Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Das können Schüler mit Hilfe des „Öltropfenversuchs“ experimentell sogar selbst bestimmen.

Versuch 1: Vorbereitung der Lösungen für den Öltropfenversuch In einen Maßkolben (50 ml) pipettieren wir 1 ml Ölsäure. Wir füllen mit n-Heptan (F) auf und vermischen. Dann entnehmen wir diesem Kolben wieder einen Milliliter Lösung, geben sie in einen zweiten Maßkolben (50 ml) und füllen erneut mit n-Heptan auf und vermischen.

Nun rechnen wir aus, wie viel Ölsäure in einem Milliliter der zweiten Lösung ist.

Die erste Lösung enthielt 1/50 ml Ölsäure. Wird die wieder auf 1:50 verdünnt, so enthält ein Milliliter der zweiten Lösung 1/50 · 1/50 = 1/2500 ml Ölsäure.

Versuch 2: Öltropfenversuch Wir nehmen eine große Kristallisierschale (Durchmesser ca. 20 cm) und geben Wasser hinein. Auf die Oberfläche pusten wir etwas Schwefelblume, so dass die Oberfläche des Wassers mit einer feinen Staubschicht bedeckt ist. (Man kann - wenn man es in der Sammlung hat - auch etwas feinstes Aluminiumpulver („Aluminiumbronze“ (F)) oder auch Bärlappsamen (F) nehmen.) Dann geben wir einen Tropfen von Lösung 2 in die Mitte der Wasseroberfläche. Rasch breitet sich das Öl aus. Das erkennen wir daran, dass die Ölsäure-Moleküle als Tenside die Oberfläche besetzen und die Schwefelteilchen zur Seite drängen - so wie es die Geschirrspülmittel machen (-> Versuch). Nun müssen wir etwas warten. Denn das n-Heptan verdunstet, wobei der Kreis fast auf die Hälfte zusammenschnurrt. Wir messen den Durchmesser des Kreises. Um genau zu gehen, sollten wir den Versuch mit drei Schalen machen. Dann bilden wir einen Mittelwert. Ergebnis: Der Durchmesser des Kreises betrug 9 cm; der Radius ist also 4,5 cm.

Das Ergebnis entspricht durchaus dem, welches wir in der Literatur [1] finden. Jetzt müssen wir noch wissen, wie viele Tropfen in einem Milliliter sind. Beim Titrieren geht man davon aus, dass ein Tropfen 0,03 ml entspricht, dass also ein Milliliter etwa 30 Tropfen bildet. Dann enthält ein Tropfen der zweiten Lösung 1/2500 · 1/30 = 1/75000 ml Ölsäure.

Nun berechnen wir die Länge L eines Ölsäuremoleküls. Wir gehen dazu davon aus, dass der Film, den die Ölsäure auf dem Wasser bildet, wie bei den Tensiden monomolekular ist („Köpfchen in das Wasser, Schwänzchen in die Höh´“…).

Das Volumen des Öltröpfchens ist dann wie das Volumen eines Zylinders mit der Höhe L zu berechnen.

Die Dicke des Ölfilms beträgt also 2,1 · 10^-7 cm, also 2,1 · 10^-9 m oder 21 · 10^-8 cm. Mit physikalisch gebräuchlichen Maßeinheiten drückt man Letzteres so aus: 2,1 nm (Nanometer) bzw. 21 Ångström.

Kann das in etwa stimmen?
Wir erinnern uns, dass der Durchmesser eines H-Atoms 1 Ångström beträgt. Nun ist ein Carbonsäuremolekül viel länger. Das „starre“ Molekül von Stearinsäure ist schon 2,45 nm oder 24,5 Ångström lang. Das eher gewinkelte Molekül der Ölsäure sollte etwas kleiner sein - wie wir ausgerechnet haben.

Stearinsäure und Ölsäure im Vergleich

Zum Schluss ein wichtiger Hinweis
Man sollte bei dem Versuch nicht höchst genaue Werte erwarten. Dafür sind die Fehlermöglichkeiten zu groß. Aber im Allgemeinen erhält man Ergebnisse, die zumindest hinsichtlich der Größenordnung stimmen.

Übrigens wird in der Literatur empfohlen, den Versuch auf dem Arbeitsprojektor durchzuführen. Aber auch hier sind Fehlerquellen vorprogrammiert, wozu unter anderem das Rütteln des Kühlgebläses sowie die Aufheizung des Gefäßes mit entsprechender Konvektionsströmung des Wassers gehören.

Rüdiger Blume

Weitere Tipps des Monats

Literatur:
Nach: [1] H. Menke und R. Sichelschmidt, NiU, 23, 1975