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Team Digital
Messen von Stoffeigenschaften
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Messen von Stoffeigenschaften

Messbare Stoffeigenschaften – Chemie

Stell dir vor, du hast zu Hause einen Löffel aus Silber und einen aus Edelstahl. Beide glänzen silbern, doch woher weißt du nun, welcher Löffel aus welchem Stoff besteht? Um das zu klären, musst du die Stoffeigenschaften der beiden Löffel messen und diese mit Silber und Edelstahl abgleichen. Welche Stoffeigenschaften wie gemessen werden, erfährst du in dem folgenden Text.

Stoffeigenschaften untersuchen

Einfach erklärt kannst du die unterschiedlichen Stoffeigenschaften mit verschiedenen Methoden messen. Durch die messbaren Eigenschaften kannst du Stoffe voneinander unterscheiden und mithilfe der Stoffeigenschaften auch Stoffe identifizieren. Doch welche Stoffeigenschaften lassen sich überhaupt messen?

  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Schmelz- und Siedepunkt
  • Löslichkeit
  • Dichte

Gibt es auch nicht messbare Stoffeigenschaften? Ja, die gibt es. Wenn du mehr über verschiedene Stoff- und Materialeigenschaften erfahren möchtest, kannst du dir das Video Stoffeigenschaften anschauen.

Wie kann man Stoffeigenschaften überprüfen?

Du hast gelernt, dass man mit messbaren Stoffeigenschaften verschiedene Stoffe untersuchen und anschließend identifizieren kann. Du hast vier Beispiele für messbare Stoffeigenschaften kennengelernt. Doch wie kannst du nun die Stoffeigenschaften messen? Dazu schauen wir uns die elektrische Leitfähigkeit, den Schmelz- und Siedepunkt, die Löslichkeit und die Dichte genauer an.

Elektrische Leitfähigkeit

Bei der elektrischen Leitfähigkeit wird der Stoff dahingehend untersucht, wie gut elektrischer Strom geitet wird. Die Leitfähigkeitsmessung erfolgt indirekt durch die Messung der Stromstärke, die sich bei einer vorgegebenen Spannung unter bestimmten Bedingungen einstellt. Bei der elektrischen Leitfähigkeit wird der elektrische Widerstand eines Stoffs bestimmt. Dieser ist temperaturabhängig. Ein guter Leiter hat einen geringen elektrischen Widerstand. Ein schlechter Leiter hat einen großen elektrischen Widerstand.

Falls du noch mehr über den elektrischen Widerstand erfahren möchtest, kannst du dir das Video Spezifischer elektrischer Widerstand ansehen.

Ein Stoff wird als elektrisch leitfähig bezeichnet, wenn er frei bewegliche, geladene Teilchen enthält. Zu diesen Stoffen gehören zum Beispiel Metalle, Grafit und einige chemische Verbindungen.

Ist Wasser leitfähig? Grundsätzlich ist reines Wasser nicht leitfähig, das heißt, es leitet keinen elektrischen Strom. Erst durch im Wasser gelöste Stoffe, wie zum Beispiel Chloride, Sulfate oder Carbonate wird das Wasser leitfähig. Durch die Messung der Leitfähigkeit dieser Lösungen kann also auf die Menge der im Wasser gelösten Teilchen geschlossen werden. Je mehr Teilchen, desto höher die Leitfähigkeit.

Schmelz- und Siedepunkt

Sicher weißt du, dass Wasser im Gefrierschrank zu Eis oder beim Kochen zu Wasserdampf wird. Das Wasser ändert bei null Grad Celsius seinen Aggregatzustand von flüssig zu fest. Bei einer Temperatur von $\pu{100 °C}$ ändert das Wasser seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig.

Wenn Stoffe vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand wechseln, heißt das Siedepunkt. Beim Wechsel vom festen in den flüssigen Zustand heißt es Schmelzpunkt.

Betrachten wir das Verhalten des Wassers beim Erhitzen nun etwas genauer:

Die Temperatur des flüssigen Wassers ändert sich beim Erreichen des Siedepunkts nicht mehr. Genauso verhält sich die Wassertemperatur beim Schmelzpunkt. Erst wenn das gesamte Eis geschmolzen ist, steigt die Temperatur des Wassers wieder.

Somit kannst du den Schmelz- und Siedepunkt durch das Messen der Temperatur bestimmen. An diesen Punkten bleibt die Temperatur konstant, bis der Stoff in den anderen Aggregatzustand gewechselt hat.

Der Siedepunkt von Stoffen ist vom Luftdruck abhängig. Je größer der Luftdruck, desto höher ist der Siedepunkt und umgekehrt. Dieses Prinzip wird zum Beispiel bei einem Schnellkochtopf genutzt. Der höhere Druck im Topf bewirkt, dass das flüssige Wasser Temperaturen von etwa $\pu{120 °C}$ bekommt. Dadurch werden die Garzeiten verkürzt. Wasser siedet nur bei einem Druck von genau $\pu{1 013 hPa}$ bei $\pu{100 °C}$. Wird der Luftdruck kleiner, sinkt die Siedetemperatur des Wassers auf weit unter $\pu{100 °C}$.

Löslichkeit

Wenn du das Kochwasser für die Nudeln salzt, löst es sich in Wasser auf. Dies geschieht, weil Wasser ein gutes Lösungsmittel ist. In Wasser lassen sich feste Stoffe, Flüssigkeiten und Gase lösen.

Kohlenstoffdioxidgas ($\ce{CO2}$) ist in Mineralwasser gelöst. In Flüssen, Seen und Meeren ist Sauerstoff ($\ce{O2}$) gelöst, sodass die Tiere wie Fische ausreichend Sauerstoff aufnehmen können.

Unterschiedliche Stoffe lösen sich unterschiedlich gut in Wasser. Außerdem kannst du nicht eine beliebig große Menge eines Stoffs in Wasser lösen. Die Löslichkeit gibt die maximale Menge eines Stoffs an, die sich in einem bestimmten Lösungsmittel lösen lässt. Zum Beispiel lassen sich in $\pu{100 g}$ Wasser ($\ce{H2O}$) etwa $\pu{36 g}$ Kochsalz ($\ce{NaCl}$) lösen. Gibst du mehr Salz in das Wasser, löst es sich nicht mehr. Es bildet sich ein Bodensatz.

Neben Wasser gibt es noch viele weitere geeignete Lösungsmittel wie zum Beispiel Alkohol.

Gibst du Zucker in einen Topf gefüllt mit kaltem Wasser entsteht ein Bodensatz. Der Zucker löst sich also nicht oder nur teilweise. Erhitzt du nun das Wasser, kannst du beobachten, dass sich der Bodensatz aus Zucker allmählich auflöst. Die Löslichkeit ist also auch von der Temperatur des Lösungsmittels abhängig. In der Regel gilt: Je höher die Temperatur des Lösungsmittels ist, desto mehr löst sich darin. Diese Temperaturabhängigkeit ist aber von Feststoff zu Feststoff unterschiedlich.

Bei Gasen verläuft die Temperaturabhängigkeit umgekehrt. Je wärmer es ist, desto geringer ist die Löslichkeit der Gase in Wasser.

Nicht alle Stoffe können in Wasser gelöst werden. So lassen sich beispielsweise Fette und Öle nicht in Wasser lösen.

Dichte

Salz und Wasser haben bei gleichem Volumen ein unterschiedliches Gewicht, weil die jeweilige Dichte der Stoffe unterschiedlich ist. 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 bildet anschließend den Quotienten der beiden Werte.

$ \rho = \frac{\text{Masse des Stoffs}}{\text{Volumen des Stoffs}} = [\pu{g//l}]$ (für Gase und Flüssigkeiten) = $ [\pu{g//cm3}]$ (für Feststoffe)

Wasser hat eine Dichte von $\pu{1 g//l}$, deswegen hat Wasser mit einem Volumen von $\pu{200 ml}$ genau ein Gewicht von $\pu{200 g}$. Das Kochsalz hat eine Dichte von etwa $\pu{ 2,2 g//cm3}$. Das Volumen von $\pu{200 ml}$ Salz hat also ein Gewicht von $\pu{440 g}$.

Metalle mit einer Dichte von mehr als $\pu{5 g//cm3}$ $(\rho > \pu{5 g//cm3})$ werden als Schwermetalle bezeichnet. Dazu gehört zum Beispiel auch Eisen ($\ce{Fe}$), das eine Dichte von $\pu{7,9 g//cm3}$ aufweist. Automobilhersteller haben großes Interesse daran, in neuen Fahrzeugen das Eisen durch das Leichtmetall Aluminium ($\ce{Al}$) zu ersetzen, da die Dichte von Aluminium nur $\pu{2,7 g//cm3}$ beträgt. Durch diesen Tausch werden die Autos leichter und verbrauchen folglich weniger Treibstoff.

Gase dagegen besitzen eine geringe Dichte. So hat die Luft eine Dichte von $\pu{0,0012 g//l}$. Gase mit einer höheren Dichte als Luft sinken zu Boden, da sie schwerer als Luft sind. Kohlenstoffdioxid ist so ein Gas. Auch die Dichte von Gasen ist temperaturabhängig.

Beispielsweise steigt ein mit heißer Luft gefüllter Ballon nach oben. Mit höherer Temperatur nimmt die Dichte ab. Darum haben die Stoffe im festen Zustand ihre höchsten und im gasförmigen Zustand ihre tiefsten Dichtewerte.

Eine Ausnahme dieser Regel ist das Wasser. Wasser hat die größte Dichte bei $\pu{4 °C}$. Folglich ist ein Liter Eis leichter als ein Liter $\pu{4 °C}$ kaltes Wasser. Das ist der Grund, warum Eisberge auf der Wasseroberfläche schwimmen und Teiche und Seen im Winter von oben nach unten zufrieren. Falls du noch mehr über diese Anomalie des Wassers wissen möchtest, kannst du dir das Video Phasendiagramm des Wassers ansehen.

Dieses Video

In diesem Video lernst du, wie du Stoffeigenschaften messen kannst. Fassen wir die messbaren Stoffeigenschaften in einer Tabelle zusammen:

Elektrische Leitfähigkeit Stoffe können unterschiedlich gut Strom leiten. Die Leitfähigkeit von Strom kannst du mit einem Leitfähigkeitsmessgerät messen.
Schmelz- und Siedepunkt Stoffe haben unterschiedliche Schmelz- und Siedepunkte. Die Stoffe wechseln an diesen Punkten ihren Aggregatzustand. Du kannst den Schmelz- und Siedepunkt mit einem Thermometer messen, da an diesen Punkten die Temperatur konstant bleibt.
Löslichkeit Stoffe lösen sich unterschiedlich gut in unterschiedlichen Lösungsmitteln. Die Löslichkeit gibt an, wann eine Lösung gesättigt ist. Die Löslichkeit ist von der Temperatur abhängig.
Dichte Stoffe haben unterschiedliche Dichten. Die Dichte ist die Masse pro Volumen. Sie ist abhängig von der Temperatur.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Thema Messbare Stoffeigenschaften, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Messen von Stoffeigenschaften

Du schuldest deiner Schwester noch Geld – was für ein Schlamassel. Plötzlich kommt dir eine Idee: vielleicht fällt ihr es ja nicht auf, wenn du ihr kein ECHTES Geld gibst? In einem Brettspiel findest du täuschend echt wirkendes Spielgeld. Na dann, hoffen wir mal, dass deine Schwester das folgende Video nicht zu sehen bekommt, denn es geht um "Messen von Stoffeigenschaften". Dass Materialien verschiedene Eigenschaften besitzen, sollte dir bereits bekannt sein. Einige dieser Eigenschaften sind messbar, wodurch ein Vergleichen unterschiedlicher Stoffe ermöglicht wird oder auch Stoffe identifiziert werden können. So kann beispielsweise im Voraus festgestellt werden, ob ein Stoff für ein bestimmtes Experiment geeignet ist oder nicht. So und welche Stoffeigenschaften sind nun messbar? Man unterscheidet grob in physikalische und chemische Eigenschaften. Beim Messen der physikalischen Eigenschaften verändert sich der Stoff nicht, beim Messen chemischer Eigenschaften hingegen schon. Starten wir direkt mit den physikalischen Stoffeigenschaften. Mitunter die wichtigsten Eigenschaften eines Stoffes sind die Schmelz- und Siedetemperatur – davon hast du ja ganz bestimmt schon gehört. Bei beiden Temperaturen, findet ein Wechsel des Aggregatzustands statt. Bei der Schmelztemperatur geht ein Stoff vom festen in den flüssigen Aggregatzustand über und die Siedetemperatur markiert den Übergang eines Stoffes von flüssig zu gasförmig. Nehmen wir zum Beispiel Wasser. Du weißt ja bestimmt, bei welchen Temperaturen Wasser fest wird, also gefriert, beziehungsweise umgekehrt: ab wann Wasser schmilzt und bei wie viel Grad Wasser gasförmig wird, also siedet. Chemisch gesehen handelt es sich nach wie vor um Wasser, es wird nur die physikalische Form verändert. Dabei fällt auf, dass die Temperatur konstant bleibt, bis das Wasser vollständig den anderen Aggregatzustand erreicht hat. Und womit misst man die Schmelz- und Siedetemperatur? Logisch: mit einem Thermometer! Übrigens: die Siedetemperatur von Stoffen ist abhängig vom Luftdruck. Je höher der Luftdruck, desto höher auch die Siedetemperatur. Genau dieses Prinzip wird bei einem Schnellkochtopf genutzt. Durch den hohen Druck im Topf kann das Wasser eine Temperatur von bis zu hundertzwanzig Grad erreichen. Sehen wir uns als nächstes die Dichte an. Kurze Frage: Was ist schwerer – ein Kilo Federn oder ein Kilo Steine? Haaah, ja den Joke kennst du sicher, ne? Worauf es dabei aber ankommt: ein Kilo Federn und ein Kilo Steine nehmen unterschiedlich viel "Volumen" ein. Das heißt also für ein Kilogramm Steine brauchst du nur ein paar wenige Steine. Ein Kilogramm Federn passt vielleicht nicht einmal auf die Fläche der Waage. Und genau damit haben wir schon die zwei Faktoren benannt, die die Dichte ausmachen. Die Masse und das Volumen des Stoffes. Die Dichte gibt also an, welche Masse ein Stoff bei einem bestimmten Volumen besitzt. Es müssen also nur diese beiden Parameter gemessen werden. Durch Bilden des Quotienten beider Werte erhältst du dann die Dichte – tada! Sie wird übrigens für Feststoffe in Gramm pro Kubikzentimeter angegeben. Bei Flüssigkeiten und Gasen in Gramm pro Milliliter. Weitere Beispiele für messbare physikalische Eigenschaften wären zum Beispiel die "Härte", die man mit einem "Ritztest" bestimmen kann oder die "elektrische Leitfähigkeit", messbar mit einem "Leitfähigkeitsmessgerät". Und während dieses Monster-Wort noch nachklingt, kommen wir auch schon zu den "chemischen Eigenschaften". Wie eingangs erwähnt, müssen Stoffe beim Messen chemischer Eigenschaften verändert werden. Sehen wir uns das an der "Löslichkeit" an. Das kann man hier beobachten! Es blubbert und kurz danach hast du ein bitzelndes Erfrischungsgetränk statt fadem Wasser. Aber auch beim Nudelnkochen begegnest du der Löslichkeit: Das zuvor hinzugefügte Salz ist bald nicht mehr als solches im Wasser zu erkennen. Das liegt daran, dass Salz und die Brausetablette gut lösliche Stoffe sind. Aber auch vom LösungsMITTEL ist die Löslichkeit abhängig. Vielleicht ist dir im Chemie-Unterricht ja schon einmal der Merksatz "Gleiches löst sich in Gleichem." begegnet. Demnach lösen sich polare Stoffe, wie das Salz und die Brausetablette, in polarem Wasser. "Polar" beschreibt dabei die Verteilung der elektrischen Ladungen eines Stoffes. Die Löslichkeit ist außerdem von der Temperatur des Lösungsmittels abhängig. Das kannst du leicht zu Hause testen, indem du versuchst, Zucker in kaltem Wasser zu lösen. Auch nach dem Umrühren, wirst du noch einige Zuckerkristalle erkennen können. Erhitzt du das Wasser, löst sich der Zucker nach und nach, da durch das Steigen der Temperatur chemische Bindungen aufgebrochen werden. Es gilt: Je höher die Temperatur des Lösungsmittels, desto besser die Löslichkeit des Feststoffs. Bei Gasen ist dies jedoch andersherum: Je wärmer das Lösungsmittel, desto GERINGER die Löslichkeit des Gases. Übrigens: Stoffe können sich nicht AUFlösen. Sie lösen sich lediglich. Sie sind ja auch immer noch da und du kannst beispielsweise den süßen Zucker schmecken. Weitere Beispiele für messbare chemische Eigenschaften wären zum Beispiel noch die Brennbarkeit oder die Reaktivität. Für heute soll uns das aber genügen. Wir fassen zusammen. Das Messen von Stoffeigenschaften ermöglicht, Stoffe zu identifizieren und voneinander zu unterscheiden. Dabei werden beim Messen Physikalischer Stoffeigenschaften die Stoffe in ihrer physikalischen Form verändert, die chemische Zusammensetzung bleibt jedoch gleich. Beispiele dafür sind die Schmelz- und die Siedetemperatur, die Dichte oder die Härte. Beim Messen chemischer Eigenschaften werden die STOFFE verändert. Als Beispiel dafür haben wir uns die Löslichkeit angesehen und gelernt, dass die Löslichkeit von der Temperatur und dem Lösungsmittel abhängig ist. So und wie war das jetzt nochmal mit dem Falschgeld? Dazu gibt es auch einige Methoden um die Eigenschaften zu Messen und echt und falsch voneinander zu unterscheiden. Da wir aber nicht riskieren möchten, dass deine Schwester das Video sieht, erzählen wir davon lieber ein anderes Mal.

2 Kommentare
2 Kommentare
  1. Tolles Video!!!

    Von Maximilian, vor 4 Monaten
  2. Gut.

    Von Illya, vor 4 Monaten

Messen von Stoffeigenschaften Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Messen von Stoffeigenschaften kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was uns das Messen von Stoffeigenschaften ermöglicht.

    Tipps

    Es gibt zwei richtige Antworten.

    Lösung

    Materialien besitzen verschiedene Stoffeigenschaften. Einige dieser Eigenschaften sind messbar, wodurch ein Vergleichen verschiedener Stoffe oder auch die Identifikation von Stoffen ermöglicht wird. So können wir beispielsweise im Voraus feststellen, ob ein Stoff für ein bestimmtes Experiment geeignet ist oder nicht.

  • Vergleiche das Messen von physikalischen und chemischen Stoffeigenschaften.

    Tipps

    Eine physikalische Eigenschaft eines Stoffes ist beispielsweise sein Aggregatzustand.

    Lösung

    Beim Messen der physikalischen Eigenschaften verändert sich der Stoff nicht. Ein Beispiel dafür ist die Siedetemperatur.
    Um die Siedetemperatur von Wasser zu messen, musst du es so lange erhitzen, bis es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Du benötigst ein Thermometer, um damit die Temperatur ablesen zu können.

    Beim Messen der chemischen Eigenschaften verändert sich der Stoff. Ein Beispiel dafür ist die Brennbarkeit.
    Die Brennbarkeit eines Stoffes kann durch ein Experiment gemessen werden. Dabei wird der Stoff einer Flamme ausgesetzt und beobachtet, ob er Feuer fängt oder nicht. Wenn der Stoff Feuer fängt, dann bedeutet das, dass er brennbar ist. Es gibt verschiedene Arten von Flammen und Bedingungen, die bei diesem Experiment berücksichtigt werden müssen, um genaue Ergebnisse zu erhalten.
    Achtung: Solch ein Experiment sollte immer zusammen mit einer fachkundigen Person und niemals zu Hause durchgeführt werden!

  • Stelle die Formel zur Berechnung der Dichte dar.

    Tipps

    Die Dichte hat mit der Masse und dem Volumen eines Stoffes zu tun.

    Maßeinheiten für Flüssigkeiten sind zum Beispiel Liter und Milliliter.

    Lösung

    Die Dichte gibt an, welche Masse ein Stoff bei einem bestimmten Volumen besitzt. Es müssen also diese beiden Parameter gemessen werden. Durch das Bilden des Quotienten beider Werte erhältst du dann die Dichte.

    Die Dichte wird für Feststoffe in Gramm pro Kubikzentimeter angegeben. Bei Flüssigkeiten und Gasen in Gramm pro Milliliter.

  • Erkläre, wovon die Löslichkeit von Stoffen abhängt.

    Tipps

    Es gibt zwei Begriffe, die du nicht benötigst.

    Die Löslichkeit eines Stoffes hängt von seinem Lösungsmittel und von der Temperatur des Lösungsmittels ab.

    Lösung

    Ob sich ein Stoff gut löst oder nicht, hängt unter anderem von seinem Lösungsmittel ab: Vielleicht ist dir im Chemieunterricht ja schon einmal der Merksatz „Gleiches löst sich in Gleichem.“ begegnet. Demnach lösen sich polare Stoffe oder Ionenverbindungen wie das Salz und die Brausetablette in polarem Wasser. „Polar“ beschreibt dabei die Verteilung der elektrischen Ladungen eines Stoffes.

    Die Löslichkeit ist außerdem von der Temperatur des Lösungsmittels abhängig: Wenn du versuchst, Zucker in kaltem Wasser zu lösen, dann wirst du auch nach dem Umrühren noch einige Zuckerkristalle erkennen können. Erhitzt du das Wasser, löst sich der Zucker nach und nach, da durch das Steigen der Temperatur chemische Bindungen aufgebrochen werden.
    Es gilt: Je höher die Temperatur des Lösungsmittels, desto besser die Löslichkeit des Feststoffs. Bei Gasen ist dies jedoch andersherum: Je wärmer das Lösungsmittel, desto geringer die Löslichkeit des Gases.

    Übrigens: Stoffe können sich nicht auflösen – sie lösen sich lediglich. Sie sind immer noch da und du kannst beispielsweise den süßen Zucker schmecken.

  • Gib an, welche Stoffeigenschaften in einem Labor gemessen werden.

    Tipps

    Vier der genannten Eigenschaften können in einem Labor gemessen werden.

    Lösung

    Im Labor kann man Stoffeigenschaften messen, um sie zu identifizieren und anschließend vergleichen zu können: Man unterscheidet grob zwischen physikalischen und chemischen Eigenschaften.

    Beispiele für physikalische Stoffeigenschaften sind:

    • Siedetemperatur
    • Schmelztemperatur
    • Dichte
    • Härte
    Chemische Stoffeigenschaften sind beispielsweise:
    • Reaktivität
    • Brennbarkeit

  • Begründe, wieso wir mit einem Schnellkochtopf weniger Zeit brauchen, um Gemüse zu garen.

    Tipps

    Es gibt tatsächlich nur eine richtige Antwort.

    Die Siedetemperatur von Stoffen ist abhängig vom Luftdruck.

    Lösung

    Die Siedetemperatur von Stoffen ist abhängig vom Luftdruck. Das Wasser hat eine höhere Siedetemperatur aufgrund des erhöhten Drucks. Denn es gilt: Je höher der Luftdruck, desto höher auch die Siedetemperatur.
    Genau dieses Prinzip wird bei einem Schnellkochtopf genutzt: Durch den hohen Druck im Topf kann das Wasser eine Temperatur von bis zu $\pu{120°C}$ erreichen. Deshalb ist das darin enthaltene Gemüse schneller gar.