Omas Silberlöffel
AFB I–IIEmil findet in Omas Schublade einen alten Löffel. Auf der Rückseite ist die Zahl 925 eingestempelt. Oma erklärt: „Das heißt: Von 1000 Teilen Metall sind 925 Teile Silber. Der Rest ist Kupfer — das macht den Löffel härter.“
In einem Tabellenbuch findet Emil diese Angaben:
| Stoff | Schmelzen |
|---|---|
| Silber | bei 962 °C |
| Kupfer | bei 1085 °C |
| 925er-Silber | beginnt bei etwa 780 °C, ganz flüssig erst bei etwa 900 °C |
- Gib an, welche Teilchenarten im Löffel vorkommen.
- Erkläre mithilfe der Tabelle, ob der Löffel aus einem Reinstoff oder aus einem Gemisch besteht.
- Berechne, wie viele von 40 Teilchen in einem Teilchenbild des Löffels Kupferteilchen sein müssten.
- Zeichne ein Teilchenbild von 925er-Silber mit 40 Teilchen. Denk an den Aggregatzustand.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Silberteilchen und Kupferteilchen — also zwei Teilchenarten.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Der Löffel besteht aus einem Gemisch. Begründung: Reines Silber schmilzt bei genau einer festen Temperatur (962 °C), ebenso Kupfer (1085 °C). 925er-Silber hat keine feste Schmelztemperatur, sondern schmilzt zwischen etwa 780 °C und 900 °C. Das passt zu einem Gemisch, das zwei Teilchenarten enthält.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Kupfer: 1000 − 925 = 75 von 1000 Teilen. 40 ist der 25. Teil von 1000, also 75 : 25 = 3 Kupferteilchen (und 37 Silberteilchen).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Zum Beispiel: 5 Reihen mit je 8 Teilchen, dicht und regelmäßig angeordnet (fester Stoff). 37 Teilchen in einer Farbe (Silber), 3 in einer anderen Farbe (Kupfer), zwischen den Silberteilchen verteilt. Eine Legende gibt an, welche Farbe welche Teilchenart ist.
Streusalz im Winter
AFB II–IIIIm Winter streut der Hausmeister Salz auf den vereisten Schulhof. Das Salz löst sich im Schmelzwasser, es entsteht Salzwasser. Die Klasse 6b findet eine Tabelle: Sie zeigt, bei welcher Temperatur Salzwasser gefriert — je nachdem, wie viel Salz darin gelöst ist.
| Salz in 100 g Salzwasser | Gefriertemperatur |
|---|---|
| 0 g | 0 °C |
| 5 g | etwa −3 °C |
| 10 g | etwa −7 °C |
| 15 g | etwa −11 °C |
| 20 g | etwa −16 °C |
| 23 g | etwa −21 °C |
Mehr als 23 g Salz lassen sich in kaltem Wasser kaum noch lösen — der Rest bleibt fest liegen.
- Werte die Tabelle aus: Wie hängt die Gefriertemperatur vom Salzanteil ab?
- Begründe mithilfe der Tabelle, dass Salzwasser kein Reinstoff ist.
- Beurteile den Plan des Hausmeisters: „Bei −25 °C streue ich einfach doppelt so viel Salz. Dann taut das Eis auch.“
- Entwickle einen Versuch mit dem Gefrierfach (−18 °C), der zeigt, dass Salzwasser bei tieferer Temperatur gefriert als destilliertes Wasser.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Je mehr Salz im Wasser gelöst ist, desto tiefer liegt die Gefriertemperatur: Ohne Salz gefriert Wasser bei 0 °C, mit 10 g Salz erst bei etwa −7 °C, mit 23 g Salz erst bei etwa −21 °C. Tiefer geht es nicht, weil sich nicht mehr Salz löst.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ein Reinstoff hat eine feste Gefrier- bzw. Schmelztemperatur. Salzwasser hat keine feste Gefriertemperatur — sie hängt von der Zusammensetzung (dem Salzanteil) ab. Außerdem enthält es zwei Teilchenarten: Wasserteilchen und Salzteilchen. Salzwasser ist also ein Gemisch.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Der Plan funktioniert nicht. Selbst das salzigste Salzwasser (23 g Salz in 100 g) gefriert schon bei etwa −21 °C. Bei −25 °C gefriert es also trotzdem. Mehr Salz hilft nicht, weil es sich nicht mehr löst und nur fest herumliegt. Besser: Splitt oder Sand streuen, damit der Boden nicht glatt ist.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Zum Beispiel: Drei gleiche Becher mit je 100 g Flüssigkeit: destilliertes Wasser, Salzwasser mit 10 g Salz und Salzwasser mit 23 g Salz. Die Becher beschriften und zur gleichen Zeit ins Gefrierfach (−18 °C) stellen. Alle 30 Minuten nachsehen und mit einem Thermometer messen. Erwartung: Das destillierte Wasser gefriert zuerst (bei 0 °C), das Salzwasser mit 10 g erst bei etwa −7 °C, das Salzwasser mit 23 g bleibt bei −18 °C flüssig. Wichtig: gleiche Mengen, gleiche Becher, gleicher Ort — nur der Salzanteil ist verschieden.