Sublimieren von Trockeneis - Experiment

Cover

Aufgabenstellung

Das Phänomen der Sublimation soll anhand von Trockeneis anschaulich dargestellt werden.

Vorbetrachtungen

Theoretische Grundlagen

Grafik zur Veranschaulichung der Aggregatzustände und deren Übergängen

Vorallem sind zum nachvollziehen des Experiments Grundlagen zu den Aggregatzuständen nötig. Diese teilen Stoffe in die atomaren/molekularen Formen fest, flüssig und gasförmig ein. Die Übergänge zwischen Aggregatzuständen bezeichnet man schmelzen (von fest zu flüssig), verdampfen (von flüssig zu gasförmig), erstarren (von flüssig zu fest) und kondensieren (von gasförmig zu flüssig). Sonderformen sind hierbei sublimieren (von fest zu gasförmig) und resublimieren (von gasförmig zu fest). Das heißt der Stoff wird von einer festen Form direkt in eine gasförmige gebracht ohne dazwischen flüssig zu werden. Letzteres ist daher so ungewöhnlich, da die meisten Stoffe bei Normaldruck immer zuerst schmelzen und somit wenig natürliche Sublimationen stattfinden. Einer der Stoffe die diese Eigenschaft besitzen ist das in diesem Experiment verwendete Trockeneis (festes CO₂).

Versuchsaufbau

Skizze zur Veranschaulichung des Versuchsaufbaus:

rahmen

Verwendete Geräte

• Trockeneis
• Heizplatte
• evtl. Schutzkleidung

Für Lehrkräfte

Methodische Hinweise

Es ist empfehlenswert auf einer zweiten Heizplatte den gleichen Versuch mit normalem Eis (festes H₂O) anstelle von Trockeneis durchzuführen um einen Vergleich zwischen der Sublimation und dem Schmelzen mit anschließendem Verdampfen zu beobachten.

Durchführung

Beschreibung der Versuchsdurchführung

1. Heizplatte an den Strom schließen und anschalten
2. Heizplatte erwärmen lassen (abwarten)
3. Trockeneis auf die Heizplatte platzieren (Schutzhandschuhe und weitere Schutzmaßnahmen empfehlenswert)
4. Ereignisse beobachten (evtl. notieren)

Beobachtung

Man kann beobachten wie das Trockeneis langsam von außen nach innen verschwindet und sich schließlich ganz auflöst. Feste Trockeneisstückchen gehen mit der Zeit vollständig in einen gasförmigen Zustand über. Außerdem bewegen sich die Trockeneisstückchen, während des Auflösungsprozesses, dynamisch in einer zitternden bis springenden Bewegung.

Video

Link: YouTube:Sublimieren von Trockeneis - Experiment

Informationen zum Video

Experiment Nr.:	206
Veröffentlicht am:	01.05.2019
Dateiname:	206.mp4
Länge:	47s 360ms
Maximale Dateigröße:
Videoqualität:	SD, HD, 2k
Lizenz:	CC0 1.0 Universell (CC0 1.0) Public Domain Dedication

Auswertung

Erklärung

Das Trockeneis sublimiert im Experiment. Es geht also vom festen Aggregatzustand direkt in den gasförmigen Aggregatzustand über und überspringt den flüssigen Zustand komplett. Der Grund dafür ist die atomare/molekulare Struktur von Kohlenstoffdioxid (dem Stoff aus dem Trockeneis besteht). Teilchen von Kohlenstoffdioxid (und anderen Stoffen mit der Eigenschaft der Sublimation) verlassen bei Erwärmung die feste Struktur des Stoffes und nehmen bei Normaldruck direkt große Abstände zueinander ein, so das direkt ein Gas entsteht. Es wird also eine kleinere Energie benötigt den Stoff in Gasform zu bringen als in Flüssigkeitsform bzw. existiert keine Flüssigkeitsform bei Normaldruck sondern nur bei Überdrück. Daher ist auch keine Flüssigkeit auf der Heizplatte zu erkennen, sondern das Trockeneis verschwindet sichtlich. Selbstverständlich verschwindet es hierbei nicht wirklich, sondern wird langsam gasförmig und somit unsichtbar. Die dynamischen Bewegungen der Trockeneisstückchen wirken hingegen wie Luftkissen. Vorallem unter dem Trockeneis findet aufgrund der Heizplatte die größte Erwärmung und somit auch die größte Sublimation und Gasbildung statt. Aufgrund der Dichte und des Auftriebs des entstandenen Gases werden die festen Stückchen in Bewegung gesetzt. Sie schweben sozusagen.