Simulation: Abdampfen einer Salzlösung

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Abdampfen

Beim Abdampfen gewinnt man einen gelösten Feststoff aus seiner Lösung zurück. Die Lösung wird erhitzt, bis das Lösemittel verdampft ist; der Feststoff bleibt zurück. Das Verfahren beruht auf den sehr unterschiedlichen Siedetemperaturen: Wasser siedet bei 100 °C, Kochsalz erst bei über 1400 °C.

Lösung und Löslichkeit

• Eine Kochsalzlösung ist ein homogenes Gemisch: Das Salz ist so fein im Wasser verteilt, dass man es auch mit dem Mikroskop nicht erkennt. Durch einen Papierfilter geht es mit dem Wasser hindurch.
• Die Löslichkeit gibt an, wie viel eines Stoffs sich höchstens in einer bestimmten Menge Lösemittel löst. Für Kochsalz sind es etwa 36 g in 100 g Wasser bei 20 °C und etwa 39 g bei 100 °C. Wie Siedetemperatur, Schmelztemperatur und Dichte ist die Löslichkeit eine Kenneigenschaft.
• Enthält eine Lösung so viel gelösten Stoff, wie sich bei dieser Temperatur höchstens lösen kann, ist sie gesättigt. Verdampft aus einer gesättigten Lösung weiteres Wasser, kristallisiert Salz aus.

Aufbau

• Abdampfschale aus Porzellan: hitzebeständig, flach und oben offen, damit der Wasserdampf ungehindert entweichen kann.
• Heizplatte zum Erhitzen; das Thermometer misst die Temperatur der Lösung.
• Gasförmiges Wasser ist farblos und unsichtbar. Der schwache Schleier über der Lösung zeigt in der Stoffebene nur, wo gerade Wasserdampf entsteht. Die weißen Schwaden weiter oben bestehen aus winzigen Wassertröpfchen, die in der kühleren Luft wieder kondensieren.

Was beim Abdampfen geschieht

• Eine Salzlösung siedet bei einer höheren Temperatur als reines Wasser, bei 15 % Salz bei etwa 103 °C. Während Wasser verdampft, steigt der Salzanteil und damit die Siedetemperatur.
• Sobald die Lösung gesättigt ist, kristallisiert Salz aus. Die Zusammensetzung der Lösung ändert sich dann nicht mehr, und die Temperatur bleibt bei etwa 109 °C, bis das Wasser verdampft ist.
• Die ersten Kristalle bilden sich am Rand knapp über der Flüssigkeit, wo die Schicht am dünnsten ist; später auch am Boden.
• Die Masse des Salzes bleibt während des ganzen Versuchs gleich. Es ist zuerst gelöst und liegt später als Kristalle vor; nur das Wasser verlässt die Schale.
• Auf der Teilchenebene gehen nur Wasser-Moleküle in den Gaszustand über. Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen bleiben zurück und lagern sich abwechselnd zu einem Ionengitter zusammen, also wieder zu festem Kochsalz. Beim Lösen und Abdampfen entsteht kein neuer Stoff. Die Zahlen der Wasser-Moleküle und Ionen stehen in der Simulation im selben Verhältnis wie in einer echten Salzlösung; jedes gezeichnete Teilchen steht für sehr viele.
• Je höher die Temperatur, desto lebhafter bewegen sich die Teilchen. Die Zeit läuft in der Simulation stark verkürzt ab.

Sicherheit

Gegen Ende, wenn sich am Boden Kristalle bilden und nur noch wenig Lösung übrig ist, kann die Lösung stoßweise sieden und heiße Tropfen herausschleudern. Deshalb dreht man die Heizung zurück. Schutzbrille tragen.

Abdampfen, Verdunsten und Destillation

• Beim Verdunsten geht das Wasser unterhalb der Siedetemperatur in den Gaszustand über, zum Beispiel in flachen Becken in der Sonne bei der Gewinnung von Meersalz. Es dauert länger, das Ergebnis ist dasselbe.
• Bei der Destillation wird der Dampf gekühlt und als Destillat aufgefangen. Destilliert man Salzwasser, erhält man reines Wasser; beim Abdampfen dagegen entweicht das Wasser, und man gewinnt das Salz.