EXP:Sonnenuntergang

Mit diesem Experiment kann der Sonnenuntergang beobachtet werden. Innerhalb weniger Minuten geht dann im Klassenzimmer die Sonne unter. Hier kann man sich das Video dazu anschauen.

Theoretische Zusammenfassung

Gibt man in eine wässrige Natriumthiosulfat-Lösung etwas Salzsäure hinzu, fällt nach kurzer Zeit Schwefel aus, welcher eine weißliche, gelbliche Trübung der Lösung bewirkt. Das Schöne an diesem Versuch ist, dass während der Reaktion mit zunehmender Trübung zuerst kurzwelliges Licht und später immer langwelligeres Licht gestreut wird. Dies kann man mit verschiedenen Lasern direkt messen, wenn beispielsweise die Transmission gemessen wird. Mit einer weißen Lampe kann auch direkt beobachtet werden, wie blaues Licht zuerst gestreut wird und sich das transmittierte Licht rötlich verfärbt. Mit den unten angegebenen Konzentrationen findet die Trübung in etwa 2 min vollständig statt.

Reaktionsgleichung:

$N{a}_2{S}_2{O}_3+2HCl\to 2NaCl+H_{2}O+S+S{O}_2$

Didaktischer Rahmen

Fachdidaktische Zielsetzung

Mit diesem Experiment soll den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern (SuS) die Physik hinter einem Alltagsph¨anomen n¨aher gebracht werden. Es soll außerdem ein nachhaltiger Eindruck entstehen.

Nötige Vorkenntnisse

Die SuS sollten für diesen Versuch das Strahlenmodell des Lichts kennen. Sie sollten außerdem verstanden haben, dass das weiße Licht aus verschiedenen Farben besteht. Der Sehvorgang sollte besprochen worden sein.

Mögliche Schülerschwierigkeiten

• Das Experiment läuft recht schnell ab und ist dafür recht aufwenig in der Vorbereitung. Es bietet sich daher an ein Video von dem Experiment zu machen, damit es jeder Zeit wiederholt werden kann.

Schülervorstellungen, die hier relevant werden

Eine hier wichtige Schülervorstellung ist die Annahme, dass Licht farblos, durchsichtig und hell ist. Wurde in einer Stunde davor die spektrale Zerlegung von weißem Licht bereits gezeigt so hilft das hier.

Versuchsaufbau zur Beobachtung eines nachgestellten Sonnenuntergangs.

Allgemein

Klassenstufe	Klasse 7/8
Kategorie	Optik
Einordnung in den Bildungsplan von BW	Abschnitt 3.2.2 (7)

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

• 10 g Natriumthiosulfat-Pentahydrat ($N{a}_2{S}_2{O}_3\cdot 5H_{2}O$)
• 29 ml HCl-Lösung ($HC{l}_{aq}$10%)
• 1,5 l Wasser
• rechteckiges Glasgefäß
• Pipette (20 ml) mit Peleusball
• Messzylinder (50 ml)
• Becherglas (50 ml)
• Digitalwaage
• Spatel
• Experimentierleuchte mit Netzgerät und Kolimatorlinse
• Labor Hebebühne
• Weißer Schirm
• Stativmaterial
• Lochplatte
• Magnetrührer

Versuchsaufbau

Schritt 1

Zunächst werden der Schirm und die Experimentierleuchte auf der Lochplatte befestigt. Mithilfe der Kolimatorlinse soll ein möglichst kolimierter Strahl entstehen.

Schritt 2

In einem Becherglas werden die 10 g Natriumthiosulfat abgewogen. In einen Messzylinder werden 29 ml der HCl-Lösung mithilfe einer Pipette abgemessen.

Schritt 3

Mithilfe eines Magnetrührers werden die 10 g Natriumthiosulfat in etwas Wasser gelöst.

Schirtt 4

Das Glasgefäß wird mit 1,5 l Wasser gefüllt und das gelöste Natriumthiosulfat hinein gegeben.

Schritt 5

Das Glasgefäß wird dann zwischen die Leuchte und den Schirm gestellt. Der Strahl der Leuchte sollte mittig durch das Gefäß leuchten. Gegebenenfalls muss die Höhe der einzelnen Komponenten angepasst werden.

Versuchsdurchführung

Um das Experiment zu starten muss nun die Salzsäure in das Glasgefäß gegeben werden und kurz umgerührt werden. Ein Durchlauf dauert zwischen 2 und 3 Minuten.

Auswertung

Nachdem die Salzsäure hinzugefügt wurde werden in einem Abstand von 30 Sekunden Fotos gemacht. Diese sind hier zu sehen. Über den Verlauf der Aufnahme ist zu erkennen, dass das anfangs weiße Licht, immer rötlicher wird und am Schluss ganz verschwindet. Gleichzeitig ändert sich die Lösung von zuerst durchsichtig, über einen bläulichen Schein, zu einer bläulichen, milchigen Flüssigkeit. Die blaue Farbe kommt dabei durch die stärkere Streuung von blauem Licht zustande.

Das Experiment wurde über eine Zeit von ungefähr vier Minuten aufgenommen. Die zweite Abbildung zeigt die ausgelesenen Daten des Spektrometers. Die Kurven wurden in Abhängigkeit des aufgenommenen Zeitpunkts.

Hier kann man sich das Video dazu anschauen.

Zeitlicher Verlauf.

Zeitlicher Verlauf des Spektrums aufgenommen mit einem USB-Spektrometer.

Fotos

• 

      Versuchsaufbau zur Beobachtung eines nachgestellten Sonnenuntergangs.
  

• [[Datei:EXP_Optik_Sonnenuntergang_Zeitaufnahme.jpg|slide 2]

      Zeitlicher Verlauf.
  

• 

       Zeitlicher Verlauf des Spektrums aufgenommen mit einem USB-Spektrometer.
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0