Experiment des Monats Februar 1999 Wanderungsgeschwindigkeit von Ionen

Die Wanderung in Wasser gelöster farbiger Ionen im elektrischen Feld kann in einem U-Rohr gut beobachtet werden. Bei diesem Versuch wird die Wanderungsgeschwindigkeit des Permanganat-Ions bestimmt. Daraus können die (feldunabhängige) Beweglichkeit und der Ionenradius berechnet werden.
Dieser Versuch wird an der Universität Ulm im Grundpraktikum Physikalische Chemie für Chemie-Lehramt durchgeführt. Herrn Prof. Dr. M. Dakkouri danke ich für die Unterstützung.

Geräte und Chemikalien: U-Rohr, zur leichteren Befüllung mit angeschmolzenem Steigrohr mit Trichter und Hahn, 2 Platinelektroden, Netzgerät. 0,003 M Kaliumnitrat-Lösung, Lösung von 0,5 g Kaliumpermanganat (0,003 M) und 50 g Harnstoff (zur Erhöhung der Dichte) in 1000 ml Wasser. Durchführung: Das Steigrohr - bei geschlossenem Hahn - mit der Permanganat-Lösung füllen. GGf. durch vorsichtiges Öffnen des Hahnes eingeschlossene Luftblasen entfernen. Das U-Rohr etwa zur Hälfte mit KNO3-Lösung füllen. Die Elektroden einsetzen und mit dem Netzgerät verbinden. Durch Öffnen des Hahnes die Nitrat-Lösung langsam (ca. 10 Minuten) mit der KMnO4-Lösung unterschichten. Die Schichtgrenzen müssen sich scharf ausbilden! Die Spannung (30-50 V) einschalten und 20-30 Minuten elektrolysieren. Die negativ geladenen Permanganat-Ionen wandern zur Anode (+-Pol), dies zeigt sich in der Verschiebung der Grenzschicht. Die Wanderungsstrecke (x) wird abgelesen und die Wanderungsgeschwindigkeit v = x/t berechnet. Zur Berechnung der elektrischen Feldstärke E = U/l muß der Elektrodenabstand (l) mit Hilfe eines entsprechend gebogenen Drahtes gemessen werden. Die Beweglichkeit (u) ergibt sich gemäß u = v/E. Nimmt man in der Lösung STOKESsche Reibung an, kann der Ionenradius berechnet werden. Bei einer gleichförmigen Bewegung gilt Kräfte-Gleichgewicht zwischen Fel = z eo E und FR = 6 p h r v. Für den Ionenradius (r) erhält man - unter Berücksichtigung der Beweglichkeit (u): r = (z eo) / (6 p h u). Die Viskosität beträgt für Wasser bei 20oC: h = 1,002 cg/cm.sek. Literaturwert: r = 3,45 A Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie, Bd. Mn-C2, S. 50 Berlin, ...: Springer, 1975

Gefahren:
Kaliumnitrat und Kaliumpermanganat sind brandfördernd und gesundheitsschädlich.

Entsorgung:
Schwermetall-Abfall.

Literatur & Links:
Eucken/Suhrmann: "Physikalisch-Chemische Praktikumsaufgaben" - Versuch 73, S. 199-201
Grundpraktikum Physikalische Chemie, V. 13: Wanderungsgeschwindigkeit eines Ions; Univ. Ulm, 1977/1998

Archiv:

Seite erstellt am: Sonntag, 31. Januar 1999, A. Schunk.