experiment mit natriumcarbonat

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Tropfstein Versuch mit Natriumcarbonat

Ihr nehmt zwei Marmeladen, Senf, oder ähnliche Gläser und füllt Wasser hinein. In der Apotheke kauft ihr euch Natriumcarbonat, dass ihr nun in das Wasser einrührt, bis es eine gesättigte Lösung ist. Dies sieht man daran, dass sich das Natriumcarbonat am Boden absetzt und sich nicht mehr auflöst. Jetzt legt ihr eine Schnur in das Wasser und wartet einige Tage. Das Ergebnis könnt ihr auf dem Bild sehen.

Die Erklärung ist einfach: Der Faden saugt sich mit Wasser voll und tropft an der tiefsten Stelle auf den Teller. Dabei verdunstet einiges von dem Wasser und zurück bleibt das vorher eingerührte Natriumcarbonat.

Als Tipp: Im Sommer geht es viel besser als im Winter. 

Hier der Versuchsaufbau des Tropfstein Versuchs mit Natriumcarbonat:

King of my heart

schwäbischer tüftler und bastler, kraftsportler, ADHS power, 43  Jahre, 1 Frau, 5 Kinder und 1003 Ideen. 

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Sonntag, 28. August 2016

Lust auf experimente (1) - tropfsteine selber machen (gastbeitrag große), 7 kommentare:.

Interessante Anleitung... und Ergebnis! Bin schon auf die Raketenexperimente gespannt :-)

Danke für die schönen Bilder und die Beschreibung, hab ein paarmal schmunzeln müssen. Und das Bild am Ende schaut aus wie eine richtige Tropfsteinhöhle! Liebe Grüße, Katrin

Interessant, was man so alles machen kann! :-) Zumindest bekommt man auf diese Weise eine Vorstellung von dem Vorgang in der Natur. Liebe Grüße und viel Spaß bei weiteren Experimenten Sara

Hallo Große! Du bist eine ganz Liebe, das sieht man auf dem Bild (mit Schutzbrille) ganz genau!!! ...und wie Du dich mit einem Thema befaßt, son intensiv, das ist einfach nur großartig! Willst Du vielleicht einmal Forscherin werden??? Ich wünsche dir viel Freude beim nächsten Experiment - u n d pass auch Dich auf (und höre auf Deine liebe Mama!) Alles Liebe für Euch Heidi

Hallihalelo... Dank für den interessanten Beitrag, und so eine schöne Beschreibung, so kann ich das gleich weiterempfehlen an interessierte Kinder :) Auch als Erwachsener lernt man immer noch was neues.... freufreufreu Liebe Grüße in das Experimentierlabor Brigitte

Hallo ;o) Du hast eine sehr schöne Seite ;o) Hab sie durch Zufall entdeckt über das Experiment mit den Tropfsteinen. Ich hatte ebenfalls Fragezeichen im Gesicht als ich das Wort "Olitäten" gelesen habe *g* Jetzt hab ich wieder was dazu gelernt ;o) Danke und liebe Grüße Jenny

Vielen Dank, dass ihr eure Gedanken und Meinungen mit mir teilt!

Einführung Chemische Reaktion

Untersuchung der temperaturänderung bei der reaktion von citronensäure und natriumcarbonat (brausetablette).

Zielsetzung

Bei diesem Versuch kannst du die Temperaturänderung bei der chemischen Reaktion von Citronensäure und Natriumcarbonat untersuchen. Diese beiden Stoffe findest du z.B. in Brausetabletten oder Badekugeln.

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 .  Die Durchführung des Experiments erfordert eine Gefährdungsbeurteilung durch die Lehrkraft.

• Thermometer
• Kleines Becherglas
• Ggf. Wärmebildkamera
• Ggf. Petrischale aus Kunststoff
• Ggf. Brausetablette (Abb.1)

Chemikalien

• Citronensäure
• Natriumcarbonat-Decahydrat
• Ggf. Wasser

Versuchsaufbau

Teilversuch 1.

• Gib \(\pu{8,4 g}\) Natriumcarbonat-Decahydrat und \(\pu{3,8 g}\) Citronensäure in ein kleines Becherglas.
• Vermische die beiden Feststoffe gut miteinander und miss dabei die Temperatur (Abb. 2.1).

Teilversuch 2 (Alternative/Ergänzung)

• Gib \(\pu{4,2 g}\) Natriumcarbonat-Decahydrat und \(\pu{1,9 g}\) Citronensäure in eine Petrischale aus Kunststoff.
• Vermische die beiden Feststoffe gut miteinander.
• Beobachte die Temperaturänderungen mit der Wärmebildkamera (Abb. 2.2).

Teilversuch 3 (Alternative 2/Ergänzung)

• Lege eine Brausetablette mittig in eine Petrischale aus Kunststoff.
• Tropfe etwas Wasser auf die Brausetablette.
• Beobachte die Temperaturänderungen mit der Wärmebildkamera (Abb. 2.3).

• Führe das Experiment durch und notiere deine Beobachtungen.
• Erkläre deine Beobachtungen.

Beobachtung

Teilversuch 1 + 2

Bei der Reaktion entsteht eine Flüssigkeit (Abb. 4). Es sprudelt. Die Temperatur sinkt schnell.

Teilversuch 3

Die Brausetablette löst sich unter Sprudeln. Die Temperatur sinkt dabei.

Es findet eine chemische Reaktion zwischen Citronensäure und Natriumcarbonat statt. Bei der Reaktion entstehen unter anderem Wasser und das Gas Kohlenstoffdioxid. Die Entstehung von Kohlenstoffdioxid führt in allen drei Teilversuchen zum Sprudeln der Lösung.

Bei der Reaktion wird thermische Energie aus der Umgebung aufgewendet (endotherm).

Reaktionsgleichung:

Citronensäure + Natriumcarbonat → Natriumcitrat + Kohlenstoffdioxid + Wasser

\(\ce{2 C_6H_8O_7 + 3 Na_2CO_3 -> 2 C_6H_5Na3O_7  + 3 CO_2 + 3 H_2O}\)

Hinweis zu Teilversuch 3

Die beiden Stoffe Natriumcarbonat (wasserfrei) und Citronensäure sind in vielen Produkten des Alltags, wie z.B. Brausetabletten oder Badekugeln, enthalten. Hier muss Wasser hinzugegeben werden, sodass sich die Stoffe lösen und miteinander nach der oben stehenden Reaktionsgleichung reagieren können.  

In den Teilversuchen 1+2 wird hingegen der Stoff Natriumcarbonat-Decahydrat verwendet, welcher bereits Wasser enthält. Daher muss hier kein Wasser extra hinzugegeben werden.

Weiterführende Artikel

Grundwissen, vorheriger versuch, nächster versuch, aus unseren projekten:.

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• Experimente

Chemolumineszenz mit Luminol (Soda)

Showexperimente

Eine Luminol-Lösung und eine Kaliumhexacyanoferrat(III)/Wasserstoffperoxid-Lösung werden in einem abgedunkelten Raum in ein großes Reaktionsgefäß gegossen.

Verwendete Chemikalien

Verwendete geräte, versuchsaufbau.

2 × 1000-ml-Kunststoffflasche, 2 × 300-ml-Erlenmeyerkolben, Trichter, Stativ mit Schlauchwicklung, Auffangbehälter

Versuchsdurchführung

Lösung A: In eine 1000-ml-Kunststoffflasche werden 0.28 g Luminol und 2 g Natriumcarbonat gegeben und mit warmem Wasser gelöst.

Lösung B: In eine weitere 1000-ml-Kunststoffflasche werden 0.89 g Kaliumhexacyanoferrat(III) und 5 mL Wasserstoffperoxid 30 % gegeben und mit Wasser auf 1 L aufgefüllt.

Nun werden jeweils von Lösung A und B 150 mL in die Erlenmeyerkolben verbracht und im Trichter der Apparatur zusammengegossen (Raum verdunkeln!).

Reaktionsgleichung

Die Reaktion findet hauptsächlich am Luminolmolekül statt [5]. Sie lässt sich dabei in mehrere Schritte einteilen. Im ersten Schritt werden die beiden NH-Gruppen des Luminols durch die Hydroxidionen deprotoniert (Abb. 2). Die Hydroxidionen entstammen dabei der zugesetzten Natronlauge.

Im zweiten Schritt findet eine Redoxreaktion statt:

Dabei wird ein H 2 O 2 -Molekül zu zwei Hydroxidionen reduziert. H 2 O 2 reagiert also als Oxidationsmittel. Im Zuge der Redoxreaktion werden die beiden negativ geladenen Stickstoffatome oxidiert. Sie geben jeweils ein Elektron ab. Da beide N-Atome nun jeweils ein ungepaartes Elektron in der Valenzschale besitzen, bildet sich zwischen ihnen eine π-Bindung aus. Sie sind also nun über eine Doppelbindung verbunden (Abb. 6).

Im nächsten Schritt greift – ausgehend von einer mesomeren Grenzstruktur – ein H 2 O 2 -Molekül nukleophil an dem positiv polarisierten Carbonylkohlenstoffatom an (Abb. 7). Die Protonen, die dabei vom H 2 O 2 -Molekül abgespalten werden, werden hier vernachlässigt. Sie reagieren mit den Hydroxidionen der Natronlauge zu Wasser.

Nun bildet sich unter Abspaltung elementaren Stickstoffs ein instabiler Ringschluss des ehemaligen Carbonylkohlenstoffatoms und des hinzugekommenen O 2 2− -Anions (Abb. 8). An dieser Stelle kommt auch das K 3 [Fe(CN) 6 ] ins Spiel. Die komplex gebundenen Fe 3+ -Ionen katalysieren diesen Schritt der Reaktion und führen dazu, dass die Reaktion ausreichend schnell abläuft. Ohne Katalysator wäre in der Praxis keine CL durch das menschliche Auge wahrnehmbar.

Andere Quellen gehen bei diesem Schritt von einer Bildung eines anderen zyklischen Peroxids aus (Abb. 9). In diesem Fall hat man aber nach Abspaltung des Stickstoffmoleküls ein Produkt, das mit dem des nächsten Schrittes identisch wäre.

Im vorletzten Schritt reagiert das instabile Molekül wie in Abb. 10 gezeigt zu einem 3-Aminophthalat-Dianion, das sich in einem elektronisch angeregten Zustand befindet.

Der letzte Schritt des Reaktionsmechanismus besteht darin, dass das angeregte Molekül unter Abgabe eines Photons in seinen Grundzustand übergeht. Doch was einfach klingt, bedarf einer genaueren Analyse der Molekülorbitale (MO) des O-Atoms sowie des an ihm gebundenen C-Atoms. Die beiden Atome sind über eine σ- sowie über eine π-Bindung verbunden, es besteht also eine klassische Doppelbindung. Das C-Atom ist sp 2 -hybridisiert, es besitzt also drei einfach besetzte 2sp 2 -Hybridorbitale und ein einfach besetztes 2p-Orbital, das O-Atom hat ein voll- und zwei halb besetzte 2p-Orbitale. Es überlappen sich also ein 2sp 2 -Hybridorbital des C-Atoms mit einem einfach besetzten 2p-Orbital des O-Atoms (= σ-Bindung) sowie das 2p-Orbital des C-Atoms mit dem Zweiten einfach besetzten 2p-Orbital des O-Atoms (= π-Bindung). Analog zu den bindenden MOs (HOMO) bilden sich auch antibindende MOs (LUMO). Die Abkürzungen »HOMO« und »LUMO« stehen dabei für das am höchsten besetzte (bindende) Orbital (eng.: Highest Occupied Molecular Orbital) sowie für das dem HOMO nächst höhere liegende (antibindende) Orbital (eng.: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) [6]. Die Elektronenkonfiguration des angeregten Moleküls, das im vorletzten Schritt entstanden ist, ist in der ersten Spalte von Abb. 11 erkennbar. Es befindet sich ein Elektron in einem antibindenden π*-Orbital. Diese Konfiguration ist energetisch sehr ungünstig. Sie wird, da die Gesamtspin-Quantenzahl S des Systems 1 und die Multiplizität damit 2S + 1 = 3 ist, auch »Triplettzustand« genannt. In diesem Fall liegt der erste Triplettzustand T 1 vor. Es folgt nun ein Inter-System-Crossing (ISC), also ein »Übergang zwischen zwei Zuständen unterschiedlichen Gesamtspins« [6]. Der Übergang besteht in diesem Fall aus einer Spinumkehr des Elektrons in dem π*-Orbital, welche ohne Strahlungsemission erfolgt. Da sich nun die Gesamtspin-Quantenzahl von 1 auf 0 geändert hat, die Multiplizität also nun 1 ist, nennt man diesen Zustand auch den ersten Singulettzustand S 1 . Dieser Zustand wird in der zweiten Spalte von Abb. 11 dargestellt. Jetzt muss das Elektron nur noch von dem π*-Orbital in das energetisch tiefer gelegene, bindende, halb besetzte π-Orbital »springen«. Diesen Vorgang nennt man S 1 →S 0 -Übergang (Abb. 11, dritte Spalte). Hierbei wird der Grundzustand S0 erreicht. Die Multiplizität ändert sich nicht, da keine Spinumkehr stattfindet, es ist also immer noch ein Singulettzustand [7]. Der entscheidende Punkt an diesem S 1 →S 0 -Übergang ist die dabei entstehende Fluoreszenz, also die Aussendung von Lichtquanten, die eigentliche CL. Die Energie des Lichtquants entspricht der Energiedifferenz zwischen HOMO und LUMO. Im Fall der Luminol-CL liegt das Intensitätsmaximum des emittierten Lichts bei 424 nm [7]. Nicht zu verwechseln ist die Fluoreszenz mit der Phosphoreszenz. Fluoreszenz ist eine Lichtemission, bei der die Multiplizität des Systems konstant bleibt, wohingegen die Lichtemission im Fall der Phosphoreszenz durch einen quantenchemisch verbotenen Übergang von T 1 nach S 0 erfolgt. Im Gegensatz zur Fluoreszenz geht das angeregte Molekül nicht binnen 10 −8  Sekunden in den Grundzustand über, sondern verweilt bis zu mehreren Stunden im angeregten Triplettzustand, bis es unter Lichtemission in den Grundzustand zurückfällt.

Quellenangaben

• Lumineszenz
• Chemolumineszenz
• Chemolumineszenz mit Luminol – Der blaue Blitz 2
• Chemolumineszenz mit Luminol und Kaliumpermanganat
• Analytik Experimente aus der Analytik
• DNA Experimente mit DNA
• Farbe Experimente die eine Färbung oder einen Farbumschlag zeigen
• Feuer Experimente die eine Feuererscheinung verursachen
• Polyaddition Experimente mit einer Polyaddition
• Polykondensation Experimente mit einer Polykondensation
• Lösungsmittel Eigenschaften von Lösungsmitteln
• Chemolumineszenz Experimente die eine Chemolumineszenz erzeugen
• Fluoreszenz Experimente mit Fluoreszenz
• Kristallolumineszenz Experimente mit Leuchterscheinung beim Kristallisieren
• Tribolumineszenz Experimente mit Leuchterscheinung bei mechanischer Beanspruchung
• Legierung Experimente mit leichtschmelzenden Legierungen
• Nanopartikel Experimente mit Nanopartikeln
• Oszillation Experimente, bei denen eine Oszillation auftritt
• Redox-Reaktion Experimente mit Reduktions- und Oxidationsvorgang
• Sprengstoff Experimente mit kleinen Sprengstoffmengen
• Wärme Experimente mit Wärmetönung
• Zeitreaktion Experimente mit zeitlicher Verzögerung
• Biologie Experimente für Kinder, aus der Biologie
• Chemie Experimente für Kinder, aus der Chemie
• Physik Experimente für Kinder, aus der Physik
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