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Fest, flüssig, gasförmig

Nudeln kochen, Eis kühlen, Nebel sehen — hier zeigst du, dass du die Übergänge im Alltag wiedererkennst.

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Abendessen in der Küche

AFB I–II

Mira kocht mit ihrem Vater Nudeln. Dabei beobachtet sie vier Dinge:

  1. Ein Stück Butter wird in der heißen Pfanne flüssig.
  2. Im Nudeltopf steigen aus dem ganzen Wasser große Blasen auf.
  3. An der Innenseite des Topfdeckels hängen viele Wassertropfen.
  4. Nach dem Essen stellt Mira Saft in Eiswürfelformen ins Gefrierfach. Am nächsten Tag ist er hart.
  1. Nenne zu jeder Beobachtung A bis D den Aggregatzustand vorher und nachher.
  2. Ordne jeder Beobachtung den Fachbegriff des Übergangs zu.
  3. Beschreibe den Unterschied zwischen dem Sieden im Nudeltopf und dem Verdunsten einer Pfütze.
  4. Erkläre, wie die Wassertropfen an die Innenseite des Deckels kommen.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Frag dich jeweils: Wie war der Stoff am Anfang, wie am Ende?
Hinweis zu Aufgabe b)
Die Fachbegriffe sind Schmelzen, Erstarren, Verdampfen (Sieden, Verdunsten), Kondensieren, Sublimieren und Resublimieren.
Hinweis zu Aufgabe c)
Achte auf die Temperatur und darauf, wo das Wasser gasförmig wird.
Hinweis zu Aufgabe d)
Woher kommt das Wasser, und warum wird es am Deckel wieder flüssig?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

A: fest → flüssig. B: flüssig → gasförmig. C: gasförmig → flüssig. D: flüssig → fest.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

A: Schmelzen. B: Verdampfen, genauer Sieden. C: Kondensieren. D: Erstarren.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Beim Sieden hat das Wasser seine Siedetemperatur erreicht (100 °C). Es wird in der ganzen Flüssigkeit gasförmig, deshalb steigen Blasen auf, und es geht schnell. Beim Verdunsten ist das Wasser viel kälter. Es wird nur an der Oberfläche langsam gasförmig, Blasen gibt es nicht.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Das Wasser im Topf verdampft. Der unsichtbare Wasserdampf steigt nach oben und trifft auf den kühleren Deckel. Dort gibt er Wärme ab und kondensiert zu flüssigen Wassertropfen.

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Trockeneis im Eiswagen

AFB II–III

Ein Eisverkäufer kühlt seine Eisbox mit Trockeneis. Trockeneis ist fester Kohlenstoffdioxid. Er hat bei normalem Luftdruck eine Temperatur von −78,5 °C. In der Box liegt nach einigen Stunden kein Trockeneis mehr — und trotzdem ist der Boden ganz trocken. Über dem offenen Deckel sieht man weißen Nebel.

Sein Kollege kühlt mit gewöhnlichen Eiswürfeln aus Wasser. In dessen Box steht am Abend Wasser.

  1. Deute die Beobachtung, dass der Boden der Box trocken bleibt, obwohl das Trockeneis verschwunden ist.
  2. Vergleiche Trockeneis und Wassereis als Kühlmittel für die Eisbox (mindestens zwei Gesichtspunkte).
  3. Beurteile die Aussage des Kollegen: „Der weiße Nebel über der Box ist das gasförmige Kohlenstoffdioxid.“
  4. Begründe die Sicherheitsregel: „Trockeneis nie in eine fest verschlossene Flasche füllen!“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Das Trockeneis ist nicht wirklich „verschwunden“. In welchen Zustand ist es gewechselt?
Hinweis zu Aufgabe b)
Denk an die Temperatur und daran, was am Ende in der Box übrig bleibt.
Hinweis zu Aufgabe c)
Kann man ein farbloses Gas sehen? Was ist in der Luft über der eiskalten Box enthalten?
Hinweis zu Aufgabe d)
Welchen Platz braucht ein Gas im Vergleich zum festen Stoff? Was passiert in einem geschlossenen Gefäß?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Das Trockeneis ist sublimiert: Es ist direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergegangen, ohne flüssig zu werden. Das gasförmige Kohlenstoffdioxid ist unsichtbar und entweicht. Deshalb bleibt keine Flüssigkeit zurück.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Trockeneis ist viel kälter (−78,5 °C) als schmelzendes Wassereis (0 °C) und kühlt deshalb stärker. Trockeneis sublimiert und hinterlässt keine Flüssigkeit. Wassereis schmilzt, das Schmelzwasser bleibt in der Box und kann die Verpackungen durchweichen. Gemeinsam ist: Beide nehmen Wärme aus der Box auf, wenn sie ihren Aggregatzustand ändern.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Aussage ist falsch. Gasförmiges Kohlenstoffdioxid ist farblos und unsichtbar. Das kalte Gas kühlt aber die Luft über der Box stark ab. Der Wasserdampf aus der Luft kondensiert dabei zu winzigen Wassertröpfchen (zum Teil gefrieren sie auch) — diese Tröpfchen sieht man als weißen Nebel.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Beim Sublimieren entsteht aus einem kleinen Stück Trockeneis sehr viel Gas. Ein Gas füllt jedes Gefäß ganz aus und drückt dabei gegen die Wände. In einer fest verschlossenen Flasche kann es nicht entweichen: Der Druck steigt immer weiter, bis die Flasche platzt. Splitter können Menschen verletzen.