Wunder des Wassers

Wunder des Wassers Übung

• Beschreibe das Vorkommen der Aggregatzustände des Wassers im Alltag.

  Tipps

  Der Schmelzpunkt gibt an, ab welcher Temperatur Eis zu flüssigem Wasser wird.

  Gläserne Wasserflaschen platzen oft im Tiefkühlfach.

  Lösung

  Wir können auf unserer Erde alle drei Aggregatzustände des Wassers im Laufe eines Jahres, aber auch im Laufe eines einzigen Tages beobachten.
  Der feste Aggregatzustand, das Eis, begegnet uns im Winter als Eisschicht auf der Straße oder als herrliche Abkühlung in Form von Eiswürfeln in der Limonade. Es entsteht beim Abkühlen unter den Schmelzpunkt von 0 °C. Dabei bewegen sich die einzelnen Wassermoleküle auseinander, sodass festes Eis ein größeres Volumen einnimmt als flüssiges Wasser.
  Mit flüssigem Wasser stillen wir täglich unseren Durst.
  Beim Kochen von Mahlzeiten begegnet uns häufig auch der dritte Aggregatzustand.
  Gasförmiges Wasser entsteht beim Erhitzen von Wasser über seinen Siedepunkt von 100 °C.

• Ordne die Aggregatzustände des Wassers nach ihrer Dichte.

  Tipps

  Die abgebildete Wolke soll Wasserdampf darstellen. Obwohl eine Wolke eigentlich erst bei der Kondensation von sonst unsichtbarem Wasserdampf zu Wassertropfen entsteht.

  Sowohl auf einer 4 °C, als auch auf einer 2 °C kalten Limonade schwimmen die Eiswürfel an der Oberfläche.

  Unter der Eisdecke eines tiefen, zugefrorenen Sees befindet sich immer noch flüssiges Wasser.

  Lösung

  Erhitzen wir beim Kochen Wasser in einem Topf, so beginnt dieses nach einiger Zeit zu sieden. Dabei steigt Wasserdampf auf. Dieser ist unsichtbar, doch kondensieren die Wassermoleküle des Gases an der kalten Luft, sodass wir Dampf aus dem Topf aufsteigen sehen. Dies liegt daran, dass Wasserdampf, da es ein Gas ist, eine geringere Dichte besitzt als flüssiges Wasser.

  Liegt Wasser in seiner festen Form – also als Eis – vor, so können wir beobachten, dass das Eis auf flüssigem Wasser schwimmt. Eis besitzt somit ebenfalls eine geringere Dichte als flüssiges Wasser.

  Wasser besitzt die Besonderheit, dass es nicht in seiner festen Form, sondern bei 4 °C seine höchste Dichte besitzt.
  Bei 2 °C ist das Wasser flüssig und besitzt eine geringere Dichte als bei 4 °C.

  Dieses Phänomen des Wassers ist auch bei einem zugefrorenen See zu sehen.

• Erläutere die Eigenschaften von Wasser anhand beispielhafter Beobachtungen.

  Tipps

  Beim Waschen werden Flecken, meist mit Hilfe von Waschmitteln, im Wasser gelöst.

  Als Treibholz wird Holz bezeichnet, welches aufgrund seiner geringen Dichte auf der Wasseroberfläche schwimmt.

  Lösung

  Da Wasser ein hervorragendes Lösungsmittel ist, ist es in der Lage, auch große Mengen an Zucker zu lösen. In einem Liter Wasser können circa 2000 g Zucker gelöst werden. Diese Löslichkeit von Wasser nutzen wir ebenfalls beim Waschen unserer Kleidung. Die Flecken und Gerüche, die sich im Laufe der Zeit auf unseren T-Shirts und Hosen ansammeln, werden durch das Wasser gelöst und ausgewaschen.

  Wasser besitzt außerdem die erstaunliche Eigenschaft, dass es seine höchste Dichte nicht im festen Aggregatzustand besitzt, wie es bei allen anderen Stoffen der Fall ist, sondern im flüssigen – bei 4 °C. Dies ist auch der Grund, weshalb Eiswürfel in einem Getränk auf der Oberfläche schwimmen können. An seinem Gefrier- bzw. Schmelzpunkt bei 0 °C sind die einzelnen Wassermoleküle weiter voneinander entfernt, weshalb die gleiche Masse an Wasser ein größeres Volumen einnimmt.

• Analysiere das Verhalten der Wassermoleküle beim Gefrieren von Wasser.

  Tipps

  Die gleiche Menge Wasser nimmt bei 0 °C ein größeres Volumen ein als bei 4 °C.

  Eine Flasche Wasser sollte niemals verschlossen in ein Gefrierfach gelegt werden, da sie beim Gefrieren des Wassers platzen kann.

  Lösung

  Allgemeine Information über Aggregatzustände
  Dass Gas die geringste Dichte aller drei Aggregatzustände besitzt, ist einfach zu verstehen. Eine geringe Menge eines Stoffes ist auf einem großen Volumen verteilt. Gehen wir nun von einem gasförmigen Aggregatzustand zu einem flüssigen, so erhöht sich dabei die Dichte des Stoffes. Das gleiche passiert auch beim Übergang von flüssig zu fest.

  Die Anomalie des Wassers
  Bei Wasser gibt es jedoch eine Besonderheit. Es besitzt nicht im festen Aggregatzustand seine höchste Dichte, sondern im flüssigen Aggregatzustand bei 4 °C. Beginnt flüssiges Wasser zu gefrieren, so bewegen sich die Wassermoleküle etwas weiter auseinander und nehmen ein größeres Volumen ein. Die Moleküle sind in festem Eis somit weniger dicht als in 4 °C kaltem, flüssigem Wasser.

• Überprüfe die Aussagen über Wasser auf ihre Richtigkeit.

  Tipps

  Unser Körper besitzt eine Temperatur von circa 37 °C.

  Lösung

  Obwohl unser Körper zu über 60 % aus Wasser besteht, kommt es in nur zwei Aggregatzuständen darin vor.
  Flüssiges Wasser ist beispielsweise in unserem Magen, in unseren Zellen und in unserem Blut enthalten.
  Auch wenn unsere Körpertemperatur deutlich unterhalb des Siedepunktes von Wasser bei 100 °C liegt, atmen wir dennoch kleine Mengen an Wasserdampf aus.
  Jedoch lässt sich in unserem Körper keinerlei festes Wasser in Form von Eis finden.

• Beschreibe die Löslichkeit von verschiedenen Stoffen in Wasser.

  Tipps

  Zwei Begriffe gehören in keine Lücke.

  Wird Kochsalz in Wasser aufgelöst, so nennt man die entstehende Flüssigkeit Kochsalzlösung.

  Kohlensäure entsteht beim Lösen des Gases Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) in Wasser.

  Lösung

  Da Wasser eine Vielzahl an Feststoffen und Gasen in sich lösen kann, wird es als gutes Lösungsmittel bezeichnet. Wird ein Stoff in einem Lösungsmittel gelöst, so bezeichnen wir die daraus entstandene Flüssigkeit als Lösung.

  Neben Feststoffen können auch Gase in Lösungsmitteln gelöst werden. So ist die Kohlensäure in unserem Mineralwasser lediglich gelöstes Kohlenstoffdioxid.
  Es gibt jedoch auch Stoffe, welche in Wasser unlöslich sind. Hierzu gehören vor allem Fette.
  Um schwer lösliche Stoffe besser in Wasser lösen zu können, ist es hilfreich, die Temperatur des Wassers zu erhöhen. Bei hohen Temperaturen ist die Löslichkeit meist höher als bei geringen Temperaturen.