Sneeuw in een proefbuisje met ammoniumchloride

1.Onderzoeksvraag

Hoe bekomen we sneeuw in een proefbuisje?

2.Voorbereiding

a.Materiaal + stoffen

• Bekerglas
• Verwarmingsplaat
• Klem
• Plastieken flacon
• Weegschaal
• Weegscheutje
• Water
• Ammoniumchloride NH₄Cl

b.Opstelling (foto)

3.Uitvoeren

a.Werkwijze

1. Neem de weegschaal en het weegscheutje. Neem het ammoniumchloride en weeg 3 g af in het weegscheutje.
2. Voeg het afgewogen ammoniumchloride toe in de flacon. Vul de flacon volledig met water.
3. Doe de dop op het flaconflesje en schud ermee. Als het ammoniumchloride volledig oplost is, weeg dan opnieuw 1 gram af tot het niet meer oplost.
4. Neem een beker en voeg er water aan toe. Neem de verwarmingsplaat en zet het bekerglas met water erop en laat het water koken.
5. Als de het water kookt, zet je het van de kookplaat af en plaats je de flacon erin.Laat de flacon er 10 minuten in.
6. Na de 10 minuten haal je de flacon eruit met behulp van een klem. Schud nu 20-30 seconden met de flacon.
7. Zorg ervoor dat je bekerglas met water terug aan het verwarmen is terwijl je met de flacon aan het schudden bent.
8. Doe stap 8-11 opnieuw. Dit herhaal je 1-2 keer. Als het ammoniumchloride is opgelost, zet je de flacon op een vlakke achtergrond die geschikt is voor observatie. Laat de flacon niet vallen voor het beste resultaat.

b.Waarneming (+ foto’s)

Voor je het opwarmt, blijft er een wit onopgeloste stof over.Na het verwarmen en schudden, zien we geen vaste stof meer.

Als we het hierna terug laten afkoelen, begint er zich in de flacon sneeuw te vormen. De vaste stof komt terug. Het heeft nu wel een andere structuur dan voordien.

4.Reflecteren

Om de sneeuw te bekomen, moeten we eerst en vooral ervoor zorgen dat het ammoniumchloride niet meer oplost in water op kamertemperatuur.

We kunnen de oplosbaarheid van deze stof beïnvloeden door de inhoud te verwarmen. De oplosbaarheid van ammoniumchloride is 2 keer zo groot bij warmte dan bij koude (kamertemperatuur).

Wanneer het begint af te koelen, slaat het proces om en ontstaat er meer ammoniumchloride. Doordat de temperatuur geleidelijk afkoelt, gaat het ammoniumchloride niet meer dezelfde structuur als ervoor terug vormen. Door het traag afkoelen, gaat het meer sneeuwvlokken vormen.

Als we de flacon geleidelijk laten afkoelen, worden de processen omgekeerd en slaat _NH4Cl te neer. Door de geleidelijke temperatuursverandering, weet ammoniumchloride prachtige stekelige sneeuwvlokken te vormen (niet het poeder dat het aanvankelijk was).

Interessant is dat een soortgelijk proces zich voordoet wanneer echte sneeuwvlokken worden gevormd: op grote hoogte koelt de lucht geleidelijk af, en wanneer het 0 ° C [32 ° F] bereikt, verzamelen waterdampen zich samen tot sneeuwvlokken. Het is geen toeval dat sneeuw ook wel “neerslag” wordt genoemd!

Hoe beïnvloedt de watertemperatuur de oplosbaarheid van verbindingen?

Het is belangrijk om het antwoord in twee delen te verdelen.

Aan de ene kant helpt het verhogen van de temperatuur ons om verbindingen sneller op te lossen.  Wanneer we de watertemperatuur verhogen, beginnen de deeltjes van een verbinding sneller te werken, wat het oplosproces eenvoudiger maakt.
Aan de andere kant kunnen we de verzadigingslimiet van de verbinding bij kamertemperatuur bereiken. In de regel neemt de oplosbaarheid toe naarmate de temperatuur stijgt. Daarom kunnen we meer zout oplossen in kokend water (3,5 gram meer). Hetzelfde gebeurt in ons experiment met ammoniumchloride. De oplosbaarheid neemt echter aanzienlijk toe, van 38,3 gram tot 74,1 gram per 100 ml water (bijna een tweevoudige toename!)
Blijkbaar zijn er enkele verbindingen waarvan de oplosbaarheid afneemt bij verhoging van de watertemperatuur, bijvoorbeeld lithiumcarbonaat Li₂CO₃.

Zoals eerder opgemerkt, is de oplosbaarheid van ammoniumchloride twee keer zo groot als bij kou. Met deze eigenschap kunnen we prachtige sneeuwval in een flesje maken. Bovendien zou elke verbinding kristallen van verschillende, unieke vorm vormen. Het vinden van de juiste verbinding met sneeuwvlokachtige kristallen is een echte uitdaging.

De oplosbaarheid van natriumchloride in heet water is bijvoorbeeld slechts 10% hoger dan in koude. Een dergelijk verschil is onvoldoende voor het uitvoeren van een spectaculair experiment.

5. Aanvullingen

KLIK