An dieser Stelle wird das Material zum Workshop Flüssiger Stickstoff, der insgesamt drei Mal auf den Chemietagen des VCÖ in Wien abgehalten wurde, eingestellt.
Dank geht an die Organisatoren und Helfer vor Ort, die ein optimales Arbeiten ermöglicht haben.
Folien zum Workshop
Powerpoint: Flüssiger Stickstoff
Messsystem
Das Messsystem, das zur Temperaturmessung verwendet wurde, ist das Mobile CASSY 2 WLAN mit einem NiCr-Ni-Messfühler.
Mobile CASSY 2 WLAN
Messfühler
Messfühler vom Typ NiCr-Ni haben einen Temperaturbereich von – 200 bis 1300 °C. Am Gerät werden verschiedene Temperaturbereiche ausgewählt.
Der Messfühler kann auch in einer rauschenden Bunsenbrennerflamme (Propan- bzw. Erdgas als Brennstoff) verwendet werden, das Fühlerrohr glüht, der Messfühler nimmt aber keinen Schaden.
Das Mobile CASSY ist ein universelles Messsystem, es kann mit einer Vielzahl von Messfühlern verwendet werden.
Luftballons
Die im Vortrag erwähnten Luftballons der Firma Qualatex sind nicht mehr erhältlich. Es gibt qualitativ gleichwertige Hersteller wie Sempertex oder Belbal.
Sempertex 5 cm Durchmesser, Modellierballon, gelb, 50 Stück
Sempertex 7,5 cm Durchmesser, Modellierballon, rot, 50 Stück
Belbal 17 cm Durchmesser, rund, Chrystal clear
Die Modellierballons lassen sich nur mit Hilfe einer Ballonpumpe bzw. mit einer Druckgasflasche aufblasen.
Die großen, runden und klaren Ballons eignen sich besonders gut, um die Flüssigkeit im Inneren des Ballons nach dem Schrumpfen zu zeigen.
Will man den Sauerstoff, der im zusammengeschrumpften Luftballon kondensiert ist, in ein vorgekühltes Reagenzglas schütten, eignet sich besonders gut der Modellierballon mit 7,5 cm Durchmesser.
Material aus dem VSN-Shop
Der Shop des Vereins der Schweizerischer Naturwissenschaftslehrerinnen und –lehrer bietet qualitativ hochwertiges Material an, das für das Experimentieren mit flüssigem Stickstoff besonders geeignet ist:
Dewar
Aggregatzustände von Chlor
Versuche
Auf einige Versuche wird in der Präsentation verwiesen, einige Versuche sind in folgender Tabelle zusammengestellt.
| Versuch | Stichworte | Materialien |
|---|---|---|
| Aggregatzustände Chlor | 9, Aggregatzustände, Bindung, Zwischenmolekulare Kräfte | |
| Erdbeereis | 5-13, Motivation, Schulfest | |
| Flüssiger Sauerstoff | 8, Aggregatzustände, CASSY, Chemische Reaktion | CASSY_Labx: Messung tiefer Temperaturen |
| Flüssiger Sauerstoff aus der Luft | 8, Aggregatzustände, Chemische Reaktion | |
| Flüssiger Stickstoff-Demo | 8, 9, Aggregatzustände, Zwischenmolekulare Kräfte | |
| Fraktionierte Destillation | 8, 9, Aggregatzustände, Trennmethoden, Zwischenmolekulare Kräfte | |
| Master of Hellfire | 8, Alltag, Aggregatzustände, Show, | Bild: Master of Hellfire |
Flüssiger Stickstoff kann durch einen Filzhut geschüttet werden, während dies mit Wasser nicht möglich ist. Flüssiger Stickstoff hat im Gegensatz zu Wasser keine Oberflächenspannung.
Natürlich ist es auch spektakulär, die Änderungen von Materialeigenschaften (Blüten, Gummischlauch, Farbänderung von Schwefel, Klangänderung von Blei) zu demonstrieren. Will man z.B. bei einer Show eine Atmosphäre wie in einer Alchemistenküche erzeugen, kann man flüssigen Stickstoff in warmes Wasser gießen (oder umgekehrt).
Wie stellt man eigentlich flüssigen Stickstoff her?
Der Weg zum flüssigen Stickstoff führt über flüssige Luft.
Ein Versuch, der das Prinzip der Luftverflüssigung zeigt, ist die Herstellung von Trockeneis mit einer Kohlenstoffdioxid-Steigrohrflasche. In der Flasche liegt flüssiges Kohlenstoffdioxid vor, öffnet man den Hahn (nie einen Druckminderer verwenden, ist für Gas, nicht für Flüssigkeit ausgelegt), tritt flüssiges Kohlenstoffdioxid aus, das zum Teil verdampft und dadurch den Rest so stark abkühlt, dass das Trockeneis erstarrt. Das Trockeneis kann man z.B. im Ärmel eines Labormantels auffangen (Vorsicht Handschuhe als Kälteschutz tragen).
Hier liegt insofern ein Modellversuch für die Luftverflüssigung vor, da hier gezeigt wird, wie durch das Expandieren einer Flüssigkeit bzw. eines Gases Energie aufgewendet werden muss, um die Zwischenmolekularen Kräfte zu überwinden (diese wird, wie bei der Verdunstungskälte aus der Umgebung aufgenommen, die dadurch abkühlt). Bei Kohlenstoffdioxid reicht dieser eine Expansionsschritt aus, um festes Kohlenstoffdioxid zu erhalten. Bei der Luftverflüssigung werden mehrere Zyklen aus komprimieren, Hitze abführen, expandieren durchgeführt, um flüssige Luft zu erhalten. Das ist das sog. Linde-Verfahren.
Flüssige Luft wird dann großtechnisch in Stickstoff, Sauerstoff und Argon mittels Destillation zerlegt.