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Versuche

Der Boyle-Versuch mit Aktivkohle

Zielsetzung

  • Du untersuchst die Reaktion von Kohlenstoff und Sauerstoff.

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.

Material

  • Rundkolben \(\ce{(1000 ml)}\)
  • Luftballon
  • Gummistopfen, Klebeband etc. um den Luftballon am Rundkolben zu fixieren
  • Korkring
  • Laborwaage
  • Bunsenbrenner
  • Klemme

Chemikalien

  • Aktivkohle
  • Sauerstoff
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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Sauerstoff \(\ce {O_2} \)
GHS03 - Brandfördernd GHS04 - Komprimierte Gase
H270: Kann Brand verursachen oder verstärken; Oxidationsmittel. H280: Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren.
P220: Von Kleidung und anderen brennbaren Materialien fernhalten. P244: Ventile und Ausrüstungsteile öl- und fettfrei halten. P370+P376: Bei Brand: Undichtigkeit beseitigen, wenn gefahrlos möglich. P403: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Aktivkohle \(\ce {C}\)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Sauerstoff
\(\ce {O_2} \)
GHS03 - Brandfördernd GHS04 - Komprimierte Gase
H270: Kann Brand verursachen oder verstärken; Oxidationsmittel. H280: Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren.
P220: Von Kleidung und anderen brennbaren Materialien fernhalten. P244: Ventile und Ausrüstungsteile öl- und fettfrei halten. P370+P376: Bei Brand: Undichtigkeit beseitigen, wenn gefahrlos möglich. P403: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
Aktivkohle
\(\ce {C}\)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.

Produkte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Kohlenstoffdioxid (als Reaktionsprodukt) \(\ce {CO_2} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
P403: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Kohlenstoffdioxid (als Reaktionsprodukt)
\(\ce {CO_2} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
P403: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.

Versuchsaufbau/Durchführung

Schritt 1

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Sarah Brauns
Abb. 1 Vorbereitung des Rundkolbens mit der Aktivkohle
  • Stelle den Rundkolben mit dem Korkring auf die Laborwaage.
  • Gib etwa \(\ce{200 - 300\,mg}\) Aktivkohle in den Rundkolben.
  • Spüle den Rundkolben mit Sauerstoff aus und verschließe den Rundkolben mit dem Luftballon.
  • Befestige den Luftballon ggf. mit Klebeband o. ä., um den Luftballon zu fixieren und den Rundkolben luftdicht zu verschließen.
  • Wiege nun den Rundkolben mit Luftballon und notiere das Gewicht.

 

Schritt 2

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Sarah Brauns
Abb. 2 Erhitzen der Aktivkohle
  • Befestige die Klammer am Hals des Rundkolbens.
  • Zünde die blaue rauschende Flamme des Gasbrenners an.
  • Erhitze mit der Brennerflamme die Aktivkohle und schüttle den Rundkolben dabei leicht.
  • Höhe auf zu erhitzen, wenn du keine Reste der Aktivkohle mehr sehen kannst.

Schritt 3

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Sarah Brauns
Abb. 3 Wiegen nach dem Erhitzen

Stelle den Rundkolben mit dem Luftballon wieder auf den Korkring auf der Laborwaage.
Entferne die Klemme und wiege die Masse des Rundkolbens mit dem Luftballon.

Was fällt dir auf?

Aufgabe
Aufgabe

Führe den Versuch durch. Was kannst du beobachten?

Lösung

Beobachtung

Beim Erhitzen fängt die Aktivkohle nach kurzer Zeit an, zu glühen. Dabei ist zu beobachten, dass die Masse der Aktivkohle abnimmt, bis keine Aktivkohle mehr zu sehen ist. Gleichzeitig bläst sich der Luftballon auf und wird prall.

Abb. 4 Der Boyle-Versuch mit Aktivkohle

Ergebnis

Auch wenn du die Aktivkohle nicht mehr sehen kannst, sind die Kohlenstoffatome der Aktivkohle nicht verschwunden. Beim Erhitzen der Aktivkohle reagieren Kohlenstoff und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid.

\(\ce{C + O2 -> CO2}\)

Das Kohlenstoffdioxid ist gasförmig. Der Luftballon bläht sich auf, weil das Gas im Rundkolben erhitzt wird. Es dehnt sich dadurch aus. Das Gas kann nicht entweichen, weil der Rundkolben und der Luftballon ein abgeschlossenes System bilden. Lässt du den Rundkolben nach dem Experiment abkühlen, kühlt auch das Gas im Inneren ab und zieht sich wieder zusammen, sodass auch der Luftballon sich wieder zusammen zieht. Insgesamt ist vor und nach dem Experiment die gleiche Anzahl an Atomen in dem System vorhanden. Deswegen verändert sich die Masse auch nicht. Nichts kann verschwinden, auch wenn wir es mit unseren Sinnen nicht mehr wahrnehmen können. Das ist das Gesetz zur Erhaltung der Masse.