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Volumenänderung von Eis beim Erwärmen

von Christian Köhler

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Ziel des Versuchs Die SuS lernen die Volumenänderung bei Auftauen und Sieden von Wasser kennen und erhalten eine kurze Einführung in die Dichteanomolie des Wassers

Vorbemerkung

In diesem Versuch sollen die Anomalie des Wassers und seine Volumenvergrößerung beim Übergang in die Gasphase betrachtet werden. Dadurch, dass das Wasser bereits vorbereitend im Gefrierfach eines Kühlschrankes gefroren werden kann, kann die Volumenänderung beim Auftauen mithilfe eines warmen Wasserbades schnell beobachtet werden. Die SuS sollten bei der Durchführung bereits den Zusammenhang zwischen Aggregatzuständen und Teilchenebene kennen und insbesondere die verschiedenen Aggregatzustände des Wassers kennen.

Materialien

Plastikbecher, Becherglas, Reagenzglas, Luftballon, Stativ, Muffe, Reagenzglasklammer Gasbrenner, Kühlschrank mit Gefrierfach.

Chemikalien

Wasser

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Wasser – – –

Durchführung

  1. Vorbereitend zur Unterrichtsstunde werden 50 mL Wasser in einen Plastikbecher gegeben und gefroren. Die Füllhöhe des Eises wird mit einem Filzstift markiert. Anschließend wird der Becher in ein warmes Wasserbad gegeben, um das Auftauen zu beschleunigen. Der Wasserpegel nach dem Auftauen wird wiederum markiert.
  2. Etwas Wasser aus dem Becher wird in ein Reagenzglas gegeben, welches anschließend mit einem Luftballon verschlossen wird. Der Lufballon wird mithilfe eines Gummibandes am Reagenzglas fixiert. Über einer Brennerflamme wird das Wasser anschließend vorsichtig erhitzt.

Beobachtung

  1. Das Eis schwimmt. Der Wasserpegel steigt, wenn das Eis schmilzt.
  2. Der zunächst schlaff herunterhängende Luftballon richtet sich auf, wenn das Wasser zu sieden beginnt.

Abbildungen

  • Schematische Darstellung von Durchführung 2. Reagenzglas kann mit einer Reagenzglasklammer gehalten oder zur besseren Übersichtlichkeit in einem Stativ eingespannt werden.
  • Becher mit gefrorenem Wasser. Der rechte, etwas höher gelegene Strich markiert die Füllhöhe des Eises nach dem Gefrieren, der rechte untere Strich markiert die Füllhöhe des flüssigen Wassers.Deutung 1: Im festen Zustand ordnen sich die Wasserteilchen so an, das kleine Zwischenräume zwischen ihnen bestehen bleiben. Daher hat gefrorenes Wasser ein größeres Volumen als flüssiges WasserDurchführung 2: Etwas Wasser aus dem Becher wird in ein Reagenzglas gegeben, welches anschließen

Deutung

  1. Im festen Zustand ordnen sich die Wasserteilchen so an, das kleine Zwischenräume zwischen ihnen bestehen bleiben. Daher hat gefrorenes Wasser ein größeres Volumen als flüssiges Wasser
  2. Im gasförmigen Zustand ist der Abstand zwischen den Wasserteilchen sehr groß, sodass Wasserdampf ein größeres Volumen hat als flüssiges Wasser.

Entsorgung

Die Entsorgung erfolgt über den Abfluss.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Literatur

G. Lück: Leichte Experimente für Eltern und Kinder, Überarbeitete Neuauflage, Herder Verlag, S. 51 ff., 2008.