Demonstrationen mit Trockeneis
Hinweis: Die Filme sind nur auf der CD-ROM abspielbar
 
 
Stoffe: 
 Trockeneis, Magnesium gepulvert, destilliertes Wasser, Universalindikator- und Phenolphthaleinlösung, Methylrot- und Bromthymolblaulösung
Geräte:
 Tiegelzange, Arbeitshandschuhe aus Leder und Schutzbrille, Erlenmeyerkolben 250ml mit Stopfen, Luftballon, Glaswanne mit Kerzen, Glimmspan, Brenner, Seifenblasen, 2 Bechergläser 600ml, 2 Dreifüße, große Metallplatte, Becher, Topf und Schüssel aus Metall
Trockeneis darf nicht mit den bloßen Händen angefasst werden, es sind kälteisolierende isolierende Schutzhandschuhe und eine Schutzbrille zu tragen. Dies gilt insbesondere beim Zerkleinern von Trockeneis. Die Räume, in denen Trockeneis gelagert oder transportiert wird, müssen gut belüftet werden.
 
Inhalt:
Hinweise zur Beschaffung von Trockeneis
Umgang mit Trockeneis
Demonstration 1: Sublimieren von Trockeneis
Demonstration 2: Leidenfrostsches Phänomen und "Krachmacher-Instrument"
Demonstration 3: Reaktion mit Magnesium
Ergänzende Informationen
Literatur
 
 
Hinweise zur Beschaffung von Trockeneis:
Informationen, wer bei Ihnen Trockeneis in der näheren Umgebung liefert, erhalten Sie bei der Linde AG oder bei der TV Kohlensäure GmbH. Im Laborhandel ist auch ein Gerät erhältlich, mit dem man kleinere Mengen Trockeneis mit Hilfe einer CO2-Steigrohrflasche selbst herstellen kann.
 
Umgang mit Trockeneis:
Trockeneis ist festes Kohlenstoffdioxid, das bei einer Abkühlung auf unter -78,48°C zu festem Trockeneis resublimiert. Beim Umgang mit Trockeneis gelten folgende Sicherheitsbestimmungen.  
Demonstration 1: Sublimieren von Trockeneis
 
a) Ein kleineres Stück Trockeneis wird auf den Tisch gelegt und beobachtet. Feine Nebelstreifen breiten sich sternförmig vom Trockeneis aus.
 
Beim Sublimieren des Trockeneises durch die wärmere Umgebungsluft bei ca. -78°C entsteht gasförmiges Kohlenstoffdioxid, das für kurze Zeit noch sehr kalt ist. Dadurch kondensiert der Wasserdampf aus der Luft und bildet zusammen mit dem wegströmenden Kohlenstoffdioxid einen Nebel.
 
b) Ein kleines Stück Trockeneis wird in einen Erlenmeyerkolben gegeben und dieser locker mit einem Gummistopfen verschlossen. Schon nach kurzer Zeit springt der Stopfen durch den entstehenden Dampfdruck heraus.
 
Gibt man Trockeneis in einen leeren Luftballon und verschließt diesen, wird der Ballon durch das entstehende Gas "aufgeblasen". Trockeneis erhält man auch, wenn man einen mit Kohlenstoffdioxid gefüllten Ballon in flüssigen Stickstoff legt (>Versuchsbeschreibung).
 
  Film: Ballon mit Trockeneis
 
Ballon mit Trockeneis dehnt sich aus
 
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c) In eine hohe Wanne werden treppenstufenartig mehrere Kerzen gestellt und entzündet. Legt man ein Stück Trockeneis an den Boden der Wanne, gehen die Kerzen nach und nach aus. Diese Demonstration kann in mehreren Variationen durchgeführt werden, z.B. wenn man Seifenblasen in die Wanne bläst (siehe unter >Demonstrationen mit Kohlenstoffdioxid).
 
d) Zwei 600ml-Bechergläser werden mit 600ml destilliertem Wasser gefüllt und auf einen Dreifuß gestellt. Das Wasser wird jeweils mit 1ml einer Indikatorlösung versetzt, z.B. mit Methylrot- und Bromthymolblaulösung oder mit Phenolphthalein- und Universalindikatorlösung. Dann gibt man zwei kleinere Stücke Trockeneis hinzu und wartet ab.
 
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Vor der Zugabe von Trockeneis
30 Sekunden nach der Zugabe
      
Beobachtungen:
Es steigen Gasblasen auf. Nebelschwaden fließen aus der Flüssigkeit heraus, während die gefärbten Flüssigkeiten allmählich ihre Farbe verändern.
 
  Film: Trockeneis in Wasser mit Indikatoren
 
Phenolphthalein und Universalindikator
Methylrot und Bromthymolblau
 
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Erklärungen:
Die im Wasser aufsteigenden Kohlenstoffdioxidbläschen reißen feinste Wassertröpfchen mit. Das aufsteigende Kohlenstoffdioxid ist noch relativ kalt, wodurch an der Austrittstelle über dem Wasser Wasserdampf aus der Luft zu feinsten Wassertröpfchen kondensiert. Staubpartikel in der Luft und ebenfalls entstehende kleine Eiskriställchen begünstigen diesen Vorgang zusätzlich. Ein feiner Nebel entsteht. Ein Teil des aufsteigenden Kohlenstoffdioxids löst sich im Wasser und bildet Kohlensäure. Die entstehende Säure verändert die Farbe der Indikatoren.

 
Demonstration 2: Leidenfrostsches Phänomen
 
Legt man kleine Trockeneis-Stücke auf eine leicht abgeschrägte Metallplatte, bilden sich unter den Stücken Gaspolster, so dass die Stückchen über die Metallplatte sausen. Dieses Phänomen der Gaspolster wird als Leidenfrostsches Phänomen bezeichnet und kann auch beim Gießen von flüssigem Stickstoff auf heißes Wasser (>Versuchsbeschreibung) beobachtet werden.
 

  Film: Trockeneis auf Metallplatte
 
Trockeis saust auf einem Metallblech umher
 
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Eine außerordentlich beeindruckende Demonstration gelingt, wenn man Trockeneis-Stücke mit einem Handschuh auf metallene Resonanzkörper legt. Das Eis wird durch das wärmere Metall zur Gasproduktion angeregt. Das entstehende Kohlenstoffdioxid hebt das Eis kurz an, das kurz danach wieder auf die Metalloberfläche zurückfällt. Dabei entsteht zunächst ein Klappern, dass durch Drücken auf die Eisstückchen zu einem ohrenbetäubenden "Geschrei" anschwellen kann. Besonders gut gelingt die Demonstration, wenn man als Resonanzkörper eine Metallschüssel nimmt und in der Schüssel ein Trockeneis-Stück an das Metall drückt. Durch entsprechende Bewegungen lassen sich die Geräusche modulieren, so dass man ein echtes "Krachmacher-Musikinstrument" erhält, das durch das ganze Schulhaus zu hören ist.
 
Filme: Trockeneis als "Krachmacher-Instrument"
 
Trockeneis vibriert auf einem umgekehrten Topf
Trockeneis vibriert auf einem umgekehrten Zinnbecher
Musikinstrument mit Trockeneis
Vibrieren auf einem Topf
auf einem Becher
 Trockeneis-Instrument
 
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Demonstration 3: Reaktion mit Magnesium

Eine größere Trockeneisplatte wird auf einen Tisch mit feuersicherer Unterlage gelegt. Dann gibt man ein Häufchen Magnesiumspäne (oder eine Knäuel Magnesiumband) in die Mitte des Trockeneises (oder in eine Mulde) und entzündet das Magnesium mit einem Brenner, so dass es an einer Stelle brennt. Nun wird eine zweite Platte Trockeneis darauf gelegt. Nach dem Ende der Reaktion nimmt man die obere Platte wieder ab und betrachtet das Produkt.
 

  Film: Trockeneis reagiert mit Magnesium
 
Trockeneis reagiert mit brennendem Magnesium
 
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Beobachtungen:
Das Magnesium brennt weiter und entwickelt eine sehr helle Flamme. Unter starkem Knistern spritzen Funken auf der Seite heraus. Nach dem Abheben der oberen Platte sind weißliche und schwärzliche Stellen zu sehen.
 
Theorie:
Das Magnesium reagiert in einer Redoxreaktion mit dem Kohlenstoffdioxid, wobei weißes Magnesiumoxid und schwarzer Kohlenstoff entsteht:
2 Mg  +  CO2  ----->  2 MgO  +  C
Als Nebenprodukte entstehen auch Magnesiumcarbide und Kohlenstoffmonoxid. Das Auftreten der sehr hellen Leuchterscheinungen während der Reaktion ist noch nicht eindeutig geklärt.
 
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Leuchterscheinungen bei der Reaktion
 
 
Ergänzende Informationen:
Zur Herstellung von Trockeneis wird gasförmiges Kohlenstoffdioxid unter Druck verflüssigt und anschließend durch schnelles Entspannen in den festen Aggregatzustand verwandelt. Der dabei entstehende Kohlensäureschnee wird unter Druck verdichtet und zu Blöcken gepresst. Diese sind im Handel erhältlich.
 
Trockeneis wird vorwiegend von der Lebensmittelindustrie verwendet. Es ist ungiftig und hinterlässt nach dem Sublimieren keine Rückstände. Es dient zur Lagerung und zum Transport von Tiefkühlgut, z.B. von Speise-Eis, von Lebensmitteln in Bahnen und Flugzeugen oder von Fleisch. Aber auch bei der Herstellung von Werkstoffen wird Trockeneis eingesetzt, z.B. zum Kälte-Schrumpfen von Maschinenteilen, zum Einfrieren von Rohrleitungen, zum Härten von Nieten oder zur Prüfung von Werkstoffen bei tiefen Temperaturen. Im chemischen Labor ist das Trockeneis ein wichtiges Kühlmittel.
 
 
Literatur:  
Copyright: T. Seilnacht
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