Im geschlossenen Kolben — Lavoisiers Waage

In the Sealed Flask — Lavoisier's Balance

Chemie Klasse 8 6 Aufgaben
Chemische ReaktionenVerbrennung

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 Waage zeigt 152,20 g.

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.

Lass die Eisenwolle im geschlossenen Kolben brennen, bis die Flamme von selbst erlischt. Was macht die Anzeige? Öffne danach den Stopfen: Was ändert sich jetzt? Die Balken rechts zeigen die Stoffe im Kolben im selben Maßstab.

Die Anzeige rührt sich nicht. Das Eisen wird weniger, das Eisenoxid mehr, und ein dritter Balken schrumpft dabei: der Sauerstoff, ein Gas, das etwa ein Fünftel der Luft ausmacht. Er ist es, der sich mit dem Eisen verbindet. Ist er aufgebraucht, erlischt das Glühen, obwohl noch Eisen übrig ist: 0,28 g Sauerstoff reichen für 0,73 g Eisen.

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.

Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

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?

  • ● 205,40 g
  • ○ weniger als 205,40 g
  • ○ mehr als 205,40 g
Im geschlossenen Gefäß bleibt die Masse erhalten. Was das Eisen an Sauerstoff aufnimmt, fehlt der Luft im Kolben — die Summe ändert sich nicht.
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Bei einer chemischen Reaktion in einem geschlossenen Gefäß kann Masse aus dem Nichts hinzukommen, wenn es dabei sehr heiß wird.

✓ Falsch
Wärme hat keine messbare Masse. In einem geschlossenen Gefäß ist die Masse nach der Reaktion genauso groß wie vorher — das Gesetz von der Erhaltung der Masse.
Mittel
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Nach der Verbrennung im geschlossenen Kolben wird der Stopfen geöffnet. Was passiert mit der Anzeige?

  • ● sie steigt, weil Luft hineinströmt
  • ○ sie sinkt, weil Gas entweicht
  • ○ sie bleibt gleich
Der verbrauchte Sauerstoff hat eine Lücke im Kolben hinterlassen. Zimmerluft strömt nach und füllt sie — erst jetzt kommt Masse hinzu. Diesen Moment beschrieb Lavoisier 1774.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Im Kolben verbinden sich 0,56 g Sauerstoff mit Eisen. Wie viel schwerer ist das Eisenoxid als das verbrauchte Eisen?

  • ● 0,56 g
  • ○ 0 g
  • ○ 1,12 g
Das Eisenoxid besteht aus dem Eisen und dem aufgenommenen Sauerstoff. Es ist genau um dessen Masse schwerer — nicht mehr und nicht weniger.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

In welchem Versuch zeigt die Waage nach der Reaktion dieselbe Masse wie vorher?

  • ● Kerze unter einer luftdicht verschlossenen Glasglocke auf der Waage
  • ○ Kerze offen auf der Waage
  • ○ Eisenwolle offen auf der Waage
Nur wenn das Gefäß geschlossen ist, liegen alle beteiligten Stoffe auf der Waage. Offen geht bei der Kerze Gas weg, beim Eisen kommt Sauerstoff aus der Luft dazu.
Wahr / Falsch #4 20s ▶ Testen

Im verschlossenen Kolben erlischt die Glut, obwohl noch Eisenwolle übrig ist, weil der Sauerstoff im Kolben aufgebraucht ist.

✓ Wahr
Ein Liter Luft enthält nur etwa 0,28 g Sauerstoff. Das reicht für rund 0,73 g Eisen — der Rest bleibt unverbrannt, bis neue Luft hineinkommt.