Big Bang 3, Schulbuch

118 A28  Je stärker die Lava abkühlt, desto langsamer bewegen sich die Teilchen. Die Bindungen zu den Nachbarmolekülen werden immer dauerhafter, bis sie unter dem Schmelzpunkt wieder komplett fest werden. Der Vorgang ist derselbe, wie wenn Wasser friert. Natürlich gibt es einen großen Unterschied: Wasser wird bei 0 °C fest, Lava bereits bei ein paar hundert Grad. A30  Bei Eis läuft die Kurve zwischen fest und flüssig nach links oben. Wenn man bei einer bestimmten Temperatur startet und dann den Druck erhöht, gelangt man früher oder später in den flüssigen Bereich ( B 29.14 a ), und das Eis schmilzt. Bei „normalen“ Stoffen ( b ) läuft die Kurve aber nach rechts oben. Deshalb kommt man durch Druckerhöhung niemals in den flüssigen Bereich und kann den Stoff daher durch Druck nicht schmelzen. Bei CO 2 ist das zum Beispiel so. A31  Mit Kältemischungen ist das eine knifflige Sache, weil es deiner inneren Eingebung widerspricht. Das Salz führt dazu, dass das Eis schmilzt. Salzwasser hat nämlich einen niedrigeren Gefrierpunkt. Zum Schmelzen ist eine sehr große Energiemenge notwendig, die Schmelzenergie. Es müssen die Moleküle ja gegen die elektrische Kraft herausgelöst werden. Und jetzt kommt’s: Die dazu benötigte Energie wird von der Wärmeenergie des gerade entstehenden Salz-Wasser-Eis-Gemisches abgezwackt, wodurch sich dieses selber kühlt. Mit dem Auflösen des Salzes sinkt die Gefriertemperatur. Eine komplett gesättigte Kochsalzlösung friert eben erst bei –21 °C (siehe auch A32 ). A32  Der Effekt der Gefrierpunkterniedrigung (siehe A31 ) wird im Winter beim Salzstreuen ausgenutzt, damit du dir auch bei frostigsten Temperaturen auf dem Gehsteig nicht die Beine brichst. Warum schmilzt aber das Eis überhaupt? Es ist immer von einer dünnen Wasserschicht umgeben, weil die Randmoleküle keine Nachbarn zum Anhalten haben ( B 20.16, S. 41 ). Das sich auflösende Salz zieht diese Wasserschicht ab, und das Eis produziert sie wieder nach. So wird dieses mit der Zeit immer weniger und es entsteht eine Flüssigkeit, die erst bei sehr niedrigen Temperaturen friert. A33 Sieden und Kochen sind Synonyme. Verdampfen ist der Überbegriff von Sieden und Verdunsten und kann daher b zugeordnet werden. Links das Phasendiagramm von Wasser: Die Linie zwischen fest und flüssig läuft nach links oben. Das ist ungewöhnlich. Rechts: Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes, etwa CO 2  : Die Linie zwischen fest und flüssig läuft nach rechts oben. B 29.14 B 29.15 A34  Das ist ein so genannter Eis- oder Kältespray. In der Spray­ dose befindet sich ein Gas, das durch den erhöhten Druck in der Dose jedoch flüssig ist. Wenn man es versprüht, wird es wieder gasförmig. Dazu ist aber Verdunstungswärme notwendig, die das Gas der Umgebung entzieht. Auf diese Weise können kurzfristig Temperaturen von –30 bis –40 Grad Celsius erreicht werden. Der Effekt ist derselbe wie beim Verdunsten von Wasser, nur sind die Temperaturen wesentlich niedriger. Durch das Vereisen werden die Nerven unempfindlicher. Der Schmerz wird gedämpft, und der Stürmer kann wieder Tore schießen. A35  Zum Verdampfen der Flüssigkeit ist Wärme nötig, die das Kühlmittel der Umgebung entzieht (Verdampfungswärme). Das bewirkt den Kühleffekt. Wenn man durch Druck das Kühlmittel wieder zum Kondensieren bringt, wird die vorher entzogene Wärme als Kondensationswärme wieder frei. Deswegen nennt man den Teil hinten auch Kondensor. A36  Um 1 kg Eis mit 0 °C in 1 kg Wasser mit 0 °C umzuwandeln, sind 334 kJ notwendig. Um das Wasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen, brauchst du 420 kJ. Um 1 kg Wasser mit 100 °C vollständig zu verdampfen, brauchst du sogar 2256 kJ. Die aufzuwendende Energien verhalten sich wie 1 zu 1,2 zu 6,7. Während des Schmelzens und während des Kochens steigt die Temperatur nicht, bis der Vorgang völlig abgeschlossen ist (siehe auch A37 ). A37  Sobald die Siedetemperatur erreicht wird, wird das Wasser nicht mehr heißer. Die gesamte Energie, die dem Wasser zugeführt wird, führt zur Verdampfung, aber nicht zur weiteren Erwärmung. Das kannst du auch in B 20.49 , S. 47 sehen. A38  siehe A20 , S. 114 ! A39  Eisblumen können an dünnen Fensterscheiben entstehen, wenn es draußen sehr, sehr kalt ist. Dann kann die Temperatur an der Innenseite des Fensters nämlich unter 0 °C sinken, und es kann Wasserdampf aus dem Zimmer resublimieren. Derselbe Effekt kann an einem Flugzeugfenster auftreten ( B 29.16 ), weil es in 10 km Höhe außen immerhin rund –50 °C kalt ist. Auch auf Autodächern oder Autoscheiben sind manchmal Eisblumen zu bewundern. Kapitel 21 A9  Die Schwaden, die sich über kochendem Wasser befinden (etwa in B 20.4, S. 38 ), bezeichnet man oft als Wasser- dampf. Das ist aber nicht richtig. Dampf ist für uns unsicht- bar, zum Beispiel der Wasserdampf, der sich überall in der Lufthülle der Erde befindet. Gemeinsam mit Dampf treten aber oft auch sichtbare Wasser- tröpfchen auf. Eisblumen auf einem Flugzeugfenster B 29.16 „Dampfschwaden“ über den Kühltürmen eines Atomkraftwerks: Sichtbar ist aber nicht der Dampf selbst, sondern die gleichzeitig auftretenden Tröpfchen. B 29.17 Lösungen Kapitel 20–21 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv