Messbare Stoffeigenschaften

Information für die Lehrkraft

Dieses Arbeitsblatt für die 7. Klasse ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern, grundlegende messbare Eigenschaften chemischer Stoffe wie Dichte, elektrische Leitfähigkeit, Masse, Volumen, Temperatur, Schmelz- und Siedetemperatur sowie Löslichkeit experimentell zu untersuchen und zu quantifizieren. Ziel ist die Förderung des naturwissenschaftlichen Denkens durch präzise Beobachtung und Interpretation von Messergebnissen. Der aktive Umgang mit Materialien und Messinstrumenten soll ein erstes Verständnis für Stoffeigenschaften und die Bedeutung genauer Messungen in der Chemie entwickeln.

Das Arbeitsblatt eignet sich auch hervorragend als Stationenlernen, bei dem die Stationen selbstständiges und kooperatives Lernen unterstützen. Damit ein Stationenlernen reibungslos funktioniert, sollten mehrere Versionen mit verscheidenen Variablen des Arbeitsblattes erstellt werden.

Aufgabe: Temperatur von Wasser

Stell dir vor, du untersuchst, wie sich die Temperatur von Wasser verändert, wenn man es erhitzt.

Der Startwert beträgt 20 Grad Celsius.

1. Mit welchem Gerät würdest du die Temperatur messen?
2. Nenne zwei Faktoren, die beeinflussen können, wie schnell oder stark sich die Temperatur verändert.

Experiment: Temperaturänderung von Wasser beim Erhitzen und Abkühlen

Ziel des Experiments:
Untersuchen, wie sich die Temperatur von Wasser beim Erwärmen von 20 °C und beim Abkühlen von 45 °C verändert.

Anleitung:

Vorbereitung:

• Materialien sammeln: Thermometer, Wasser, Topf, Heizquelle (z.B. Herdplatte), Eiswürfel.
• Startwerte einstellen:
  • Für das Erwärmen: Stelle sicher, dass das Wasser im Topf 20 °C hat.
  • Für das Abkühlen: Erwärme das Wasser auf 45 °C vor Beginn des Abkühlens.

Durchführung:

• Erwärmen:
  • Stelle den Topf mit Wasser auf die Heizplatte.
  • Schalte die Heizplatte ein und beginne, das Wasser zu erwärmen.
• Abkühlen:
  • Füge langsam Eiswürfel zum erwärmten Wasser hinzu, um es abzukühlen.

Messung:

• Verwende das Thermometer, um die Temperatur des Wassers in regelmäßigen Abständen (z.B. alle 2 Minuten) zu messen.
• Notiere die gemessenen Temperaturen für beide Szenarien (Erwärmen und Abkühlen).

Aufgaben:

1. Handlungsaufgabe (Erwärmen):
   Beschreibe, wie die Temperatur des Wassers von 20 °C erwärmt wird, und nenne zwei Faktoren, die die Erwärmung beeinflussen können.

2. Alternative Handlungsaufgabe (Abkühlen):
   Beschreibe, wie die Temperatur des Wassers von 45 °C abgekühlt wird, und nenne zwei Faktoren, die die Abkühlung beeinflussen können.

Sicherungsaufgabe: Temperatur

Stell dir vor, du untersuchst, wie sich die Temperatur von Wasser verändert, wenn eine Substanz hinzugefügt wird.

Du hast ein Thermometer und misst zunächst die Temperatur von 100 °C Wasser in einem Becher. Dann gibst du 50 g Eiswürfel hinzu, und die Temperatur sinkt auf 60 °C.

Fragen:

1. Berechne die Veränderung der gemessenen Temperatur. Erkläre deinen Rechenweg.

2. Warum ist es wichtig, genau zu messen statt nur zu schätzen?

3. Nenne einen Stoff, bei dem diese Methode zur Bestimmung der Temperatur nicht geeignet ist oder schwierig wäre, und erkläre warum.

Lösungsblatt: Thermometer

Aufgabe 1

Frage:
Mit welchem Gerät würdest du die Temperatur messen?

Lösung:
Zur Messung der Temperatur würde ich ein Thermometer verwenden. Ein Thermometer ist ein Messgerät, das zur Bestimmung der Temperatur eines Stoffes oder einer Umgebung dient. In diesem Experiment eignet sich ein Flüssigkeitsthermometer (z.B. ein Quecksilber- oder Alkali-Thermometer) oder ein digitales Thermometer, da beide genaue und leicht ablesbare Temperaturwerte liefern.

Aufgabe 2

Frage:
Nenne zwei Faktoren, die beeinflussen können, wie schnell oder stark sich die Temperatur verändert.

Lösung:
Zwei Faktoren, die die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Temperaturveränderung beeinflussen können, sind:

1. Menge des Wassers: Die Masse oder das Volumen des Wassers bestimmt, wie viel Wärme benötigt wird, um die Temperatur zu verändern. Mehr Wasser erfordert mehr Energie zum Erhitzen oder Abkühlen, wodurch sich die Temperatur langsamer ändert.

2. Leistung der Heizquelle: Die Intensität der zugeführten Wärme beeinflusst die Temperaturveränderungsgeschwindigkeit. Eine leistungsstärkere Heizquelle kann das Wasser schneller erwärmen, während eine schwächere Quelle eine langsamere Temperaturerhöhung bewirkt.

Experiment: Temperaturänderung von Wasser beim Erhitzen

Aufgabe 1: Erwärmt

Aufgabe:
Beginne mit 20 °C Wasser und erhitze es gemäß dem oben beschriebenen Experiment. Dokumentiere die Temperaturänderungen und die benötigte Zeit, um 80 °C zu erreichen.

Lösung:
Während des Experiments wurde das Wasser von einer Starttemperatur von 20 °C auf 80 °C erwärmt. Die Temperaturveränderungen wurden alle 2 Minuten notiert, und die Gesamtzeit zur Erreichung von 80 °C betrug beispielsweise 10 Minuten. (Anmerkung: Da keine spezifischen experimentellen Daten vorliegen, sind exemplarische Werte angegeben. Bei Durchführung des Experiments sollten die tatsächlichen Messwerte dokumentiert werden.)

Aufgabe 2: Abgekühlt

Aufgabe:
Beginne mit 45 °C Wasser und lasse es unter denselben Bedingungen abkühlen. Dokumentiere die Temperaturänderungen und die benötigte Zeit, um 20 °C zu erreichen.

Lösung:
Im Abkühlungsexperiment wurde das Wasser von einer Starttemperatur von 45 °C auf 20 °C abgekühlt. Die Temperatur wurde in regelmäßigen Abständen von 2 Minuten gemessen, und die Gesamtzeit bis zur Erreichung von 20 °C betrug beispielsweise 15 Minuten. (Anmerkung: Wie zuvor sind hier exemplarische Werte angegeben. Tatsächliche Ergebnisse hängen von den spezifischen Versuchsbedingungen ab.)

Sicherungsaufgabe: Temperatur

Frage 1:
Berechne die Veränderung der gemessenen Temperatur. Erkläre deinen Rechenweg.

Lösung:
Die gemessene Temperatur des Wassers sinkt von 100 °C auf 60 °C, nachdem 50 g Eiswürfel hinzugefügt wurden.

Rechenweg:
Veränderung der Temperatur = Endtemperatur - Anfangstemperatur
Veränderung = 60 °C - 100 °C
Veränderung = -40 °C

Die negative Vorzeichen zeigt an, dass die Temperatur um 40 °C gesunken ist.

Frage 2:
Warum ist es wichtig, genau zu messen statt nur zu schätzen?

Lösung:
Genaue Messungen sind entscheidend, um zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Schätzungen können zu erheblichen Fehlern führen, insbesondere bei wissenschaftlichen Experimenten, wo präzise Daten für die Analyse und Interpretation der Ergebnisse notwendig sind. Ungenaue Messungen können zudem falsche Schlussfolgerungen verursachen und die Validität des gesamten Experiments beeinträchtigen.

Frage 3:
Nenne einen Stoff, bei dem diese Methode zur Bestimmung der Temperatur nicht geeignet ist oder schwierig wäre, und erkläre warum.

Lösung:
Diese Methode ist nicht geeignet für ölige Substanzen, wie beispielsweise Motoröl. Öle haben eine hohe Viskosität und können eine ungleichmäßige Wärmeverteilung aufweisen, was die genaue Messung der Temperatur mit einem herkömmlichen Thermometer erschwert. Zudem besteht die Gefahr, dass das Thermometer in ölige Substanzen kleben bleibt oder keine präzisen Ablesungen liefert, da Öle die Wärmeleitung anders als Wasser beeinflussen.