro Kubikmeter angegeben. Wasser hat eine Dichte von eins, darum wiegen 200 Milliliter Wasser eben auch genau 200 Gramm. Kochsalz hat eine Dichte von etwa 2,2 Gramm pro Kubikzentimeter, 200 Milliliter Salz wiegen deswegen 440 Gramm. Metalle haben eine größere Dichte als eins. Allerdings unterscheiden sich ihre Werte erheblich voneinander. Metalle mit einer Dichte größer als fünf Gramm pro Kubikzentimeter werden als Schwermetalle bezeichnet. Ein typischer Vertreter der Schwermetalle ist das Eisen. Autobauer sind sehr daran interessiert, in den neuen Fahrzeugen das Eisen durch das Leichtmetall Aluminium zu ersetzen. Durch seine geringe Dichte von 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter werden die Autos leichter und verbrauchen deswegen weniger Benzin. Gase haben eine relativ geringe Dichte, die Luft hat zum Beispiel eine Dichte von gerade einmal 0,0012 Gramm pro Kubikzentimeter. Gase mit einer höheren Dichte als Luft sinken zu Boden. Diese Gase sind schwerer als Luft. Kohlenstoffdioxid ist so ein Gas. Dies kann man mit einem einfachen Experiment zeigen. Ein mit heißer Luft gefüllter Ballon steigt nach oben. Dieses Phänomen hat mit einer besonderen Eigenschaft der Dichte zu tun: Sie ist von der Temperatur der Stoffe abhängig und lässt sich durch Abkühlen oder Erwärmen ändern. Die Regel heißt, mit steigender Temperatur nimmt die Dichte ab. Darum haben die Stoffe im festen Zustand ihre höchsten und besitzen im gasförmigen Zustand ihre kleinsten Dichtewerte. Wie bei vielen Regeln gibt es auch für die Dichte Temperaturabhängigkeit Ausnahmen. Das Wasser hat seine größte Dichte nicht wie zu erwarten bei seinem Schmelzpunkt null Grad Celsius, sondern bei vier Grad Celsius. Ein Liter Eis ist also leichter als ein Liter vier Grad kaltes Wasser. Darum schwimmen Eisberge und frieren Teiche und Seen im Winter von oben nach unten zu. Allerdings hat diese Eigenschaft des Wassers auch ihre Schattenseite. Vergessen wir eine mit einem wasserhaltigen Getränk gefüllte Flasche im Eisschrank, kann es eine böse Überraschung geben. Kommen wir zurück zu Jan und Frank, welche der vorgestellten Eigenschaften könnten sie nutzen um herauszufinden, ob die gefundenen Steinchen aus Gold sind oder nicht?

8 Kommentare
  1. hat mir nicht wirklich weitergeholfen!!!

    Von Max Hut, vor 5 Monaten
  2. Hallo Ani Pav,

    ich gebe dir recht, dass es sicherer wäre, wenn sie einen Kittel tragen würden. Leider tragen aber nicht alle Forscher im Labor ihren Laborkittel. Zumindest tragen sie in diesem Fall ihre Schutzbrille auf der Nase.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten Schedemann, vor 6 Monaten
  3. warum tragen die Leute im Labor keine Schutzkleidung? xD

    Von Ani Pav, vor 6 Monaten
  4. a ja

    Von Philipp Kubicki, vor 11 Monaten
  5. Sehr gutes Vidio! Sie könnten es mit Hilfe der Dichte herausfinden,da jedem Stoff eine Dichte zugeordnet werden kann. Finde das Vidio ein Bisschen zu lang. Würde lieber 2 Teile machen☹☹🎞

    Von Joshua B., vor 11 Monaten
  1. Sehr schlechte Ton Qualität

    Von Galinski, vor 12 Monaten
  2. cooles video! sie könnten das gewicht nutzen, da gold sehr schwer ist.(oder sie schauen im Internet nach, es gibt ja auch online-banken:) )

    Von Leif H., vor fast 2 Jahren
  3. Cool ! :)
    Danke für das super Video! :)

    Von Remoundclaudia, vor etwa 3 Jahren
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