Gasgeruch im Chemieraum
AFB I–IIINach dem Unterricht ist an einem Gasbrenner vorn am Lehrerpult der Gashahn nicht ganz zu. Erdgas selbst riecht nicht — der Gasversorger mischt deshalb einen stark riechenden Geruchsstoff bei. Die Fenster sind geschlossen, niemand ist mehr im Raum.
Frau Kaya kommt nach einer Viertelstunde zurück. Direkt am Pult riecht es kräftig nach Gas. In der hintersten Tischreihe, 8 m entfernt, riecht sie es schwächer — aber auch dort schon deutlich.
- Beschreibe mit dem Teilchenmodell, wie der Geruchsstoff bis in die hinterste Tischreihe gelangt.
- Begründe, warum es direkt am Pult stärker riecht als in der hintersten Reihe.
- Vergleiche, wie schnell sich der Geruch ausbreitet, wenn der Raum morgens noch kalt (15 °C) oder nachmittags warm (25 °C) ist.
- Beurteile Tims Vorschlag: „Wir lassen die Fenster zu und warten. Der Geruch verteilt sich im ganzen Raum und ist dann von allein weg.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Erdgas mit Geruchsstoff und Luft sind Gase. Ihre Teilchen sind weit voneinander entfernt und bewegen sich ständig von selbst (Eigenbewegung). Sie stoßen zusammen und fliegen im Zickzack weiter. So geraten die Geruchsstoff-Teilchen in die Zwischenräume zwischen den Luft-Teilchen und verteilen sich nach und nach im ganzen Raum — ohne Wind oder Rühren. Das ist Diffusion.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Das Gas kommt am Pult aus dem Brenner. Dort sind die Teilchen zuerst und am dichtesten. Bis zur hintersten Reihe müssen sie einen langen Zickzack-Weg zurücklegen; dort kommen in der gleichen Zeit weniger Teilchen an. Weniger Geruchsstoff-Teilchen in der Luft → schwächerer Geruch. Die Verteilung ist noch nicht gleichmäßig.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Gemeinsam: In beiden Fällen breitet sich der Geruch durch Diffusion aus. Unterschied: Bei 25 °C bewegen sich die Teilchen schneller als bei 15 °C. Deshalb verteilt sich der Geruch am warmen Nachmittag schneller, und man riecht ihn früher in der hintersten Reihe.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Der Vorschlag ist falsch und gefährlich. Durch Diffusion verteilen sich die Teilchen zwar, sie verschwinden aber nicht — sie bleiben im geschlossenen Raum. Außerdem strömt aus dem offenen Hahn weiter Gas nach, es wird also immer mehr. Richtig: Gashahn schließen, Fenster weit öffnen und lüften (der Luftzug trägt das Gas nach draußen), keine Flamme und keinen Schalter betätigen, Lehrkraft bzw. Hausmeister informieren. Jede Begründung, die „Teilchen bleiben im Raum“ und „Gas strömt nach“ enthält, ist richtig.
Wettlauf im Glasrohr
AFB I–IIIIn einem 30 cm langen, waagerechten Glasrohr liegen alle 5 cm feuchte Streifen Universalindikator-Papier. Die Lehrerin legt an das linke Ende einen Wattebausch mit Ammoniak-Lösung und verschließt beide Enden mit Stopfen. Ammoniak ist ein Gas, das Indikatorpapier blau färbt (alkalisch). Die Klasse stoppt, wann sich jeder Streifen färbt.
| Streifen bei | blau nach |
|---|---|
| 5 cm | 15 s |
| 10 cm | 55 s |
| 15 cm | 2 min |
| 20 cm | 3 min 40 s |
| 25 cm | 5 min 50 s |
- Lies aus der Tabelle ab, wie lange das Ammoniak vom Streifen bei 10 cm bis zum Streifen bei 20 cm braucht.
- Deute die Beobachtung, dass sich die Streifen nacheinander von links nach rechts blau färben, mit dem Teilchenmodell.
- Stelle eine begründete Vermutung auf, wie sich die Zeiten ändern, wenn das Rohr vorher in einem Becken mit 40 °C warmem Wasser erwärmt wird.
- Nimm Stellung zu Jonas’ Aussage: „Die Ammoniak-Teilchen werden unterwegs müde und immer langsamer — das sieht man daran, dass die Abstände zwischen den Zeiten größer werden.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
10 cm: 55 s; 20 cm: 3 min 40 s = 220 s. Unterschied: 220 s − 55 s = 165 s = 2 min 45 s.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Am Anfang sind alle Ammoniak-Teilchen in der Watte am linken Ende. Durch ihre Eigenbewegung geraten sie in die Zwischenräume zwischen den Luft-Teilchen und breiten sich im Zickzack im Rohr aus (Diffusion). Streifen nahe der Watte erreichen sie zuerst, weiter entfernte Streifen später. Erst wenn Ammoniak-Teilchen an einem Streifen ankommen, zeigt der Indikator alkalisch (blau) an.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Vermutung: Alle Zeiten werden kürzer, die Streifen färben sich schneller blau. Begründung: Bei höherer Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller, deshalb ist die Diffusion schneller. (Eine Vermutung über genaue Zahlen ist nicht verlangt.)
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Beobachtung stimmt: Die Abstände werden größer (5 → 10 cm: 40 s, 20 → 25 cm: 130 s). Die Erklärung ist aber falsch. Teilchen werden nicht müde — ihre Eigenbewegung hört nie auf, und bei gleicher Temperatur bleiben sie gleich schnell. Die Teilchen fliegen jedoch nicht geradeaus: Sie stoßen ständig mit Luft-Teilchen zusammen und ändern die Richtung, viele fliegen sogar wieder zurück. Je weiter der Weg, desto länger dauert es, bis im Zickzack genügend Teilchen ankommen. Stellungnahme: Aussage ablehnen, Beobachtung mit dem Zickzack-Weg erklären.