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Der Boyle-Versuch

Zwei Aufgaben, in denen die Waage erst ehrlich wird, wenn das Gefäß zu ist.

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Das Teelicht auf der Waage

AFB I–II

Lea stellt ein brennendes Teelicht auf eine Küchenwaage und liest alle zehn Minuten ab: 0 min: 14,0 g · 10 min: 13,2 g · 20 min: 12,4 g · 30 min: 11,6 g.

  1. Bestimme die Massenabnahme in den 30 Minuten und pro 10 Minuten.
  2. Erkläre, warum die Anzeige der Waage sinkt.
  3. Beschreibe einen Versuchsaufbau, bei dem die Waage während des Brennens gleich bleibt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Ziehe den letzten Wert vom ersten ab.
Hinweis zu Aufgabe b)
Welche Produkte entstehen beim Verbrennen von Wachs, und in welchem Zustand sind sie?
Hinweis zu Aufgabe c)
Was muss mit den Gasen passieren?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Die Masse nimmt in 30 Minuten um 14,0 g − 11,6 g = 2,4 g ab, also um 0,8 g pro 10 Minuten.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beim Verbrennen entstehen Wasser (als Dampf) und Kohlenstoffdioxid. Beide sind gasförmig und entweichen in die Luft. Sie werden deshalb nicht mehr mitgewogen, und die Anzeige sinkt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Das Teelicht wird unter eine luftdicht abgeschlossene Glasglocke auf die Waage gestellt. Die entstehenden Gase bleiben unter der Glocke und werden mitgewogen. Die Anzeige bleibt gleich, bis die Kerze mangels Sauerstoff erlischt.

2

Boyles Irrtum

AFB II–III

1673 erhitzte Robert Boyle Zinn in einem zugeschmolzenen Glasgefäß. Danach brach er das Gefäß auf und wog das Zinn: Es war schwerer geworden und mit einer grauen Schicht überzogen. Boyle schloss: „Feuerteilchen dringen durch das Glas und machen das Metall schwerer.“ Rund 80 Jahre später wiederholte Michail Lomonossow den Versuch, wog das Gefäß aber vor dem Öffnen.

  1. Deute die Massenzunahme des Zinns mit heutigem Wissen.
  2. Entwickle einen Versuchsplan, mit dem man Boyles Deutung überprüfen kann.
  3. Beurteile Boyles Aussage mithilfe von Lomonossows Ergebnis: Die Masse des verschlossenen Gefäßes blieb gleich.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Welcher Stoff aus der Luft kann sich mit einem Metall verbinden?
Hinweis zu Aufgabe b)
Was muss vor und nach dem Erhitzen gewogen werden — und was darf man nicht tun?
Hinweis zu Aufgabe c)
Was hätte sich bei Boyles Deutung ändern müssen?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Das Zinn hat sich beim Erhitzen mit Sauerstoff aus der Luft im Gefäß verbunden; die graue Schicht ist ein neuer Stoff. Beim Aufbrechen strömte frische Luft nach. Die Masse des gebundenen Sauerstoffs erscheint deshalb als Massenzunahme des Metalls.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Das zugeschmolzene Gefäß mit dem Zinn wird vor dem Erhitzen gewogen. Nach dem Erhitzen lässt man es abkühlen und wiegt es erneut, ohne es zu öffnen. Wenn Feuerteilchen durch das Glas dringen würden, müsste die Masse jetzt größer sein. Erst danach öffnet man das Gefäß.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Boyles Aussage ist widerlegt. Wären Feuerteilchen durch das Glas gedrungen, hätte schon das verschlossene Gefäß schwerer werden müssen. Da die Masse gleich blieb, stammt die Zunahme aus der Luft im Gefäß und aus der Luft, die beim Öffnen nachströmt.