Aggregatzustände – Teilchenmodell beim Erhitzen und Abkühlen

NaturwissenschaftenStoffe und MaterialienAlter 11–12Virtuelles Labor

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Im Feststoff liegen die Teilchen dicht beieinander und schwingen nur; in der Flüssigkeit gleiten sie aneinander vorbei; im Gas bewegen sie sich frei. Klicken Sie auf Erhitzen oder Abkühlen oder ziehen Sie den Temperaturregler, um zu beobachten, wie der Stoff schmilzt, siedet, kondensiert und erstarrt; das Temperatur-Zeit-Diagramm verläuft am Schmelz- und am Siedepunkt waagerecht. Vergleichen Sie Wasser, Ethanol, Quecksilber und Sauerstoff. Der Bildschirm Verdunsten zeigt energiereiche Teilchen, die eine Flüssigkeit unterhalb des Siedepunkts verlassen und sie abkühlen, den Einfluss von Temperatur, Oberfläche, Wind und Luftfeuchte, das dynamische Gleichgewicht unter einem Deckel, einen Tonkrug, der Wasser kühl hält, und die Sublimation von Iod und Trockeneis.

Lektion: Die drei Aggregatzustände und ihre Eigenschaften; Zustandsänderungen: Schmelzen, Erstarren, Verdunsten, Sieden, Kondensieren, Sublimieren; was die Verdunstungsrate beeinflusst

Was sie zeigt

Das Teilchenmodell erklärt die drei Aggregatzustände durch Anordnung und Bewegung der Teilchen. Im Feststoff schwingen die Teilchen um feste Plätze; in einer Flüssigkeit bleiben sie dicht beieinander, gleiten aber aneinander vorbei; im Gas sind sie weit entfernt und bewegen sich frei. Am Schmelz- und am Siedepunkt bleibt die Temperatur konstant, während die zugeführte Energie den Zustand ändert. Der Bildschirm Verdunsten zeigt, was unterhalb des Siedepunkts geschieht: Nur die energiereichsten Teilchen an der Oberfläche entweichen, deshalb kühlt Verdunsten die Flüssigkeit, und unter einem Deckel werden Verdunsten und Kondensieren gleich schnell.

So funktioniert es

Wählen Sie unter Zustände einen Stoff und klicken Sie auf Erhitzen, Halten oder Abkühlen, während Sie Teilchen und Diagramm beobachten. Wählen Sie unter Verdunsten die Schale, ändern Sie Lufttemperatur, Oberfläche, Wind und Luftfeuchte und klicken Sie auf Notieren, um Verdunstungsraten zu vergleichen. Aktivieren Sie Deckel schließen und warten Sie auf das dynamische Gleichgewicht, um den Dampfdruck abzulesen. Tonkrüge vergleicht einen porösen und einen glasierten Krug; Sublimation erhitzt Iod oder Trockeneis.

Einstellbare Parameter

Stoff Wasser (schmilzt 0 °C, siedet 100 °C), Ethanol (−114 °C, 78 °C), Quecksilber (−39 °C, 357 °C), Sauerstoff (−219 °C, −183 °C)
Anfangstemperatur -250–400 °C
Heiz-/Kühlrate 5–40 °C/s
Anzahl der Teilchen 20–80
Temperatur-Zeit-Diagramm anzeigen
Bildschirm Aggregatzustände, Verdunsten und Sublimieren
Verdunstungsversuch Schale mit Flüssigkeit, Tonkrüge, Sublimation
Flüssigkeit in der Schale Wasser, Ethanol
Lufttemperatur 5–45 °C
Oberfläche 10–200 cm²
Windgeschwindigkeit 0–5 m/s
Relative Luftfeuchte 0–100 %
Deckel geschlossen
Sublimierender Feststoff Iod, Trockeneis (festes CO₂)
Temperatur der Heizplatte 20–110 °C

Fragen zum Erkunden

Steigt die Temperatur von Wasser, während es siedet? Was zeigt das Diagramm in dieser Zeit?
Wie unterscheiden sich Anordnung und Bewegung der Teilchen in Feststoff, Flüssigkeit und Gas?
In welchem Aggregatzustand sind Quecksilber und Ethanol bei −50 °C?

Ideen für den Unterricht

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