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Versuche

Versuch Ammoniakspringbrunnen (Demonstration)

Zielsetzung

  • In diesem eindrucksvollen Versuch kannst du zum einen die Löslichkeit des Ammoniakgases und zum anderen die basische Wirkung einer Ammoniak-Lösung beobachten.

Hinweise zur Gefährdung

Dieses Experiment darf nur von Lehrpersonen durchgeführt werden!

Material

  • Gasentwickler
  • Rundkolben
  • Glaswanne (z. B. pneumatische Wanne)
  • Stativ mit Muffen und Klammern
  • 2 Stopfen (durchbohrt und nicht durchbohrt)
  • Pasteur-Pipette


Chemikalien

  • Universalindikator
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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Natrium­hydroxid \(\ce{NaOH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1
H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P308+P310: BEI Exposition oder falls betroffen: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Ammoniak, wässrige Lösung \(\ce {NH4OH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P261: Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271: Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen oder duschen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
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Natrium­hydroxid
\(\ce{NaOH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1
H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P308+P310: BEI Exposition oder falls betroffen: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen.
Ammoniak, wässrige Lösung
\(\ce {NH4OH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P261: Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271: Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen oder duschen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.

Produkte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Ammoniak, wässrige Lösung \(\ce {NH4OH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P261: Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271: Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen oder duschen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
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Ammoniak, wässrige Lösung
\(\ce {NH4OH}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P261: Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271: Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen oder duschen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.

Bildung des Ammoniak-Gases

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Christian Haberl / made with chemix.org
Abb. 1 Gasentwickler zur Herstellung von Ammoniak-Gas

Zunächst erzeugst du unter dem Abzug mit Hilfe einer Gasentwickler-Apparatur Ammoniak-Gas (Abb. 1). Dieses bildet sich, wenn du konzentrierte Ammoniak-Lösung auf Natriumhydroxid-Plätzchen tropfst. Da Natriumhydroxid stärker basisch wirkt als Ammoniak, kann in einer Säure-Base-Reaktion Natriumhydroxid den Ammonium-Ionen der aufgetropften Lösung je ein Proton entreißen. Dabei entsteht gasförmiger Ammoniak (\(\ce{NH3}\)). Dieses Gas leitest du in einen trockenen Rundkolben über und verschließt diesen anschließend luftdicht mit einem Stopfen. Jetzt kannst du das gewonnene Gas für den eigentlichen Versuch verwenden.

​Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Christian Haberl / made with chemix.org
Abb. 2 Versuchsaufbau Springbrunnenversuch

Fülle die pneumatische Wanne mit Wasser und versetzte dieses mit wenigen Tropfen Universalindikator. Die gelbe Färbung zeigt eine neutrale Lösung an. Ersetze unmittelbar vor Beginn des Demonstrationsexperiments den Stopfen auf dem Rundkolben, der mit Ammoniak-Gas gefüllt ist, durch einen von einer Pasteurpipette durchbohrten Stopfen. Hänge den Rundkolben anschließend kopfüber so in die mit Wasser gefüllte pneumatische Wanne, dass die Pasteurpipette einige Zentimeter unter die Wasseroberfläche ragt. Falls der Wasserstand in der Pasteur-Pipette nach einiger Wartezeit nicht ohne Hilfe ansteigt, kannst Du durch Umdrehen des Rundkolbens wenige Tropfen Wasser in den Rundkolben schütteln, woraufhin die Reaktion schlagartig startet.

Aufgabe
Aufgabe

Beschreibe deine Beobachtung und versuche diese zu erklären!

Lösung

Abb. 3 Demonstrationsversuch Ammoniakspringbrunnen

 

Beobachtung

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Christian Haberl / made with chemix.org
Abb. 4: Versuchsergebnis Ammoniak-Springbrunnen

Ammoniak-Gas löst sehr gut in Wasser. Je mehr Wasser sich im Rundkolben befindet, desto schneller löst sich das noch verbliebene Ammoniak-Gas im Wasser. Die gesamte Versuchsbeobachtung ist im Video von Abb. 3 dargestellt.

 

Erklärung

Durch das Lösen des Ammoniak-Gases im Wasser entsteht innerhalb des Rundkolbens ein Unterdruck. Dadurch wird immer mehr Wasser in den Rundkolben gesogen. In einem Liter Wasser können sich bei 20° C über 670 Liter Ammoniak lösen. Je größer also die Ammoniakmenge im Rundkolben ist, um so mehr Wasser aus der Wanne kann nach oben gesaugt werden. Das Ammoniak-Gas reagiert in einer Säure-Base-Reaktion mit dem Wasser. Es entsteht eine basische Lösung, die über die Blaufärbung des Universalindikators sichtbar wird. Bei der Reaktion wird ein Proton aus dem Wasser-Molekül auf das Ammoniak-Molekül übertragen. Die Animation in Abb. 5 verdeutlicht die Reaktion:

 

Abb. 5 Animation der Reaktion von Ammoniak mit Wasser