Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Vom Erz zum Metall/Die Elemente in der Antike und Flächeninhalt eines Rechtecks - Aufgaben: Unterschied zwischen den Seiten

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<metakeywords>ZUM2Edutags,Chemie-digital,Chemie,Elemente,Alchemie,Alchemist,Phosphor, Henning Brand,Video,Quiz,Geschichte</metakeywords>
__NOTOC__
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">


Chemie, chemische Reaktionen und das Herstellen von neuen Stoff ist für euch schon so selbstverständlich, dass es schwer nachvollziehbar ist, welche Leistungen die ersten Chemiker bzw. Alchemisten vollbracht haben. Daher zunächst einmal ein kleiner Einblick in die Zeit, als Chemie erst dabei war eine '''Naturwissenschaft''' zu werden.


<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
<tr><td  width="800px" valign="top">
==<span style="background:yellow">Färbe alle Rechtecke mit GeoGebra gelb</span>==
[[Datei:Wimmelbild.jpg|300px|right]]
<div style="margin:0px; margin-right:90px; border:thick double yellow; padding: 1em 1em 1em 1em; background-color:white;  width:50%; align:center; ">
<span style="color:#000000">'''Arbeitsauftrag:'''</span>
*Klicke auf den Button "Öffnen GeoGebra"
*Färbe alle Rechtecke gelb
:(Rechte Maustaste: Eigenschaften: Farbe)
*Wie viele Rechtecke hast du gefunden?
:Lösung: {{versteckt|
:Es gibt zwei Rechtecke
[[Datei:Wimmelbild Lösung.jpg|400px|left]]
}}
</div>


== Einstieg: Von der Philosophie zur Alchemie ==
<ggb_applet height="50" width="150" type="button" filename="Wimmelbild.ggb" />
Mehr als ein Jahrtausend hindurch meinten die Philosophen, die Erde  bestünde aus vier Elementen: dem trockenen und warmen '''Feuer''', der warmen  und feuchten '''Erde''', dem feuchten und kalten '''Wasser''' und der kalten und  trockenen '''Luft'''. [[Datei:ElementeAlchemisten.svg|Elementsymbole der Alchemisten 1 = Zinn, 2 = Blei, 3 = Gold, 4 = Schwefel, 5 = Quecksilber, 6 = Silber, 7 = Eisen|right|200px]]  Es wurden außerdem Symbole verwendet, mit denen die Elemente dargestellt wurden. Viele Jahrhunderte gab es keine Diskussionen über diese Vorstellung. Die Chemie in der Antike bestand im angesammelten praktischen Wissen über Stoffumwandlungsprozesse und den naturphilosophischen Anschauungen der Antike.
</td></tr></table></center>
</div>


Erst im frühen Mittelalter entwickelten die {{wpde|Alchemie|Alchemisten}} eine Art nur von ihnen zu lesende Geheimsprache und Geheimschrift. Die von damals bekannten Symbole zeigen auch, welche Elemente damals schon bekannt waren.
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">


Man geht davon aus, dass vor dem 18. Jahrhundert nur die folgenden 15 Elemente bekannt waren:
* '''Metalle'''
:: wie '''Eisen''', '''Kupfer''', '''Blei''', '''Bismut''', '''Arsen''', '''Zink''', '''Zinn''', '''Antimon''', '''Platin''', '''Silber''', '''Quecksilber''' und '''Gold'''
* '''Nichtmetalle'''
:: wie '''Kohlenstoff''', '''Schwefel''' und '''Phosphor'''.
[[Bild:Hennig Brand (Joseph Wright).jpeg|right|200px]]Die Alchemisten beschäftigten sich sowohl mit der Veredlung der Metalle (Herstellung von Gold  aus anderen unedlen Metallen) als auch mit der Suche nach Arzneimitteln  bzw. einem Allheilmittel für Krankheiten. Insbesondere für die  Herstellung von Gold suchten die Alchemisten nach einem Elixier (Philosophen-Stein, Stein der Weisen),  das die unedlen („kranken“) Metalle in edle („gesunde“) Metalle  umwandeln sollte. Im medizinischen Zweig der Alchemie wurde ebenfalls  nach einem Elixier gesucht, dem Lebenselixier, ein Heilmittel für alle  Krankheiten, das schließlich auch Unsterblichkeit verleihen würde. Kein  Alchimist hat allerdings je den Stein der Weisen oder das Lebenselixier  entdeckt.


Bis zum Ende des 16. Jahrhunderts basierte die Vorstellungswelt der  Alchemisten in der Regel nicht auf wissenschaftlichen Untersuchungen,  sondern auf Erfahrungstatsachen und empirischen Rezepten. Alchemisten  führten eine große Auswahl Experimente mit vielen Substanzen durch, um ihre Ziele zu erreichen. Sie notierten ihre Entdeckungen und verwendeten  für ihre Aufzeichnungen die gleichen Symbole, wie sie auch in der Astrologie üblich waren. Die mysteriöse Art ihrer Tätigkeit und die dabei oftmals fabrizierten farbigen Flammen, Rauch oder Explosionen führten dazu, dass sie als Magier und Hexer bekannt und teilweise verfolgt wurden. Für ihre Experimente entwickelten die Alchemisten die gleichen Apparaturen, wie sie heute noch in der chemischen Verfahrenstechnik verwendet werden.
<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
Die Chemie in der Neuzeit erhielt als Wissenschaft entscheidende Impulse im 18. und 19. Jahrhundert: Sie wurde auf die Basis von Messvorgängen und Experimenten gestellt – den Gebrauch der Waage sowie die Beweisbarkeit von Hypothesen und Theorien über Stoffe und Stoffumwandlungen.
<tr><td width="800px" valign="top">


Die meisten Elemente wurden im 19. Jahrhundert entdeckt und  wissenschaftlich beschrieben. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren nur  noch zehn der natürlichen Elemente unbekannt. Seither wurden vor allem  schwer zugängliche, oftmals radioaktive Elemente dargestellt. Viele dieser Elemente kommen nicht in der Natur vor und sind das Produkt von künstlichen Kernverschmelzungsprozessen.
== Wie kann man den Flächeninhalt bestimmen?==
#[http://www.elsy.at/eseq/sruf.php?id=254&lang= Betrachte diese animierte Übung]


== Frage: Warum waren nur so wenig Elemente bekannt? ==
#Verändere die Schieberegler a und b und bestimme die Fläche der entstandenen Rechtecke:
:<ggb_applet height="500" width="730" showResetIcon="true" filename="Rechteck_flaeche.ggb" />


''Die Frage lässt sich leicht klären:''
</td></tr></table></center>
</div>


Da  die Alchemisten die Begriffe Verbindungen und Elemente nicht kannten,  wurde alles als Stoff betrachtet.  Chemische Reaktionen und Synthesen  oder wurden nicht systematisch durchgeführt, sondern waren Folge von  "Herumexperimentieren". Man konnte einfach nicht zwischen Verbindungen und Elementen unterscheiden und so fand auch keine gezielte Suche nach Elemente statt.
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">


{{AufgabeNr|1|2=Schaut euch einen Ausschnitt aus dem Film '''Faszination Chemie (Teil 1 von 3)'''  an, der sich mit den Anfängen der Chemie beschäftigt. Es wird u.a.  gezeigt, wie der Chemiker Henning Brand versuchte, aus Urin Gold zu  gewinnen. Das Bild rechts oben soll Brand bei seiner Entdeckung zeigen.}}


=== Beispiele für Elemente, die seit der Antike bekannte sind ===
<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
'''Bis auf das Phosphor''' sind alle im Mittelalter bekannten Elemente in der Natur rein vorkommend, was man auch '''gediegen''' nennt.  Dazu ein paar Bilder aus dem Wikipedia-Bildarchiv, die einige der damals bekannten Elemente in ihrem natürlichen Vorkommen zeigen. Ergänzende Bild-Beschriftungen bekommt ihr, wenn ihr den Mauszeiger über das Bild haltet:
<tr><td  width="800px" valign="top">


== Wir merken uns==


{| border = "0"
[[File:Prostokat-rectangle.svg|100px|left]]
|-
{|  
|style="width:50%"| '''Schwefel'''  kommt natürlich in Form von Kristallen vor, kann aber auch in der Nähe  von Vulkanen gefunden werden. Es gibt riesige unterirdische  Ansammlungen, die in großem Umfang abgebaut werden. Weitere Bilder gibt es im Wikipedia-Artikel zu  {{wpde|Schwefel#Schwefel_als_Mineral|Schwefel}}.
|----
! align="left" | <big>Flächeninhalt</big>
| <math>A \, = \, a \cdot b</math>
|----
! align="left" | <big>Umfang</big>
| <math>U \, = \, 2 \cdot a + 2 \cdot b = 2 \cdot (a + b)</math>


<small>Bilder zum Abbau an Vulkanen: [http://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/schwefel-abbau-der-schatz-des-vulkans-1.456605][http://vulkane.net/blogmobil/?tag=schwefelabbau] und Schema zur industrielle Gewinnung von unterirdischen Schwefel-Lagerstätten. [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/Frasch_Bohrkopf.svg/220px-Frasch_Bohrkopf.svg.png]</small>
||<center>[[Bild:Sulpherous_Fumeroles.jpg|200px|Schwefel an einer Fumerole]]&nbsp;[[Bild:Sulfur_-_Streak_color.JPG|190px|Schwefelkristall]]</center>
|-
| <center>[[Bild:Diamond-39513.jpg|200px|Diamant aus Südafrika]] [[Bild:Graphite (very pure) - Ceylon.jpg|180px|Sehr reines Graphit aus Ceylon]]</center>
|| '''Kohlenstoff''' tritt natürlich in zwei unterschiedlichen Formen (sogenannte '''Modifikationen''') auf, obwohl beide nur aus Kohlenstoff-Atomen bestehen. Als '''Diamant''' und als '''Graphit'''. Sie unterscheiden sich nur in der Anordnung und der Verknüpfung der einzelnen Atome.
|-
|  '''Kupfer''', das in der Natur relativ selten gediegen vorkommt, ist als  Mineral anerkannt. Es kommt gediegen entweder in Form von  „kupferroten“, metallisch glänzenden '''Nuggets''' (aus der Schmelze erstarrt)  oder in verzweigten Strukturen, so genannten '''Dendriten''', vor.
|| <center>[[Datei:Copper.jpg|152px|Kupfernugget]] [[Datei:Copper-20862.jpg|200px|Dendriten aus gediegenem Kupfer]]</center>
|-
| <center>[[Datei:Mercure natif 3(Espagne).jpg|220px|Quecksilberperle auf dem Quecksilber-Mineral Cinnabarit]]</center>
|| '''Quecksilber'''  kommt in reiner Form in der Natur vor und ist als einzige flüssige  Substanz aus Tradition als Mineral anerkannt. Meist findet man es als  Mineral in Form von Zinnober (HgS) in Gebieten mit ehemaliger  vulkanischer Aktivität. Seltener kommt Quecksilber auch gediegen vor.
|-
|| Im Gegensatz zu den meisten anderen Metallen kommt Gold meist gediegen vor. Direkt sichtbares '''Gold''', sogenanntes „Freigold“ in Form von '''Nuggets''' oder '''Goldstaub''' ist eine Rarität. Das meiste Gold in  den Vorkommen liegt in kleinsten Partikelchen im umgebenden Gestein  fein verteilt vor und entgeht somit den Versuchen, es mit einfachen  Verfahren zu sammeln.
| <center>[[Datei:Silberreiches Freigold (blechförmig) - Verespatak, Rumänien.jpg|200px|Silberreiches, blechförmiges Freigold]]</center>
|-
| <center>[[Datei:Calcite-Silver-art-08c.jpg|170px|Silberlocken]]</center>
|| Das meiste '''Silber''' wird aber aus Silbererzen gewonnen, die oft zusammen mit Blei-, Kupfer-  und Zinkerzen als Sulfide oder Oxide vorkommen. Gediegen kommt es in  vielfältiger Form vor: als Blech, Dräht, Körner, Locken, Kristalle und dendritisch als Bäumchen bzw.`Fischgrätensilber`
|-
| '''Arsen''' kommt praktisch überall im Boden in geringen Konzentrationen von bis zu 10 ppm vor. Als sogenannter '''Scherbenkobald''' kommt es in der Natur auch gediegen vor.
|| <center>[[Datei:Arsen gediegen - St. Andreasberg, Harz.JPG|200px|Gediegenes Arsen in nierig-traubiger Ausbildung]]</center>
|}
|}


=== Zusammenfassung einiger geschichtlicher Daten zu den Elementen ===
</td></tr></table></center>
* Von den Elementen im heutigen Sinne waren '''in der Antike''' nur wenige in Reinform bekannt, die entweder gediegen vorkamen oder aus Erz geschmolzen werden konnten: Kohlenstoff, Schwefel, Eisen, Kupfer, Zink, Silber, Zinn, Gold, Quecksilber und Blei. Im Laufe der '''mittelalterlichen Bergbaugeschichte''' wurden dann, vor allem im Erzgebirge, in Erzen geringe Mengen an Beimengungen unbekannter Metalle entdeckt und nach Berggeistern benannt (Cobalt, Nickel, Wolfram)
</div>
* '''1661''' definierte {{wpde|Robert_Boyle|Robert Boyle}}  '''ein chemisches Element'''  als einen Reinstoff, der mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegt  werden kann und verwendete somit den  Begriff ganz anders als zuvor die Vier-Elemente-Lehre (Feuer, Wasser, Luft und Erde).
 
* '''1669''' läutet die Entdeckung des Phosphors durch {{wpde|Hennig_Brand|Hennig Brand}} schließlich das Zeitalter der Entdeckung der meisten Elemente ein.
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">
* '''1807''' nutze {{wpde|Humphry Davy|Humphry Davy}} als erster elektrischen Strom, den er aus einer {{wpde|Voltasche_Säule|Voltaschen Säule}} gewann, um Natrium und Kalium als neue chemische Elemente gewinnen.
* '''1940''' wurden die ersten echten künstliche Elemente hergestellt, das Neptunium und das Plutonium.


== Frage: Woher haben die Elemente ihre Namen? ==
Eine sehr ausführliche Auflistung, woher die Elemente ihre Namen haben, findet ihr auf der Wikipedia-Seite {{Wpde|Etymologische_Liste_der_chemischen_Elemente|Etymologische Liste der chemischen Elemente}}.


'''Zusammengefasst:'''
<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
<tr><td  width="800px" valign="top">
== Was stimmt hier nicht? ==


Viele Elementnamen leiten sich von '''Eigenschaften''' ab. Vor allem bei den Namen der alten Elemente ist das der Fall:
Nora und Paul besichtigen die neue Wohnung, in die sie umziehen wollen.  
* '''Gold''' (von indogermanisch ghel: glänzend, (gelb))
* '''Quecksilber''' bedeutet ursprünglich „lebendiges Silber“ (althochdeutsch ''quecsilbar'' zu germanisch ''kwikw'' = lebendig)
* '''Helium''' (vom altgriechischen Wort ἥλιος (hélios) = Sonne) wurde aufgrund seiner Spektrallinien im Licht der Sonne nachgewiesen.
* '''Radium''' (von lat. radius = Strahl), wegen seiner Radioaktivität


Paul misst die beiden Kinderzimmer aus: Das erste ist 5 m lang und 4 m breit, das zweite 6 m lang und 3 m breit.


Der '''Herkunftsort''', wo ein Element zuerst gefunden, wird auch häufig genutzt:
Nora sagt: "Beide Zimmer sind gleich groß, denn 5 plus 4 ist 9 und 6 plus 3 ist auch 9."
* '''Ytterbium''' und '''Yttrium''' haben ihren Namen von Ytterby, einer Grube auf einer Schäreninsel nördlich von Stockholm.


Was meinst du? Fertigt für eure Lösung im Heft eine Skizze an.
</td></tr></table></center>
</div>


Oder ein Mineral aus dem das Element zuerst gewonnen wurde:
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">
* '''Beryllium''' vom Beryll, einem Edelstein, der Beryllium enthält.




Manchmal wird ein Element auch nach dem Finder genannt:
<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
* '''Gadolinium''' wurde nach dem Entdecker des Minerals Gadolinit, dem finnischen Chemiker Johan Gadolin, benannt.
<tr><td  width="800px" valign="top">
==Wie groß ist die gelbe Fläche?==
<quiz display="simple">


{ <span style="background:yellow">Wie groß ist die gelbe Fläche?</span> [[Bild:Zusammengesetzte_Figur_Kropatschewa.jpg|400px]]}


Zuletzt werden Elemente vor allem '''ehrenhalber''' benannt, zum Beispiel '''nach Personen oder Orten und Ländern'''. Dabei haben die Finder der Elemente die Möglichkeit zu wählen und verwenden deshalb meisten Namen, die aus ihrem Land stammen.
- 20 m²
* '''Galium''' ist benannt nach Gallien, dem lateinischen Namen für Frankreich.
- 19 m²
* '''Germanium''' (von lat. Germania „Deutschland“), dem Vaterland des Entdeckers Clemens Winkler
+ 19,6 m²
* '''Hassium''' leitet sich vom lateinischen Namen Hassia für das Bundesland Hessen ab.
- 18,6 m²
* '''Curium''' wurde nach den Forschern Marie Curie und Pierre Curie benannt.
* '''Einsteinium ''' wurde zu Ehren Albert Einsteins benannt.


</quiz>
</td></tr></table></center>
</div>


{{Vorlage:SelbstKontrolle|Elementen  in der Antike|Wenn du die Seite gut genug durchgelesen hast, solltest du einen  kleinen Eindruck bekommen haben, wie es in der Chemie früher war. Um  dich zu testen, bearbeite bitte den folgenden Multiple-Choice-Test. '''Es kann übrigens eine beliebige Anzahl an Fragen richtig sein!'''''
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">


<popup name="Quiz">
<div class="multiplechoice-quiz">
'''Was bedeutet "gediegen"?''' (!Besonders teuer) (Als Element vorkommend) (!Ein reines Metall)


'''Wie nannte man die "alten" Chemiker?''' (!Senior-Chemist) (!Alchemiker) (Alchemisten)
<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
<tr><td  width="800px" valign="top">
== Fußballfeld der Allianz Arena ==
[[Bild:Allianzarenapano.jpg|750px|center]]


'''Welches neue Hilfsmittel nutzte Boyle um Kalium herzustellen?''' (!Die Watt'sche Dampfmaschine) (!Den Fermi'schen Reaktor) (Die Volta'sche Säule)


'''Wie nennt man natürlich vorkommende Metallstücke, die aus der Schmelze erstarrt sind'''? (!Dendrit) (Nugget) (!Locke)
#Schätze die Größe des Feldes.
#Suche dir nun die entsprechenden Maße im Internet und berechne die Fläche des Fußballfeldes genau.
#Die Größe eines Rasenstücke vom Typ "Powerrasen" beträgt: 2 m x 10 m. Wie viele Rasenstücke wurden etwa verlegt?  


'''Welches ist das einzige flüssige Mineral?''' (Quecksilber) (!Arsen) (!Phosphor)


'''Wann wurde der Begriff "Element" richtig definiert?''' (Im 17. Jahrhundert) (!Im 18. Jahrhundert) (!Im 19. Jahrhundert)
<popup name="Lösung">
1. ungefähr 8000 m<sup>2</sup>


'''Welche "Zeit" gab es nicht?''' (!Bronze-Zeit) (Silber-Zeit) (!Eisen-Zeit)
2. '''netto''' (Fußballfeld): 68 m x 105 m = 7140 m<sup>2</sup>; '''brutto''' (gesamte Rasenfläche): 72 m x 111 m = 7992 m<sup>2</sup>


'''Woher haben die Elemente ihre Namen?''' (Ehrenhalber) (Nach dem Fundort) (Aufgrund ihrer Eigenschaften)
3. 8000m<sup>2</sup> : 20 m<sup>2</sup> = 400


'''Was ist kein Element?''' (!Silicium) (Kaliumoxid) (!Einsteinium)
 
</popup>
 
</td></tr></table></center>
</div>
</div>
</popup>}}


[[Kategorie:Elemente]]
<div style="padding:1px;background:#CCCCCC;border:0px groove;">
[[Kategorie:Periodensystem der Elemente]]
 
[[Kategorie:Geschichte der Chemie]]
 
[[Kategorie:Eisen]]
<center><table border="0" width="800px" cellpadding=5 cellspacing=15>
[[Kategorie:Kupfer]]
<tr><td  width="800px" valign="top">
[[Kategorie:Metalle]]
==Oberfläche des Würfels ==
[[Kategorie:Aufgaben]]
[[Bild:Viereck7.jpg|400px|right]]
[[Kategorie:Video]]
#Wie groß ist die Oberfläche eines Würfels mit der Kantenlänge 1 cm.
[[Kategorie:Phosphor]]
#Wie groß ist die Oberfläche wenn man die Kantenlänge verdoppelt?
[[Kategorie:Atomsymbol]]
#Weißt du auch, wie lange alle Kanten zusammen sind?
[[Kategorie:MC-Test]]
<popup name="Lösung">
1. 6cm<sup>2</sup>
 
2. 24cm<sup>2</sup>
 
3. 12 cm
 
</popup>
 
</td></tr></table></center>
 
 
 
</div>

Version vom 16. Juni 2013, 23:54 Uhr


Färbe alle Rechtecke mit GeoGebra gelb

Wimmelbild.jpg

Arbeitsauftrag:

  • Klicke auf den Button "Öffnen GeoGebra"
  • Färbe alle Rechtecke gelb
(Rechte Maustaste: Eigenschaften: Farbe)
  • Wie viele Rechtecke hast du gefunden?
Lösung: Vorlage:Versteckt
GeoGebra


Wie kann man den Flächeninhalt bestimmen?

  1. Betrachte diese animierte Übung
  1. Verändere die Schieberegler a und b und bestimme die Fläche der entstandenen Rechtecke:
GeoGebra


Wir merken uns

Prostokat-rectangle.svg
Flächeninhalt
Umfang


Was stimmt hier nicht?

Nora und Paul besichtigen die neue Wohnung, in die sie umziehen wollen.

Paul misst die beiden Kinderzimmer aus: Das erste ist 5 m lang und 4 m breit, das zweite 6 m lang und 3 m breit.

Nora sagt: "Beide Zimmer sind gleich groß, denn 5 plus 4 ist 9 und 6 plus 3 ist auch 9."

Was meinst du? Fertigt für eure Lösung im Heft eine Skizze an.


Wie groß ist die gelbe Fläche?

Wie groß ist die gelbe Fläche? Zusammengesetzte Figur Kropatschewa.jpg

20 m²
19 m²
19,6 m²
18,6 m²


Fußballfeld der Allianz Arena

Allianzarenapano.jpg


  1. Schätze die Größe des Feldes.
  2. Suche dir nun die entsprechenden Maße im Internet und berechne die Fläche des Fußballfeldes genau.
  3. Die Größe eines Rasenstücke vom Typ "Powerrasen" beträgt: 2 m x 10 m. Wie viele Rasenstücke wurden etwa verlegt?


<popup name="Lösung"> 1. ungefähr 8000 m2

2. netto (Fußballfeld): 68 m x 105 m = 7140 m2; brutto (gesamte Rasenfläche): 72 m x 111 m = 7992 m2

3. 8000m2 : 20 m2 = 400


</popup>


Oberfläche des Würfels

Viereck7.jpg
  1. Wie groß ist die Oberfläche eines Würfels mit der Kantenlänge 1 cm.
  2. Wie groß ist die Oberfläche wenn man die Kantenlänge verdoppelt?
  3. Weißt du auch, wie lange alle Kanten zusammen sind?

<popup name="Lösung"> 1. 6cm2

2. 24cm2

3. 12 cm

</popup>