Schwefelsäureprotolyse

Geräte und Chemikalien: 50ml Becherglas, 150ml Becherglas, Bürette, Glaswanne, Magnetrührer, Thermometer, Transformator, Leitfähigkeitsmeßstaab, 50ml Bürette, 10ml Pipette, Stativ, Experimentierkabel, Messinterface, PC, 97% Schwefelsäure, dest. Wasser.

Durchführung: In ein hohes, 50ml-Becherglas wird 10ml H2SO4 mit einer Pipette vorgelegt. Das becherglas wird in eine Glaswanne mit Kühlwasser gestellt, darunter befindet sich ein Magnetrührer. Bei 3 Volt wird im 200mA Wechselstrombereich des Interface der Stromfluß gemessen. In 9 Schritten wird dann aus einer Bürette Wasser zugetropft bis 10 Volumenprozent erreicht sind. Anfangs wird ein kleines Becherglas verwendet um eine große "Tauchtiefe" füe Elektroden und Rührstab zu gewähleisten. Vor den letzten Verdünnungen ist in ein größeres becherglas umzufüllen. Die Zugabemenge errechnet sich aus: Vz = Zugabemenge Wasser, Ca = Anfangskonzentration, Cx = gewünschte Konzentration, Va = Ausgangsvolumen

Gleichzeitig wird die Temperaturentwicklung kontrolliert. Damit das Gemisch nicht zu heiß wird, muß nach jedem Verdünnungsschritt entsprechend gewartet werden.

Beobachtungen: Bei der Verdünnung nimmt die Temperatur zu, bis zu einer Konzentration von 40% steigt die Stromstärke um bei noch stärkerer Verdünnung wieder zurückzugehen:

Wert	Konz.	Vol.	+ H2O	Strom
Nr.	% (Ca)	ml (Va)	ml (Vz)	mA
1	97,0	10,0	0,0	47
2	90,0	10,0	0,8	62
3	80,0	10,8	1,4	80
4	70,0	12,1	1,7	97
5	60,0	13,9	2,0	110
6	50,0	15,9	3,2	117
7	40,0	19,1	8,8	120
8	30,0	27,8	9,3	115
9	20,0	37,1	18,5	107
10	10,0	55,6	-	97

Ergebnisse: Schon die 97% Schwefelsäure ist etwas dissoziiert. Die enthaltene Wassermenge erzeugt soviele Hydronium- und Hydrogensulfat- bzw. Sulfationen, daß ein deutlicher Stromfluß resultiert. Die höchste Ionenkonzentration und damit auch die beste Leitfähigkeit müsste sich eigentlich bei einer 60%igen Säure ergeben:

Bevor das Wasser aber nur noch verdünnend wirkt, also die Protolyse alle Schwefelsäureteilchen erfasst hat, muss offensichtlich deutlich stärker, bis auf etwa 40% verdünnt werden. Die Gleichgewichtslage erlaubt vorher keine, wie in der Reaktionsgleichung angenommene, vollständige Reaktion.

Sicherheit: Gegen den Grundsatz "Niemals Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure" wird hier verstoßen! Die Problematik muss also mit den Schülerinnen und Schülern diskutiert werden. Bei unzureichender Kühlung erhitzt sich das Becherglas schnell über 50°C, was die Gefahr verdeutlicht.