Verschwindendes Kreuz im virtuellen Labor: Konzentration

Aktualisiert am 2026-10-07

Der Versuch Verschwindendes Kreuz im virtuellen Labor passt zur zweiten Methode im Pflichtversuch (required practical) von AQA GCSE Chemistry zur Reaktionsgeschwindigkeit: eine Reaktion über die Änderung der Trübung verfolgen. Die Lernenden mischen Natriumthiosulfat mit Salzsäure über einem auf Papier gezeichneten Kreuz und stoppen, wie lange der Schwefel braucht, um es zu verdecken. Sie wiederholen bei fünf Konzentrationen, tragen 1/t gegen die Konzentration auf und erhöhen dann die Temperatur. Ein Kolorimeter-Modus deckt das Kinetik-Labor in AP Chemistry mit Kristallviolett ab (siehe Erweiterung).

Reaktionsgeschwindigkeit über Trübung und Farbe – verschwindendes Kreuz und Kristallviolett

Lehrplanbezug

AQA GCSE Chemistry 4.6.1.2 (Faktoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen) und der zugehörige Pflichtversuch dazu, wie die Konzentration die Geschwindigkeit beeinflusst, gemessen über die Änderung der Trübung. In Combined Science: Trilogy ist derselbe Inhalt 5.6.1.2. Die Methode mit dem Gasvolumen desselben Pflichtversuchs finden Sie im virtuellen Labor zur Reaktionsgeschwindigkeit.
AP Chemistry Unit 5, Topics 5.1 Reaction Rates, 5.2 Introduction to Rate Law und 5.3 Concentration Changes Over Time (Reaktionen erster Ordnung und ln A gegen die Zeit).
NGSS HS-PS1-5 (US-Standard): die Wirkung einer Änderung von Konzentration oder Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit erklären.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt. In Deutschland passt der Versuch zur Reaktionskinetik in der Oberstufe; einfache Varianten kommen auch in der Sekundarstufe I vor.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Bei 20 °C lassen 50 mL Natriumthiosulfatlösung das Kreuz in etwa 25 Sekunden verschwinden. Sie verwenden stattdessen 25 mL Thiosulfat und 25 mL Wasser. Wie lange dauert es, bis das Kreuz verschwindet?“

Manche Lernende sagen „gleich lang, weil das Volumen gleich ist“. Korrigieren Sie sie noch nicht.

Durchführung in der Simulation

Jede Messung nutzt einen frischen Kolben: das gewählte Volumen Na₂S₂O₃ mit 0,15 M, mit Wasser auf 50 mL aufgefüllt, dazu 10 mL HCl mit 2 M.

Stellen Sie Methode auf „Verschwindendes Kreuz“, Temperatur auf 20 °C und Zeitraffer auf ×2.
Stellen Sie Na₂S₂O₃ 0,15 M auf 50 mL. Klicken Sie auf HCl zugeben, Start.
Beobachten Sie den Kreis „Ansicht von oben“. Klicken Sie auf Kreuz weg – Stopp (oder tippen Sie auf das Bild), sobald Sie das Kreuz nicht mehr sehen.
Wiederholen Sie zweimal und berechnen Sie die mittlere Zeit. Auto-Messung stoppt eine Messung für Sie, mit einer Streuung von etwa 3 %, wie ein sorgfältiger Beobachter.
Wiederholen Sie mit 40, 30, 20 und 10 mL Thiosulfat. Das Wasser wird automatisch ergänzt.
Berechnen Sie 1/t für jeden Mittelwert. Klicken Sie auf 1/t – Konzentration, um das Diagramm zu sehen.
Stellen Sie das Volumen wieder auf 50 mL und wiederholen Sie bei 30 °C und 40 °C. Klicken Sie auf 1/t – Temperatur.

V Na₂S₂O₃ (mL)	V Wasser (mL)	[S₂O₃²⁻] (M)
50	0	0,125
40	10	0,100
30	20	0,075
20	30	0,050
10	40	0,025

der trübe Kolben, in dem das Kreuz gerade verschwunden ist, darunter die Gerade 1/t gegen die Konzentration

Erwartete Ergebnisse

Nach jeder Messung zeigt die Simulation die Zeit des Modells, also den Moment, in dem das Kreuz wirklich verschwindet. Einzelne Messungen streuen um etwa 3 % darum. Bei 20 °C:

V Na₂S₂O₃ (mL)	50	40	30	20	10
Zeit des Modells t (s)	25,2	31,6	42,2	63,8	130
1/t (s⁻¹)	0,0397	0,0317	0,0237	0,0157	0,0077

1/t ist proportional zur Thiosulfatkonzentration: Die Punkte liegen auf einer Ursprungsgeraden. Halbiert man die Konzentration (50 auf 25 mL), verdoppelt sich die Zeit von 25,2 s auf 50,8 s.
Echte Messungen streuen: Unsere automatischen Messungen bei 50 mL ergaben 26,3, 25,4 und 25,5 s.
Temperatur, 50 mL: 52,0 s bei 10 °C, 25,2 s bei 20 °C, 12,8 s bei 30 °C und 6,8 s bei 40 °C. Jede Erhöhung um 10 °C verdoppelt 1/t ungefähr.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Wie ändert sich die Zeit, wenn Sie 25 mL Thiosulfat und 25 mL Wasser statt 50 mL Thiosulfat verwenden?
Warum wird bei jeder Messung Wasser zugegeben, um das Volumen auf 50 mL aufzufüllen?
Wie groß ist bei 20 mL Thiosulfat und 30 mL Wasser bei 20 °C die mittlere Zeit, bis das Kreuz verschwindet?
Um wie viel größer ist 1/t mit 50 mL Thiosulfat bei 30 °C als bei 20 °C?
Warum kann man 1/t als Geschwindigkeit verwenden, und wie ließe sich die Zeitmessung genauer machen?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie verdoppelt sich ungefähr, von 25 s auf 51 s. (2) Damit das Gesamtvolumen und die Tiefe der Flüssigkeit, durch die man schaut, gleich bleiben und sich nur die Thiosulfatkonzentration ändert. (3) Etwa 64 s (akzeptiert 59–69 s). (4) Etwa 2,0-mal (akzeptiert 1,75–2,2). (5) Jede Messung endet, wenn sich dieselbe Menge Schwefel gebildet hat; die Geschwindigkeit ist also eine feste Menge geteilt durch t und damit proportional zu 1/t. Der Endpunkt ist eine Ermessensfrage: Nutzen Sie denselben Beobachter, dasselbe Kreuz und dieselbe Beleuchtung, wiederholen Sie und bilden Sie Mittelwerte, oder erfassen Sie den Endpunkt mit einem Lichtsensor.

Häufige Fehlvorstellungen

„Das Gesamtvolumen ist gleich, also ist auch die Konzentration gleich.“ Wasser statt Thiosulfat senkt die Konzentration des Reaktionspartners.
„Eine längere Zeit bedeutet eine schnellere Reaktion.“ Zeit und Geschwindigkeit sind umgekehrt proportional, deshalb verwendet das Diagramm 1/t.
„Erhitzen lässt die Teilchen nur häufiger zusammenstoßen.“ Wichtiger ist, dass ein größerer Anteil der Zusammenstöße genug Energie für eine Reaktion hat.

Erweiterung

AP: Kolorimetrie mit Kristallviolett. Stellen Sie Methode auf „Kolorimeter“, [OH⁻] auf 0,02 M und 25 °C und klicken Sie auf Messung starten. Vergleichen Sie die Diagramme A – t, ln A – t und 1/A – t: Nur ln A – t ist eine Gerade (R² 0,9999), die Reaktion ist also erster Ordnung bezüglich des Farbstoffs. Wir erhielten k' = 4,0×10⁻³ s⁻¹ und t½ = 173 s. Bei 0,04 M OH⁻ verdoppelte sich k' auf 8,0×10⁻³ s⁻¹ (R² 0,9996 für ln A, 0,88 für die beiden anderen Diagramme); die Reaktion ist also auch erster Ordnung bezüglich OH⁻, mit k = 0,200 M⁻¹ s⁻¹.

Häufige Fragen

Warum nicht einfach den echten Versuch durchführen?

Die echte Reaktion setzt Schwefeldioxid frei, das giftig ist und Asthma auslösen kann. Die Simulation liefert sicher einen vollständigen Datensatz, mit Wiederholungen in Sekunden. Nutzen Sie sie vor einem echten Versuch oder an seiner Stelle.

Warum weichen meine Zeiten etwas von der Tabelle ab?

Jede Messung wird mit dem Auge gestoppt oder mit der Auto-Messung mit etwa 3 % Streuung. Deshalb wiederholen die Lernenden jede Messung und verwenden den Mittelwert.

Ersetzt das die Methode mit dem Gasvolumen?

Nein. Der Pflichtversuch von AQA verlangt beide Methoden: eine mit Messung des Gasvolumens und eine, die einer Farb- oder Trübungsänderung folgt. Die Methode mit dem Gasvolumen steht im virtuellen Labor zur Reaktionsgeschwindigkeit; zusammen decken die beiden Materialien den ganzen Pflichtversuch ab.