Versuch
Info
Der Versuchsaufbau soll die Diffusion entgegen der Schwerkraft zeigen.
Die Diffusion des violetten Permanganat-Ions in Wasser kann innerhalb weniger Stunden beobachtet werden, während die Diffusion des blauen Kupfer(II)-Ions in Wasser zu langsam ist.
Beschreibung
Zu den Videos
Die Diffusion von Kupfersulfat ist so langsam, dass sie innerhalb einer Woche nicht beobachtet werden kann. Das Video zeigt die Vorbereitung des Versuchs: Auflösen des Salzes und Überschichten mit destilliertem Wasser.
Der Diffusionskoeffizient des violetten Permanganat-Ions ist viel größer als der des blauen Kupfer(II)-Ions. Schon nach 2 Stunden lässt sich eine Durchmischung mit dem Auge deutlich erkennen.
Bis 3:35 Die Kaliumpermanganatkristalle werden gezeigt und das Einfüllen von Wasser in Echtzeit.
3:36-7:25 Nachdem das Wasser nach dem Einfüllvorgang wieder zur Ruhe gekommen ist, wird die Durchmischung in 100-facher Geschwindigkeit gezeigt.
Im warmen Wasser (40°C) ist Konvektion zu beobachten. Auch im kalten Wasser ist ab 6:50 Konvektion zu beobachten, wenn die Sonne durchs Fenster auf das Becherglas scheint.
Der Transport von Teilchen, Energie, Temperatur usw. erfolgt durch eine Kombination von Diffusion und Konvektion/Advektion. Der Fluss j kann durch zwei Terme, den Diffusions- und den Konvektionsterm beschrieben werden. Das 1. Ficksche Gesetz gibt den Beitrag durch Diffusion an:
\(\vec{j}_{\text{diffusion}}=-D\vec{\nabla }c\) mit dem Diffusionskoeffizienten D.
Wenn nur die Diffusion in z-Richtung betrachtet wird:
j = -D (dn/dz)
Von den verschiedenen Diffusionsarten bezeichnet die klassische Ficksche Diffusion die Art der Diffusion entlang eines relativ starken Gradienten.
Früherer Versuchsaufbau: In einem Standgefäß wurde destilliertes Wasser vorsichtig über Kupfersulfat geschichtet (Dezember 1981), sodass am Boden des Gefäßes eine gesättigte Lösung entsteht. Die gelösten Cu++ Ionen färben das Wasser blau. Die Diffusion erfolgt entgegen der Schwerkraft. Durch Diffusion entsteht im Laufe der Zeit eine Intensitätsverteilung der blauen Farbe, die die Druckverteilung in der Atmosphäre modellhaft darstellt.