André Reinke und Alfred Flint

Kann Trockeneis einfach verschwinden?

Kohlenstoffdioxid, Aggregatzustände, Trockeneis
Versuchsaufbau zur Herstellung von Trockeneis, © André Reinke und Alfred Flint

André Reinke und Alfred Flint

Experimente zu Aggregatzustandsänderungen von Kohlenstoffdioxid

Neben den Themen „Stoffe und ihre Eigenschaften, „Mischen und Trennen und „Einführung der chemischen Reaktion gehört die Behandlung der Aggregatzustände, der Übergänge zwischen ihnen und deren Interpretation mit Hilfe des einfachen Teilchenmodells zu den zentralen Inhalten des Anfangsunterrichts im Fach Chemie. Insbesondere bei „nicht sichtbaren gasförmigen Stoffen fällt es den Schülerinnen und Schülern schwer, sich nicht nur deren Existenz, sondern auch deren Teilchenstruktur vorzustellen und das Verhalten der gasförmigen Stoffe zu interpretieren. Deshalb muss diesen Stoffen im Unterricht eine große Aufmerksamkeit gewidmet werden, da zum Teil selbst nach einer Erarbeitung im Chemieunterricht immer noch gravierende Fehlvorstellungen bzw. alternative Vorstellungen in nicht unerheblichem Ausmaß anzutreffen sind.
Im Folgenden seien einige gängigen Fehlvorstellungen genannt:
  • (1) Stoffe werden als Kontinuum wahrgenommen (nach [1, S.10]).
  • (2) Stoffe existieren nur, solange es einen wahrnehmbaren Beweis für ihre Existenz gibt, dabei ist die Sichtbarkeit der überzeugendste Beweis (nach [2, S.257]).
  • (3) In der Vorstellung vieler Schülerinnen und Schüler geht eine Aggregatszustandsänderung mit einer Zu- oder Abnahme der Masse einher (nach 2, S.250, 252] und [3, S. 100]).
  • (4) Die Aggregatzustandsänderungen sind nur teilweise umkehrbar (nach [2, S.251, 255]).
  • (5) Beim Verdampfen bzw. Sublimieren hört der Stoff auf zu existieren (nach [2, S.249, 252]).
Um solche Fehlvorstellungen der Schülerinnen und Schüler zu verringern und langfristig tragfähige Vorstellungen zu entwickeln, haben wir bereits eine Konzeption für den Anfangsunterricht vorgestellt, in der am Beispiel von Feuerzeuggas ein besonderes Augenmerk auf den Übergang flüssig gasförmig, dessen Umkehrung und die Existenz gasförmiger Stoffe trotz fehlender Sichtbarkeit gelegt wurde [4, 5].
Für den Übergang fest gasförmig eignet sich neben dem „Klassiker Iod in besonderer Weise Trockeneis (festes Kohlenstoffdioxid). Dieses sublimiert bei 78,5 °C, es bildet sich gasförmiges, farbloses Kohlenstoffdioxid. Das wiederum hat eine größere Dichte als Luft (ρ (Kohlenstoffdioxid) = 1,98 kg/m3), lässt sich mit Kalkwasser nachweisen und wirkt zum Beispiel erstickend auf Flammen. Es ist also relativ einfach nachzuweisen, dass das Gas existiert, obwohl es nicht sichtbar ist (s.Fehlvorstellung (2)).
In diesem Artikel wird gezeigt, wie man auf sehr einfache und günstige Weise Zugang zu Trockeneis bekommt und welche Experimente damit durchgeführt werden können, die zu einem weiteren Abbau der genannten Fehlvorstellungen beitragen können.
Die Herstellung von Trockeneis
Falls man Glück hat und unmittelbar in der Nähe eines Betriebes tätig ist, in dem regelmäßig Trockeneis zu Kühlungszwecken, zu Reinigungszwecken oder bei der Bühnentechnik zur Erzeugung von Nebel eingesetzt wird, kann man gelegentlich umsonst oder gegen ein geringes Entgelt eine kleine Portion davon für schulische Zwecke erhalten. Alternativ kann man Trockeneis auch bestellen. In der Regel geht das allerdings ab einer Menge von etwa 10kg, für die dann mindestens 30, € zu bezahlen sind. Um kontinuierlich Zugang zu kleinen Mengen an Trockeneis zu haben, hat Obendrauf 2005 einen Vorschlag zur Herstellung aus Sahnespendern entwickelt [6], der dann später von Kappenberg aufgenommen und leicht verändert wurde [7]. Eine weitere Methode zur Herstellung mit Hilfe von Trinkwassersprudlern, die man auf den Kopf hält und die Gasdüse mit einem Geschirrhandtuch umwickelt, beschreibt Meyn in [8]. Den Vorschlag von Meyn haben wir leicht variiert und schlagen die in Versuch1 beschriebene Durchführung vor.
Versuch 1: Herstellung von Trockeneis mit einem Trinkwassersprudler
Versuch 1: Herstellung von Trockeneis mit einem Trinkwassersprudler
GERÄTE
Trinkwassersprudler (z.B. von Sodastream...

Friedrich+ Chemie

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 157 / 2017

Reaktionen mit Gasen

Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-9