Einstieg: Woraus ist das gemacht?
Auf deinem Tisch liegen ein Löffel aus Edelstahl, ein Löffel aus Holz und ein Löffel aus Kunststoff. Alle drei haben dieselbe Form und denselben Zweck. Trotzdem verhalten sie sich verschieden: Der Metalllöffel wird in heißem Tee schnell warm, der Holzlöffel nicht. Der Kunststofflöffel verformt sich in kochendem Wasser. Warum ist das so? Die Antwort hat mit dem Stoff zu tun, aus dem ein Gegenstand besteht. Mit Stoffen beschäftigt sich die Chemie.
Erklärung: Körper und Stoffe
In der Chemie unterscheidet man zwei Begriffe, die im Alltag oft durcheinandergehen:
- Ein Körper ist ein Gegenstand mit einer bestimmten Form und Größe, zum Beispiel ein Löffel, eine Münze oder ein Nagel.
- Ein Stoff ist das Material, aus dem ein Körper besteht, zum Beispiel Holz, Kupfer, Glas oder Eisen.
Aus einem Stoff kann man viele verschiedene Körper herstellen: Aus Glas entstehen Flaschen, Fensterscheiben und Brillengläser. Umgekehrt gibt es denselben Körper aus verschiedenen Stoffen, wie die drei Löffel zeigen.
Stoffeigenschaften
Jeder Stoff hat typische Eigenschaften. An ihnen erkennst du ihn wieder, und sie bestimmen, wofür man ihn verwenden kann. Einige Eigenschaften nimmst du mit den Sinnen wahr, andere musst du messen oder im Versuch prüfen.
| Eigenschaft | So prüfst du sie | Beispiel |
|---|---|---|
| Farbe, Glanz | ansehen | Kupfer glänzt rötlich |
| Geruch | vorsichtig zufächeln | Essig riecht stechend |
| Verformbarkeit, Härte | biegen, ritzen | Glas ritzt Kupfer |
| Löslichkeit in Wasser | etwas Stoff in Wasser rühren | Zucker löst sich, Sand nicht |
| Brennbarkeit | kleine Probe in die Flamme halten | Holz brennt, Glas nicht |
| elektrische Leitfähigkeit | Stromkreis mit Lämpchen | Metalle leiten, Holz nicht |
| Magnetismus | Magnet annähern | Eisen wird angezogen, Kupfer nicht |
| Schmelztemperatur, Dichte | messen | Wasser schmilzt bei 0 °C |
Kein Stoff lässt sich an einer einzigen Eigenschaft sicher erkennen. Zucker und Kochsalz sind beide weiß, kristallin und wasserlöslich. Erst mehrere Eigenschaften zusammen ergeben einen Steckbrief, der nur auf einen Stoff passt.
Sicher untersuchen
Im Chemieraum gelten feste Regeln, weil viele Stoffe gefährlich sind:
- Keine Geschmacksprobe. Im Labor wird nichts probiert, auch kein Zucker.
- Geruchsprobe nur durch Zufächeln. Halte die Nase nie direkt über ein Gefäß. Fächle dir mit der Hand etwas Luft zu.
- Schutzbrille tragen, sobald erhitzt wird oder Flüssigkeiten im Spiel sind.
- Lange Haare zusammenbinden, Jacken und Taschen weg vom Arbeitsplatz.
Beispiele
Beispiel 1: Ein Steckbrief für Kupfer
| Eigenschaft | Kupfer |
|---|---|
| Farbe, Glanz | rotbraun, metallisch glänzend |
| Verformbarkeit | gut biegsam |
| Löslichkeit in Wasser | unlöslich |
| elektrische Leitfähigkeit | sehr gut |
| Magnetismus | wird nicht angezogen |
| Schmelztemperatur | 1085 °C |
Die sehr gute elektrische Leitfähigkeit und die Biegsamkeit erklären, warum Stromkabel innen aus Kupfer bestehen.
Beispiel 2: Zucker oder Salz?
Zwei weiße Pulver sollen unterschieden werden, ohne zu probieren. Beide lösen sich in Wasser. Prüfe deshalb andere Eigenschaften:
- Elektrische Leitfähigkeit der Lösung: Die Salzlösung leitet den Strom, das Lämpchen leuchtet. Die Zuckerlösung leitet nicht.
- Erhitzen einer kleinen Probe auf einem Blech: Zucker schmilzt und wird braun bis schwarz, es riecht nach Karamell. Kochsalz verändert sich bei der Temperatur einer Kerzenflamme nicht, es schmilzt erst bei 801 °C.
Ergebnis: Zwei Eigenschaften reichen hier, um die Stoffe sicher zu unterscheiden.
Beispiel 3: Eigenschaften und Verwendung
Ein Kochtopf soll Wärme gut leiten, nicht schmelzen und nicht rosten. Edelstahl rostet nicht und schmilzt nicht, leitet Wärme unter den Metallen aber eher schlecht. Gute Töpfe haben deshalb oft einen Boden mit einer Schicht aus Aluminium oder Kupfer. Der Griff dagegen soll die Wärme schlecht leiten, damit du dich nicht verbrennst. Deshalb sind Griffe oft aus Kunststoff oder Holz. Eine Eigenschaft ist also nicht an sich gut oder schlecht: Sie ist für eine bestimmte Verwendung förderlich oder hinderlich.
Merksatz
Ein Körper ist ein Gegenstand, ein Stoff ist das Material, aus dem er besteht. Stoffe erkennt man an mehreren typischen Eigenschaften, zum Beispiel Farbe, Löslichkeit, Leitfähigkeit, Magnetismus und Schmelztemperatur. Die Eigenschaften eines Stoffes bestimmen, wofür man ihn verwenden kann.
Übungen
Grundlagen
- Ordne zu, ob es sich um einen Körper oder einen Stoff handelt: Nagel, Eisen, Fensterscheibe, Glas, Kerze, Wachs.
- Nenne drei Eigenschaften, die du nur mit den Sinnen prüfen kannst, und zwei, für die du ein Messgerät oder einen Versuch brauchst.
- Erkläre, warum man im Chemieraum eine Geruchsprobe nur durch Zufächeln macht.
Weiter
- In einer Kiste liegen Nägel aus Eisen und Schrauben aus Messing gemischt. Messing ist eine Mischung aus Kupfer und Zink. Beschreibe, wie du die beiden schnell trennen kannst, und nenne die Eigenschaft, die du dabei nutzt.
- Erstelle einen Steckbrief für Wasser mit mindestens fünf Eigenschaften.
- Fensterscheiben sind aus Glas, nicht aus Kunststoff. Nenne je eine Eigenschaft von Glas, die dafür förderlich ist, und eine, die hinderlich ist.
Knobeln
- Lisa sagt: „Gold erkennt man daran, dass es gelb glänzt.“ Nimm Stellung und schlage eine bessere Prüfung vor.
- Ein unbekanntes Metallstück wird von einem Magneten nicht angezogen und leitet den Strom. Welche der Metalle Eisen, Kupfer und Aluminium kommen in Frage? Welche weitere Eigenschaft hilft dir, zwischen den übrigen zu entscheiden?
Lösungen
- Körper: Nagel, Fensterscheibe, Kerze. Stoffe: Eisen, Glas, Wachs.
- Mit den Sinnen: zum Beispiel Farbe, Glanz, Geruch, Verformbarkeit. Mit Messgerät oder Versuch: zum Beispiel Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Dichte, elektrische Leitfähigkeit.
- Viele Stoffe im Labor sind giftig oder reizen Nase und Lunge. Beim Zufächeln gelangt nur eine kleine Menge an die Nase. Riecht man direkt am Gefäß, kann man eine gefährliche Menge einatmen.
- Mit einem Magneten: Die Eisennägel werden angezogen, die Messingschrauben nicht. Genutzt wird die Eigenschaft Magnetismus.
- Zum Beispiel: farblos, geruchlos, flüssig bei Raumtemperatur, Schmelztemperatur 0 °C, Siedetemperatur 100 °C, nicht brennbar, löst viele Stoffe wie Zucker und Salz, reines Wasser leitet den Strom kaum.
- Förderlich: durchsichtig, kratzfest, wird im Sonnenlicht nicht trüb. Hinderlich: zerbricht leicht, ist schwer. (Andere sinnvolle Antworten sind möglich.)
- Die Farbe allein reicht nicht. Messing und das Mineral Pyrit („Katzengold“) glänzen ebenfalls goldgelb. Man braucht mehrere Eigenschaften, zum Beispiel die Dichte: Gold hat eine sehr hohe Dichte von etwa 19,3 g pro cm³, Messing nur etwa 8,5 g pro cm³.
- Eisen scheidet aus, weil es angezogen wird. Kupfer und Aluminium bleiben übrig. Unterscheiden lassen sie sich an der Farbe (Kupfer rotbraun, Aluminium silbrig) oder an der Dichte (Kupfer etwa 8,9 g pro cm³, Aluminium etwa 2,7 g pro cm³).