Über dieses Experiment
Verwenden Sie ein transparentes Kristallisationsgefäß, um Abkühlung und Verdunstung zu vergleichen. Beide können die Menge des gelösten Stoffes verringern, die in Lösung bleibt, verändern jedoch unterschiedliche Bedingungen. Das Experiment verwendet ein ausdrücklich angegebenes lineares Löslichkeitsmodell für einen beispielhaften Stoff, sodass sich jede Vorhersage zur Kristallmasse überprüfen lässt, ohne auf eine nicht angegebene empirische Tabelle zurückzugreifen.
Lernziele
- Gewinnen Sie den gelösten Stoff zurück, indem Sie bei konstanter Wassermasse abkühlen und anschließend bei konstanter Temperatur Wasser verdampfen lassen. Überprüfen Sie die Stoffbilanz.
- Nutzen Sie die direkten Gerätesteuerungen, numerischen Anzeigen und wiederholbaren Versuche, um eine Vorhersage zu überprüfen.
- Erklären Sie, welche physikalischen Effekte berücksichtigt und welche bewusst ausgeschlossen werden.
Anleitung
- 1Geben Sie 40 g gelösten Stoff zu 100 g Wasser bei 80 Grad Celsius. Vergewissern Sie sich, dass sich der gesamte Stoff lösen kann.
- 2Kühlen Sie auf 20 Grad ab, ohne Wasser verdunsten zu lassen. Notieren Sie die Kristallmasse und die gelöste Masse.
- 3Stellen Sie die Temperatur wieder auf 80 Grad ein und lassen Sie 40 Prozent des Wassers verdunsten. Vergleichen Sie das Ergebnis mit dem Abkühlen.
- 4Addieren Sie bei jedem Versuch die gelöste Stoffmenge und die Kristalle. Erklären Sie, warum diese Summe unverändert bleibt, selbst wenn die Gesamtmasse der Lösung abnimmt.
Das Modell
Annahmen
- Bei dem Material handelt es sich um einen beispielhaften idealen gelösten Stoff, nicht um ein angepasstes Modell für eine bestimmte Chemikalie. Die Löslichkeit steigt linear von 20 g pro 100 g Wasser bei 20 Grad Celsius auf 50 g pro 100 g Wasser bei 80 Grad.
- Das Fest-Flüssig-Gleichgewicht stellt sich sofort ein, und Impfkristalle sind vorhanden. Übersättigung, Keimbildungsverzögerung, Kristallgrößenverteilungen und latente Wärme werden nicht berücksichtigt.
- Nur Wasser verdampft. Der gelöste Stoff ist nicht flüchtig, und der gesamte feste sowie gelöste Stoff bleibt im Gefäß. Die Kristallobjekte dienen der Veranschaulichung der Masse; es handelt sich nicht um gezählte Moleküle.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum kann die Kristallmasse zunehmen, während die Gesamtmasse des gelösten Stoffs konstant bleibt?
- Q2Wie viel Wasser muss bei 80 Grad verbleiben, damit 40 g gelöster Stoff in diesem Modell gerade noch gelöst bleiben?
Häufig gestellte Fragen
Handelt es sich um Messdaten für Kaliumnitrat?
Nein. Das Löslichkeitsgesetz ist ein ausdrücklich vereinfachtes Anschauungsmodell. Für reale Stoffe sind jeweils eigene gemessene Löslichkeitskurven erforderlich.
Warum bilden sich sofort Kristalle, wenn die Löslichkeitsgrenze sinkt?
Das Modell setzt Gleichgewicht und bereits vorhandene Impfkristalle voraus. Es sagt weder die Keimbildungszeit noch die Wachstumskinetik voraus.