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03.12

Experimente für den Chemieunterricht

Kohlenstoffdioxid und Wasser

L S
1

Zeitbedarf: 15 Minuten.
Kompetenz/Ziel: F: Gase lösen sich (und reagieren) in Wasser. E: Erklärung überraschender Versuchsergebnisse, Teilchenmodell des Lösevorgangs.
Material:
  • Kunststoffspritze 50mL
  • Stativ, Muffe, Klammer
  • pneumatische Wanne*
  • Reagenzglas d=30mm
  • Reagenzglasgestell
  • möglichst dünner Siliconschlauch, ca. 50cm
  • Messzylinder 500mL, Kunststoff
  • Parafilm o.ä zum Abdecken
Chemikalien:
  • 2-3 Brausetabletten aus dem Lebensmittelhandel (Größe ca. 4g)
Vorbereitung:
(Lehrer)
Zylinder ganz mit Wasser füllen, abdecken (je nach Ausführung: Parafilm oder Schliffplatte) und kopfüber in die pneumatische Wanne stellen. Darin ist nur so viel Wasser, dass der Inhalt des Zylinders noch hineinpassen würde. Standfestigkeit des Zylinders mit Stativmaterial sichern.
Vorbereitung:
(Schülervariante)
Den Zylinder wird in der Wanne  ganz mit Wasser bedecken und ganz damit füllen. Dann den Fuß  anheben, sodass die Öffnung am anderen Ende nie aus dem Wasser ragt und der Zylinder wassergefüllt bleibt. Zylinder nun mit der Klammer wie in der Skizze befestigen.
Durchführung1:
(Schüler)
Zylinder so weit anheben, dass man die Brausetablette schnell darunter schieben kann, dann schnell bis zum Boden absenken.
Beobachtung 1: Die Brausetablette entwickelt ein Gas, das aus dem Zylinder Wasser verdrängt.
Auswertung 1: Notieren Sie das Volumen des entstandenen Gases:

V1=.................ml.
Durchführung2: Schieben Sie nach dem Ablesen eine zweite Tablette in den Zylinder.
Beobachtung 2: Wie Beobachtung 1.

  

Auswertung 2: Notieren Sie das Gasvolumen jetzt:

Vg=.................mL

Berechnen Sie den Gasanteil der zweiten Brausetablette:

V2=Vg-V1=...............mL.
Deutung: V2>V1, da sich von V1 ein großer Anteil in Wasser löst. Dadurch wird eine gewisse Sättigung des Wassers mit CO2 erreicht.  Deshalb wird das gesamte erzeugte V2 erkennbar.
Aufgabe: Entspricht die Beobachtung (V2) Ihrer Voraussage? Diskutieren Sie mögliche Ursachen!
Durchführung3: Zylinder leicht neigen. Gummischlauch an die Spritze anbringen, durch die Sperrflüssigkeit ins Gas schieben und 50mL Gas entnehmen. Reagenz-glas zu etwa 1/3 mit Kalkwasser füllen und Gas aus der Spritze (Schlauch bis zum Boden einführen) durchleiten.
Beobachtung 3: Kalkwasser trübt sich.
Deutung:
  1. Beim Gas handelt es sich um Kohlendioxid CO2.
  2. V2>V1, da sich von V1 ein großer Anteil in Wasser löst, bis eine gewisse Sättigung erreicht ist. Deshalb kann das gesamte erzeugte V2 frei werden.
Entsorgung: Ausguss.
Quelle: van der Weer, W.; de Rijke, P. in ChemKon Nr. 2/1994, 83-84. Mit dieser Zielsetzung: Walter Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth.
Hintergrund:
Löslichkeiten in 100mL Wasser:
T [°C] V(Sauerstoff) V(Kohlenstoffdioxid)
4.9 mL 171 mL
20° 3.1 mL  88 mL
100° 1.7 mL   
Lit.: Römpp, Chemielexikon, 9. Aufl., Thieme, Stuttgart 1994.
Hinweise:
  1. Etwas CO2 wird durch die Wasserströmung  stets aus dem Zylinder herausgedrückt, das verfälscht das Ergebnis aber nicht maßgeblich.
  2. Reaktionsgeschwindigkeit, Löslichkeit und Gasvolumen hängen von der Temperatur ab, die aber hier kaum eine Rolle spielt: V2 wird in jedem Fall größer sein als V1.
  3. Die Löslichkeit von CO2 erhält für Schüler erst dann Bedeutung, wenn sie mit der anderer Gase verglichen wird. Bedeutsam für das Leben ist der Luftbestandteil Sauerstoff (siehe das Experiment Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser).
WWW: http://www.espere.net/Germany/water/dewatexpsolde.html Experiment zur Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit von Luft.

© Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 03.03.14

Didaktik der Chemie
Universität Bayreuth