Experimente für den Chemieunterricht

Lösungsverhalten in Abhängigkeit von der Temperatur

Lehrer

Zeitbedarf:

30-45 Minuten (+ 30min Wartezeit).

Ziel:

Lösungsenthalpie, RGT-Regel

Material:

	Erlenmeyerkolben 250ml
	Bürette 50ml
	Vollpipette 10ml
	Heizrührer
	Kristallisierschale ca. 250ml
	Waage 0,0g
	Pulverspatel 8mm

	4 Messkolben 100ml
	Vollpipette 25 ml
	Pateurpipette mit Hütchen
	Becherglas 100ml
	Thermometer <100°C
	Magnetrührstäbchen
	Peleusball

Chemikalien:

Strontiumhydroxid

	Salzsäure w=0,1m
	Lackmuslösung

	dest. Wasser
	Eis

Durchführung:

In den Erlenmeyerkolben werden 100ml dest. Wasser gegeben und mit einem Magnetrührstäbchen versehen in der Kristallisierschale auf den Heizrührer gestellt. Anschließend werden 3g Strontiumhydroxid zugegeben, die Lösung gerührt, und mit einem Thermometer versehen. Die Kristallisierschale wird mit Eis und Wasser bis auf eine Höhe gefüllt, die der Lösung im Erlenmeyerkolben entspricht. Hat die Lösung eine Temperatur von 10°C erreicht, wird anschließend die Rührfunktion abgestellt, 10ml entnommen und in einen Messkolben gegeben. Weitere 10ml werden jeweils, wie oben beschrieben, bei 20°C, 30°C und 40°C entnommen (Heizfunktion). Die Lösungen in den Messkolben werden auf 100ml aufgefüllt und anschließend ca. 30min stehen gelassen, damit sich ungelöste Bestandteile absetzen können. Von jedem Messkolben werden nun 25ml entnommen und mit Salzsäure (Indikator: Lackmuslösung) quantitativ titriert. Mit jedem Inhalt eines Messkolbens können bis zu drei Titrationen durchgeführt werden.

Beobachtung:

Das Strontiumhydroxid löst sich auch bei 40°C nicht vollständig im Wasser, da die Menge so bemessen wurde, dass auch bei höheren Temperaturen eine gesättigte Lösung vorliegt.

Die Lösungen, die bei höheren Temperaturen entnommen wurden, benötigen mehr Salzsäure zur Neutralisation.

Die Lackmuslösung verfärbt sich gelborange (vorher: blau):

Auswertung: (Variante Oberstufe)	Um den Gehalt an Strontiumhydroxid in der Ausgangslösung zu bestimmen, müssen zunächst alle Verbrauchsvolumina für Salzsäure bei jeder Temperatur gemittelt werden. So erhält man einen V_HCL-Wert für jede Temperatur. Diese Werte müssen nun mit der Konzentraion (0,1 mol/l) multipliziert werden um die verbrauchte Stoffmenge zu erhalten: V_HCL x c_HCL = n_HCL Die Hälfte (siehe Reaktionsgleichung) dieses Wertes gibt die Stoffmenge an Strontiumhydroxid in 25ml der verdünnten Analysenlösung an. n_HCL / 2 = n_Sr(OH)2 Mit 4 multipliziert ergibt sich die Stoffmenge an Strontiumhydroxid in 100ml Analysenlösung, welche der Stoffmenge in der entnommenen Lösung entspricht. n_Sr(OH)2 x 4 = n_ges Dieser Wert ist letztlich durch das entnommene Volumen (10ml) zu teilen um die Konzentration an Strontiumhydroxid in der Lösung zum Zeitpunkt der Entnahme bei einer bestimmten Temperatur zu erhalten. n_ges / V_Sr(OH)2 = c_Sr(OH)2
Auswertung: (Variante Mittelstufe)	Zusammengefasst muss man den gemittelten Verbrauchswert an Salzsäure mit 20 multiplizieren um die Strontiumhydroxidkonzentration in mmol/l bei der entsprechenden Temperatur zu erhalten.
Deutung:	Bei erhöhter Temperatur steigt die Löslichkeit, da das Lösen von Strontiumhydroxid ein endotherner Vorgang ist, der durch erhöhte Temperatur begünstigt wird. Bei der Neutralisation reagiert Strontiumhydoxid mit Salzsäure zu dem entsprechenden Salz und Wasser: Sr(OH)₂ + 2H₃O⁺Cl^- -----> SrCl₂ + 4H₂O
Entsorgung:	Ausguss E1
Quelle:	Praxis der Naturwissenschaften - Chemie, 2004, Heft 7, S. 44
Hintergrund:	Es existieren auch Stoffe (zum Beispiel wasserfreies Calciumchlorid), die beim Lösen in Wasser selbiges erwärmen und deren Reaktion deshalb eine exotherme ist. In diesem Fall steigt die Konzentration mit der Temperatur nicht an.
Hinweis:	Strontiumhydroxid kostet ca. 40€/100g, z.B. Fa. Aldrich.

Didaktik der Chemie
Universität Bayreuth