1. Aus den zur Verfügung gestellten Informationen (Text und Video) lässt sich ableiten, dass die Kompresse Raumtemperatur hatte und dass sie nach dem Verdrehen, Festziehen und Schütteln abgekühlt ist. Daraus lässt sich schließen, dass diese Vorgänge für die Abkühlung entscheidend waren, was darauf hindeutet, dass die Kompresse über Kammern mit verschiedenen Substanzen verfügt, die nach ihrem Bruch durch das Verdrehen und Festziehen der Kompresse die Vermischung der Komponenten ermöglichen. Der Temperaturabfall muss durch einen endothermen Prozess verursacht worden sein, der von den Schülern beschrieben werden sollte.
Instant-Kältekompressen bestehen aus einer mit Wasser gefüllten Verpackung (Innenbeutel) und einer weiteren mit einer wasserlöslichen festen Substanz (Außenbeutel), so dass sich diese beiden Komponenten nicht vermischen können. Wenn jemand die Kompresse benutzen will, muss sie gedreht und festgezogen werden, damit der innere Beutel mit Wasser aufbricht und sich mit dem Feststoff vermischt. Das Auflösen des Feststoffs in Wasser ist ein endothermer Prozess, bei dem Energie (in Form von Wärme) absorbiert wird. Dies führt zu einer Abnahme der Temperatur der Kompresse und der Umgebung, da das System nicht isoliert ist. Nach dem Aufreißen des inneren Beutels, der das Wasser enthält, wird die Kompresse geschüttelt, damit sie sich schneller auflöst. Die am häufigsten in Kältekompressen verwendete Verbindung ist Ammoniumnitrat, ein kristalliner Feststoff, der in Wasser gelöst in Ammonium- und Nitrationen dissoziiert. Dabei wird dem Wasser Energie entzogen, was zu einer Senkung seiner Temperatur führt. Bei diesem Auflösungsprozess handelt es sich um einen endothermen Vorgang, so dass nach dem Prinzip von Le Chatelier der Temperaturanstieg des Systems die Auflösung begünstigt: Das Gleichgewicht zwischen dem festen und dem gelösten Stoff entwickelt sich, um dieser Störung (Temperaturanstieg) entgegenzuwirken, was zu einer Erhöhung der Löslichkeit der gelösten Stoffe führt. Als Alternative zu Ammoniumnitrat können Kältekompressen auch Harnstoff oder Ammoniumchlorid enthalten.
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2. Obwohl es möglich ist, eine experimentelle Aktivität mit Ammoniumnitrat durchzuführen, ist die Verwendung von Harnstoff aufgrund der Toxizität von Ammoniumnitrat empfehlenswerter. Die Schüler können Harnstoff in Wasser auflösen (z. B. 100 g Harnstoff in 100 ml entionisiertem Wasser) und durch Messung der Anfangs- und Endtemperatur überprüfen, dass es sich um einen endothermen Prozess handelt. Die Schüler können auch die mit der Temperaturerhöhung zunehmende Löslichkeit dieses gelösten Stoffes untersuchen: Dies kann durch die Herstellung von gesättigten Lösungen und die anschließende Auflösung infolge der Temperaturerhöhung geschehen. Die Beobachtung der Löslichkeitswerte dieses gelösten Stoffes in Wasser bei verschiedenen Temperaturen zeigt, dass die Löslichkeit mit steigender Temperatur zunimmt, was die Vollendung der Auflösung in Wasser verstärkt, da es sich um einen endothermen Prozess handelt.
3. Die Schüler sollten die Anfangstemperatur des Wassers und die Endtemperatur der Harnstofflösung in Wasser aufzeichnen. Im Falle der Untersuchung der Löslichkeit von Harnstoff in Wasser sollten die Schüler die Menge des zugegebenen Lösungsmittels (bis zur Sättigung) und die Endtemperatur der Lösung aufzeichnen (vorgeschlagene Temperaturen: 20 ºC, 40 ºC und 60 ºC).
4. Die Menge an Energie in Form von Wärme, die in den Auflösungsprozess involviert ist, kann mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet werden: q = c m (T2 -T1)
wobei:
q = übertragene Energie (als Wärme) (J)
c = Wärmekapazität des Wassers (J.kg-1.K-1 )
T1 = Anfangstemperatur (K)
T2 = Endtemperatur (K)
Mit dieser Gleichung lässt sich die Energie berechnen, die von Wasser auf Harnstoff übertragen wird, um die Temperatur der Lösung von einer Anfangstemperatur T1 auf eine Endtemperatur T2 zu ändern.
5. Makroskopisch stellen die Schüler fest, dass das Auflösen von Harnstoff in Wasser ein Prozess ist, der zu einer Abnahme der Temperatur der Lösung führt. Bei der Untersuchung der Veränderung der Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur stellen die Schüler auf mikroskopischer Ebene fest, dass ausgehend von gesättigten Lösungen mit ungelöstem gelösten Stoff dieser "verschwindet", d. h. sich bei steigender Temperatur auflöst. Je höher die Temperatur ist, desto mehr gelöste Stoffe werden aufgelöst.
Auf submikroskopischer Ebene können die Schüler die Auflösung von Harnstoff darstellen, der als molekularer und nicht als ionischer Stoff nicht in Ionen dissoziiert. Stattdessen kommt es zu intermolekularen Wechselwirkungen (Wasserstoffbrücken) zwischen Harnstoffmolekülen und Wassermolekülen. Auf diese Weise sollen die Schüler diese Art von Wechselwirkungen darstellen.
Die symbolische Darstellung wird sein: (NH2)2CO (s) ⇄ (NH2)2CO (aq)
6. Kompressen arbeiten, indem sie eine Verbindung, in der Regel Ammoniumnitrat, in Wasser auflösen. Dieser Prozess ist ein endothermer Prozess, d. h. er geht mit einer Temperaturabnahme einher.
7. So wie es kalte Sofortkompressen gibt, gibt es auch heiße Kompressen. Heiße Sofortkompressen bestehen aus einem gelösten Stoff (z. B. Calciumchlorid oder Magnesiumsulfat), der sich in einem exothermen Prozess in Wasser auflöst,
