|
Zeitbedarf: |
60 Minuten. |
|
Ziel: |
F:
Dichte und Mischbarkeit verschiedener Flüssigkeiten.
E: Dichteänderung bei verschiedenen Temperaturen und Konvektion (Prinzip einer Lavalampe) |
|
Material: |
|
|
|
Chemikalien: |
- Speiseöl (farbintensive Öle, wie Rapsöl, sind
besonders gut geeignet)
|
|
|
|
 |
|
Durchführung 1: |
Becherglas zu
einem Drittel mit Wasser füllen. Speiseöl zugeben, sodass sich eine
Ölkugel bildet. Anschließend solange vorsichtig Isopropanol zugeben, bis
die Ölkugel in der Mitte des Becherglases schwebt. Durch weiteres
Zugeben von Wasser bzw. Isopropanol kann die Ölkugel nach oben bzw. unten
verschoben werden. |
|
Beobachtung: |
Bei Zugabe
von Öl in Wasser bilden sich Öltröpfchen, die sich schließlich zu einer
Ölkugel vereinigen. Zunächst schwebt die Ölkugel an der
Wasseroberfläche. Bei der Zugabe von Isopropanol sinkt sie langsam in
Richtung Boden ab. Je mehr Isopropanol zugegeben wird, desto weiter nach
unten sinkt die Kugel. |
|
Auswertung: |
Die Ölkugel
tariert sich etwa in der Mitte aus, wenn ein Wasser:Isopropanol-Verhältnis von etwa 60:40 (abhängig
vom verwendeten Speiseöl, hier: Raps) eingestellt ist. |
|
Deutung: |
Wasser und Öl
sind nicht mischbar, es ergeben sich zwei Phasen. Öl hat eine geringere
Dichte als Wasser und schwimmt daher oben auf. Isopropanol ist mit
Wasser mischbar. Durch die Zugabe von Isopropanol (ρ=0,786 g/cm3)
sinkt die Dichte der Wasser-Isopropanol-Phase, die Öl-Kugel sinkt. |
|
Durchführung 2: |
Weiter
vorsichtig Isopropanol zugeben, bis die Öl-Kugel ganz knapp über dem
Glasboden schwebt (Erfahrung: ca. Öl:Wasser=50:50). Anschließend auf der
Heizplatte auf ca. 50°C erhitzen. |
|
Beobachtung: |
Mit
steigender Temperatur steigen einzelne Öl-Blasen nach oben. Je höher die
Temperatur, desto weiter nach oben steigen die Blasen. Ist die
Temperatur von 50°C erreicht, erreichen sie die Oberfläche. Nach kurzer
Zeit sinken die Blasen wieder auf den Boden (Prinzip Lavalampe). Wird
weiter erhitzt, beginnt die Lösung zu sieden und die Blasen bewegen sich
unkontrolliert durch die ganze Lösung. |
| |
 |
|
Deutung: |
Die Öl- und
die Wasser-Isopropanol-Phase unterscheiden sich geringfügig bezüglich
ihrer Dichte. Die Lösung ist so eingestellt, dass die Dichte des Öls
knapp über der der Lösung liegt. Die Lösung wird unten von der
Heizplatte erwärmt. Es ergibt sich ein Wärmegradient, da die Lösung an
der Oberfläche kälter ist, als am Glasboden. Die Dichten von Öl und der
Wasser-Isopropanol-Lösung verändern sich bei Wärmezufuhr unterschiedlich
stark. Am Glasboden werden Öl und Lösung erwärmt, die Dichte des Öls ist
bei dieser Temperatur geringer als die der Lösung und das Öl steigt auf.
An der Oberfläche kühlt beides wieder ab, die Dichte des Öls ist wieder
höher als die der Lösung und es sinkt. Siedet die Lösung, geht auch der
Temperaturgradient größtenteils verloren. |
|
Entsorgung: |
B3 |
|
Quelle: |
http://www.kids-and-science.de/experimente-fuer-kinder/detailansicht/datum/2009/08/11/eine-schwebende-oelkugel-in-wasser-und-brennspiritus.html
(abgerufen am 22.01.2018) |
|
Hintergrund: |
Funktionsprinzip Lavalampe: zwei nichtmischbare Flüssigkeiten ähnlicher
Dichte, aber mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient werden
durch eine Hitzequelle (Glühlampe) in Bewegung versetzt. Nebeneffekt der
Glühlampe: Beleuchten der meist eingefärbten Flüssigkeiten. |
|
Did. Hinweise: |
Das Einfärben
einer der Phasen hat weder mit Paprikapulver, noch Sudanrot, noch Tinte
funktioniert. Dabei wurden die Dichten so abgeändert, dass der Effekt
weniger klar zu erkennen war. Der Effekt ist aber auch mit ungefärbten
Phasen gut erkennbar. |
