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1.Stoffgemische können homogen oder heterogen sein.
Was bedeutet das eigentlich? Und Bsp.
Homogen
Diese Stoffe sind optisch einheitlich und lassen sich unter Verwendung von Lupen und Mikroskopen, keine unterschiedlichen Bestandteile feststellen. Die chemischen Elemente und die chemischen Verbindungen sind homogen. Homogene Gemische besitzen in allen Teilen gleiche Zusammensetzung und gleiche physikalische und chemische Eigenschaften
Beispiele für homogene Stoffgemische sind z.B.:
-Messing (Kupfer-/Zink-Legierung), der Zustand dieses Stoffgemisches ist fest
-Salzwasser, der Zustand dieses Stoffgemisches ist flüssig
-Luft; Schweißgas, der Zustand dieser Stoffgemische ist gasförmig
-Zuckerwasser, Wein, Eisen
Heterogen
Bei heterogenen Gemischen können einzelne Bestandteile in verschiedenen/ oder mehreren Aggregatzuständen vorliegen und/oder aus unterschiedlichen Substanzen bestehen.
Beispiele für heterogene Stoffgemische sind z.B.:
-aufgewirbelter Sand in einem Teich, der Zustand dieses Stoffgemisches ist fest/flüssig
-Rauch eines Feuers, der Zustand dieses Stoffgemisches ist fest/gasförmig
-Milch; Handcreme, der Zustand dieser Stoffgemische ist flüssig/flüssig
-Seifenschaum; Nebel, der Zustand dieses Stoffgemisches ist flüssig/gasförmig
Und wie sieht das bei den reinen Stoffen aus?
Reine Stoffe
Zu den reinen Stoffen zählen die chemischen Elemente und die chemischen Verbindungen, diese sind homogen. Reinstoffe bestehen aus nur einer chemischen Substanz. Destilliertes Wasser oder Kochsalzkristalle sind Reinstoffe. Die reinen Stoffe sind durch physikalische Verfahren nicht weiter auftrennbar.
Bsp.: Element Natrium bleibt Natrium, auch wenn es geschmolzen wird.
2. Erklären Sie bitte die Vorgänge in einem stehenden Gewässer bei Frost. Denken Sie dabei an die "Anomalie des Wassers".
Wasser siedet unter normalem Luftdruck bei 100°C, bei 0°C erstarrt es zu Eis.
Die Eisdecke findet sich an der Oberfläche eines Teiches. Die größte Dichte hat Wasser bei einer Temperatur von +4°C,bei dieser Temperatur ist es also am schwersten. Aus diesem Grund frieren auch größere Seen selten komplett durch, und die Wasserlebewesen können am Grund den Winter überleben.
Die meisten Stoffe ziehen sich zusammen, wenn sie sich abkühlen und verlieren damit mehr an Volumen. Nicht so das Wasser. Wasser zieht sich zwar auch beim Abkühlen zusammen, aber nur bis plus 4 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur hat das Wasser die höchste Dichte und das kleinste Volumen. Das 4 Grad kalte Wasser ist so schwer, dass es im See zu Boden sinkt.
Am Grund des Sees hat das Wasser also 4 Grad, warm genug, damit die Fische überwintern können. Ist das Wasser kälter als 4 Grad, so nimmt das Volumen wieder zu. Bei 0 Grad wird Wasser fest, es gefriert. Festes Wasser, also Eis, hat noch einmal deutlich mehr Volumen. Bei gleichbleibendem Gewicht bedeutet dies aber auch, dass die Dichte des Eises geringer wird. Eis schwimmt also auf dem Wasser und der See beginnt von oben zu gefrieren.
a.)Tragen Sie bitte die Temperaturen für die drei Schichten in °C ein.
Abbildung: Ein zugefrorener See im Winter - am Grund ist das Wasser genau 4 Grad warm
b.)Bitte begründen Sie Ihre Eintragungen.
Mit der Tiefe nimmt die Temperatur ab.
Unter stehenden Gewässerarten versteht man jene, bei denen noch ein Abfluss vorliegt, d.h. keine Strömung vorhanden ist. (ausgenommen durch Wind, Temperaturunterschiede, ... verursacht).
Die Fische leben auch im See, wenn dieser zugefroren ist. Gewässer frieren nämlich von oben nach unten zu und so gibt es in ausreichend tiefen Gewässern noch jede Menge flüssiges Wasser unter dem Eis. In der Tiefe des Sees hat das Wasser nur eine Temperatur von plus 4-Grad, die Dichte ist bei plus 4 Grad am größten und beträgt 1, aber die Fische können ihre Körpertemperatur weit absenken und sich über lange Zeit so ruhig verhalten, dass sie nur sehr wenig Energie brauchen und den Winter überstehen können.
Bei 0 Grad Celsius beträgt die Dichte 0,998 Tonnen pro m3 und bei Eis 0,9167 Tonnen pro m3.
Dass die Fische überleben, verdanken sie einer speziellen Eigenschaft des chemischen Stoffes Wasser. Man nennt diese Eigenschaft die Anomalie des Wassers. Sie bewirkt, dass Seen von oben nach unten gefrieren, Eisberge im Meer und Eiswürfel auf der Limonade schwimmen. Ohne diese Eigenschaft würden die Gewässer von unten nach oben zufrieren und die Fische würden irgendwann tot auf den zugefrorenen Seen liegen. So hätte sich in grauer Vorzeit kein Leben in den Ozeanen und auf der Erde entwickeln können. Es g bt im ganzen Universum neben dem Wasser nur noch zwei Metalle, die diese Eigenschaft auch besitzen.
3. Bitte erklären Sie diesen Vorgang. Denken Sie dabei an die Aggregatzustände und deren Übergänge.
(Ich bin mir nicht ganz sicher ob es richtig ist, weil die Bedingungen bei der Aufgabenbeschreibung ja auch nicht eindeutig ist.)
Aufgrund der mangelnden Wassersättigung der Umgebungsluft gehen die Eiskristalle in den gasförmigen Zustand über. Somit folgt daraus, dass hier die Aggregatzustände "fest - gasförmig" durchlaufen.
4. Was ist der Unterschied zwischen einem chemischen und einem physikalischen Vorgang?
Physikalische und chemische Vorgänge lassen sich eindeutig voneinander unterscheiden.
Chemische Vorgänge
Eine chemische Reaktion ist ein Vorgang, bei dem neue Stoffe entstehen.
Chemische Vorgänge bewirken eine Veränderung des Stoffes. Wird z.B. Kohle verbrannt, erhält man verschiedene Reaktionsprodukte, wie Kohlendioxid und Asche, aber nicht die Kohle zurück.
Physikalische Vorgänge
Chemische Reaktionen sind stets von physikalischen Vorgängen begleitet und meist nur an diesen physikalischen Prozessen zu erkennen.
Mit physikalischen Methoden ist es nicht möglich, einen Stoff grundlegend zu verändern, jedoch ist dieses mit chemischen Methoden sehr wohl zu machen.
Physikalische Eigenschaften:
-Farbe, Glanz
-Dichte, Leitfähigkeit
-Wärmeleitfähigkeit, Schmelzpunkte
-Siedepunkte
Alle diese Eigenschaften charakterisieren einen Stoff oder ein Stoffgemisch und können auch zur Auftrennung von Stoffgemischen ausgenutzt werden.
5. Wie können Sie beweisen, dass beim Verbrennen einer Kerze Luft verbraucht wird?
Versuch:
Eine brennende Kerze wird mit einer Glasglocke überdeckt. Wichtig ist hierbei, dass der Verbrennungsraum durch eine mit Wasser gefüllte Wanne nach unten abgeschlossen ist. Es steht somit für die Verbrennung nur ein bestimmtes Luftvolumen zur Verfügung, nämlich die Luftmenge in der Glasglocke. Während des Brennens der Kerze wird Luft verbraucht und die Kerze geht nach einiger Zeit aus. Sieht man sich nun den Versuchsaufbau genau an, so stellt man fest, dass der Wasserstand gestiegen ist. Durch das Verbrennen wurde Luft verbraucht und dieser Volumenaneil wird nun von Wasser ausgefüllt.
Wichtig ist bei diesem Versuch auch das Versuchsergebnis, dass 1/5 des ursprünglichen Luftvolumens bei der Verbrennung verbraucht wurden. Dieser Anteil von 1/5 entspricht ziemlich genau
dem Anteil von ca. 20% an Sauerstoff in der Luft.
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