Arbeitsblatt zum Stationenlernen "Eigenschaften von Metallen"

Transkript

1 Arbeitsblatt zum Stationenlernen "Eigenschaften von Metallen" Station 1: Glänzend gemacht!! - Das Aussehen von Metallen Stoff Farbe und Glanz Farbe und Glanz der nichtpolierten Fläche der polierten Fläche Sonstiges Silber blauschwarz und matt silbrig glänzend Papier schwarz Kupfer dunkelbraun und matt rot-braun glänzend Papier schwarz Eisen dunkelgrau/rostfarben und matt grau glänzend Papier rotbraun Zinn grau und matt silbrig glänzend Papier schwarz Zink hellgrau und matt silbrig glänzend Papier schwarz Aluminium hellgrau und matt silbrig glänzend Papier schwarz Station 2: Leiter oder nicht?? - Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen Stoff Lampe Lampe elektrisch elektrisch leuchtet leuchtet nicht leitfähig nicht leitfähig Silber Kupfer Eisen Zinn Zink Aluminium Kobalt Nickel Glas Holz Graphit Plastik Station 3: Wer wird schneller warm?? - Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen Stoff Wärmeempfinden nach 1Minute gut wärmeleitfähig schlecht wärmeleitfähig Kupfer heiß Eisen heiß Zink heiß Aluminium heiß Glas wenig warm Holz wenig warm Graphit sehr warm Plastik wenig warm Station 4: Biegsam oder brüchig oder...?? - Die Verformbarkeit von Metallen Stoff Beobachtungen beim Biegen Beobachtungen nach dem Biegen Silber leicht biegsam behält gebogene Form Kupfer leicht biegsam behält gebogene Form Eisen biegsam behält gebogene Form Zinn leicht biegsam behält gebogene Form Zink leicht biegsam behält gebogene Form Aluminium biegsam behält gebogene Form Holz biegsam, aber bricht abgebrochen Graphit bricht abgebrochen Gummi leicht biegsam federt elastisch zurück

2 Station 5: Anziehend oder angezogen?? - Die Magnetisierbarkeit von Metallen Stoff magnetisierbar nicht magnetisierbar Silber Kupfer Eisen Zinn Zink Aluminium Kobalt Nickel Holz Graphit Gummi Station 6: "Schwerer" als...?? - Die Dichte von Metallen Stoff Masse Länge Breite Dicke Volumen Dichte Kupfer 59,0g 9,58cm 4,56cm 0,15cm 6,55 cm 3 9,00g/cm 3 Aluminium 15,2g 8,18cm 4,60cm 0,15cm 5,64cm 3 2,70g/cm 3? 17,7g 8,59cm 5,08cm 0,15cm 6,55cm 3 2,70g/cm 3? 10,9g 8,80cm 3,30cm 0,15cm 4,36cm 3 2,50g/cm 3? 56,6g 9,26cm 3,93cm 0,20cm 7,28cm 3 7,78g/cm 3 Die Dichte einiger Metalle: Gold Silber Kupfer Zinn Eisen Kobalt Nickel Zink Aluminium Dichte [g/cm 3 ] 19,3 10,5 8,9 7,3 7,9 8,9 8,9 7,1 2,7 Station 7: Alles geritzt, oder?? - Die (Ritz-)Härte von Metallen Stoff Eisen Kupfer Aluminium Zinn Eisen ritzt Kupfer ritzt Aluminium ritzt Zinn ritzt Von den vier Stoffen ist am härtesten: Eisen /weniger hart: Kupfer /noch weniger hart: Aluminium /am wenigsten hart: Zinn Station 8: Genauer hingeschaut!! - Die "Kristallinität" von Metallen Stoff Aussehen der Bruchfläche bzw. der Oberfläche Kupfer rot-braun glänzende Muster Kristalle Eisen silbrig glänzende Muster Kristalle Zinn silbrig glänzende Muster Kristalle Bismut silbrig glänzende Muster Kristalle Zink dunkle Muster Kristalle erinnert an

3 Ausweichstation A Was steckt wohl drin?? - Die Magnetisierbarkeit der Euro-Münzen Gegenstände: 1Cent-Münze, 2Cent-Münze, 5Cent-Münze, 10Cent-Münze, 20Cent-Münze, 50Cent-Münze, 1Euro-Münze, 2Euro-Münze Geräte: Versuchsdurchführung: Permanent-Magnet a) Notiere das Aussehen (Farbe, Glanz) der jeweiligen Münze und woran dich das Aussehen erinnert. b) Halte die jeweilige Münze mit ihrem Rand an den Magneten und ziehe sie dann langsam vom Magneten weg. Notiere, wie weit der Teleskopstab herausgezogen wird, bevor der Kontakt abbricht. c) Halte die jeweilige Münze mit ihrer Mitte an den Magneten und ziehe sie dann langsam vom Magneten weg. Notiere, wie weit der Teleskopstab herausgezogen wird, bevor der Kontakt abbricht. Vor dem Verlassen der Station die Münzen bitte wieder ordnen!! Münze Farbe Glanz Aussehen erinnert an Rand magnetisierbar Mitte magnetisierbar 1Cent rötlich glänzend Kupfer 2Cent rötlich glänzend Kupfer 5Cent rötlich glänzend Kupfer 10Cent goldfarben glänzend Gold 20Cent goldfarben glänzend Gold 50Cent goldfarben glänzend Gold 1Euro innen silbrig außen goldfarben glänzend innen Silber außen Gold sehr schwach schwach 2Euro innen goldfarben außen silbrig glänzend innen Gold außen Silber sehr schwach schwach Die 1, 2 und 5Cent-Münzen können nicht aus Kupfer bestehen, weil sie magnetisierbar sind. Vermutung: diese Münzen sind folgendermaßen aufgebaut: Außen dünne Kupferschicht, innen Eisen.

4 Ausweichstation B Betrügerei, oder?? - Die Dichte von 1Cent-Münzen und 10Cent-Münzen Gegenstände: 1Cent-Münzen, 10Cent-Münzen Geräte: Versuchsdurchführung: Waage, 50ml-Messzylinder, Wasser, Papierhandtücher a) Wiege 20 trockene 1Cent-Münzen (bzw. 10-Cent-Münzen) möglichst genau. b) Fülle den Messzylinder etwa zur Hälfte mit Wasser und lies das Volumen genau ab (Meniskus beachten!!). Gib dann die Münzen vorsichtig in den Messzylinder, ohne dass Wasser herausspritzt, und lies wiederum das Volumen genau ab. c) Berechne die Dichte des Münzen-Materials und vergleiche sie mit der Dichte von Kupfer (bzw. von Gold). Vor dem Verlassen der Station die Münzen bitte zwischen zwei Lagen Papierhandtuch wieder gründlich trocknen!! Münze Masse von 20Münzen Volumen von 20 Münzen Dichte des Münz-Materials 1Cent 46,1g 6,0cm 3 7,68g/cm 3 10Cent 82,0g 10,5cm 3 7,81g/cm 3 Die 1Cent-Münzen können nicht aus Kupfer bestehen, weil die Dichte von Kupfer 8,9g/cm 3 beträgt. Sie könnten überwiegend aus Eisen (Dichte = 7,9g/cm 3 ) bestehen. Die 10Cent-Münzen können nicht aus Gold bestehen, weil die Dichte von Gold 19,3g /cm 3 beträgt.

5 Die EURO-Münzen (nach offiziellen Angaben: Münze Form Rändelung Durchmesser Dicke Masse Farbe Zusammensetzung 1 Cent Rund glatt 16,25mm 1,67mm 2,30g rot Eisen mit Kupferauflage 2 Cent Rund glatt mit Einkerbung 18,75mm 1,67mm 3,06g rot Eisen mit Kupferauflage 5 Cent Rund glatt 21,25mm 1,67mm 3,92g rot Eisen mit Kupferauflage 10 Cent Rund grob geriffelt 19,75mm 1,93mm 4,10g gelb Nordisches Gold: Kupfer89Aluminium5Zink5Zinn1 20 Cent "Spanische Blume" (7 Einkerbungen am Rand) ohne Randprägung 22,25mm 2,14mm 5,74g gelb Nordisches Gold: Kupfer89Aluminium5Zink5Zinn1 50 Cent Rund grob geriffelt 24,25mm 2,38mm 7,80g gelb Nordisches Gold: Kupfer89Aluminium5Zink5Zinn1 1 Euro Rund gebrochen geriffelt 2 Euro Rund Schriftprägung auf dem Münzrand fein geriffelt 23,25mm 2,33mm 7,50g außen: gelb innen: weiß 25,75mm 2,20mm 8,50g außen: weiß innen: gelb außen: Nickel-Messing: Kupfer75Zink20Nickel5 innen: dreischichtig (Neusilber//Nickel//Neusilber): Kupfer75Nickel25//Nickel7//Kupfer75Nickel25 außen: Neusilber: Kupfer75Nickel25 innen: dreischichtig (Nickel-Messing//Nickel//Nickel-Messing): Kupfer75Zink20Nickel5//Nickel12//Kupfer75Zink20Nickel5

6 Die EURO-Münzen (u.a. eigene Untersuchungen an frisch in Deutschland geprägten Münzen): Münze Masse (angegeben nach offiziellen Angaben) Volumen (berechnet nach offiziellen Angaben) Dichte (berechnet nach offiziellen Angaben) Masse (Mittelwert von 40 Münzen) Volumen (Mittelwert von 40 Münzen) Dichte Farbe Zusammensetzung 1 Cent 2,30g 0,346338cm 3 6,64g/cm 3 2,296g 12cm 3 7,68g/cm 3 rotbraun Eisen mit Kupferauflage 2 Cent 3,06g 0,461101cm 3 6,64g/cm 3 3,061g rotbraun Eisen mit Kupferauflage 5 Cent 3,92g 0,592259cm 3 6,62g/cm 3 3,947g rotbraun Eisen mit Kupferauflage 10 Cent 4,10g 0,591246cm 3 6,93g/cm 3 4,091g 21cm 3 7,81g/cm 3 goldgelb Nordisches Gold: Kupfer89Aluminium5Zink5Zinn1 20 Cent 5,74g 0,832053cm 3 6,90g/cm 3 5,726g goldgelb Nordisches Gold: Kupfer89Aluminium5Zink5Zinn1 50 Cent 7,80g 1,099202cm 3 7,10g/cm 3 7,799g goldgelb Nordisches Gold: Kupfer89Aluminium5Zink5Zinn1 1 Euro 7,50g 0,989188cm 3 7,58g/cm 3 7,506g außen: gelb innen: silbrig 2 Euro 8,50g 1,145656cm 3 7,42g/cm 3 8,489g außen: silbrig innen: gelb außen: Nickel-Messing: Kupfer75Zink20Nickel5 innen: dreischichtig (Neusilber//Nickel//Neusilber): Kupfer75Nickel25//Nickel7//Kupfer75Nickel25 außen: Neusilber: Kupfer75Nickel25 innen: dreischichtig (Nickel-Messing//Nickel//Nickel-Messing): Kupfer75Zink20Nickel5//Nickel12//Kupfer75Zink20Nickel5 Beispiel für die Streuung der Massen einzelner Münzen: Massen-Ermittlung von 10Cent-Münzen: 4,09g 4,06g 4,09g 4,11g 4,05g 4,09g 4,13g 4,11g 4,09g 4,09g 4,09g 4,08g 4,09g 4,08g 4,07g 4,07g 4,07g 4,09g 4,07g 4,09g

7 Eigenschaften von metallischen Stoffen (= Metalle und Legierungen): Typische Eigenschaften "spiegelartiger" (sog. metallischer) Glanz (an "frischer " Oberfläche) gute Biegsamkeit (i.a. nicht brüchig) Nicht-Typische Eigenschaften Zustandsart (20 C): i.a. feste Stoffe (Ausnahme: Quecksilber) Magnetisierbarkeit: i.a. nicht magnetisierbar (Ausnahmen: Eisen, Kobalt, Nickel) gute elektrische Leitfähigkeit Dichte: i.a. große Dichte (Schwermetalle: Dichte>5g/cm 3, Leichtmetalle: Dichte<5g/cm 3 ) gute Wärmeleitfähigkeit Härte: weich (z.b. Blei (1,2), Zinn (1,8), Zink,Kupfer,Silber,Gold (2,5-3)) bis hart (z.b. Chrom 9) kristalliner Aufbau

8 Eigenschaften von METALLISCHEN STOFFEN (Metalle und Legierungen) a) direkt (mit den Sinnen) feststellbare Eigenschaften: mit den Augen (Aussehen): - Farbe: i.a. silbergrau (kompakte Stücke) bzw. grauschwarz (Pulver); Ausnahmen: Gold, Kupfer - (Oberflächen-)Glanz: glänzend (frische Oberfläche) - Zustandsart (20 C): i.a. fest; Ausnahme: Quecksilber - Kristallform: kristallin mit der Nase (Geruch): i.a. geruchlos mit der Zunge (Geschmack): --- mit den Ohren (Klang): "metallischer" Klang (kompakte Stücke) mit den Fingern: - Oberflächenbeschaffenheit (glatt oder rau): i.a. glatt - Verformbarkeit (biegsam oder brechbar [=spröde]): biegsam - Wärmeleitfähigkeit: gut wärmeleitfähig b) indirekt (mit Hilfsmitteln bzw. durch Messung) feststellbare Eigenschaften:: - Schmelztemperatur: oft hohe Schmelztemperaturen - Siedetemperatur: oft hohe Siedetemperaturen - Dichte: oft hohe Dichten ( Leichtmetalle <5g/cm 3, Schwermetalle > 5g/cm 3 ) - Löslichkeit: schwer löslich in Wasser (außer bei chem. Reaktion) - elektrische Leitfähigkeit: gut elektrisch leitfähig - (Ritz-)Härte: Magnetisierbarkeit: nur bei Eisen, Kobalt, Nickel c) chemische Eigenschaften: - Veränderungen beim Erhitzen: unter Luftabschluss keine Veränderung - Brennbarkeit: bis auf Edelmetalle (z.b. Gold, Platin, Palladium) in fein verteilter Form brennbar TYPISCHE Eigenschaften von metallischen Stoffen: - silbrig glänzend (an frischer Oberfläche) - biegsam - gut elektrisch leitfähig - gut wärmeleitfähig - kristallin