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Versuche

Viskosität der Alkane

Zielsetzung

  • Mit diesem Experiment kannst du herausfinden, wie die Viskosität, also die Zähflüssigkeit, der Alkane mit ihrer Kettenlänge zusammenhängt.

Hinweise zum Experiment

Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im LaborDie Durchführung des Experiments erfordert eine Gefährdungsbeurteilung durch die Lehrkraft.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 1 Versuchsmaterial

Material

  • 3 Reagenzgläser
  • Reagenzglasständer
  • Trichter
  • 10 ml Messpipetten mit Peleusball
  • Stoppuhr/Handy mit Stoppuhrfunktion

Chemikalien

  • n-Heptan
  • Paraffinöl
  • Petroleum
     
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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
n-Heptan \(\ce {C7H16} \)
GHS02 - Entzündlich GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS08 - Systemische Gesundheitsgefährdungen GHS09 - Umweltgefährlich
H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315: Verursacht Hautreizungen. H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P240: Behälter und zu befüllende Anlage erden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P302+P352: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403+P233: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Paraffinöl \(\ce {CnH2n+2} \)
GHS08 - Systemische Gesundheitsgefährdungen
H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein.
P301+P310+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. KEIN Erbrechen herbeiführen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Petroleum \(\ce {C10H22}\) bis \(\ce{C16H34}\)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS08 - Systemische Gesundheitsgefährdungen GHS09 - Umweltgefährlich
H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315: Verursacht Hautreizungen. H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H411: Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.
P102: Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P310: BEI VERSCHLUCKEN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. P331: KEIN Erbrechen herbeiführen.
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n-Heptan
\(\ce {C7H16} \)
GHS02 - Entzündlich GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS08 - Systemische Gesundheitsgefährdungen GHS09 - Umweltgefährlich
H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315: Verursacht Hautreizungen. H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P240: Behälter und zu befüllende Anlage erden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P302+P352: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser und Seife waschen. P403+P233: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten.
Paraffinöl
\(\ce {CnH2n+2} \)
GHS08 - Systemische Gesundheitsgefährdungen
H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein.
P301+P310+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. KEIN Erbrechen herbeiführen.
Petroleum
\(\ce {C10H22}\) bis \(\ce{C16H34}\)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS08 - Systemische Gesundheitsgefährdungen GHS09 - Umweltgefährlich
H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H315: Verursacht Hautreizungen. H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H411: Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.
P102: Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P310: BEI VERSCHLUCKEN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. P331: KEIN Erbrechen herbeiführen.
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch \ made with chemix.org
Abb. 2 Versuchsaufbau

Versuchsaufbau/Durchführung

  1. Stelle drei Reagenzgläser in dem Reagenzglasständer bereit.
  2. Befülle die Reagenzgläser nun ca. zu \(\ce {3/4}\) mit 
    1. n-Heptan
    2. Paraffinöl
    3. Petroleum
  3. Ziehe mit der Messpipette nun 10 ml n-Heptan aus dem ersten Reagenzglas auf.
  4. Lege die Stoppuhr bzw. das Handy mit der Stoppuhrfunktion bereit.
  5. Halte die Pipette über das zugehörige Reagenzglas, entferne den Peleusball und miss die Zeit bis die Pipette vollständig entleert ist (Abb. 2). 
  6. Wiederhole den Versuch mit Paraffinöl und Petroleum.
Aufgabe
Aufgabe

Was meinst du, welcher Stoff läuft am schnellsten aus der Pipette heraus? Notiere deine Vermutung und führe anschließend das Experiment durch.

Lösung

Beobachtung 

Es dauert ca. 9 Sekunden bis das Heptan aus der Pipette gelaufen ist. Petroleum läuft etwas langsamer aus der Pipette, sodass diese nach 12 Sekunden entleert ist. Am längsten braucht das Paraffinöl, um aus der Pipette herauszulaufen. Bei diesem dauert es über 4 Minuten bis die Pipette leer ist.

Ergebnis 

Die Viskosität, also die Zähflüssigkeit der Lösungen, ist abhängig von der Kettenlänge.

Mit sieben Kohlenstoffatomen hat Heptan die kürzeste Kohlenwasserstoffkette, gefolgt vom Petroleum, welches ein Gemisch von Alkanen mit einer Kettenlänge von 10-16 Kohlenstoffatomen ist. Die längsten Kohlenwasserstoffketten sind im Paraffinöl zu finden. Das Paraffinöl ist ein Gemisch aus Alkanen mit einer Kettelänge von 18-32 Kohlenstoffatomen. 

Je länger die Kohlenwasserstoffketten sind, desto größer ist die Viskosität. Denn mit steigender Kettenlänge können sich mehr London-Dispersions-Wechselwirkungen ausbilden, weil die längere Kette eine größere Kontaktfläche hat als eine kleinere Kette. Aus diesem Grund sind die Kohlenwasserstoffketten, aus denen das Paraffinöl besteht, stärker miteinander verbunden als beispielsweise die des Heptans. Deshalb kannst du beobachten, dass Paraffinöl viel länger braucht, um aus der Pipette herauszufließen als Heptan.

Zusammengefasst können wir festhalten: Alkane mit längeren Kohlenwasserstoffketten sind aufgrund der sich ausbildenden London-Dispersions-Wechselwirkungen viskoser als Alkane mit kürzeren Ketten.