9 Die Experimente
9.1 Umwandlungstemperaturen von Wasser
In dieser Unterrichtsstunde sollen Versuche von den Schülern durchgeführt werden.
Sie bekommen Arbeitsblätter, die Anweisungen und Zeichnungen enthalten, die es den
Kindern erleichtern die Versuche selbst durchzuführen.
Bei den Versuchen, die eine Arbeit mit heißem oder kochendem Wasser voraussetzen,
wird eine Lehrperson dabei sein, die beaufsichtigt, dass es zu keinen Unfällen kommt.
Außerdem wird zu Beginn der Versuche eine Sicherheitsbelehrung durchgeführt. In Zuge
derer die Kinder Verhaltensweisen bei chemischen Experimenten erklärt bekommen, damit
die Unterrichtseinheit ohne Komplikationen von Statten gehen kann.
Bei den Versuchen zu den Umwandlungstemperaturen von Wasser sollen die Kinder durch eigenverantwortliches Handeln herausfinden, wann Wasser zu Eis wird, bzw. wann es kocht und zu Gas wird. Dies dient dazu, die Inhalte besser zu verstehen, da sie die Tatsachen selbst erforschen können und auf den Arbeitsblättern festhalten, um sie stets nachschlagen zu können, was am Ende der Unterrichtseinheit bei einem Wasserquiz von Nöten sein wird.
Sachinformationen für den Lehrer zu den Experimenten
Das Wasser tritt in drei Aggregatzuständen auf: fest, flüssig und gasförmig.
Bei Temperaturen unter 0 °C ist das Wasser fest.
Ab 0 °C wird es flüssig.
Bei 100 °C kocht es und verdampft. Es wird gasförmig.
Dies alles gilt unter normalem Luftdruck. Ändert er sich, ändern sich auch die Umwandlungstemperaturen.
9.2 Weitet sich Wasser aus, wenn es warm wird?
In diesem Versuch soll den Kindern eine Eigenschaft von Wasser verdeutlicht werden,
die sie so noch nicht kennen.
Ferner beinhaltet dieser Versuch viele Materialien, die man nur in einem Chemielabor
finden kann, was den Kindern die wissenschaftliche Arbeit näher bringen soll.
Zudem bekommen die Kinder eine Vorstellung davon, wie man Dinge sichtbar machen kann,
die mit bloßem Auge und in der normalen Umwelt nicht so leicht zu erkennen sind.
Sachinformationen für den Lehrer zu den Experimenten
Wasser ist eine besondere Flüssigkeit, da es sich nicht, wie andere Flüssigkeiten verhält.
Wasser verändert sein Volumen bei Zunahme oder Abnahme der Temperatur nicht kontinuierlich bzw. linear,
sondern weist seine höchste Dichte bei 4 °C auf. Kühlt man es auf Temperaturen, die unter 4 °C liegen,
wird sein Volumen größer. Ebenso verhält es sich, wenn man es auf über 4 °C erwärmt.
Interessant ist es, dass man durch die Temperatur zwar die Dichte des Wassers bestimmen kann, allerdings die Dichte auch die Gleichgewichtstemperatur des Wassers von 4 °C bestimmt. So herrschen in einem Gewässer ab einer bestimmten Wassertiefe auf Grund des Drucks des Eigengewichts des Wassers immer 4 °C. Diese Eigenschaft des Wassers ermöglicht überhaupt Leben im Wasser, da sonst bei Außentemperaturen von unter 0 °C das Wasser bis zum Boden durchfrieren würde und keine Lebewesen darin überleben könnten.
9.3 Dehnt sich Wasser aus, wenn es gefriert?
In diesem Versuch werden auch praktische Inhalte vermittelt, die die Kinder aus dem
täglichen Leben kennen, oder später gut anwenden können.
Auch hier handeln die Kinder wieder eigenständig. Nach dieser Versuchseinheit werden alle
Versuche noch einmal im Plenum besprochen, damit die Kinder noch eine Rückmeldung erhalten,
ob alle ihre Ergebnisse richtig waren. Hier soll dann geklärt werden, welche Auswirkungen
die Ausdehnung von Wasser beim Gefrieren im täglichen Leben hat. Z. B. soll erklärt werden,
wie Risse in der Asphaltdecke der Straße zustande kommen oder andere Naturphänomene, die
durch die Kraft des Wassers und des Eises hervorgerufen werden.
Sachinformationen für den Lehrer zu den Experimenten
Wenn Wasser zu Eis wird, bildet es sehr sperrige Kristalle, die man gut als Eisblumen an
Fenstern von zugefrorenen Autos sehen kann.
Diese Kristalle haben eine hexagonale (sechseckige) Form, wobei die Moleküle durch starke
Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind.
Durch diese Form vergrößert sich das Volumen um 9 % also um 1/11.
Diese Eiskristalle haben eine enorme Kraft. Gefriert Wasser und bildet diese kristalline Form,
ist es in der Lage Gestein oder Asphaltdecken zu sprengen. Straßenschäden entstehen nicht selten
durch Wasser, welches sich unter der Asphaltdecke befindet und bei Temperaturen um und unter 0 °C
gefriert und durch die Ausdehnung die Straße beschädigt.
Auch begegnet uns diese Kraft der Eiskristalle, wenn man eine gefüllte Flasche z. B. Mineralwasser
in die Tiefkühltruhe legt und dort vergisst. Durch den Druck, den das Wasser bei der Volumenzunahme
beim Gefrieren ausübt, platzt das Glas der Flasche.