Lektion 1.2

Stoffe und ihre Eigenschaften

15 min Lesezeit

In der Küche liegen ein Löffel aus Metall, einer aus Holz und einer aus Kunststoff. Du kannst sie sofort auseinanderhalten. Aber woran erkennst du, woraus etwas besteht? Und warum sind Kabel aus Kupfer mit einer Hülle aus Kunststoff, Fahrradrahmen aus Aluminium und Töpfe aus Metall? Das ist kein Zufall. Jeder Stoff hat Eigenschaften, an denen man ihn erkennt und die zeigen, wofür er taugt.

Du lernst, wie du Stoffe unterscheidest, wie du die Dichte ausrechnest und welche Stoffgruppen es im Alltag gibt.

Definition

Körper und Stoff

Ein Körper ist ein Gegenstand mit bestimmter Form und Größe, zum Beispiel ein Löffel, ein Nagel oder ein Tropfen Wasser. Ein Stoff ist das Material, aus dem ein Körper besteht, zum Beispiel Eisen, Porzellan oder Wasser. Der Körper sagt, wie etwas aussieht und wie groß es ist. Der Stoff sagt, woraus es ist.

Ein Stoff steckt in vielen Körpern: Nagel und Eisenträger bestehen beide aus Eisen. Ein Körper kann aus mehreren Stoffen bestehen: Ein Schlüssel hat einen Kopf aus Kunststoff und einen Bart aus Metall.

Die Eigenschaften eines Stoffes sind seine Merkmale. Masse und Volumen gehören zum Körper, denn ein großer Nagel wiegt mehr als ein kleiner. Farbe, Dichte oder Schmelztemperatur (beide erklärt unten) gehören zum Stoff, denn sie sind bei Nagel und Träger gleich. Deshalb eignen sie sich als Steckbrief, um einen Stoff zu erkennen.

Definition

Eigenschaften prüfen

Eigenschaft	So prüfst du	Sicherheit
Farbe und Glanz	Du siehst hin. Kupfer ist rötlich, Eisen grau.	harmlos
Geruch	Du fächelst dir den Geruch zu.	Zu Hause nie an Reinigern oder Lösungsmitteln riechen.
Härte	Ritzprobe: Der härtere Stoff ritzt den weichen. Ein Stahlnagel ritzt Kupfer, Kupfer ritzt den Nagel nicht.	Schutzbrille, es können Splitter springen. Zu Hause nicht ohne Erwachsene mit Messern ritzen.
Brennbarkeit	Eine kleine Probe kommt in die Flamme. Brennt sie, glimmt sie oder schmilzt sie?	Nur mit Lehrkraft. Zu Hause nie Feuer machen und nie Kunststoff anzünden, es entstehen giftige Dämpfe.
Magnetismus	Du hältst einen Magneten an die Probe.	Kleine starke Magnete nie in den Mund nehmen.
Elektrische Leitfähigkeit	Du baust einen Stromkreis mit Batterie und Lämpchen und setzt die Probe ein. Leuchtet die Lampe, leitet der Stoff.	Nur Batterie, nie Steckdose.
Löslichkeit	Du rührst eine Probe in Wasser. Löst sie sich auf, bleibt das Wasser klar.	Im Labor nichts probieren. Zu Hause nur Küchenzutaten, nie Putzmittel.

Metalle leiten Strom. Kunststoff, Holz und Glas leiten ihn nicht. Magnetisch sind nur Eisen und wenige andere Metalle. Salz und Zucker lösen sich in Wasser, Sand und Öl nicht.

Definition

Dichte

Ein Würfel aus Eisen ist viel schwerer als ein gleich großer Würfel aus Styropor. Die Dichte sagt, wie viel Masse ein Stoff in einem bestimmten Volumen hat. Du gibst sie in Gramm pro Kubikzentimeter an (g/cm³). Ein Kubikzentimeter (cm³) ist ein Würfel mit 1 cm Kantenlänge und fasst genau 1 ml. Die Dichte ist die Masse von 1 cm³ des Stoffes.

\text{Dichte} = \frac{\text{Masse}}{\text{Volumen}}

Definition

Schmelz- und Siedetemperatur

Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der ein fester Stoff flüssig wird. Die Siedetemperatur ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit kocht und gasförmig wird. Wasser schmilzt bei 0 °C und siedet bei 100 °C. Eisen schmilzt erst bei etwa 1540 °C. Jeder Stoff hat seine eigenen Werte. Liegt die Temperatur unter der Schmelztemperatur, ist der Stoff fest. Zwischen den beiden Werten ist er flüssig. Über der Siedetemperatur ist er gasförmig. Zu Hause: Herd und kochendes Wasser nur mit Erwachsenen.

Beispiel

Ein unbekanntes Metall bestimmen

Ein silbriger, glänzender Würfel hat 2 cm Kantenlänge und 21,6 g Masse. Der Magnet zieht ihn nicht an. Welches Metall ist es?

Stoff	Farbe	magnetisch	Dichte in g/cm³	schmilzt bei etwa
Eisen	grau	ja	7,9	1540 °C
Aluminium	silbrig	nein	2,7	660 °C
Kupfer	rötlich-braun	nein	8,9	1085 °C
Blei	bläulich-grau	nein	11,3	327 °C

So gehst du vor:

Volumen: 2 cm · 2 cm · 2 cm = 8 cm³.
Dichte: 21,6 g : 8 cm³ = 2,7 g/cm³. Das stimmt, denn 8 · 2,7 = 21,6.
Nicht magnetisch schließt Eisen aus. Kupfer ist rötlich. Nur Aluminium hat die Dichte 2,7.

Der Würfel ist aus Aluminium. Erst die Eigenschaften zusammen machen den Steckbrief eindeutig.

Beispiel

Schwimmen oder sinken?

Wasser hat die Dichte 1 g/cm³. Welche Stoffe schwimmen auf Wasser? Kork hat 0,2 g/cm³, Fichtenholz 0,5 g/cm³, Eis 0,92 g/cm³, Aluminium 2,7 g/cm³ und Blei 11,3 g/cm³.

Ein Stoff schwimmt, wenn seine Dichte kleiner ist als die von Wasser, also kleiner als 1 g/cm³. Er sinkt, wenn sie größer ist.

Kork: 0,2 ist kleiner als 1, er schwimmt.
Fichtenholz: 0,5 ist kleiner als 1, es schwimmt.
Eis: 0,92 ist kleiner als 1, es schwimmt. Deshalb ragt ein Eisberg aus dem Wasser.
Aluminium: 2,7 ist größer als 1, es sinkt. Blei sinkt auch.

Definition

Stoffklassen des Alltags

Stoffe mit gemeinsamen Merkmalen fasst man zu Gruppen zusammen:

Stoffklasse	Das ist gemeinsam	Beispiele
Metalle	glänzen, leiten Strom, lassen sich meist verformen	Eisen, Kupfer, Aluminium
Kunststoffe	vom Menschen hergestellt, meist leicht, leiten Strom nicht	Plastikflasche, Tüte
Brennstoffe	brennen und geben dabei Wärme ab	Holz, Kohle, Erdgas, Benzin
Nährstoffe	Stoffe im Essen, die dein Körper braucht	Stärke, Zucker, Fett, Eiweiß
Naturstoffe	kommen in der Natur vor oder werden von Lebewesen gebildet	Holz, Wolle, Baumwolle, Leder
Gefahrstoffe	können Mensch oder Umwelt schaden, tragen Gefahrensymbole	Abflussreiniger, Benzin

Ein Stoff kann zu mehreren Gruppen gehören. Holz ist ein Naturstoff und ein Brennstoff. Benzin ist ein Brennstoff und ein Gefahrstoff.

Beispiel

Verwendung nach Eigenschaften

Warum nimmt man für diese Gegenstände genau diesen Stoff?

Gegenstand	Stoff	Passende Eigenschaft
Stromkabel	Kupfer, außen Kunststoff	Kupfer leitet Strom. Kunststoff leitet nicht, deshalb schützt die Hülle dich vor dem Strom.
Fahrradrahmen	Aluminium	Kleine Dichte, der Rahmen bleibt leicht.
Kompassnadel	Stahl (besteht vor allem aus Eisen)	magnetisch, sie richtet sich nach Norden aus
Glühfaden einer Glühlampe	Wolfram, ein Metall	schmilzt erst bei über 3000 °C

Du suchst die Eigenschaft, auf die es bei der Verwendung ankommt, und wählst den Stoff, der sie hat. Kein Stoff passt überall.

Häufige Fehler

Schwer ist nicht dasselbe wie dicht

„Eisen ist schwerer als Holz, also sinkt Holz und Eisen schwimmt nicht.“ Oder: „Ein schwerer Gegenstand sinkt immer.“

Richtig ist

Wie schwer ein Körper ist, hängt auch von seiner Größe ab. Ein Holzbalken von 20 kg schwimmt, ein kleiner Eisennagel von 5 g sinkt. Beim Vergleich von Stoffen zählt die Dichte, also die Masse bei gleichem Volumen.

Häufige Fehler

Alle Metalle sind magnetisch

„Das Stück ist silbrig und glänzt, also zieht der Magnet es an.“

Richtig ist

Nur Eisen und wenige andere Metalle sind magnetisch. Aluminium, Kupfer und Gold sind es nicht. Glanz sagt nichts über Magnetismus. Dafür brauchst du die Magnetprobe.

Häufige Fehler

Natürlich heißt ungefährlich

„Naturstoffe sind harmlos, nur Kunststoffe sind gefährlich.“

Richtig ist

Die Herkunft sagt nichts über die Gefahr. Der Knollenblätterpilz und Schlangengift sind Naturstoffe und giftig. Viele Kunststoffe sind harmlos. Wie gefährlich ein Stoff ist, zeigt das Gefahrensymbol.

Zusammenfassung

Ein Körper hat Form und Größe, ein Stoff ist das Material. Farbe, Dichte oder Schmelztemperatur gehören zum Stoff.
Eigenschaften prüfst du mit Proben: Farbe, Geruch (zufächeln), Härte (ritzen), Brennbarkeit, Magnet, Stromkreis und Wasser.
Dichte ist Masse geteilt durch Volumen. Ist sie kleiner als die von Wasser (1 g/cm³), schwimmt der Stoff.
Schmelz- und Siedetemperatur sind feste Werte eines Stoffes. Wasser schmilzt bei 0 °C und siedet bei 100 °C.
Stoffklassen: Metalle, Kunststoffe, Brennstoffe, Nährstoffe, Naturstoffe und Gefahrstoffe. Ein Stoff kann in mehrere gehören.
Man verwendet einen Stoff wegen seiner Eigenschaften, zum Beispiel Kupfer fürs Kabel, weil es Strom leitet.

Übungen

Aufgabe 1Multiple Choice

Eine Tasse aus Porzellan steht auf dem Tisch. Was stimmt?

Aufgabe 2Numerisch

Ein Würfel hat 3 cm Kantenlänge und eine Masse von 54 g. Wie groß ist seine Dichte in g/cm³?

Aufgabe 3Numerisch

Kupfer hat die Dichte 8,9 g/cm³. Wie viel Gramm wiegt ein Stück Kupfer mit 10 cm³?

Aufgabe 4Multiple Choice

Ethanol schmilzt bei −114 °C und siedet bei 78 °C. In welchem Zustand ist es bei 20 °C?

Aufgabe 5Multiple Choice

Ein Stoff hat die Dichte 0,8 g/cm³. Was passiert in Wasser (Dichte 1 g/cm³)?

Aufgabe 6Freitext

Du hast ein graues Metallstück und vermutest, dass es aus Eisen ist. Nenne zwei Eigenschaften, die du prüfst, und was du bei Eisen erwartest.

Lektion 1.2 · Labor, Sicherheit und Stoffeigenschaften

Stoffe und ihre Eigenschaften

Du lernst, wie du Stoffe unterscheidest, wie du die Dichte ausrechnest und welche Stoffgruppen es im Alltag gibt.

Definition

Körper und Stoff

Definition

Eigenschaften prüfen

Eigenschaft	So prüfst du	Sicherheit
Farbe und Glanz	Du siehst hin. Kupfer ist rötlich, Eisen grau.	harmlos
Geruch	Du fächelst dir den Geruch zu.	Zu Hause nie an Reinigern oder Lösungsmitteln riechen.
Härte	Ritzprobe: Der härtere Stoff ritzt den weichen. Ein Stahlnagel ritzt Kupfer, Kupfer ritzt den Nagel nicht.	Schutzbrille, es können Splitter springen. Zu Hause nicht ohne Erwachsene mit Messern ritzen.
Brennbarkeit	Eine kleine Probe kommt in die Flamme. Brennt sie, glimmt sie oder schmilzt sie?	Nur mit Lehrkraft. Zu Hause nie Feuer machen und nie Kunststoff anzünden, es entstehen giftige Dämpfe.
Magnetismus	Du hältst einen Magneten an die Probe.	Kleine starke Magnete nie in den Mund nehmen.
Elektrische Leitfähigkeit	Du baust einen Stromkreis mit Batterie und Lämpchen und setzt die Probe ein. Leuchtet die Lampe, leitet der Stoff.	Nur Batterie, nie Steckdose.
Löslichkeit	Du rührst eine Probe in Wasser. Löst sie sich auf, bleibt das Wasser klar.	Im Labor nichts probieren. Zu Hause nur Küchenzutaten, nie Putzmittel.

Metalle leiten Strom. Kunststoff, Holz und Glas leiten ihn nicht. Magnetisch sind nur Eisen und wenige andere Metalle. Salz und Zucker lösen sich in Wasser, Sand und Öl nicht.

Definition

Dichte

\text{Dichte} = \frac{\text{Masse}}{\text{Volumen}}

Definition

Schmelz- und Siedetemperatur

Beispiel

Ein unbekanntes Metall bestimmen

Ein silbriger, glänzender Würfel hat 2 cm Kantenlänge und 21,6 g Masse. Der Magnet zieht ihn nicht an. Welches Metall ist es?

Stoff	Farbe	magnetisch	Dichte in g/cm³	schmilzt bei etwa
Eisen	grau	ja	7,9	1540 °C
Aluminium	silbrig	nein	2,7	660 °C
Kupfer	rötlich-braun	nein	8,9	1085 °C
Blei	bläulich-grau	nein	11,3	327 °C

So gehst du vor:

Volumen: 2 cm · 2 cm · 2 cm = 8 cm³.
Dichte: 21,6 g : 8 cm³ = 2,7 g/cm³. Das stimmt, denn 8 · 2,7 = 21,6.
Nicht magnetisch schließt Eisen aus. Kupfer ist rötlich. Nur Aluminium hat die Dichte 2,7.

Der Würfel ist aus Aluminium. Erst die Eigenschaften zusammen machen den Steckbrief eindeutig.

Beispiel

Schwimmen oder sinken?

Wasser hat die Dichte 1 g/cm³. Welche Stoffe schwimmen auf Wasser? Kork hat 0,2 g/cm³, Fichtenholz 0,5 g/cm³, Eis 0,92 g/cm³, Aluminium 2,7 g/cm³ und Blei 11,3 g/cm³.

Ein Stoff schwimmt, wenn seine Dichte kleiner ist als die von Wasser, also kleiner als 1 g/cm³. Er sinkt, wenn sie größer ist.

Kork: 0,2 ist kleiner als 1, er schwimmt.
Fichtenholz: 0,5 ist kleiner als 1, es schwimmt.
Eis: 0,92 ist kleiner als 1, es schwimmt. Deshalb ragt ein Eisberg aus dem Wasser.
Aluminium: 2,7 ist größer als 1, es sinkt. Blei sinkt auch.

Definition

Stoffklassen des Alltags

Stoffe mit gemeinsamen Merkmalen fasst man zu Gruppen zusammen:

Stoffklasse	Das ist gemeinsam	Beispiele
Metalle	glänzen, leiten Strom, lassen sich meist verformen	Eisen, Kupfer, Aluminium
Kunststoffe	vom Menschen hergestellt, meist leicht, leiten Strom nicht	Plastikflasche, Tüte
Brennstoffe	brennen und geben dabei Wärme ab	Holz, Kohle, Erdgas, Benzin
Nährstoffe	Stoffe im Essen, die dein Körper braucht	Stärke, Zucker, Fett, Eiweiß
Naturstoffe	kommen in der Natur vor oder werden von Lebewesen gebildet	Holz, Wolle, Baumwolle, Leder
Gefahrstoffe	können Mensch oder Umwelt schaden, tragen Gefahrensymbole	Abflussreiniger, Benzin

Ein Stoff kann zu mehreren Gruppen gehören. Holz ist ein Naturstoff und ein Brennstoff. Benzin ist ein Brennstoff und ein Gefahrstoff.

Beispiel

Verwendung nach Eigenschaften

Warum nimmt man für diese Gegenstände genau diesen Stoff?

Gegenstand	Stoff	Passende Eigenschaft
Stromkabel	Kupfer, außen Kunststoff	Kupfer leitet Strom. Kunststoff leitet nicht, deshalb schützt die Hülle dich vor dem Strom.
Fahrradrahmen	Aluminium	Kleine Dichte, der Rahmen bleibt leicht.
Kompassnadel	Stahl (besteht vor allem aus Eisen)	magnetisch, sie richtet sich nach Norden aus
Glühfaden einer Glühlampe	Wolfram, ein Metall	schmilzt erst bei über 3000 °C

Du suchst die Eigenschaft, auf die es bei der Verwendung ankommt, und wählst den Stoff, der sie hat. Kein Stoff passt überall.

Häufige Fehler

Schwer ist nicht dasselbe wie dicht

„Eisen ist schwerer als Holz, also sinkt Holz und Eisen schwimmt nicht.“ Oder: „Ein schwerer Gegenstand sinkt immer.“

Häufige Fehler

Alle Metalle sind magnetisch

„Das Stück ist silbrig und glänzt, also zieht der Magnet es an.“

Nur Eisen und wenige andere Metalle sind magnetisch. Aluminium, Kupfer und Gold sind es nicht. Glanz sagt nichts über Magnetismus. Dafür brauchst du die Magnetprobe.

Häufige Fehler

Natürlich heißt ungefährlich

„Naturstoffe sind harmlos, nur Kunststoffe sind gefährlich.“

Zusammenfassung

Ein Körper hat Form und Größe, ein Stoff ist das Material. Farbe, Dichte oder Schmelztemperatur gehören zum Stoff.
Eigenschaften prüfst du mit Proben: Farbe, Geruch (zufächeln), Härte (ritzen), Brennbarkeit, Magnet, Stromkreis und Wasser.
Dichte ist Masse geteilt durch Volumen. Ist sie kleiner als die von Wasser (1 g/cm³), schwimmt der Stoff.
Schmelz- und Siedetemperatur sind feste Werte eines Stoffes. Wasser schmilzt bei 0 °C und siedet bei 100 °C.
Stoffklassen: Metalle, Kunststoffe, Brennstoffe, Nährstoffe, Naturstoffe und Gefahrstoffe. Ein Stoff kann in mehrere gehören.
Man verwendet einen Stoff wegen seiner Eigenschaften, zum Beispiel Kupfer fürs Kabel, weil es Strom leitet.