Ziel des Versuchs: Dieser Versuch zeigt die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Ionenkonzentration am Beispiel einer Natrium-, Kalium- und Calciumchloridlösung.
| Thema: Leitfähigkeit und einfache Elektrolyse | Tags: Leitfähigkeit | Klassenstufen: 9-10 | Versuchsart: SV |
Materialien
Spannungsquelle, Kabel, Leitfähigkeitsprüfer, 2 Multimeter
Chemikalien
Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, dest. Wasser
Durchführung
Zunächst werden je 30 mL einer Natriumchlorid-, Kaliumchlorid- und Calciumchloridlösung mit den Konzentrationen c1 = 1 mol/L, c2 = 0,1 mol/L und c3 = 0,01 mol/L angesetzt.
Parallel zu der Spannungsquelle wird ein Multimeter als Voltmeter geschaltet. Der Leitfähigkeitsprüfer sowie ein weiteres Multimeter werden in Reihe geschaltet. Das Multimeter dient hierbei als Amperemeter. An der Spannungsquelle wird nun eine Spannung von 5 V angelegt. Nun können die Leitfähigkeiten gemessen werden. Zwischen den Messungen sollte der Leitfähigkeitsprüfer mit destilliertem Wasser abgespült werden. Um den Fehler in der Leitfähigkeitsmessung so gering wie möglich zu halten, sollte außerdem die Lösung mit der geringsten Konzentration jeweils zuerst gemessen werden.
Beobachtung
Tabelle 1: Gemessene Stromstärke in Abhängigkeit der eingesetzten Konzentration des jeweiligen Salzes.
| Salz | c [mol/L] | U [V] | I [mA] |
|---|---|---|---|
| NaCl | 1,0 | 5,0 | 1,9 |
| 0,1 | 4,9 | 0,26 | |
| 0,01 | 5,2 | 0,05 | |
| CaCl2 | 1,0 | 5,1 | 1,75 |
| 0,1 | 5,0 | 0,46 | |
| 0,01 | 5,1 | 0,07 | |
| KCl | 1 | 4,9 | 2,03 |
| 0,1 | 5,2 | 0,29 | |
| 0,01 | 5,3 | 0,08 | |
Mit steigender Konzentration steigt auch die gemessene Stromstärke.
Deutung
Tabelle 2: Messwerte sowie der Leitwert der Ionen in Abhängigkeit ihrer Konzentration. Dieser wurde mittels der Formel L = I/U ermittelt.
| Salz | c [mol/L] | U [V] | I [mA] | G [mA/V] |
|---|---|---|---|---|
| NaCl | 1,0 | 5,0 | 1,9 | 0,38 |
| 0,1 | 4,9 | 0,26 | 0,053 | |
| 0,01 | 5,2 | 0,05 | 0,01 | |
| CaCl2 | 1,0 | 5,1 | 1,75 | 0,343 |
| 0,1 | 5,0 | 0,46 | 0,092 | |
| 0,01 | 5,1 | 0,07 | 0,014 | |
| KCl | 1 | 4,9 | 2,03 | 0,418 |
| 0,1 | 5,2 | 0,29 | 0,056 | |
| 0,01 | 5,3 | 0,08 | 0,015 | |
Mit zunehmender Konzentration der Ionen steigt auch die Leitfähigkeit. Je höherer Konzentration der Ionen, desto mehr Ionen, die sich in der Lösung bewegen können, sind vorhanden und desto höher ist die Leitfähigkeit. Dies wird durch das Kohlrausche Gesetz gestützt, welches besagt, dass die molare Leitfähigkeit eines Elektrolyten der Summe der Leitfähigkeiten seiner Anionen und Kationen entspricht. Zu beachten ist jedoch, dass die Leitfähigkeit nicht immer weiter steigt, sondern bei zu hohen Konzentrationen wieder abnimmt. Dies ist damit zu begründen, dass bei einer zu hohen Ionendichte die Ionenbewegung eingeschränkt wird, ist aber in diesem Versuchsaufbau nicht zu sehen.
Entsorgung
Die Lösungen können in den Ausguss gegeben werden.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Dieser Versuch kann eingesetzt werden, um die Einflüsse Konzentration auf die Leitfähigkeit einer Lösung darzustellen. Aus Sicherheitsgründen sollte die Konzentration einer Lösung bei der Leitfähigkeitsmessung nicht mehr als c =1 mol/L betragen. Daher kann der Leitfähigkeitsabfall bei höheren Konzentrationen nicht gezeigt werden.
Literatur
[1] R. Herbst-Irmer, Praktikumsskript zum anorganisch-chemischen Fortgeschrittenenpraktikum für Lehramtskandidaten, Göttingen: Universität Göttingen, (2017).
[2] M. Suhm, T. Zeuch, M. Hold, Skript zur Physikalische Chemie für Lehramtskandidaten I, Göttingen: Universität Göttingen, (2014/2015).
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