In dieser Praktikumsarbeit mit dem Titel "allgemeine Chemie für Physiker" werden u.a. folgende Fragestellungen inklusive deren Auswertung bearbeitet:
- Was passiert bei unsauberer Verbrennung von Methan?
- Was passiert bei sauberer Methan Verbrennung?
- Wie sterilisiert man Porzellantiegel?
- Wie ist die Verbrennung eines Holz Stabes bei einem Bunsenbrenner?
- Wie ist das Temperaturprofil einer Methan Bunsenbrenner Flamme?
- Was passiert wenn Wasser in einem Reagenzglas erhitzt wird?
- Was passiert wenn Wasser in einem Reagenzglas erhitzt wird und es dabei geschüttelt wird?
- Wie verhält sich der Siedeverzug wenn man Siedesteine hinzu-gibt? [...]
Versuchsnummer 1.1.a:
Thema:
Bunsenbrenner
Fragestellung:
Was passiert bei unsauberer Verbrennung von Methan?
Geräte und Chemikalien:
Bunsenbrenner Schlauch, Bunsenbrenner, Tiegelzange, Porzellantiegel
Durchführung:
Der Bunsenbrenner wird bei geschlossener Luftzufuhr angezündet. In die leuchtende Flamme hält man kurzzeitig einen trockenen, sauberen Porzellantiegel.
Auswertung:
Beobachtung:
Der trockene, saubere Porzellantiegel wurde in die leuchtende Flamme des bei geschlossener Luftzufuhr gezündeten Bunsenbrenners gehalten. Hierbei lagerte sich „C“ in Form von Ruhs ab. Diese entsteht bei der unsauberen Verbrennung von „CH₄“ (Methan).
Reaktion:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diskussion:
Bei ungenügender Sauerstoffzufuhr hingegen entstehen unerwünschte Nebenprodukte wie Kohlenstoff (Ruhs). Ferner ist in diesem Fall die Nutzenergie gering.
Versuchsnummer: 1.1.a :
Thema:
Bunsenbrenner
Fragestellung:
Was passiert bei sauberer Methan Verbrennung?
Geräte und Chemikalien:
Bunsenbrenner Schlauch, Bunsenbrenner, Tiegelzange, Porzellantiegel
Durchführung:
Man öffnet die Luftzufuhr des angezündeten Bunsenbrenners bis eine geteilte, ruhig brennende nicht leuchtende Flamme entsteht und hält den Porzellantiegel wieder in die Flamme.
Auswertung:
Beobachtung:
Es wurde der im vorherigen Versuch durch Ablagerungen „C“, in Form von Ruhs, des unsauberen Verbrennens von „CH₄“ (Methan) einseitig verunreinigten Porzellantiegel mit dieser Seite in die nicht leuchtende Flamme des bei der offener Luftzufuhr betriebenen Bunsenbrenners gehalten. Hierbei löste sich die Verunreinigung „C“ in Form von Ruhs wieder. Dies entsteht durch die Verbrennung von den an dem Porzellantiegel angelagerten „C“ in Form von Ruhs durch „CH₄“ (Methan).
Reaktion:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Nebenprodukt bei Verbrennung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Vergleich:
Durch genügend Sauerstoff zufuhr verbrennt das Methan mit einer Energieausbeute von ∆H = 891 kJ pro molˉ.
Da jedoch im vorigen Versuch nicht genügend Sauerstoff zu Verfügung stand, entstand aufgrund der unsauberen Verbrennung „C“ Ruhs als Nebenprodukt. Ferner war in diesem Fall die Energieausbeute gering.
Versuchsnummer 1.1.a:
Thema:
Bunsenbrenner
Fragestellung:
Wie sterilisiert man Porzellantiegel?
Geräte und Chemikalien:
Bunsenbrenner Schlauch, Bunsenbrenner, Tiegelzange, zwei Porzellantiegel, Tondreieck und Dreifuss
Durchführung:
Schließlich glüht man zwei Porzellantiegel ohne Deckel auf einem Tondreieck aus und stellt sie mit Hilfe einer Tiegelzange in einen Exsikkator. Sind die Tiegel durch Kennzeichnung nicht unterscheidbar, so werden sie mit Dokumententinte mit der Arbeitsplatznummer versehen.
Anmerkung:
Tiegel nicht glühend in den Exsikkator stellen zuvor erst etwas abkühlen lassen.
Auswertung:
Beobachtung:
Das sauber verbrennende Methan „CH₄“ erhitzt die Porzellantiegel so, dass die an ihnen haftenden Ablagerungen wie Ruhs „C“ sich auflösen und verbrennen. Beide Tiegel glühen mit einer leichten Orangfärbung. Nach dem diese in den Exsikkator gestellt sind, erwärmt sich dieser ein wenig.
Reaktion:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Nebenprodukt bei Verbrennung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diskussion:
Methan verbrennt in einem sauberen Verbrennungsprozess mit hoher Energieausbeute von ∆H = 891 kJ pro molˉ.
Die Verunreinigung am Tiegel wird weggebrannt. Diesen Prozess nennt man Sterilisierung. Zur weiteren Konservierung, also Beibehaltung der sterilen Oberfläche der Tiegel werden diese in den Exsikkator gestellt. Weiterer Effekt ist die Trocknung der Tiegel durch ein im Exsikkator enthaltenes Trockenmittel.
Versuchsnummer 1.1.b:
Thema:
Bunsenbrenner
Fragestellung:
Wie ist die Verbrennung eines Holz Stabes bei einem Bunsenbrenner?
Geräte und Chemikalien:
Bunsenbrenner Schlauch, Bunsenbrenner, Tiegelzange, Holz Stab,
Durchführung:
Temperaturverteilung: Ein Holz stab (Streichholz oder Holzspan) wird quer in die nicht leuchtende Flamme direkt über das Brennerrohr gehalten.
Auswertung:
Beobachtung:
Infolge des Einbringens des Holzstabes über das Brennerrohr beginnt die Verbrennung an den Enden und wandert in die Mitte.
Reaktion:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Nebenprodukt bei Verbrennung von Holz:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diskussion:
Da Holz aus den drei Hauptbestandteilen Cellulose, Hemicellulose und Lignin, also aus den chemischen Elementen Kohlenstoff „C“, Sauerstoff „O“, Wasserstoff „H“ und Stickstoff „N“ aufgebaut ist, beginnt es ab etwa 150 C zu verkohlen. Dies ist eine Pyrolyse, hier der Biobrennstoff Holz, der mit einem Sauerstoffanteil von 44 Massen – Prozent thermochemisch aufgespalten wird, wobei ein Bindungsbruch innerhalb großer Moleküle in kleinere erzwungen wird. Man kann also anhand des Holzstabes die thermochemische Verteilung der Bunsenbrenner Flamme wie den Aufbau erkennen. So wird die Flamme in Kern, Mantel und den fast unsichtbaren Flammensaum unterteilt. Aufgrund der hohen Temperatur im Randbereich fängt dort der Holz stab auch zu brennen an.
Versuchsnummer 1.1.c:
Thema:
Bunsenbrenner
Fragestellung:
Wie ist das Temperaturprofil einer Methan Bunsenbrenner Flamme?
Geräte und Chemikalien:
Bunsenbrenner Schlauch, Bunsenbrenner
Durchführung:
Nehmen Sie das Temperaturprofil eines Bunsenbrenners mit einem Thermoelement auf. Messen Sie dabei die Temperatur in fünf einzelnen Zonen des Brenners.
Auswertung:
Beobachtung:
Die Flamme des Bunsenbrenners wird von innen nach außen immer wärmer.
Abbildung 1.1.c:
Reaktion:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diskussion:
Die Flamme des Bunsenbrenners wird durch Methan CH₄ und Luft O₂ gespeist. Sie wird in Kern, Mantel und den fast unsichtbaren Flammensaum unterteilt. Im Kern herrscht eine Temperatur von 840C - 900C. Im Mantel etwa 1380C und Saum etwa 1560C sind dagegen bedeutend heißer, jedoch weniger gut zu erkennen, da hier das Gas nahezu vollständig verbrennt. Weitere Unterteilungen die sich bei einer Vormischflamme und in geringeren Maß auch bei einer Teilvormischflamme ausbildenden Kegel wird nach oxidierender Flamme (außen) und reduzierender Flamme (innen) unterschieden, wobei sich die größten Temperaturen an deren Übergänge zeigen.
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