von Bernhard Sieve

Leitfähigkeit von Salzschmelzen mit eutektischen Gemischen

elektrische Leitfähigkeit
Leitfähigkeitsprüfer mit Melodiemodul, © Bernhard Sieve

von Bernhard Sieve

Versuch: Sek. I/II | Lehrer | Zeit: 15 Minuten
Didaktische Überlegungen
Die Leitfähigkeit eines Stoffes in wässriger Lösung und als Schmelze wird im Chemieunterricht als typische Eigenschaft von Ionenverbindungen herausgestellt und den Isolatoreigenschaften der festen Salze gegenübergestellt. Während die experimentelle Prüfung der elektrischen Leitfähigkeit von Salzlösungen einfach durchzuführen ist, hängt der Erfolg der Leitfähigkeitsprüfung einer Salzschmelze von der Wahl der Beispiele ab. Aufgrund dessen, dass die Schmelztemperatur von Kochsalz mit 801 °C etwa genauso hoch wie die Erweichungstemperatur des Glases von Fiolax-Reagenzgläsern ist und die Messung der Leitfähigkeit bei diesen Temperaturen für die Lernenden nicht einfach ist, müssen andere Beispiele her. Nachfolgend werden verschiedene Alternativen vorgestellt.
Materialien
Porzellantiegel, Gasbrenner, Magnetwand incl. Halterungen für Tiegel (alternativ: Tiegelzange), Leitfähigkeitsprüfer mit Melodiemodul (Abb.1 ) und Einwegkanülen als Elektroden nach [1] oder aus Unterputzkabeln nach [2], Kabel, Glühlampe 1,5V mit Fassung oder Elektromotor mit niedriger Anlaufspannung (z.B. Solarmotor), Wechselspannungsquelle, Spatel, Lithiumchlorid GHS07, Natriumnitrat GHS03, 07), Kaliumnitrat GHS03, 07, Natriumchlorid, Calciumchlorid GHS07
Durchführung
1.In die drei Tiegel werden folgende Salze bzw. Salzgemenge gegeben:
Tiegel1: 2 Spatel Lithiumchlorid, Tiegel2: 2 Spatel eines Natriumnitrat-Kaliumnitrat-Gemisches (1:1),
Tiegel3: 2 Spatel eines Gemischs aus 40% Natriumchlorid und 60% Calciumchlorid.
2.Es wird die Leitfähigkeit der festen Salze gemessen.
3.Die Salze werden geschmolzen. In die Schmelze hält man vorsichtig die Elektroden des Leitfähigkeitsprüfers.
Der Gasbrenner wird entfernt und die Leitfähigkeit bis zum Erstarren der Schmelze geprüft.
Beobachtung und Erklärung
Die festen Salze leiten aufgrund der im Ionengitter immobilisierten Ionen keinen Strom. Die Schmelzen leiten dagegen wegen der Beweglichkeit der Ionen den Strom. Beim Erstarren ist erneut keine Leitfähigkeit messbar. Der Vorteil der verwendeten Salze ist die geringere Schmelztemperatur: Lithiumchlorid schmilzt bei 605 °C. Das Gemisch von KNO3 und NaNO3 schmilzt bereits bei einer Temperatur von etwas über 210 °C, da ein eutektisches Gemisch vorliegt und die Schmelztemperatur erniedrigt ist (vgl. kolligative Eigenschaften). Aus dem gleichen Grund ist die Schmelztemperatur des NaCl/CaCl2-Gemisches auf etwa 580 °C reduziert. Die reinen Salze haben deutlich höhere Schmelztemperaturen (Natriumchlorid: 801 °C, Calciumchlorid: 772 °C).
Literatur
[1] Bee, U. & Jansen, D. (2016): Bau eines melodischen Leitfähigkeitsprüfers. Chemie & Schule 31/4, 23f.

Friedrich+ Chemie

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 169 / 2019

Bindungen und Wechselwirkungen

Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 9-12