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Modellvorstellungen

Seite 6. Atome und Moleküle 4. Das Teilchenmodell und die Zustandsformen der Materie

5. Diffusionsvorgänge

Die Erscheinung der Diffusion.

Wir wollen die Versuche und mit Hilfe des Dalton-Modells deuten. Als Gas besteht die Luft aus frei beweglichen Teilchen ohne einen erkennbaren Zusammenhalt (Vgl: Abb. 5.1). Wenn Wasserstoff in den Plastikbeutel geleitet wird (Versuch ), verdrängen die Wasserstoffteilchen die Luftteilchen; ebenso verdrängen die Kohlendioxidteilchen (Versuch ) die Luftteilchen aus dem Becherglas. Weil dabei eine unterschiedliche Anzeigenänderung der Waage zu beobachten ist, kann geschlossen werden, dass Wasserstoffteilchen leichter als Luft und Kohlendioxidteilchen schwerer als Luft sind.

In einen Plastikbeutel, der an einer Waagebefestigt ist, leitet man kurz Wasserstoff, wie es Abb. 5.1 zeigt. Verfolgedie Anzeige der Waage 5 - 10 Minuten lang.
In ein hohes Becherglas auf einer Waageleitet man Kohlendioxid ein. Beobachte die Anzeige der Waage und vergleiche die beiden Versuchsergebnisse.
Diffusionsvorgänge
5.1 Oben: In einem Plastikbeutel wird Wasserstoff eingeleitet.Unten: In ein Gefäß wird Kohlendioxid eingeleitet.

Diffusion: Die selbständige Vermischungund Ausbreitung von Stoffen aufgrund der Eigenbewegung der Feinteilchen.

Wenn wir unsere Beobachtung fortsetzen, können wir feststellen, wie sich die Anzeige der Waage erneut ändert, und sich die ursprüngliche Gleichgewichtslage der Waage wieder einstellt. Auch darauf ist das Dalton-Modell anwendbar: Die Wasserstoff- bzw. Kohlendioxidteilchen bleiben offensichtlich nicht lange in ihrem Behälter, sondern bewegen sich - auch entgegen der Schwerkraft - wieder heraus, so dass wieder Luftteilchen eindringen können. Die Gasteilchen, in unserem Fall von Luft, Wasserstoff und Kohlendioxid, haben eine Eigenbewegung, die wir als Wärmebewegung schon kennengelernt haben. Sie haben dadurch die Fähigkeit, sich frei im Raum zu verbreiten. Man nennt dieses Verhalten der Stoffe, sich mit anderen zu mischen, allgemein Diffusion (lat. = Verbreitung, Zerstreuung).

Diffusion einer Farblösung in Alkohol
5.2 Diffusion einer Farblösung in Alkohol.Links: Beginn, mitte: nach 1 Stunde, rechts: nach einem Tag.
Alkohol (farblos) wird vorsichtig mit Methylblaulösung unterschichtet und über einen längeren Zeitraum beobachtet.
Beim Lösen diffundieren dieTeilchen eines Feststoffes in einer Flüssigkeit.
Heißer Tee wird gezuckert.Es wird nicht umgerührt. Was geschieht mit dem Zucker? Wende zur Erklärung das Dalton-Modell an. Wenn umgerührt wird,wird der Tee schneller süß. Begründe diese Tatsache.

Wie Versuch zeigt, kann die Erscheinung der Diffusion auch bei Flüssigkeiten beobachtet werden. Sie verläuft allerdings mit geringerer Geschwindigkeit als bei Gasen. Auch bei festen Körpern lassen sich Diffusionserscheinungen beobachten (Siehe Aufgabe )

Tabelle 3: Mittlere Geschwindigkeit verschiedener Gasteilchen in km / h
Gas 0°C 100°C 1000°C
Wasserstoff 6 102 7 128 13 320
Sauerstoff 1 530 1 782 3 348
Stickstoff 1 634 1 904 3 578
Kohlendioxid 1 303 1 519 2 855
In ein Becherglas, das auf einer Tonzelle steht,wird Wasserstoff eingeleitet. Die Tonzelle steht mit der Waschflasche in Verbindung, wie es Abb. 5.2 zeigt. Sobald ein Versuchsergebniserkennbar ist, wird die Zufuhr von Wasserstoff eingestellt und das Becherglas weggenommen. Beobachte, was dabei in der Waschflasche vorgeht.
Unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeit von Wasser und Luft
5.2 In dem Versuch wird die unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoffund Luft gezeigt. Dabei wird auch deutlich, dass Gase durch eine Tonwand diffundieren können.

Unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeit.

In Stäben aus reinem Blei, deren Oberflächevergoldet ist, läßt sich nach einiger Zeit Gold nachweisen. Wie kann diese Tatsache gedeutet werden?
Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt mitder Masse der Teilchen ab.

Unser Versuch zeigt, dass Gase auch leicht durch poröse Wände diffundieren. Die Versuchsbeobachtungen sind mit der Annahme einer einer unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoff und Luft zu erklären. Während sich die Wasserstoffteilchen mit großer Geschwindigkeit durch die Tonwand bewegen, gelingt es den Teilchen der Luft nur schwer, die Tonzelle zu verlassen. So kommt es im Innem der Zelle zu einem Überdruck. Entfernt man nach einiger Zeit das übergestülpte Becherglas, so diffundieren nun die Wasserstoffteilchen am schnellsten durch die Wand nach außen. In der Zelle tritt ein Unterdruck auf; deshalb wird über das Röhrchen Luft eingesaugt.

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