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Messung und Berechnung der Dichte unterschiedlicher Stoffe

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André Otto
Messung und Berechnung der Dichte unterschiedlicher Stoffe
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse

Grundlagen zum Thema Messung und Berechnung der Dichte unterschiedlicher Stoffe

Inhalt

Messung der Dichte unterschiedlicher Stoffe – Chemie

In diesem Text werden wir uns mit der Dichte und der Messung der Dichte von Stoffen wie Styropor, Marmor, Flussspat und Narrengold auseinandersetzen. Aber wie lässt sich die Dichte bestimmen? Wie lautet die Masse und Dichte von Marmor? Und wie ist die Dichte von Mamor im Vergleich zur Dichte von Styropor? Die Antworten auf diese Fragen werden hier beantwortet.

Was ist die Dichte? – Repetition

Die Dichte $\ce{\varrho}$ gibt an, wie viel Masse $\ce{m}$ ein bestimmtes Volumen $\ce{V}$ eines Körpers besitzt. Die Dichte stellt also das Verhältnis von Masse zu Volumen dar.

$\ce{\rho = \frac{m}{V} = \frac{Masse}{Volumen}}$ in $\pu{{g//cm3} = {kg//m3}}$

Handelt es sich um einen reinen Stoff, so ist die Dichte eine Stoffkonstante. Dichten von Stoffen werden häufig mit der Dichte von Wasser ($\ce{1 000\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3}}$) verglichen, um zu prüfen, ob diese schwimmfähig sind. Besitzt ein Stoff eine höhere Dichte, wird dieser im Wasser untergehen. Ist die Dichte kleiner, schwimmt der Stoff auf dem Wasser.

Volumenbestimmung durch Massenverdrängung

Um die Dichte bestimmen zu können, muss man wissen, welche Masse und welches Volumen ein bestimmter Körper hat. Die Masse lässt sich oft leicht durch das Wiegen des Körpers mithilfe einer Waage bestimmen. Um das Volumen zu bestimmen, gibt es verschiedene Wege. Ist es ein geometrischer Körper, kann man einfach seine Abmaße messen und dann sein Volumen berechnen. Ist es jedoch ein unregelmäßiger Körper, bietet sich die sogenannte Differenzmethode an. Das ist eine Volumenbestimmung durch Massenverdrängung. Dazu taucht man den unregelmäßigen Festkörper komplett in die Flüssigkeit in einem Messzylinder ein. Der Körper verdrängt nun die Flüssigkeit und der Pegel im Messzylinder steigt. Dieser Anstieg der Flüssigkeit entspricht genau dem Volumen des eingetauchten Körpers.

Differenzmethode: Dichte Styropor und Marmor

Messung der Dichte von Styropor, Marmor, Flussspat und Narrengold

Nun wollen wir einige Dichtemessungen vornehmen und die ermittelten Werte anschließend mit den Literaturdaten vergleichen.

Stoff Volumen $\ce{V}$
in $\pu{cm3}$
Masse $\ce{m}$
in $\pu{g}$
Dichte $\ce{\rho}$
in $\pu{g//cm3}$
Literaturwert $\ce{\rho}$
in $\pu{g//cm3}$
Styropor $\ce{1280}$ $\ce{21,72}$ $\ce{\frac{21,72}{1 280} = 0,017}$ $\ce{0,02 - 0,06}$
Marmor $\ce{110}$ $\ce{289,5}$ $\ce{\frac{289,5}{110} = 2,63}$ $\ce{2,7}$
Flussspat $\ce{4}$ $\ce{12,93}$ $\ce{\frac{12,93}{4} = 3,23}$ $\ce{3,2}$
Narrengold $\ce{45}$ $\ce{188}$ $\ce{\frac{188}{45} = 4,18}$ $\ce{4,95 - 5,2}$

Die gemessene Dichte von Styropor ist sehr klein und sie weicht nur ein bisschen vom Literaturwert ab. Beim Flussspat und beim Marmor stimmen die gemessenen Dichten ziemlich genau mit den Literaturwerten überein. Nur beim Narrengold, einige kennen es vielleicht auch unter dem Namen Katzengold oder Pyrit, weicht die bestimmte Dichte von der Dichte der Literaturwerte ab.

Die Gesteinsdichte gehört neben der Härte, der mineralischen Zusammensetzung, dem Gefüge, dem Glanz und der Elastizität zu den wichtigsten geologischen Eigenschaften von Gesteinen.

Die Volumenbestimmung durch Ausmessen oder durch die Differenzmethode und anschließendes Berechnen der Dichte dieser Stoffe liefert offensichtlich ziemlich verlässliche Ergebnisse.

Dieses Video

In diesem Video aus der Reihe Dichte wird an einigen praktischen Beispielen gezeigt, wie die Dichtebestimmung funktioniert. Von den untersuchten Verbindungen kann man die ermittelten Werte gut mit den Literaturdaten vergleichen. Die Versuche sind einfach durchzuführen, bereiten viel Spaß und sind zur Nachahmung empfohlen.

Auch zum Thema Dichteberechnung haben wir einige interaktive Übungen vorbereitet. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen. Viel Spaß!

Häufige Fragen zum Thema Dichte unterschiedlicher Stoffe

Wie schwer ist eine Styroporkugel?
Was wiegt ein Naturstein?
Wie ist die Dichte von Marmor? (Chemie)
Wie ist die Dichte von Styropor? (Chemie)
Wie ist die Dichte von Flussspat? (Chemie)
Wie ist die Dichte von Narrengold? (Chemie)
Was ist der Unterschied zwischen Polystyrol und Styropor? Und was ist der Unterschied zwischen Styropor und Styrodur?

Transkript Messung und Berechnung der Dichte unterschiedlicher Stoffe

Herzlich willkommen zu diesem Film aus der Reihe „Dichte“. Der Film heißt “Dichte, Teil zehn. Styropor, Marmor, Flussspat, Narrengold.” Du kennst die Dichte und bist mit einigen Bestimmungsmethoden vertraut. Nachher kannst du die Dichte verschiedener fester Stoffe bestimmen und du hast vielleicht Spaß daran. Der Film besteht aus sechs Abschnitten. Erstens: Zur Erinnerung, Zweitens: Styropor, Drittens: Marmor, Viertens: Flussspat, Fünftens: Narrengold und Sechstens: Einschätzung. Erstens: Zur Erinnerung. ϱ=m/v, die Dichte ist gleich Masse durch Volumen. Zwei wichtige Dichteeinheiten sind g/cm³ und kg/m³, die Dichten von Feststoffen und Flüssigkeiten werden so angegeben. Handelt es sich um einen reinen Stoff, so ist die Dichte eine Stoffkonstante. Einige Dichten in Gramm pro Kubikzentimeter: Wasser 1,0, Aluminium 2,7, Eisen 7,9 und Kupfer 8,9. Zweitens: Styropor. Ich habe unlängst ein Paket bekommen und da war so etwas drin, so eine weiße Platte und solche grünlichen Füllkörper. Beginnen wir mit der Platte, sie ist fast quaderförmig und ich messe Länge, Breite und Höhe aus. Also, Styropor weiß, das Volumen=32202, jeweils Zentimeter. Also 1280 cm3. Die Bestimmung der Masse ist etwas fummelig und ihr müsst mir da vertrauen, weil ihr könnt die Ableseskala nicht erkennen, m=21,72g. Durch Einsetzen in die Formel erhalten wir für die Dichte 0,017g/cm3. Jetzt zum grünen Styropor. Zunächst mache ich einen Überschlag. Ich nehme ein quaderähnliches Stückchen und messe es aus, das Volumen ist 322,5, jeweils Zentimeter, na, so ungefähr 15cm3. Ich wäge das Stückchen und erhalte: Durch Einsetzen in die Formel erhält man die Dichte 0,015 g/cm³. Gut, dass ich diesen Überschlag gemacht habe, denn - na, ihr werdet ja sehen. Nun stecke ich einige Stückchen in diesen Messzylinder, denn ich möchte dann durch Volumendifferenz des Wassers das exakte Volumen bestimmen. Das vornehmliche Styropor wird nun ausgewogen, wieder müsst ihr mir vertrauen, da ihr die Skala nicht sehen könnt. m=4,3g, das klingt vernünftig. So und nun gieße ich Wasser zu den Stückchen und schaue, wie groß die Volumendifferenz ist. Aber irgendwie kommt mir die Sache verdächtig vor. Ich messe genau, aber die Stückchen klumpen irgendwie zusammen, so richtig wird das nichts. Die lösen sich in Wasser auf, Ende der Mahlzeit. Damit können wir die Dichte so nicht bestimmen. Das heißt aber, es ist kein Styropor, denn das löst sich nicht in Wasser. Der eine oder andere kennt das vielleicht. Ich bezeichne es hier einmal als Popcorn. Der Literaturwert von 0,02 bis 0,06 g/cm3 liegt etwas darüber. Ein schönes Ergebnis, finde ich. Drittens: Marmor. Diese Stückchen sind auserkoren für den Dichteversuch. Die Masse m=289,5g. Und nun die Volumenverdrängung mit Wasser. Als Differenz ergibt sich 110 ml, also 110 cm3. Wir rechnen und erhalten für die Dichte 2,63 g/cm3, das ist ja fast das Literaturergebnis, sehr, sehr schön. Viertens: Flussspat. Der Kristall ist sehr schön, aber leider etwas klein. So sieht er von Nahem aus. Die Masse lässt sich einfach bestimmen, m=12,93 g. Bei dem kleinen Körper ist die Volumenverdrängung etwas problematisch, ich erhalte V=4 ml, der Wert ist nur sehr ungenau. Durch Einsetzen in die Gleichung erhalten wir ϱ=3,23 g/cm3. Was sagt die Literatur? 3,2 g/cm3, na ja, noch einmal Glück gehabt. Fünftens: Narrengold. So ein hübsches Stückchen wollen wir untersuchen. Die Masse m=188,0 g und nun die Volumenbestimmung durch Wasserverdrängung, ich erhalte 45 ml, auch dieser Wert ist nicht sehr genau. Wir erhalten eine Dichte ϱ von 4,18 g/cm3, die Literaturangabe ist höher, bei der Messgenauigkeit kann das schonmal vorkommen und wir können im Großen und Ganzen hier zufrieden sein. Sechstens: Einschätzung. Wir haben die Dichten einiger chemischer Verbindungen bestimmt. Von Styropor, das ist geschäumtes Polystyrol, von Marmor, das ist CaCO3, Calciumcarbonat, von Flussspat, das ist CaF2, Calciumfluorid, und von Narrengold, man nennt es auch Pyrit, es hat die Formel FeS2>/sub>, enthält also Eisen und Schwefel. Ich denke, dass wir sehr schöne Ergebnisse erzielt haben, ich bin rundherum zufrieden. Ich hoffe, ihr seid es auch. Alles Gute, tschüss!

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  1. gutes Video

    Von David K., vor mehr als 6 Jahren
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