Demonstrationen mit Trockeneis
  Demonstration 3 nur für Lehrkräfte geeignet
 

 

Inhalt
Hinweise zur Beschaffung von Trockeneis
Umgang mit Trockeneis
Demonstration 1: Trockeneis sublimiert
Demonstration 2: Leidenfrost-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 in Deutschland und Österreich bei der Linde AG, in der Schweiz bei der Pangas oder der Carbagas. 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

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 etwa −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).

c) In eine hohe Wanne werden wie eine Treppe 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 600 ml destilliertem Wasser gefüllt und auf einen Dreifuß gestellt. Das Wasser wird jeweils mit 1 ml einer Indikator-Lösung versetzt, zum Beispiel mit Methylrot- und Bromthymolblau-Lösung oder mit Phenolphthalein- und Universalindikator-Lösung. Dann gibt man zwei kleinere Stücke Trockeneis hinzu und wartet ab.

Beobachtungen: Es steigen Gasblasen auf. Nebelschwaden fließen aus der Flüssigkeit heraus, während die gefärbten Flüssigkeiten allmählich ihre Farbe verändern.
 
Erklärungen: Die im Wasser aufsteigenden Kohlenstoffdioxid-Bläschen nehmen feinste Wasser-Tröpfchen mit. Das aufsteigende Kohlenstoffdioxid ist noch relativ kalt, wodurch an der Austrittstelle über dem Wasser Wasserdampf aus der Luft zu feinsten Wasser-Tröpfchen kondensiert. Staub-Partikel in der Luft und ebenfalls entstehende kleine Eis-Kristalle 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   Leidenfrost-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 Leidenfrost-Phänomen bezeichnet und kann auch beim Gießen von flüssigem Stickstoff auf heißes Wasser beobachtet werden. (>Versuchsbeschreibung)
 
Eine ungewöhnlich beeindruckende Demonstration gelingt, wenn man Trockeneis-Stücke mit einem Handschuh auf metallene Resonanzkörper legt. Das Eis wird durch das wärmere Metall zur Gas-Produktion angeregt. Das entstehende Kohlenstoffdioxid hebt das Eis kurz an, das kurz danach wieder auf die Metall-Oberfläche zurückfällt. Dabei entsteht zunächst ein Klappern, das durch Drücken auf die Eis-Stückchen zu einem ohrenbetäubenden „Geschrei“ anschwellen kann. Besonders gut gelingt die Demonstration, wenn man als Resonanzkörper eine Metall-Schüssel 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.

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 ein Knäuel Magnesiumband in die Mitte des Trockeneises oder in eine Mulde und entzündet das Magnesium mit einer 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 Kohlenstoffmonooxid. Das Auftreten der sehr hellen Leuchterscheinungen während der Reaktion ist noch nicht eindeutig geklärt.

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 Kohlensäure-Schnee wird unter Druck verdichtet und zu Blöcken gepresst. Diese sind im Handel erhältlich.
 
Trockeneis wird vorwiegend in der Lebensmittel-Industrie verwendet. Es 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.