Was sind Schmelz- und Siedetemperaturen?

Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der ein fester Stoff flüssig wird. Die Siedetemperatur ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit anfängt zu kochen und gasförmig wird. Beide sind einzigartige Stoffeigenschaften, an denen man reine Stoffe wie an einem Fingerabdruck erkennen kann.

Warum kocht Wasser auf einem Berg schneller?

Auf einem Berg ist der Luftdruck niedriger, weil weniger Luft von oben auf das Wasser drückt. Dadurch kann das Wasser leichter gasförmig werden und siedet schon bei einer niedrigeren Temperatur, zum Beispiel bei 70 °C statt bei den üblichen 100 °C.

Was ist der Normdruck in der Chemie?

Der Normdruck ist ein international festgelegter Standardwert von genau 1013 hPa (Hektopascal). Chemiker nutzen ihn, um Messwerte wie Siedetemperaturen weltweit fair vergleichen zu können, da der Luftdruck die Siedetemperatur stark beeinflusst.

Schmelz- und Siedetemperaturen erklärt

Um das Thema Schmelz- und Siedetemperaturen richtig zu verstehen, stell dir vor, du stehst auf dem Gipfel des Mount Everest und möchtest dir zur Feier des Tages eine Portion Nudeln kochen. Das Wasser sprudelt und kocht, aber auch nach 20 Minuten sind die Nudeln immer noch hart! Wie kann das sein?

Das Geheimnis liegt in der Temperatur des Wassers. Kochendes Wasser ist nämlich nicht überall gleich heiß! In diesem Artikel lernst du, warum jeder Stoff bei einer ganz bestimmten Temperatur schmilzt oder kocht, wie man Stoffe an diesen Temperaturen erkennen kann und warum das Wetter und die Höhe dabei eine wichtige Rolle spielen.

Vorwissen

Aggregatzustände: Die drei Zustandsformen, in denen Stoffe vorkommen können (fest, flüssig, gasförmig).

Beispiel: Wasser kann als festes Eis, flüssiges Wasser oder gasförmiger Wasserdampf existieren.
Phasenübergänge: Der Wechsel von einem Aggregatzustand in einen anderen.

Beispiel: Wenn Eis zu flüssigem Wasser wird, nennt man das Schmelzen. Wenn flüssiges Wasser zu Wasserdampf wird, nennt man das Sieden.

Aufgabentyp 1: Schmelz- und Siedetemperaturen als Stoffeigenschaften

Jeder reine Stoff hat bestimmte Eigenschaften, an denen man ihn erkennen kann – wie an einem Fingerabdruck. Zwei der wichtigsten Eigenschaften sind die Temperaturen, bei denen der Stoff seinen Aggregatzustand ändert.

Die Schmelztemperatur ist die genaue Temperatur, bei der ein fester Stoff flüssig wird. Die Siedetemperatur ist die genaue Temperatur, bei der ein flüssiger Stoff anfängt zu kochen und gasförmig wird.

Für reines Wasser gelten folgende Werte:

Schmelztemperatur von Wasser = $0 \text{ }^\circ\text{C}$
Siedetemperatur von Wasser = $100 \text{ }^\circ\text{C}$

Thermometer für Schmelz- und Siedetemperatur

Weil diese Temperaturen für jeden Stoff einzigartig sind, nennt man sie messbare Stoffeigenschaften. Wenn du im Labor eine unbekannte durchsichtige Flüssigkeit hast und misst, dass sie genau bei $100 \text{ }^\circ\text{C}$ siedet, weißt du: Es muss Wasser sein!

Warum ist der Luftdruck wichtig?

Die Luft um uns herum hat ein Gewicht und drückt von oben auf alle Flüssigkeiten. Dieser Druck macht es der Flüssigkeit schwerer, gasförmig zu werden und als Bläschen aufzusteigen.

Wenn du auf einen hohen Berg steigst, ist dort weniger Luft über dir. Der Luftdruck ist schwächer. Weil die Luft weniger stark auf das Wasser drückt, kann das Wasser schon bei einer niedrigeren Temperatur kochen (zum Beispiel schon bei $70 \text{ }^\circ\text{C}$ ). Das ist der Grund, warum die Nudeln auf dem Mount Everest nicht weich werden: Das kochende Wasser ist dort einfach nicht heiß genug!

Damit Chemiker auf der ganzen Welt ihre Messwerte fair vergleichen können, haben sie sich auf einen Standard geeinigt: den Normdruck. Dieser beträgt genau $1013 \text{ hPa}$ (Hektopascal). Wenn du in einem Buch liest, dass Wasser bei $100 \text{ }^\circ\text{C}$ siedet, gilt das immer nur für diesen Normdruck.

Wir messen die Siedetemperatur von Wasser

Zweck: Beobachten, was mit der Temperatur passiert, wenn Wasser kocht.

Materialien: $100 \text{ mL}$ Wasser, Becherglas, Thermometer, Stativmaterial, Heizplatte.

⚠️ Sicherheitshinweis: Vorsicht beim Umgang mit der heißen Heizplatte und dem kochenden Wasser. Verbrennungsgefahr! Schutzbrille tragen.

Durchführung:

Fülle $100 \text{ mL}$ Wasser in das Becherglas und stelle es auf die Heizplatte.
Befestige das Thermometer am Stativ, sodass es in das Wasser taucht, aber nicht den Boden des Becherglases berührt.
Schalte die Heizplatte ein und lies jede Minute die Temperatur ab.

Experiment zur Siedetemperatur von Wasser

Beobachtung: Die Temperatur des Wassers steigt stetig an. Sobald das Wasser anfängt stark zu sprudeln (zu sieden), bleibt das Thermometer bei genau $100 \text{ }^\circ\text{C}$ stehen. Die Temperatur steigt nicht weiter, obwohl die Heizplatte noch an ist.

Erklärung: Die Siedetemperatur von Wasser ist erreicht. Die gesamte Energie der Heizplatte wird nun genutzt, um das flüssige Wasser in gasförmigen Wasserdampf zu verwandeln. Erst wenn das gesamte Wasser verdampft wäre, könnte der Dampf noch heißer werden.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Rufe die bekannten Stoffeigenschaften (wie die Siedetemperatur bei Normdruck) ab.
Bestimme den Einfluss des Ortes und des Luftdrucks auf die Messung.
Vergleiche die gemessenen Werte mit den bekannten Stoffeigenschaften.
Ziehe deine Schlussfolgerung und identifiziere den Stoff.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Im Labor stehen drei unbeschriftete Flaschen mit durchsichtigen Flüssigkeiten. Du misst die Siedetemperaturen bei Normdruck ( $1013 \text{ hPa}$ ):

Flüssigkeit A siedet bei $78 \text{ }^\circ\text{C}$ .
Flüssigkeit B siedet bei $100 \text{ }^\circ\text{C}$ .
Flüssigkeit C siedet bei $56 \text{ }^\circ\text{C}$ .

Welche der drei Flüssigkeiten ist reines Wasser? Begründe deine Antwort.

Fortschritt

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Schritt 1
Die Stoffeigenschaft von Wasser abrufen
Wir wissen, dass die Siedetemperatur eine feste Stoffeigenschaft ist. Für reines Wasser liegt diese bei Normdruck immer bei genau $100 \text{ }^\circ\text{C}$ .
Schritt 2 · Ergebnis
Messwerte vergleichen
Flüssigkeit B siedet bei $100 \text{ }^\circ\text{C}$ . Daher muss Flüssigkeit B das reine Wasser sein. Die anderen Flüssigkeiten sind andere Stoffe (zum Beispiel Alkohol oder Aceton), da sie andere Siedetemperaturen haben.

Ergebnis:

Flüssigkeit B ist das reine Wasser, da sie bei exakt $100 \text{ }^\circ\text{C}$ siedet.

Beispiel 2

Aufgabe

Ein Forscher kocht Wasser in einem Labor in einer Stadt am Meer (Normdruck $1013 \text{ hPa}$ ). Ein anderer Forscher kocht Wasser in einer Forschungsstation hoch oben in den Alpen, wo der Luftdruck viel niedriger ist. Werden beide Forscher eine Siedetemperatur von $100 \text{ }^\circ\text{C}$ messen? Erkläre, was passiert.

Fortschritt

2 / 2

Schritt 1
Den Einfluss des Ortes auf den Luftdruck bestimmen
Am Meer herrscht der normale Luftdruck ( $1013 \text{ hPa}$ ). Hoch oben in den Alpen ist weniger Luft über dem Forscher, also ist der Luftdruck dort niedriger.
Schritt 2 · Ergebnis
Die Auswirkung auf das Wasser ableiten
Nein, sie messen nicht die gleiche Temperatur. Der Forscher am Meer misst genau $100 \text{ }^\circ\text{C}$ . In den Alpen drückt die Luft weniger stark auf das Wasser. Dadurch kann das Wasser leichter gasförmig werden und siedet schon bei einer niedrigeren Temperatur (unter $100 \text{ }^\circ\text{C}$ ).

Ergebnis:

Die Forscher messen unterschiedliche Temperaturen, da der niedrigere Luftdruck in den Alpen die Siedetemperatur senkt.

Wichtige Erkenntnisse

Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der ein fester Stoff flüssig wird.
Die Siedetemperatur ist die Temperatur, bei der ein flüssiger Stoff gasförmig wird.
Diese Temperaturen sind Stoffeigenschaften: Jeder reine Stoff hat seine eigenen, unverwechselbaren Werte.
Für Wasser gilt: Schmelztemperatur = $0 \text{ }^\circ\text{C}$ , Siedetemperatur = $100 \text{ }^\circ\text{C}$ .
Siedetemperaturen werden immer für den Normdruck ( $1013 \text{ hPa}$ ) angegeben, da ein niedrigerer Luftdruck (z. B. auf einem Berg) die Siedetemperatur sinken lässt.

Schmelz- und Siedetemperaturen erklärt: Stoffeigenschaften