Physikalische und chemische Vorgänge im virtuellen Labor
Aktualisiert am 2026-10-08
Physikalische und chemische Vorgänge im virtuellen Labor verbinden den klassischen Versuch „Entsteht ein neuer Stoff?“ mit dem Demonstrationsversuch zur Erhaltung der Masse im verschlossenen Kolben. Die Lernenden führen sieben Vorgänge auf einer Waage durch, vom schmelzenden Eis bis zu verbrennender Stahlwolle und Natron mit Essig. Sie wiegen vorher und nachher, beobachten das Thermometer und ein Teilchenmodell, kreuzen die beobachteten Indizien an und ordnen jeden Vorgang ein. Dann wiederholen sie die Vorgänge, bei denen die Masse zu- oder abnahm, im verschlossenen Kolben. Jeder Wert unten wurde in der Simulation abgelesen.
Lehrplanbezug
- NGSS MS-PS1-2 (US-Standard): Daten zu den Eigenschaften von Stoffen vor und nach ihrer Wechselwirkung analysieren, um zu entscheiden, ob eine chemische Reaktion stattgefunden hat. MS-PS1-5: Atome werden umgeordnet, daher bleibt die Masse erhalten.
- AQA GCSE Chemistry (8462), 4.3.1.1 und 4.3.1.3: Erhaltung der Masse und Massenänderungen, wenn ein Edukt oder Produkt ein Gas ist.
- Key Stage 3 science (England) und Cambridge IGCSE Chemistry (0620), 6.1: der Unterschied zwischen physikalischen und chemischen Vorgängen.
Simulic ist weder mit AQA noch mit Cambridge verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.
Vor dem Experiment (5 min)
Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:
„Natron wird in einem offenen Becherglas, das auf einer Waage steht, in Essig gekippt. Was zeigt die Waage am Ende an?“
Rechnen Sie mit vielen Antworten wie „Sie bleibt gleich, weil die Masse erhalten bleibt“.
Durchführung in der Simulation
- Die Seite öffnet mit Natron + Essig und Offen zur Luft. Drücken Sie Vorher wiegen, dann Starten, und beobachten Sie Waage, Thermometer und Teilchenmodell. Drücken Sie Nachher wiegen.
- Kreuzen Sie die beobachteten Indizien an, drücken Sie Indizien prüfen, wählen Sie Physikalischer Vorgang oder Chemischer Vorgang und drücken Sie Ergebnis notieren.
- Drücken Sie Eigenschaften testen und Umkehren versuchen, um weitere Indizien zu sammeln.
- Klicken Sie auf Geschlossen (geschlossenes System) und wiederholen Sie den Versuch.
- Führen Sie die anderen sechs Vorgänge im offenen Gefäß durch und wiederholen Sie dann Stahlwolle verbrennt und Wasser sieden im geschlossenen Gefäß.
| Vorgang | Gefäß | m vorher (g) | m nachher (g) | Δm (g) | Indizien | Physikalisch oder chemisch? |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Natron + Essig | offen | |||||
| Natron + Essig | geschlossen |
Erwartete Ergebnisse
Die Simulation hat keinen Zufallsfehler, daher erhalten alle Lernenden diese Werte. Im verschlossenen Kolben war Δm bei allen sieben Vorgängen 0,00 g.
| Vorgang (offen) | Vorher → nachher (g) | Δm (g) | T (°C) | Art |
|---|---|---|---|---|
| Eis schmilzt | 81,84 → 81,84 | 0,00 | −5,0 → 8,0 | physikalisch |
| Salz lösen | 118,36 → 118,36 | 0,00 | 20,0 → 18,6 | physikalisch |
| Wasser sieden | 111,84 → 103,84 | −8,00 | 20,0 → 100,0 | physikalisch |
| Stahlwolle verbrennt | 63,84 → 64,26 | +0,42 | Spitze etwa 750 | chemisch |
| Eisen rostet (7 Tage) | 68,84 → 68,93 | +0,09 | 20,0 → 20,0 | chemisch |
| Natron + Essig | 115,36 → 114,31 | −1,05 | 20,0 → 16,6 | chemisch |
| Niederschlag bilden | 141,99 → 141,99 | 0,00 | 20,0 → 23,3 | chemisch |
- Offenes Gefäß: Die Masse sank, wenn ein Gas entwich, und stieg, wenn sich Sauerstoff mit einem Feststoff verband. Die Fällung ist ein chemischer Vorgang, und trotzdem änderte sich die Masse nicht.
- Verschlossener Kolben: Natron und Essig zeigten vorher und nachher 200,88 g; Stahlwolle zeigte beide Male 149,36 g.
- Umkehren versuchen lieferte bei den physikalischen Vorgängen Eis, Salz und Wasser zurück, bei den chemischen nichts.
- Indizien prüfen akzeptiert bei Natron und Essig Gas, Energieumsatz, neuen Stoff und Massenänderung, beim Lösen von Salz aber nur Energieumsatz und „lässt sich leicht umkehren“.
Fragen für die Lernenden
- (Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Was passiert mit der Anzeige der Waage, wenn Natron in einem offenen Becherglas mit Essig reagiert?
- Was ist die unabhängige Variable, wenn Sie das offene Becherglas mit dem verschlossenen Kolben vergleichen?
- Wie groß ist Δm, wenn Stahlwolle an der Luft verbrennt?
- Welche Schlussfolgerung stützen die Ergebnisse im offenen Gefäß?
- Warum ist das Sieden von Wasser ein physikalischer Vorgang, Natron mit Essig aber ein chemischer?
Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie sinkt, von 115,36 g auf 114,31 g, weil Kohlenstoffdioxid entweicht. (2) Ob das Gefäß offen oder verschlossen ist. (3) +0,42 g (0,41–0,43 akzeptieren). (4) Eine Massenänderung im offenen Gefäß zeigt, dass ein Gas entwichen oder hinzugekommen ist, nicht, dass der Vorgang chemisch ist. (5) Wasserdampf ist immer noch Wasser und kondensiert wieder; Kohlenstoffdioxid und Natriumethanoat sind neue Stoffe, die sich nicht zurückverwandeln lassen.
Häufige Fehlvorstellungen
- „Beim Verbrennen wird alles leichter.“ Die Stahlwolle nahm 0,42 g Sauerstoff aus der Luft auf.
- „Blasen bedeuten einen chemischen Vorgang.“ Siedendes Wasser bildet auch Blasen, aber die Blasen sind Wasserdampf.
- „Eine Temperaturänderung beweist eine Reaktion.“ Das Lösen von Salz kühlte das Wasser auf 18,6 °C ab, und es ist ein physikalischer Vorgang.
Erweiterung
- Führen Sie Natron und Essig im verschlossenen Kolben durch und zählen Sie vorher und nachher im Teilchenmodell die Atome jedes Elements (MS-PS1-5). Im offenen Becherglas treibt das Kohlenstoffdioxid aus dem Bild, so wie es auch die Waage verlässt.
- Vergleichen Sie verbrennende Stahlwolle (+0,42 g in einer Minute) mit Rosten (+0,09 g in sieben Tagen): In beiden Fällen verbindet sich Eisen mit Sauerstoff, aber sehr unterschiedlich schnell.
Häufige Fragen
Muss ich die Startwerte des Klassenlinks ändern?
Nein. Die Standardwerte, Vorgang Natron (NaHCO₃) mit Essig und Gefäß Offen zur Luft (Gase können ein- und austreten), passen zu Frage 1. Lassen Sie Antworten sofort nach dem Vorgang anzeigen (Lehrkraft-Demo) ohne Häkchen, damit die Lernenden die Indizien selbst ankreuzen.
Warum zeigt der verschlossene Kolben so viel mehr an als das offene Becherglas?
Die Waage wiegt das Gefäß mit, und der verschlossene Kolben mit Stopfen ist schwerer. Vergleichen Sie Δm.
Erhalten alle Lernenden dieselben Zahlen?
Ja. Es gibt keinen Zufallsfehler, und die Waage zeigt auf 0,01 g genau an.
Verwandte Simulationen und Leitfäden
Edukte, Produkte und Reste – Sandwiches und Moleküle
Aggregatzustände – Teilchenmodell beim Erhitzen und Abkühlen
Zu Änderungen des Aggregatzustands siehe Aggregatzustände: Unterrichtsentwurf mit Simulation. Zum Zählen von Atomen in Gleichungen siehe Reaktionsgleichungen ausgleichen: Unterrichtsplan.