Gipskristallauflösung Protokoll PDF

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Versuch Nr.5: Gipsauflösung Aufgabe Es ist die Auflösungskonstante von Gips in Wasser zu bestimmen und daraus die Dicke der Diffusionsschicht zu berechnen. Grundlagen Die Auflösung eines Stoffes setzt sich aus zwei Teilschritten zusammen: Herauslösen aus dem Kristallgitter (von fest zu flüssig) und der Diffusion der gelösten Teilchen von der Phasengrenze in die Lösung. Geschwindigkeitsbestimmend ist die Diffusion. Der Teilchenstrom von der Oberfläche des Gipskristalls in die Lösung innerhalb der Diffusionsschicht, kann mit dem ersten Fickschen Gesetz beschrieben werden:

Abb. 1 Unter den in Abb. 1 gezeigten idealisierten Verhältnissen kann der Differenzialquotient für das Konzentrationsgefälle durch einen Differenzenquotienten ersetzt werden

und liefert folgende Beziehung:

Setzt man anstelle von dnA die Konzentrationsänderung d[A] des gelösten Stoffes ein, so ergibt sich

Hält man die Versuchbedingungen (Rührgeschwindigkeit, Temperatur) konstant, so lässt sich der Term D*O/(δ ⋅ V) in einer Konstant kD (Auflösekonstante) zusammenfassen.

Die Gleichung nimmt die Form eines Zeitgesetzes erster Ordnung an. Nach Trennung der Variablen kann sie in den Grenzen von z = [A]s bei t0 = 0 bis z = ([A]s - [A]) bei t integriert werden:

Das integrierte und linearisierte Zeitgesetz lautet dann:

Versuchsdurchführung Zuerst werden alle Seiten des Gipskristalles auf Millimeterpapier abgezeichnet, um daraus die Oberfläche berechnen zu können. 400ml bidestiliertes Wasser werden mit einem Messzylinder abgemessen und in das Elektrodengefäß gegeben. Der Magnetrührer sorgt für gleichmäßiges und kräftiges rühren der Lösung. Die Leitfähigkeit des Wassers wird zum Zeitpunkt t=0 gemessen. Nach der Zugabe des Gipskristalles in die Mitte des Siebes, beginnt die Aufnahme der Messwerte. Anfangs wird alle 2 Minuten die spezifische Leitfähigkeit gemessen, nach 20 Minuten nur noch im Intervall von 10 Minuten. Nach 90 Minuten die Elektrode herausnehmen und in gesättigte Gipslösung tauchen um den Sättigungswert KS zu ermitteln. Auswertung

λ-(1/2 SO42-) = 80,00 * 10-4 m2 S mol-1 λ+(1/2 Ca2+) = 59,47 * 10-4 m2 S mol-1 F = 9,648 * 104 C/mol T = 25°C = 298,15 K R = 8,3142621 J/mol*K

z+ = 2 z- = -2

D+ = 7,918 * 10-10 m²/s D₋ = 1,0651 * 10-9 m²/s Dsalz = 9,08 * 10-10 m²/s

Dicke der Diffusionsschicht: Da Gips unter Normalbedingungen mit 2,1 g/l eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser besitzt, kann

man annehmen, dass die mittlere Dicke der Diffusionsschicht während des Versuches gleich bleibt. κD kann aus dem Anstieg der linearen Regresion im Diagramm ermittelt werden.

D = 9,08 * 10-10 m²/s O = 0,0815 m2 V = 0,4 l κD = 0,00264 1/min = 4,4 * 10-5 1/s δ = 4,2047 * 10-6 m²/s Die Auflösung des Gipskristalls verlief, wie aus den Messwerten ersichtlich, relativ gleichmäßig. Dies wird auch aus dem Diagramm ersichtlich. Trägt man dieLeitfähigkei der Lösung im Diaframm gegen die Zeit auf, so ergibt sich ein fast linearer Graph. Dies bedeutet, dass die Menge der in Lösung gehenden Teilchen über die Zeit relativ konstant bleibt. Fehlerbetrachtung Fehler können auftreten, wenn kein bidestilliertes Wasser oder abweichendes Volumen statt dem vorgegebenen benutzt wird. Dazu muss darauf geachtet werden, das Messwerte zur vorgegebenen Zeit abgelesen werden, da es sonst zu Abweichungen kommen kann. Desweiteren kann es zu Fehlern bei der Berechnung der Fläche des Gipskristalls kommen.

Anhänge Tabelle 1

Zeit [min] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 30 40 50 60 70 80 90

Leitfähigkeit [µs/cm] 0,75 11,1 21,5 31,8 42,2 52,5 62,7 73 83,2 93,1 103 152 198,6 243 286 328 367 405

Tabelle 2 - Leitfähigkeit [µs/cm] ln(ks-k) Zeit [min] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 30 40 50 60 70 80 90

Leitfähigkeit [µs/cm] ln(ks-k) 7,563 7,5579 7,5525 7,5471 7,5416 7,5361 7,5306 7,5251 7,5196 7,5142 7,5088 7,4816 7,4455 7,4289 7,4031 7,3771 7,3524 7,3278...