Wasser und seine Aggregatzustände

Tafel oder digitale Pinnwand
Eiswürfel und Eiswürfelform
Gläser mit Deckel oder Frischhaltefolie und Gummibänder
evtl. Fön oder Wärmelampe, Kühlmöglichkeit (Kühlschrank oder Eisfach)
Eimer (10 Liter), Glas (250 Milliliter), Teelöffel
Arbeitsblatt „Wasser und seine Zustände“

Ablauf

Einstieg zum Begriff Wasser

Für den Einstieg nennt jeder/jede Schüler:in einen Begriff, in dem das Wort Wasser vorkommt oder der mit Wasser zu tun hat. Die Begriffe werden in Form einer Mindmap auf einer Tafel notiert oder alternativ auf kleinen Zettel rund um das Wort Wasser angeordnet.

Hinweis

Durch das Hervorheben von Schlüsselwörtern (z. B. Eis, Meer o. Ä.) erhält die Mindmap mehr Struktur. Auf diese Begriffe kann im Laufe des Workshops immer wieder eingegangen werden.

Phase 1 – Wasser in seinen Erscheinungsformen

Die Schüler:innen lernen die unterschiedlichen Aggregatzustände von Wasser in einem Experiment kennen, in dem der Wechsel von fest zu flüssig zu gasförmig und umgekehrt beobachtet werden kann. Der Wechsel von Eis zu Wasser und von Wasser zu Wasserdampf kann als Vorführung oder von den Schüler:innen selbstständig in Kleingruppen durchgeführt werden.
Arbeitsblatt: Wasser und seine Zustände

Phase 2 – Wo kommen die Aggregatzustände vor?

Gemeinsam wird die Frage besprochen, wo auf der Erde Wasser in seinen unterschiedlichen Aggregatzuständen vorkommt.
Mithilfe einer Weltkarte oder eines Globus verorten die Schüler:innen die weltweiten Wasservorkommen. Für Wasser im flüssigen Zustand sollten, neben den Ozeanen und Meeren, vor allem regionale und lokale Gewässer hervorgehoben werden. Festes Wasser in Form von Eis befindet sich an den Polen und in Gletschergebieten. Und verdunstetes Wasser befindet sich in der Atmosphäre. An dieser Stelle können auch wasserarme und -reiche Gebiete, wie Wüsten und Regenwälder, besprochen werden.
Die Ergebnisse können auf einer Tafel oder einem digitalen Whiteboard dokumentiert werden.

Variante

Wenn eine große Weltkarte vorhanden ist, können die Schüler:innen verschiedenfarbige Markierungen auf die Karte kleben, bspw. blaue und
weiße für Wasser in flüssiger und fester Form sowie grüne und gelbe für wasserreiche und wasserarme Regionen.

Auswertung

Die Lehrer:innen und Schüler:innen teilen ihren Kenntnisstand zu Begriffen rund ums Wasser, der Verteilung von Wasser auf unserer Welt und zu seinen Aggregatzuständen. Viele der genannten Begriffe werden in den anschließenden
Arbeitsphasen hilfreich sein.
Die Schüler:innen können nun klar die einzelnen Erscheinungsformen von Wasser (fest, flüssig und gasförmig) sowie deren Übergänge unterscheiden und zuordnen. Sie erkennen, dass sich seine Ausdehnung (Dichte) abhängig vom jeweiligen Zustand des Wassers ändert und dennoch nichts von der Gesamtmenge verloren geht.
Um die Wasserverteilung auf der Erde zu veranschaulichen, kann folgende Präsentation durchgeführt werden:
Ein Zehn-Liter-Eimer stellt die gesamte Menge Wasser auf der Welt dar. Ein Glas (0,25 Liter) entspricht im Verhältnis dazu dem Süßwasser, der Rest ist Salzwasser. In einem Glas sollten circa 180 Milliliter gefroren (als Eiswürfel) gezeigt werden. Die übrigen 70 Milliliter sind flüssig, sie repräsentieren das Grundwasser. Circa ein Milliliter davon, der mit einem Teelöffel abgenommen werden kann, steht für die Seen und Flüsse.

Handlungsoptionen

Die Schüler:innen können nachvollziehen, dass Wasser nicht künstlich hergestellt werden kann, daher als Ressource geschützt werden muss und ein nachhaltiger Umgang mit Wasser wichtig ist.

Informatives

Wassermoleküle: Wasser (Formel: H²O) ist eine Verbindung aus Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, mit dem (ähnlich wie die Form eines Dreiecks) zwei Wasserstoffatome
verbunden sind.
Die einzelnen Moleküle untereinander gehen ihre Verbindungen über sogenannte Wasserstoffbrücken (wie schwache Magnete) ein.

Im festen Zustand sind Volumen und Form des Wassers festgelegt. Am Gefrierpunkt (0°C) ordnen sich Wassermoleküle zu einer sechseckigen Struktur an, es bilden sich Eiskristalle. Durch Wasserstoffbrücken sind sie fest verbunden und können sich nicht mehr bewegen.
Im flüssigen Zustand ist das Volumen des Wassers festgelegt, seine Form allerdings veränderbar. Es wird ständig ein neues Netzwerk von Wasserstoffbrücken zwischen den einzelnen Wassermolekülen gebildet. Diese Verbindungen lösen sich innerhalb von einem Millionstel einer Millionstelsekunde (Pikosekunde).
Im gasförmigen Zustand sind sowohl das Volumen als auch die Form des Wassers veränderbar. Die Wassermoleküle sind nicht mehr durch Wasserstoffbrücken verbunden. Deshalb können sich die einzelnen Wassermoleküle frei im Raum bewegen und ausbreiten.

Wasservorkommen auf der Erde: 1.400 Millionen Kubikkilometer (km³) Wasser gibt es auf der Erde. Davon sind 97,5 Prozent (1.351 Millionen km³) Salzwasser, das sind die Ozeane, Meere und Salzseen. Von den übrigen circa 2,5 Prozent Süßwasser (35 Millionen km³) sind ungefähr zwei Drittel in Form von Eis gebunden, und zwar als Polargebiete, Gletscher, Schneegebiete und Permafrostböden. Der größte Teil des Eises, circa 70 Prozent, liegt in der Antarktis.

Das übrige Drittel Süßwasser ist fast ausschließlich in Form von Grundwasser im Boden zu finden. Lediglich 135.000 km³ Wasser sind an der Oberfläche in Form von Flüssen, Seen, Biomasse sowie Boden- und Luftfeuchte verfügbar.

Durch Verdunstung der großen Salzwasservorkommen wird der Süßwasservorrat immer wieder aufgefüllt (z. B. mittels Regen). Im Zuge des Klimawandels kann sich das Wasservorkommen auf der Erde verschieben. Die Gesamtmenge bleibt dabei allerdings stets gleich, es kommt weder Wasser dazu, noch geht welches verloren.