Idee: Brigitte Niemann, Photos: Ulrich Helmich, Anmerkungen: Dr. Ewald Fernbach.
Durchführung:
1 Der Standzylinder wird zu zwei bis drei Zentimeter mit verdünnter Phenolphthaleinlösung gefüllt, dann mit einer Einmachfolie dicht verschlossen (mit Bindfaden abschnüren). Die Folie ist recht großzügig zu bemessen, damit beim Umdrehen des Zylinders keine Lösung heraustropfen kann.
2 Nun wird der Standzylinder mit der Phenolphthaleinlösung in ein Stativ eingespannt und dann umgedreht über der Glasschüssel befestigt.
3 Der Standzylinder wird so abgesenkt, dass er im Wasser steht. Den Boden der Glasschüssel sollte die Folie allerdings nicht berühren.
4 Dann wird etwas Natronlauge zu dem Wasser in der Glasschüssel gegossen, so dass eine stark verdünnte NaOH-Lösung entsteht.
Beobachtungen
5 In der Vergrößerung erkennt man, was passiert. Die Phenolphthalein-Lösung wird recht schnell intensiv rot, während die Natronlauge sehr lange braucht, um leicht rot zu werden.
6 Bei Beendigung des Versuchs sieht man die Ergebnisse ganz deutlich. Intensivrote Färbung im Standzylinder, lediglich blassrote Färbung in der Natronlauge.
Deutung
Die Deutung des Versuchs ist ganz einfach: Die Einmachfolie ist eine semipermeable Membran, d.h. sie ist durchlässig für kleine Moleküle und Ionen, nicht aber für große Moleküle oder Ionen.
Wenn der Standzylinder in die Natronlauge abgesenkt wird, so können die kleinen Hydroxid-Ionen der Lauge leicht durch die Folie in die Phenolphthalein-Lösung eindringen. Phenolphthalein reagiert dann mit den Hydroxid-Ionen zu einem intensiv roten Farbstoff.
Die Phenolpthalein-Moleküle andererseits sind ziemlich groß und haben große Schwierigkeiten, die Membran zu passieren. Einige wenige Moleküle dringen jedoch in die Natronlauge ein und sorgen dort für die leichte Rosafärbung.
Nachtrag 2008
Herr Dr. Ewald Fernbach hatte mir im letzten Jahr eine interessante Idee zu dem Versuch zugeschickt, die ich jetzt hier veröffentlichen und zur Diskussion stellen möchte. Ich muss zu meiner Entschuldigung sagen, dass ich seit Jahren nicht mehr in der Stufe 11 unterrichtet habe und deswegen diese Abteilung meiner Homepage lange nicht mehr gepflegt habe. Durch einen Gastbeitrag einer Kollegin habe ich mich jedoch außerplanmäßig wieder einmal mit "Diffusion und Osmose" beschäftigt und bin dann auch auf diesen Versuch gestoßen. Und da fiel mir doch die Mail von Dr. Fernbach ein...
Also hier der Beitrag:
- Sehr geehrter Herr Helmich,
wären folgende Deutungen der Resultate Ihres Experiments nicht äquivalent zur angebotenen:
1. die Diffusionsgeschwindigkeit von OH- und Phenolphtalein sind gleich
das Volumen in der NaOH Schüssel ist groß, daher ist die Konzentrationsänderung relativ geringer als jenseits der Cellophanmembran, wo das Volumen klein ist
2. wenige, durch die Membran diffundierende OH- Ionen führen zu einer Farbänderung aller Phenolphtaleinmoleküle, während die Farbänderung in der NaOH Schüssel linear von der Phenolphtaleinkonzentration abhängig ist. Demnach ist die als Messparameter verwendete Farbintensität aussen linear abhängig von der Diffusionsgeschwindigkeit des Phenolphtalein aber innen nicht linear abhängig von der Diffusionsgeschwindigkeit der OH- Ionen. Daher könnte die unterschiedliche Farbintensität auch bei gleicher Diffusionsgeschwindigkeit von OH- und Phenolphtalein zustande kommen.
Mit freundlichen Grüßen
Dr. E. Fernbach
Ich möchte mich bei Dr. Fernbach für diesen Beitrag bedanken. Ich finde diese Deutungen durchaus logisch. Wer sich zu diesem Thema äußern möchte, ist herzlich eingeladen, mir eine entsprechende Mail zu schicken.
