Von welchen Faktoren hängt die Löslichkeit eines Stoffes in Wasser ab?

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Anorganische Chemie - 3 Wasser, Wasserbestandteile und Wasserreinigung (P754900) 3.5 Löslichkeit von Salzen in Wasser - Vergleich mit der Löslichkeit von Gasen in Wasser Experiment von: Seb Gedruckt: :30: intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Von welchen Faktoren hängt die Löslichkeit eines Stoffes in Wasser ab? Stelle gesättigte Lösungen bei verschiedenen Temperaturen sowie eine übersättigte Lösung her. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen Lernziele Im Gegensatz zu Gasen lösen sich Salze in Wasser umso besser, je höher die Temperatur des Wassers ist. Durch Unterkühlen lassen sich metastabile übersättigte Lösungen herstellen, die eine höhere Salzkonzentration aufweisen, als sie der thermodynamischen Gleichgewichtsgröße bei gegebener Temperatur entspricht. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Vorbereitungen Die verwendeten Salze sollten vor dem Versuch in einem Mörser möglichst fein pulverisiert werden, da sie sich dann erheblich schneller lösen. Zur Zeitersparnis können bereits abgewogene Salzportionen ausgegeben werden. Eventuell kann auch (Boiler o.ä.) heißes Wasser vorbereitet werden, das dann durch Mischung auf die Versuchstemperatur gebracht wird. Auch kann gruppenteilig unter Austausch der Ergebnisse gearbeitet werden. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Die Zugabe der Salzmengen erfolgt in nicht genau abgemessenen Portionen, was hier aber auch zur Erreichung des Lernzieles nicht nötig ist. Achten Sie dennoch auf annähernd exakte Portionierung und auf Verwendung nicht größerer Salzmengen als angegeben, da sich sonst schon im ersten Schritt Bodenkörper bildet. Die übersättigte Natriumthiosulfatlösung muss in möglichst kaltem Wasser (eventuell Eiszugabe) abkühlen, ehe der Impfkristall zugegeben werden darf. H- und P- Sätze Kaliumnitrat: H272: Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. P20: Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen

3 Gefahren Natriumthiosulfat ist gesundheitsschädlich. Nicht verschlucken! Vorsichtig erhitzen, Schutzbrille tragen! Methodische Bemerkungen Anhand dieses Versuches kann erneut das Prinzip des "Umkristallisierens" behandelt werden. Die hierzu und bei Aufgabe 4 benötigten Fachbegriffe müssen im Unterrichtsgespräch vorgegeben werden. SEK II Versuchsteil 2 eignet sich auch zur Einführung des Begriffes der "Metastabilität" im Rahmen thermodynamischer Gleichgewichtsbetrachtungen. Entsorgung Das auskristallisierte Thiosulfat kann für ähnliche Versuche wiederverwendet werden, indem es durch Zugabe von warmen Wasser erneut gelöst, dann in einem größeren Gefäß auskristallisiert und gesammelt wird. Die restlichen Salzlösungen in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben - 3 -

4 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Anorganische Chemie" (Bestellnr ) Position Material Schutzbrille, farblose Scheiben Bestellnr Menge 2 Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 00 mm Drahtnetz mit Keramik, mm Stativfuß, variabel Reagenzglasbürste, d = 25 mm, l = 270 mm Schülerthermometer, C, l = 80 mm Stativstange Edelstahl, l = 400 mm Messzylinder, 0 ml, PP Spritzflasche, 250 ml, Kunststoff Pulverspatel, Stahl, l = 50 mm Laborschreiber, wasserfest Laborbecher, Polypropylen, 250 ml Reagenzglasgestell mit 6 Bohrungen, d = 22 mm, Holz Reagenzglas, d = 8 mm, l = 80 mm, 0 Stück (3) 0 Reagenzglashalter bis d = 22 mm Becherglas DURAN, niedrige Form, 250 ml Gummistopfen 7/22, ohne Bohrung Becherglas DURAN, hohe Form, 250 ml Uhrglas, d = 60 mm Chemikalien, zusätzliches Material Position Material Bunsenbrenner mit Nadelventil, Erdgas, DIN-Ausführung Bestellnr Menge Sicherheits-Gasschlauch, DVGW Kaliumaluminiumsulfat, 250 g Kaliumnitrat, reinst, 250 g Natriumthiosulfat Pentahydrat, 500 g destilliertes Wasser Leitungswasser Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -

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6 Aufbau Aufbau Gefahren Natriumthiosulfat ist gesundheitsschädlich. Nicht verschlucken! Vorsichtig erhitzen, Schutzbrille trragen! Aufbau Baue das Stativ nach Abb. und Abb. 2 auf. Bringe den Stativring an (Abb. 3) und lege darauf das Drahtnetz (Abb. 4). Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Öffne die Waage (Abb. 5) und schalte sie an (Abb. 6). Lege eine Uhrglasschale auf die Waage (Abb. 7). Tariere sie auf 0 (Abb. 8) und gib mit dem Spatel 0,5 g Alaun hinein. Präge dir die Füllmenge des Spatels für 0,5 g Alaun ein und fülle dann die Uhrglasschale mit 3 g Alaun (Abb. 9). Verfahre anschließend ebenso mit 5 g Kaliumnitrat, präge dir hier ebenfalls die Füllmenge für 0,5 g ein (Abb. 0)

7 Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 Abb. 8 Abb. 9 Abb. 0 Nummeriere die Reagenzgläser von bis 3 und stelle sie in das Reagenzglasgestell (Abb. ). Gib in die Reagenzgläser und 2 jeweils 0 ml destilliertes Wasser (Abb. 2)

8 Abb. Abb. 2 Fülle die drei Becher zu je 2/3 mit Leitungswasser (Abb. 3). Ermittle die Raumtemperatur des Wassers (Abb. 4). Erwärme auf dem Drahtnetz das Wasser eines Becherglases auf 30 C (Abb. 5), das des zweiten auf 40 C (Abb. 6). Das Wasser des Laborbechers aus Kunststoff verbleibt bei Raumtemperatur. Niemals den Kunststofflaborbecher zum Erwärmen von Wasser mit dem Bunsenbrenner benutzen! Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Abb

9 Durchführung Durchführung Ablauf Stelle Reagenzglas und 2 in den auf Raumtemperatur befindlichen Laborbecher (Abb. 7). Gib in das erste Reagenzglas 0,5 g Alaun, in das zweite g Kaliumnitrat (Abb. 8). Verschließe die Reagenzgläser mit den Stopfen (Abb. 9) und schüttele sie kräftig, bis sich das gesamte Salz in beiden Reagenzgläsern gelöst hat (Abb. 20). Abb. 7 Abb. 8 Abb. 9 Abb. 20 Gib nun portionsweise (jeweils 0,5 g) Salz hinzu, schüttele jedesmal wieder und prüfe, ob sich noch weiteres Salz löst. Notiere die eingesetzten Salzmengen in Tabelle, sobald sich ein dauerhafter Bodenkörper bildet. Stelle nun die Reagenzgläser in das auf 30 C erwärmte Wasser und warte einige Zeit, bis sich das Wasser im Reagenzglas ebenfalls erwärmt hat. Überprüfe zwischenzeitlich die Temperatur des Wassers im Becherglas und erwärme es gegebenenfalls noch einmal. Achte dabei darauf, dass die Versuchstemperatur nicht überschritten wird. Nimm die Reagenzgläser nach der Temperierung heraus und schüttele sie. Überprüfe, ob sich der Bodenkörper löst

10 Gib nun wie oben beschrieben weiter portionsweise Salz hinzu, bis sich erneut ein Bodenkörper bildet. Notiere die eingesetzten Salzmengen. Verfahre dann ebenso bei der Versuchstemperatur von 40 C. Wiege 6 g Natriumthiosulfat auf einer weiteren Uhrglasschale ab und gib dieses in Reagenzglas 3 (Abb. 2). Füge hierzu 2 ml Wasser (Abb. 22) und stelle das Reagenzglas in das Becherglas mit dem warmen Wasser (Abb. 23). Erwärme dieses bis sich alles Natriumthiosulfat gelöst hat (Abb. 24). Abb. 2 Abb. 22 Abb. 23 Abb. 24 Entnimm nun das Reagenzglas mit der Reagenzglasklammer (Abb. 25) und stelle es vorsichtig und ohne zu schütteln in ein Becherglas mit möglichst kaltem Wasser (Abb. 26). Gib nach 5 Minuten mit dem Spatel einen kleinen Natriumthiosulfatkristall in die Salzlösung (Abb. 27) und klopfe kurz am Reagenzglas (Abb. 28)

11 Abb. 25 Abb. 26 Abb. 27 Abb. 28 Entsorgung Alle Salzlösungen in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben. Das Natriumthiosulfat durch Zugabe von warmen Wasser lösen und in einem gekennzeichneten Behälter sammeln. - -

12 Auswertung Auswertung Frage : Notiere deine Beobachtungen. Die erste zugegebene Salzportion löst sich in beiden Fällen nach Schütteln auf. Bei weiterer Salzzugabe bildet sich ein Bodenkörper, der sich in dem wärmeren Wasser wieder auflöst. Auch hier führt die Zugabe weiteren Salzes wieder zur Bodenkörperausbildung. Gibt man in die abgekühlte Natriumthiosulfatlösung einen Kristall, so kristallisiert schlagartig die gesamte Lösung aus, es bilden sich nadelförmige, farblose Kristalle. Frage 2: Trage die gelösten Salzmengen in Tabelle ein

13 Tabelle Salz Salzmenge (g) bei θ = 20 C θ = 30 C θ = 40 C Alaun nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn Kaliumnitrat nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn Siehe Tabelle a. Tabelle a Salz Salzmenge (g) bei θ = 20 C θ = 30 C θ = 40 C Alaun,5 2 Kaliumnitrat

14 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Formuliere die Schlussfolgerungen aus dem ersten Versuchsteil in einem Merksatz. Vergleiche die Löslichkeit von Salzen in Wasser mit der von Gasen in Wasser, definiere den Begriff "gesättigte Lösung". Salze lösen sich im Wasser umso besser, je höher die Wassertemperatur ist. Das Löslichkeitsverhalten der Gase ist genau umgekehrt. Eine gesättigte Lösung liegt dann vor, wenn das Lösungsmittel keinen weiteren Stoff mehr zu lösen in der Lage ist, sodass sich ein Bodensatz bildet. Frage 2: Trage das Ergebnis aus Tabelle in ein Diagramm ein, skizziere den vermutlichen weiteren Verlauf der Kurve bei beiden Salzen

15 Abb. 29a Frage 3: Von welchen Faktoren hängt die Schnelligkeit der Auflösung von Salz in Wasser ab? - 5 -

16 Von der Temperatur des Wassers, von dem Verteilungsgrad (der Oberfläche) des Salzes und der Bewegung des Salzes und des Wassers. Frage 4: Erläutere das Ergebnis des zweiten Versuchsteiles. Beim Erwärmen der Thiosulfatlösung löst sich mehr Thiosulfat als in der Kälte. Beim Abkühlen der Lösung enthält diese also mehr Salz als sich in ihr lösen dürfte, die Lösung ist "übersättigt". Diese "Überkonzentration" kristallisiert schlagartig nach der Zugabe eines "Impfkristalls" aus. Frage 5: Erkläre hieran das Verhalten von flüssigem Bienenhonig bei längerem Stehenlassen, gib an, wie sich der veränderte Bienenhonig in seinen ursprünglichen Zustand zurückverwandeln lässt

17 Bienenhonig verwandelt sich nach einiger Zeit in eine kristalline Form, da er eine übersättigte Zuckerlösung darstellt. Durch Erwärmen in einem Wasserbad löst sich der Zucker wieder, der Bienenhonig nimmt wieder die flüssige Form an