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Demonstrationen mit Trockeneis
  Demonstration 3 nur für Lehrkräfte geeignet
 
Ballon mit Trockeneis dehnt sich aus
 
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
Sicherheit  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. Weitere Sicherheitsvorschriften finden sich im Text.

Schutzbrille anziehen!  Schutzhandschuhe anziehen!  Lueftungsmassnahmen erforderlich
GefährdungsBU  Experimente mit Trockeneis und Kohlenstoffdioxid   pdf

Zum Experimentieren im eigenen Unterricht wird eine editierbare GBU benötigt.
 
 
 
 
Hinweise zur Beschaffung von Trockeneis

Informationen, wer bei Ihnen Trockeneis in der näheren Umgebung liefert, erhalten Sie in Deutschland und Österreich bei der Linde AG, in der Schweiz bei der Pangas. Im Laborhandel ist auch ein Gerät erhältlich, mit dem man kleinere Mengen Trockeneis mit Hilfe einer CO2-Steigrohrflasche selbst herstellen kann.
 
 
Sicherheitsempfehlungen für den 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 diese Sicherheitsbestimmungen:
  • Aufgrund der tiefen Temperatur von Trockeneis darf es nicht mit den Händen angefasst werden. Zum Transport, zum Zerkleinern und zum Fassen von Stücken eignen sich Zangen und Arbeitshandschuhe aus kälteisolierendem Leder.
  • Bei allen Versuchen und insbesondere beim Zerkleinern müssen die Augen mit einer Schutzbrille aus kälteisolierendem Kunststoff geschützt werden. Dies gilt auch für alle Zuschauer.
  • Bei Spritzgefahr durch Splitter: Immer Schutzscheibe und Gesichtsschild verwenden!
  • Die Kleidung muss alle Körperteile bedecken!
  • Versuche nur bei laufender Raumlüftung in größeren Räumen durchführen.
  • Trockeneis darf nicht in dicht geschlossenen Behältern gelagert oder transportiert werden. Zum Transport von Trockeneis vom Lieferanten in die Schule eignet sich eine Kühlbox, wie sie für den Campingbedarf erhältlich ist. Zum längeren Aufbewahren von Trockeneis empfiehlt sich ein Dewar-Gefäß, das wärmeisoliert ist. Dieses eignet sich auch zum Aufbewahren von flüssigem Stickstoff.
  • Räume, in denen Trockeneis aufbewahrt wird, müssen ständig gut belüftet werden. Dies gilt insbesondere auch beim Fahren in einem Auto. Beim Sublimieren des Trockeneises entsteht gasförmiges Kohlenstoffdioxid, das in höheren Konzentrationen toxisch und erstickend wirkt. Aus einem Liter Trockeneis entstehen 460 Liter gasförmiges Kohlenstoffdioxid
 
Demonstration 1   Trockeneis sublimiert
 
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).
 
 
Ballon mit Trockeneis dehnt sich aus
 
Film erhältlich auf DVD
 
 
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, beispielsweise 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
 
Filme erhältlich auf DVD
 
 
Beobachtungen: Es steigen Gasblasen auf. Nebelschwaden fließen aus der Flüssigkeit heraus, während die gefärbten Flüssigkeiten allmählich ihre Farbe verändern.
 
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.
 
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.
 
 
Trockeneis vibriert auf einem umgekehrten Zinnbecher
Musikinstrument mit Trockeneis
 
Filme erhältlich auf DVD
 
 
Demonstration 3   Reaktion mit Magnesium

Dieser Versuch darf nur mit Schutzscheibe oder im Abzug durchgeführt werden. Der Brandschutz im Raum muss geprüft werden, da brennende Magnesiumteile zur Seite wegspritzen können. Schutzbrille, ein geschlossener Schutzkittel und Schutzhandschuhe aus Leder sind obligatorisch. Eine größere Trockeneisplatte wird auf eine Steinplatte als feuersichere 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 Lötlampe, 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.
 
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
 
 Film erhältlich auf DVD
 
 
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, von Speise-Eis, von Lebensmitteln in Bahnen und Flugzeugen oder von Fleisch. Aber auch bei der Herstellung von Werkstoffen wird Trockeneis eingesetzt, so auch 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