Heiko Barth

Temperaturabhängigkeit des chemischen Gleichgewichtes

Chemisches Gleichgewicht, Temperaturabhängigkeit, Stickoxide
Temperaturabhängigkeit des chemischen Gleichgewichts bei Stickoxiden, © Heiko Barth

Heiko Barth

Versuch
Sek. I Lehrer/Schüler, Zeit: 30 min
Die Temperaturabhängigkeit des chemischen Gleichgewichtes ist sehr gut mit in Glasampullen eingeschlossenen Stickoxiden zu demonstrieren (s.Abb.1). Eine Ampulle mit Stickoxiden ist bei Raumtemperatur durch das vorliegende Stickstoffdioxid (NO2) rotbraun gefärbt. Kühlt man die Ampulle unter 0 °C ab entfärbt sich der Inhalt der Ampulle, was auf die Bildung von Distickstofftetraoxid (N2O4) hinweist.
Eine Ampulle mit einem Gemisch aus Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) ist bei Raumtemperatur ebenfalls rotbraun gefärbt. Kühlt man dieses Gemisch jedoch auf etwa – 25 °C ab, lässt sich das Kondensieren einer tiefblauen Flüssigkeit von Distickstofftrioxid (N2O3) beobachten. Bei tiefen Temperaturen ist N2O3 in Form einer blauen Flüssigkeit stabil (Smp. – 103 °C). Der Siedebereich von N2O3 liegt zwischen – 40 °C und 3 °C. Ohne weitere Kühlung bildet sich wieder rotbraunes Gemisch aus Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2).
Vorbereitung des Versuchs (Abzug!)
Material
Gasentwickler (Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Lochstopfen, Tropftrichter), Schlauchstück, Gaseinleitungsrohr, Reagenzgläser (d=30mm), Tiegelzange, Becherglas (600mL)
Chemikalien
Kupferblech, halbkonzentrierte Salpetersäure GHS05, Eis,
Trockeneis, Ethanol GHS02
Herstellung der Ampullen
  • Reagenzgläser für das Abschmelzen vorbereiten: Die Reagenzgläser etwa 2  –  3 cm unterhalb der Öffnung in der Brennerflamme bis zum Erweichen erhitzen und mit Hilfe der Tiegelzange auseinanderziehen, damit ein verjüngter Bereich entsteht, der aber noch für das Gaseinleitungsrohr durchlässig ist.
  • Den Boden des vorbereiteten Reagenzglases in ein Eisbad stellen.
  • Gasentwickler aufbauen: Kupferblech in das Reagenzglas mit Ansatz einfüllen. Den Tropftrichter mit Hilfe eines durchbohrten Stopfens aufsetzen und etwas halbkonzentrierte Salpetersäure einfüllen. Das Gasableitungsrohr mit einem Schlauchstück an den seitlichen Ansatz des Reagenzglases anschließen.
  • Das Gasableitungsrohr in das vorbereitete Reagenzglas bis auf den Boden eintauchen.
  • Die Gasentwicklung durch Zutropfen der Salpetersäure starten.
  • Ist das Reagenzglas mit braunem Gas gefüllt, wird das gefüllte Reagenzglas in der Brennerflamme zugeschmolzen. Danach können weitere Ampullen befüllt werden.
  • Wichtig: Für die Bildung der beiden Distickstoffoxide benötigt man ein mit Trockeneis auf – 25 °C abgekühltes Kältebad aus Ethanol. Eine Eis-Kochsalzmischung führt nur zu einer Entfärbung der Ampulle.
Hinweis: Die Ampullen müssen nur einmal hergestellt werden, anschließend sind sie unbegrenzt haltbar.
Achtung
Bei der Reaktion werden giftige Stickoxide freigesetzt, die das Arbeiten in einem Abzug erforderlich machen!
Die Reaktion von halbkonzentrierter Salpetersäure mit Kupfer führt vorwiegend zum farblosen Stickstoffmonoxid, welches mit Sauerstoff sofort zu Stickstoffdioxid reagiert. Durch Einleiten des Gases am Reagenzglasboden erhält man ein Gasgemisch, das neben NO2 noch ausreichend NO enthält. Taucht das Gas-einleitungsrohr nicht tief in das Reagenzglas ein, hat man beim Abschmelzen nur NO2 vorliegen.
Literatur
Holleman Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage,
Walter de Gruyter & Co 2007

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 160 / 2017

Reaktionsprozesse

Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 11-13