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Temperaturkurven auswerten

Zwei Aufgaben, in denen Messwerte einen Reinstoff entlarven.

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1

Wachs für Kosmetik

AFB I–II

Palmitinsäure ist ein Bestandteil von Cremes und Kerzen. Im Labor wird flüssige Palmitinsäure in einem Reagenzglas abgekühlt. Jede Minute liest Lea das Thermometer ab:

t in min012345678910
T in °C8578716663636363595450
  1. Lies die Erstarrungstemperatur der Palmitinsäure aus der Tabelle ab.
  2. Beschreibe den Verlauf der Abkühlkurve in ihren drei Abschnitten.
  3. Erkläre, warum die Temperatur zwischen Minute 4 und 7 gleich bleibt, obwohl die Probe weiter Wärme an die Umgebung abgibt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Suche die Minuten, in denen sich die Temperatur nicht ändert.
Hinweis zu Aufgabe b)
Gehe der Zeit nach vor: Was macht die Temperatur, und in welchem Zustand ist der Stoff?
Hinweis zu Aufgabe c)
Was passiert beim Erstarren mit den Teilchen, und woher kommt die abgegebene Energie?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Von Minute 4 bis Minute 7 bleibt die Temperatur bei 63 °C. Die Erstarrungstemperatur beträgt 63 °C.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Zuerst fällt die Temperatur von 85 °C auf 63 °C, die Palmitinsäure ist flüssig. Dann bleibt die Temperatur vier Minuten lang bei 63 °C, der Stoff erstarrt. Danach fällt die Temperatur weiter, die feste Palmitinsäure kühlt ab.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Beim Erstarren ordnen sich die Teilchen auf festen Plätzen an. Dabei wird Energie frei, die an die Umgebung abgegeben wird. Solange noch Flüssigkeit erstarrt, gleicht diese Energie die Abgabe aus — die Temperatur bleibt bei 63 °C, bis alles fest ist.

2

Ist das Ethanol rein?

AFB II–III

Eine Apotheke erhält zwei Flaschen, beide beschriftet mit „Ethanol, rein“. Reines Ethanol siedet bei 78 °C. Im Labor werden beide Proben gleichmäßig erhitzt:

Probe A: Die Temperatur steigt bis 78 °C und bleibt dann sechs Minuten lang bei 78 °C, bis die Probe verdampft ist.
Probe B: Die Probe beginnt bei 80 °C zu sieden. Während des Siedens steigt die Temperatur langsam weiter bis auf 96 °C.

  1. Werte die Messungen zu Probe A aus.
  2. Vergleiche das Siedeverhalten von Probe B mit dem von Probe A und ziehe eine Schlussfolgerung.
  3. Nimm Stellung zu der Aussage: „Wenn man Probe B lange genug kocht, siedet sie am Ende auch bei 78 °C.“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Achte auf das waagerechte Kurvenstück und seine Temperatur.
Hinweis zu Aufgabe b)
Hat Probe B einen Haltepunkt?
Hinweis zu Aufgabe c)
Welcher Bestandteil verdampft zuerst, welcher bleibt zurück?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Probe A hat einen scharfen Haltepunkt bei 78 °C. Diese Siedetemperatur passt genau zum Tabellenwert von Ethanol. Probe A ist also reines Ethanol.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Probe A siedet bei konstant 78 °C, Probe B siedet über einen Bereich von 80 °C bis 96 °C und hat keinen Haltepunkt. Probe B ist deshalb kein Reinstoff, sondern ein Gemisch — vermutlich Ethanol mit Wasser.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Aussage ist falsch. Beim Sieden verdampft vor allem das leichter siedende Ethanol. Im Rest steigt der Wasseranteil, deshalb steigt die Siedetemperatur weiter in Richtung 100 °C — sie sinkt nicht auf 78 °C.