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Versuche

Diffusionsgeschwindigkeit von Ammoniak

Zielsetzung

  • Mit diesem Experiment kannst du messen, wie schnell ein gasförmiger Stoff durch ein Rohr diffundiert. 

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 Labor.

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

Material

  • Reaktionsrohr 250 mm
  • 2 Stopfen
  • Lineal
  • Wasserfester Filzstift (Edding)
  • Pinzette
  • Tropfpipette
  • Stativmaterial
  • Wattepfropfen
  • Indikatorpapier
  • Stoppuhr

Chemikalien

  • Ammoniak, wässrige Lösung 25 %  
  • Wasser (Abb. 1)
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Edukte

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.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Wasser \(\ce {H2O} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
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.
Wasser
\(\ce {H2O} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Sarah Brauns/made with chemix.org
Abb. 2 Versuchsaufbau Diffusionsgeschwindigkeit von Ammoniak ​

Versuchsaufbau/Durchführung

  1. Erstelle eine Messtabelle nach dem folgenden Muster:
    Weg (cm) 1 2 3 ...
    Zeit (sec)        
  2. Bringe mithilfe des Lineals eine Messskala im Abstand von jeweils 1 cm auf dem Reaktionsrohr an. Starte damit auf einer Seite des Rohrs. Die Skala endet bei 15 cm.
  3. Gib mithilfe einer Pinzette ein 15 cm langen Streifen angefeuchtetes Indikatorpapier in das Reaktionsrohr und spanne das Reaktionsrohr waagerecht in das Stativ.
  4. Verschließe das Rohr auf einer Seite mit einem Stopfen und platziere auf der anderen Seite den Wattepfropfen (siehe Abb. 2).  
  5. Gib mit der Pipette drei Tropfen Ammoniak-Lösung auf die Watte und verschließe das Rohr mit einem weiteren Stopfen.
  6. Messe die Zeit, an denen sich an den Messpunkten das Indikatorpapier blau verfärbt und trage die Zeit in die Messtabelle ein. 

Hinweis

Das Indikatorpapier färbt sich in Anwesenheit von Ammoniak-Teilchen blau.

Aufgabe
Aufgabe

Stelle deine Ergebnisse in einem Diagramm dar (x-Achse: Weg in cm, y-Achse: Zeit in Sekunden).  

Formuliere eine Hypothese, wie sich der Kurvenverlauf verändern würde, wenn du das Reaktionsrohr erwärmen würdest. Begründe deine Hypothese.

Lösung

Beobachtung

Das Indikatorpapier färbt sich ausgehend von der Seite des Wattepfropfens nach und nach blau.  

Mögliche Messtabelle:

Weg in cm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Zeit in sec 15 32 58 85 115 145 175 204 237 270 309 345 390 433 485
Joachim Herz Stiftung Petra Wlotzka
Abb. 3 Darstellung der Messergebnisse in einem Diagramm

Ergebnis

Das Reaktionsrohr enthält Luftteilchen. Der Wattepfropfen enthält Ammoniakteilchen. Luft und Ammoniak besteht aus kleinen Teilchen. Die kleinen Teilchen bewegen sich ungerichtet hin und her. Durch die zufälligen Bewegungen verteilen sich die kleinen Teilchen des Ammoniaks und der Luft mit der Zeit gleichmäßig im gesamten Reaktionsrohr (Abb. 3). An der Blaufärbung des Indikatorpapiers kann man sehen, wie lange es dauert, bis sich die Ammoniakteilchen im gesamten Rohr verteilt haben.

Hypothesen

Würde man das Reaktionsrohr erwärmen, dann bewegen sich die kleinen Teilchen schneller. Die Ammoniakteilchen bräuchten weniger Zeit, um sich im gesamten Reaktionsrohr zu verteilen. Dadurch würde die Kurve flacher verlaufen.