Nicht ganz dicht

Der Versuch dient als Demonstrationsversuch zum Thema der Diffusion von Gasen durch Membranen, indem ein Luftballon mit Ammoniak-Gas befüllt und auf mit Phenolphthalein versetztes Wasser gelegt wird. Aufgrund des Gefahrenpotentials von Ammoniak-Gas ist die Durchführung nur Lehrkräften zu empfehlen. Den Schülerinnen und Schüler sollte im Vorfeld der Aufbau von Membranen als für einige Stoffe undurchlässige Barrieren bekannt sein und der Farbumschlag von Indikatoren wie Phenolphthalein. Auch der Siedepunkt als stoffspezifische Eigenschaft sollte im Vorwissen verankert sein.

Luftballon, Reagenzglas, Pasteurpitte, Becherglas (250 mL), Krokodilklemme, Reagenzglasständer, Kristallisierschale, Handschuhe

Ammoniaklösung, Phenolphthaleinlösung, Wasser

Die Versuchsdurchführung erfolgt im Abzug und es sollten Handschuhe getragen werden. Mit der Pasteurpipette wird etwa einen Finger breit Ammoniaklösung in das Reagenzglas gegeben und der Luftballon darübergestülpt. Das Becherglas wird mit heißem Wasser gefüllt und das Reagenzglas in dieses Wasserbad gestellt, bis sich der Luftballon mit Gas gefüllt hat. Dann wird das Reagenzglas in den Ständer gestellt, der Luftballon mit der Krokodilklemme verschlossen und vom Reagenzglas abgezogen. Die mit Wasser gefüllte Kristallisierschale wird mit einigen Tropfen Phenolphthtaleinlösung versetzt und der Luftballon auf die Wasseroberfläche gedrückt, sodass die verschlossene Öffnung unter Wasser liegt. Nach dem Prüfen der Dichtigkeit wird die Öffnung nach oben gedreht.

Im Wasserbad beginnt die Ammoniaklösung zu sieden und der Luftballon füllt sich mit Gas. Im Wasserbad wird der Luftballon langsam kleiner, obwohl keine Blasenbildung an der Öffnung zu beobachten ist. Das Wasser färbt sich nach einiger Zeit beginnend an der Membran des Luftballons violett.

Aufgrund des niedrigen Siedepunktes wird Ammoniak aus der Lösung gasförmig und strömt in den Luftballon. Wird der Luftballon verschlossen, diffundiert das Gas langsam durch die Membran und löst sich im Wasser, wodurch der pH-Wert größer wird. Das Phenolphthalein zeigt die alkalische Eigenschaft der Hydroxidionen im Wasser durch die Farbveränderung von farblos zu violett. Die Reaktionsgleichung lautet:

NH_3(g) + H₂O_(l) → NH₄⁺_(aq) + OH^-_(aq)

Die Gummimembran des Luftballons ist zwar für Gase der Luft weitgehend undurchlässig, das Ammoniakgas hingegen weist eine kleinere Molekülstruktur als die Bestandteile der Luft auf und kann somit schneller durch die Membran diffundieren. Anschließend wird das Ammoniakgas im Wasser gelöst.

Die wässrige Lösung und die übrig gebliebene Ammoniaklösung werden in gemäß den saure und alkalische Abfällen entsorgt. Der Luftballon wird in den Müll für kontaminierte Feststoffe gegeben.

Schmidkunz, Heinz; Rentsch, Werner (2011): Chemische Freihandversuche. Kleine Versuche mit großer Wirkung. Köln: Aulis. S. 28