Im geschlossenen Kolben — Lavoisiers Waage
In the Sealed Flask — Lavoisier's Balance
Eisenwolle verbrennt in einem verschlossenen Kolben voll Luft, der auf der Waage steht. Die Kinder lassen den Sauerstoff im Kolben aufbrauchen und sehen: Das Eisenoxid wächst, der Sauerstoff schwindet, die Anzeige bleibt bei 152,20 g stehen. Erst wenn sie den Stopfen öffnen, strömt Luft nach und die Waage steigt. So arbeitete Lavoisier 1774 mit Zinn — und daraus folgt das Gesetz von der Erhaltung der Masse: In einem geschlossenen System ist die Masse vor und nach einer Reaktion gleich (Barke 2006). Es bereitet die Bilanz der Kerze und das Ausgleichen von Reaktionsgleichungen vor.
Die Luft auf die Waage zu bringen, ist einfacher, als es klingt: Man
schließt sie mit ein. Ein Glaskolben von einem Liter wiegt 150,00 g.
Hinein kommen 1,00 g Eisenwolle, dazu die Luft, die ohnehin darin
ist, 1,20 g bei Zimmertemperatur. Ein Stopfen verschließt den
Kolben, ein dünner Draht zur Zündung führt hindurch. Die
Jetzt liegt alles, was an der Verbrennung beteiligt sein kann, auf der Waage. Nichts kann hinaus, nichts herein. Kippt die Anzeige nach unten, wird Stoff vernichtet; steigt sie, kommt Stoff aus dem Nichts. Die Waage unten zeigt den Kolben und, im selben Maßstab, was in ihm steckt.
Die Anzeige rührt sich nicht. Das
Erst beim Öffnen zischt es leise, und die Anzeige steigt um ein Viertelgramm. Der verbrauchte Sauerstoff hat im Kolben eine Lücke hinterlassen, und Zimmerluft strömt hinein, um sie zu füllen. Genau diesen Moment beschrieb Antoine Lavoisier 1774. Er hatte Zinn in einem zugeschmolzenen Glasgefäß erhitzt, das Ganze vorher und nachher gewogen und keinen Unterschied gefunden. Erst als er das Gefäß öffnete, strömte Luft hinein, und erst dann war es schwerer.
Daraus wurde einer der Grundsätze der Chemie, das Gesetz von der Erhaltung der Masse: In einem geschlossenen Gefäß ist die Masse nach einer chemischen Reaktion genauso groß wie vorher. Stoffe verwandeln sich, aber es verschwindet nichts und es kommt nichts hinzu. Die offene Waage unter dem Teelicht hat also nicht gelogen, sie hat nur nicht alles gewogen.
Ein verschlossener Kolben mit Eisenwolle und Luft zeigt auf der Waage 205,40 g. Die Wolle brennt, bis sie von selbst erlischt. Was zeigt die Waage dann — der Stopfen bleibt zu?
Bei einer chemischen Reaktion in einem geschlossenen Gefäß kann Masse aus dem Nichts hinzukommen, wenn es dabei sehr heiß wird.
Nach der Verbrennung im geschlossenen Kolben wird der Stopfen geöffnet. Was passiert mit der Anzeige?
Im Kolben verbinden sich 0,56 g Sauerstoff mit Eisen. Wie viel schwerer ist das Eisenoxid als das verbrauchte Eisen?
In welchem Versuch zeigt die Waage nach der Reaktion dieselbe Masse wie vorher?
Im verschlossenen Kolben erlischt die Glut, obwohl noch Eisenwolle übrig ist, weil der Sauerstoff im Kolben aufgebraucht ist.