Über dieses Experiment
Vergleiche Eisen unter trockener Luft, in sauerstofffreiem Wasser, in Wasser mit Luft oder in Salzwasser mit Luft. Die erforderlichen Bedingungen bestimmen im Modell, ob Rost entsteht, während Salz die vorgegebene Rate verändert. In einem verschlossenen Luftraum kann der Sauerstoff ausgehen, wodurch die chemische Veränderung mit einem begrenzten Reaktantenvorrat verknüpft wird.
Lernziele
- Prüfe, ob im eingeschränkten Modell sowohl Wasser als auch Sauerstoff erforderlich sind.
- Unterscheide eine Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit von einer stöchiometrischen Sauerstoffbegrenzung.
- Erkläre die Massenzunahme des Nagels durch den Einbau von Sauerstoff und nicht durch die Entstehung von Eisen.
Anleitung
- 1Beginne die Exposition in trockener Luft und in sauerstofffreiem Wasser. Vergleiche die Massenänderungen.
- 2Setze den Nagel Wasser und freier Luft aus und vergleiche ihn anschließend mit einem Nagel in Salzwasser zur gleichen Zeit.
- 3Verschließe einen kleinen Gasraum und lasse den Versuch bis zum Ende laufen. Untersuche den verbleibenden Sauerstoff.
- 4Vergrößere das Volumen des Gasraums, während derselbe Nagel verwendet wird, und vergleiche die maximal mögliche Oxidation.
Das Modell
Annahmen
- Das Modell wandelt Eisen mithilfe von 0,75 Mol O₂ pro Mol Fe in ein trockenes Fe₂O₃-Ersatzprodukt um. Echter Rost ist ein variables Gemisch aus hydratisierten Oxiden und Oxyhydroxiden. Wasser ermöglicht die Reaktion im Modell, wird aber nicht als Teil des trockenen Oxids gewogen.
- Die vorgegebene Rate beträgt 0,025 pro Tag, multipliziert mit einem Salzgehaltsfaktor und dem relativen Sauerstoffanteil. Sie dient der Veranschaulichung und sagt weder die Lebensdauer noch die Korrosionsrate realer Gegenstände voraus.
- Ein verschlossenes Glas enthält ideales Gas bei 298,15 K und 101,325 kPa. Durch den Kontakt mit der Außenluft wird Sauerstoff nachgeliefert. Schutzschichten, pH-Wert, galvanischer Kontakt, Verdunstung und Änderungen der Wassermasse werden nicht berücksichtigt.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum kann ein Nagel an Masse zunehmen, während die Gesamtmasse eines verschlossenen Glases konstant bleibt?
- Q2Warum kann zusätzliches Salz die Endmenge nicht mehr beeinflussen, sobald der Sauerstoff aufgebraucht ist?
Häufig gestellte Fragen
Sagen die angezeigten Tage voraus, wie schnell ein echter Nagel rostet?
Nein. Das Geschwindigkeitsgesetz ist ein gewähltes Lehrmodell. Die tatsächlichen Reaktionsgeschwindigkeiten hängen von den Materialoberflächen und den Umgebungsbedingungen ab.
Hat ein offenes Gefäß eine unbegrenzte Sauerstoffkonzentration?
Der Sauerstoffanteil bleibt durch die Nachfüllung auf dem gewählten Wert. Die im Laufe der Zeit verbrauchte Menge kann die anfängliche Menge im Gasraum übersteigen.