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Experiment 2
Salinität & Muschel-Physiologie
Ihr erhaltet 3 Antwortblätter für Roh-Eintragungen.
Die vierten Antwortblätter müssen für die endgültigen Antworten verwendet werden.
Nur die vierten Antwortblätter werden bepunktet.
Hänge deine Graphen an die vierten Antwortblätter an.
Für Aufgabe A gibt es maximal 18 Punkte
Für Aufgabe B gibt es maximal 14 Punkte
Für Aufgabe C gibt es maximal 18 Punkte
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Aufgabe A: Bestimmung der Salinität von Wasser (als Maß
für den Salzgehalt) mit Hilfe einer Titration
Titriert man Chlorid-Lösungen mit Silbernitrat (AgNO3), bildet sich ein Niederschlag.
Den Endpunkt der Titration kann man mit dem Indikator Kaliumchromat sichtbar
machen. Der Endpunkt ist durch eine rot-orange Färbung in der Lösung zu erkennen.
In diesem Experiment wird
mit einer Standardlösung NaCl (sodiumchloride)
bekannter Konzentration eine unbekannte Silbernitratlösung titriert.
Fünf weitere unbekannte Lösungen (A-E) werden später mit Silbernitratlösung titriert.
Die Salinität (als Maß für den Salzgehalt) der Lösungen (A-E) soll mit der später
gezeigten Gleichung bestimmt werden.
Praktischer Teil:
Achtung:
Silbernitrat und Kaliumchromat sind starke Gifte und sollten nicht in Kontakt mit der
Haut kommen. Außerdem ist Silbernitrat photoaktiv und kann Verfärbungen der Haut
hervorrufen.
Benutzt deshalb während der ganzen Zeit die zur Verfügung
gestellten Laborhandschuhe !!!
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Schritt 1
Titration der Silbernitratlösung mit Hilfe der gegebenen NaCl-Lösung
(Gehalt=32,70 Gramm je Liter)
1. Wascht die Bürette einmal mit Silbernitratlösung und befüllt anschließend die
Bürette mit Silbernitratlösung
2. Pipettiert 5 mL der NaCl-Lösung (Gehalt=32,70 Gramm je Liter) in einen 250
mL Erlenmeyer-Kolben.
3. Benutzt die Tropfpipette, (Verschluss der Flasche) um 25-30 Tropfen des
gelben Kaliumchromat-Indikators in den Ansatz zu geben.
4. Benutzt einen Messzylinder, um 50 mL destilliertes Wasser abzumessen und
in den Erlenmeyer-Kolben zu geben.
5. Titriert nun den Inhalt des Erlenmeyer-Kolbens unter konstantem Schütteln
mit der unbekannten Silbernitratlösung. Der Titrationsendpunkt wird erreicht,
wenn die graue Trübung ihre Farbe nach rot-orange wechselt und diese Farbe
bestehen bleibt. Notiert die verbrauchte Menge an Silbernitratlösung auf zwei
Dezimalstellen genau. (Die zweite Dezimalstelle müsst ihr dabei schätzen)
6. Schüttet den Inhalt des Erlenmeyer-Kolbens in den Behälter mit der Aufschrift
„Titration-Wastes“ (Titrationsabfälle) und spült den Erlenmeyer-Kolben mit
destilliertem Wasser aus. Ein trüber grauer Film kann im Erlenmeyer-Kolben
zurückbleiben, beeinträchtigt aber die folgende Titration nicht.
7. Wiederholt die Titration langsam und sorgfältig mindestens noch zwei Mal bis
übereinstimmende Werte gefunden sind. Ermittelt aus den übereinstimmenden
Werten den Mittelwert auf zwei Dezimalstellen genau und tragt diesen in die
dafür vorgesehen Antwortbögen ein. (Antwort 1)
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Schritt 2
Titration der fünf Lösungen (A-E) Diese findet ihr in beschrifteten
Behältern auf dem Arbeitsplatz.
Titriert Lösung A in genau der gleichen Art und Weise wie die Standard-NaClLösung im ersten Schritt (d.h. gebt 5 mL der Lösung A in einen 250 mL ErlenmeyerKolben, gebt 25-30 Tropfen des Kaliumchromat-Indikators und 50 mL des
destillierten Wassers dazu und titriert den Inhalt des Erlenmeyer-Kolbens mit Hilfe
der Silbernitratlösung aus der Bürette). Die erste Titration dient zur groben Findung
des Titrationsendpunktes. Die nächsten Titrationen sollen langsam und sorgfältig
durchgeführt werden, bis übereinstimmende Werte gefunden sind.
Notiert das verbrauchte Volumen an Silbernitratlösung in
Tabelle 1 der
Antwortbögen auch diesmal auf zwei Dezimalstellen genau.
Wiederholt die Durchführung für die Lösungen B,C,D und E und tragt jedes Mal das
verbrauchte Volumen an Silbernitratlösung in Tabelle 1 ein (Antwort 2).
Schritt 3
Berechnung der Salinität (als Maß für den Salzgehalt) für jede der
Lösungen A-E:
Die nachstehende Gleichung soll benutzt werden, um die ermittelten Titrationswerte
in die Salinität (als Maß für den Salzgehalt) umzurechnen.
Salinität der Lsg. A bis E =
(Volumen der verbrauchten Silbernitratlsg. A bis E) ⋅ (1,069) ⋅ (32,70)
Volumen der verbrauchten Silbernitratlsg. für die Standard NaCl - Lsg.
1,069 ist eine Konstante, die benutzt wird, um die NaCl-Konzentration in Salinität
umzuwandeln. Per Definition hat die Salinität keine Einheit.
Notiert die berechneten Werte der Salinität auf eine Dezimalstelle genau für jede der
Lösungen A-E in Tabelle 2 der Antwortblätter (Antwort 3)
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Schritt 4
Die Titration beinhaltet die Reaktion von Chlorid-Ionen mit Silbernitrat. Dabei
entsteht am Beginn der Titration umgehend ein Niederschlag.
Schreibt die chem. Formel für den Niederschlag in die Antwortblätter (Antwort 4).
Schritt 5
Der Gehalt der Standard-NaCl-Lösung, welche für die Titration benutzt wurde,
beträgt 32,70 Gramm je Liter.
Berechnet aus obigen Wert die Konzentration der verwendeten Silbernitratlösung in
Mol pro Liter und tragt das Ergebnis in die Antwortblätter ein (Antwort 5).
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Aufgabe B: Um den Grad der Salinität zu bestimmen, bei der
50% der Muscheln in einer Probe offen sind.
Einführung
Die Miesmuschel (Mytilus edulis Abb. 1) ist eine der häufigsten Arten, die in Europa
kultiviert wird. Dieser sich filternd ernährende Molluske gedeiht am besten in kühlem
Meerwasser. Die Vermarktungsgröße beträgt meist 50 mm oder mehr, und es kann 12
bis 24 Monate dauern, dass diese Größe erreicht wird. Das hängt von den örtlichen
Gegebenheiten ab. Zweischalige Muscheln (Bivalvia) wie Mytilus edulis öffnen oder
schließen ihre Schalen als Reaktion auf Änderungen der Salinität (als Maß für den
Salzgehalt) der Umgebung.
Abb. 1. Die Miesmuschel, Mytilus edulis.
X
Y
Abb. 2. Innere Struktur der Mytilus edulis.
X = Ausatmungs-Siphon Y = Einatmungs-Siphon
Weil sich Muscheln filtrierender Weise ernähren, ist es notwendig, dass sie Wasser
durch ein einatmendes Siphon einsaugen, und es filtern. Dabei nutzen sie die KiemenFilamente, die das Phytoplankton zurückhalten, das sie ernährt. Um dieses zu
erreichen, muss sich die Muschelschale öffnen. Allerdings zeigt Mytilus edulis wie
oben erwähnt das Verhalten, sich als Reaktion auf Salinitätsänderungen zu öffnen und
zu schließen. Wenn man also ein geeignetes Biotop zur Muschelzucht sucht, muss
man jede Salinitätsänderung während Ebbe oder Flut in Betracht ziehen. Bei Flut
kann die Salinität ansteigen, bei Ebbe abnehmen, und zwar in Abhängigkeit von den
örtlichen Gegebenheiten.
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Aufgabe ist es, die Salinität zu bestimmen, bei der 50% der Muscheln in deiner
Probe offen sind und sich deshalb ernähren können. Ein ideales Biotop liegt vor,
wenn sich wenigstens 50% der Muscheln ständig ernähren. Auf der Grundlage
dieser Information seid Ihr gefragt, einen Zuchtort für Muscheln zu empfehlen.
Experiment
Gegeben sind Euch Vertreter von Mytilus edulis, ein Glasbehälter und Lösungen verschiedener Salinität.
Durchführung:
1. Stelle sicher, dass alle Muscheln deiner Probe leben, das heißt, dass sie
geschlossen sind, bevor sie ins Wasser gegeben werden.
2. Gib zuerst von Ansatz A (Solution A) 200 mL in den bereitgestellten
Glasbehälter, die du aus dem Vorratsbehälter auf dem Seitentisch entnimmst,
der mit “Solution A” beschriftet ist.
3. Gib 8 Muscheln in deinen Glasbehälter. Füge etwa 1 Liter der „Solution A“
mit Hilfe des vorhandenen Messgefäßes hinzu, um die Muscheln zu bedecken.
4. Drehe die Muscheln so, dass sie auf ihrem Scharnier liegen und du die Bereiche sehen kannst, in denen die Siphons lokalisiert sind (wie gezeigt).
5. Berühre die Muscheln nicht wieder, bevor Schritt 6 abgeschlossen ist.
6. Starte die Stoppuhr. Rufe nach 10 Minuten die Laboraufsicht, und zähle
dann unter Aufsicht die Anzahl Muscheln, die geöffnet sind und trage die
Anzahl in Tabelle 3 der Antwortblätter (Antwort 6) ein.
7. Lege die verwendeten Muscheln in den weißen Eimer. Schütte die Lösung in
den Ausguss.
8. Wiederhole Schritte 2 – 7 für alle Ansätze (“solutions”), B, C, D, E, indem du
jedes Mal 8 frische Muscheln verwendest.
Die Laboraufsicht muss jedes Mal wie gehabt die Zählung abzeichnen.
9. Berechne für jeden Ansatz die %-Zahl der offenen Muscheln am Ende der 10
Minuten und trage die Ergebnisse in Tabelle 3 der Antwortblätter des Teils 3
(Antwort 6) ein.
10. Fertige auf einem separaten Blatt einen Graphen der %-Zahl offener Muscheln
als Funktion der Salinität (die in Aufgabe A bestimmt worden ist) an.
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11. Verwende diese Kurve, um abzuschätzen, bei welcher Salinität 50% der
Muscheln offen sind (Antwort 8).
12. Entscheide, indem du die oben erhaltenen Informationen verwendest, welcher
der drei unten beschriebenen Zuchtorte P, Q oder R in Form des angegebenen
Salinitätsprofils zur Muschelzucht am ehesten geeignet ist. Trage deine
Auswahl in den Antwortblättern des Teils B (Antwort 9) ein.
Zuchtort P
Minimale Salinität 8, maximale Salinität 25
Zuchtort Q
Minimale Salinität 10, maximale Salinität 33
Zuchtort R
Minimale Salinität 17, maximale Salinität 25
13. Ein Fütterungs-Experiment wurde mit Phytoplankton durchgeführt, um die
Ernährungsrate von Mytilus edulis in einer Reihe verschiedener WasserSalinitäten zu bestimmen. Dabei wurden pro Versuch die gleiche Anzahl
Muscheln eingesetzt. Schaue dir in den Antwortblättern des Teiles B die
Tabelle 4 an, die die Ergebnisse dieses Experimentes enthält.
14. Deine Aufgabe ist es, für jede angegebene Salinität die Durchschnittszahl der
herausfiltrierten Zellen pro Stunde zu berechnen.
15. Tragt Eure Antworten in Tabelle 4 der Antwortblätter für Teil B (Antwort 10)
und antworte auf Frage 11 auf den Antwortblättern.
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Aufgabe C: Leitfähigkeit als Maß für die Salinität
Der Widerstand (R) eines Materials ist das Verhältnis von Spannung (U) über dem
Material zu dem Strom (I) durch das Material:
R=
U
I
[U] = Volt, (V)
[I] = Ampere, (A) [R] = Ohm, (Ω)
(Bemerkung: [ ] bezeichnet die verwendete Einheit der in der Klammer enthaltenen
Größe)
Die Konduktivität (G) (auch Leitfähigkeit genannt) einer Probe ist der reziproke
Widerstand.
G=
1
R
[G] = Ω-1 = Siemens (S)
Der Wert der Konduktivität und des Widerstandes einer Probe hängen von der
Geometrie der Messanordnung ab.
Ihr sollt die Konduktivität des Wasservolumens zwischen den zwei Elektroden einer
sogenannten Konduktivitätszelle (wie in Abbildung 3 auf der folgenden Seite gezeigt)
bestimmen.
Um unterschiedliche Proben zu vergleichen, muss der aus der Messung bestimmte
Konduktivitätswert in einen spezifischen Leitfähigkeitswert (σ) umgerechnet
werden, der für eine gegebene Probe unabhängig von der Geometrie der Messzelle ist.
Dieser wird durch die Verwendung einer Zellenkonstanten (K) und der folgenden
Formel näherungsweise bestimmt:
Spezifische Leitfähigkeit (σ) = Konduktivität (G) x Zellenkonstante (K)
Die Zellenkonstante hängt von den Abmessungen der Messzelle ab.
K=
l
A
l = Elektrodenabstand [l] = cm
A = benetzte Elektrodenfläche [A] = cm2
und damit [K] = cm-1
[σ] = Ω-1 cm-1
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oder [σ] = S cm-1
Messung der spezifischen Leitfähigkeit einer Lösung
Im Meerwasser dienen die gelösten Salze als Ladungsträger. Die spezifische
Leitfähigkeit des Wasser hängt von der Konzentration des gelösten Salzes und damit
von dessen Salinität ab.
Um die spezifische Leitfähigkeit zu messen, werden zwei Platten (Elektroden) in die
Probe gestellt. Diese bilden damit eine Konduktivitätszelle.
Abbildung 3: Konduktivitätszelle
Elektroden
Becherglas
Zelle
h
Meerwasser
b
l
Eine Wechselspannung (engl.: AC für alternating current) soll mittels eines
Wechselspannungsgenerators an den Elektroden angelegt werden.
Der Strom durch die Zelle und die Spannung über der Zelle sollen gleichzeitig
gemessen werden.
Daraus soll der Widerstand der Zelle bestimmt werden.
Konduktivität und spezifische Leitfähigkeit werden anschließend daraus berechnet.
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Experiment
Ihr sollt einen einfachen Leitfähigkeitsmesser bauen und mit diesem die spezifische
Leitfähigkeit der folgenden 6 Lösungen bestimmen: Lösungen A, B, C, D, E
bekannter Salinität und der Lösung X mit unbekannter Salinität.
1. Messt die Abmessungen der Konduktivitätszelle und tragt die Werte auf den
Antwortblättern ein (Antworten 12, 13, 14)
Um die effektive Höhe (h) der Zelle zu bestimmen:
- Gebt 50mL Wasser (mit dem Messzylinder abgemessen) in das Becherglas.
- Stellt die Zelle hinein.
(Bemerkung: Achtet auf die Orientierung: Das obere Ende der Elektrode ist
mit einem ‘T’ gekennzeichnet und soll nicht in das Wasser / die Lösung.)
- Messt die Füllhöhe des Wassers so genau wie möglich.
2. Bestimmt die Zellenkonstante (K) und tragt das Ergebnis auf den Antwortblättern
ein (Antwort 15).
3. Zeichnet eine Schaltungsskizze für die durchzuführende StromSpannungsmessung auf dem separaten Antwortblatt (Antwort 16), auf der die
Verbindungen des Wechselspannungsgenerators und der Messgeräte klar zu
erkennen sind.
Gebt Eure Skizze an die Laboraufsicht, die Euch eine korrekte
Version der Schaltung für das weitere Arbeiten geben wird.
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4. Baut Eure Schaltung nach der von der Laboraufsicht herausgegebenen
Schaltskizze folgendermaßen auf:
a. Schaltet den Wechselspannungsgenerator nicht ein, bevor die
Laboraufsicht die Schaltung abgenommen hat. Der Wechselspannungsgenerator ist bereits richtig eingestellt (sinusförmige Spannung mit
einer Frequenz von 2kHz) und soll nicht verstellt werden.
b. Benutzt das von der Netzspannung gespeiste Multimeter als
Amperemeter und das batteriegetriebene Multimeter als Voltmeter.
c. Stellt die Kabelverbindungen her (COM und V Anschlüsse für
Spannungsmessgerät, COM und mA Anschlüsse für Strommessgerät).
d. Schaltet das Voltmeter auf Wechselspannungsmessung (AC Voltage).
e. Schaltet das Amperemeter an und drückt den AC/DC Knopf, bis AC
im Display erscheint. Dreht den mittigen Drehknopf auf die 20mA
Skala.
Bittet die Laboraufsicht, Eure Schaltung abzunehmen (Antwort 17)
(Falls Eure Schaltung nicht korrekt angeschlossen ist, wird die Laboraufsicht die
Schaltung ohne weitere Strafpunkte korrigieren bevor Ihr fortfahrt.)
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5. Zur Bestimmung der spezifischen Leitfähigkeit der Lösung A:
a. Reinigt die Elektroden mit dem destillierten Wasser.
b. Trocknet die Elektroden mit dem bereitgestellten Papier.
c. Reinigt das mit ‘Measuring Beaker’ bezeichnete Becherglas mit
destilliertem Wasser.
d. Füllt etwa 50mL der Lösung A in das Becherglas.
e. Verrührt die Lösung im Becherglas und schüttet sie anschließend weg.
f. Füllt genau 50mL der Lösung A (mittels des Messzylinders) in das
Becherglas.
6. Schaltet den Wechselspannungsgenerator an ohne die Einstellungen zu
verändern.
7. Justiert die Messskala der Messgeräte falls nötig, um möglichst genaue Messwerte
zu erhalten. (Bemerkung: Das Voltmeter kann sich automatisch ausschalten, um
Energie zu sparen. Drückt dann irgendeinen Knopf, um es wieder einzuschalten.)
8. Schreibt den abgelesenen Strom- und Spannungswert auf die Antwortblätter
(Antwort 18). (Bemerkung: Ergebnisse sollen in den in der Tabelle angegebenen
Einheiten aufgeschrieben werden.)
9. Bestimmt den Widerstand der Konduktivitätszelle auf 3 signifikante Stellen
genau und tragt diesen auf die Antwortblätter ein. (Antwort 18 – Keine
Fehlerangabe notwendig.)
10. Bestimmt die Konduktivität der Konduktivitätszelle auf 3 signifikante Stellen
genau und tragt diese auf die Antwortblätter ein. (Antwort 18 - Keine
Fehlerangabe notwendig.)
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11. Bestimmt die spezifische Leitfähigkeit der Konduktivitätszelle auf 3 signifikante
Stellen genau und tragt diese auf die Antwortblätter ein. (Antwort 18 - Keine
Fehlerangabe notwendig.)
12. Wiederholt Schritte 5 bis 11, um die spezifische Leitfähigkeit der Lösungen B, C,
D E und X zu bestimmen. Tragt die entsprechenden Ergebnisse auf die
Antwortblätter ein.
13. Die Salinitäten der Lösungen A, B, C, D und E wurden in Aufgabe A bestimmt.
Tragt diese Werte in Tabelle 5 ein.
14. Zeichnet einen geeigneten Graphen der spezifischen Leitfähigkeit als Funktion der
Salinität. Nehmt einen linearen Zusammenhang zwischen diesen Größen an und
zeichnet eine Ausgleichsgerade.
15. Benutzt die Ausgleichsgerade, um die Salinität der unbekannten Lösung X zu
bestimmen. Markiert die Koordinaten der Lösung X deutlich in dem Graphen und
tragt die entsprechende Salinität auf den Antwortblättern ein (Antwort 19).
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Antwort 16. Schaltskizze für Konduktivitätszelle
Land und Team Nr.
____________________________________
Zeichnet eine Schaltungsskizze für die durchzuführende Strom-Spannungsmessung,
auf der die Verbindungen des Wechselspannungsgenerators und der Messgeräte klar
zu erkennen sind, in die untere Abbildung ein.
Elektroden
Becherglas
Zelle
h
b
l
Meerwasser
ANWORTBÖGEN ZUM EXPERIMENT 2
Land und Team-Nummer.
_________________________________________
Name: __________________________ Unterschrift:_________________________
Name: __________________________ Unterschrift:________________________
Name: __________________________ Unterschrift:________________________
Datum: _____________________________ Zeit: ________________________
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Aufgabe A: Bestimmung des Salzgehaltes von Wasser mit
Hilfe einer Titration
1. Titrations Ergebnis (in ml Silbernitrat auf zwei Dezimalstellen genau) benötigt
für die Titration der NaCl-Lösung (Gehalt=32,70 Gramm je Liter)
_____________ ml AgNO3
2.
Notiert die Titrationsergebnisse für jede der Lösungen A-E in Tabelle 1.
Tabelle 1.
Titrationsergebnis
Lösung
(in ml AgNO3 auf 2 Dezimalstellen
genau)
A
B
C
D
E
2
3.
Notiert die berechnete Salinität der einzelnen Lösungen A-E in Tabelle 2.
Tabelle 2.
Berechnete Salinität
Lösung
(auf eine Dezimalstelle genau)
A
B
C
D
E
4.
Chemische Formel des Niederschlags bei der Titration:
__________
5.
Konzentration der Silbernitratlösung in Mol pro Liter (mol/L).
__________
3
Aufgabe B: Muschel-Physiologie
6.
Tabelle 3:
Lösung
Geöffnete Muscheln als Funktion der Salinität
Anzahl der
getesteten
Muscheln
Anzahl der Unterschrift
offenen
der
Muscheln Laboraufsicht
% geöffnet
Salinität aus
Tabelle 2
A
B
C
D
E
7. Zeichnet einen Graphen, der die Anzahl der offenen Muscheln in % als Funktion
der Salinität darstellt. (separates Blatt)
8. Salinität bei der 50% der Muscheln geöffnet sind
___________
9. Empfohlener Zuchtort für die Muschelkulturen (P, Q oder R)________________
4
10. Tabelle 4. Konzentration von Phytoplanktonzellen im Versuchsansatz, während
des Mytilus edulis Fütterungsexperimentes
Zeitpunkt
Zellanzahl
je ml bei
Salinität 1
Zellanzahl
je ml bei
Salinität 2
Zellanzahl
je ml bei
Salinität 3
Zu Beginn
5000
5000
5000
Nach 1 Stunde
4780
4690
4680
Nach 2 Stunden
4520
4200
3987
Nach 3 Stunden
3900
3650
3341
Nach 4 Stunden
3640
3124
2876
gemittelte
Anzahl an
herausfiltrierten
Zellen je Stunde
Bei welcher Salinität werden die meisten Zellen herausfiltriert (Salinität 1,2 oder 3) ?
__________
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Aufgabe C: Leitfähigkeit als Maß für die Salinität
12. Effektive Höhe der Elektroden (h)
________________cm
13. Breite der Elektroden
(b)
________________cm
14. Elektrodenabstand
(l)
________________cm
15. Zellenkonstante
(K)
________________cm-1
16. Schaltskizze auf dem Extrablatt an die Laboraufsicht geben
17. Schaltung von der Laboraufsicht abnehmen lassen
Unterschrift der Laboraufsicht
18.
______________________________
Tabelle 5: Leitfähigkeitswerte der Lösungen
Lösung
Strom
/mA
Spannung Widerstand Konduktivität
/mV
/mS
/Ω
Salinität
spez.
Leitfähigkeit
/mS cm-1
A
B
C
D
E
X
19. Hängt Graph 2 mit der spezifischen Leitfähigkeit als Funktion der Salinität an..
20. Salinität der Lösung X: _______________
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