doc - ChidS

Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Chemie (FB 15)
Sommersemester 2006
Seminar: Übungen im Experimentalvortag
Leitung: M. Bröring, U. Koert, B. Neumüller, P. Reiß
Lucky Luke
Chemie im Wilden Westen
Gehalten am 21.07.2006
Hinweis:
Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule).
Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht heruntergeladen werden,
unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende:
http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
Vorgelegt von:
Volker Wenke
Wehrdaer Weg 14
35037 Marburg
Inhalt:
1. Einleitung
Seite 3
2. Geschichtliches zu Lucky Luke
Seite 3
3. Lucky Lukes chemisches Abenteuer
Seite 4
4. Quellenangaben
Seite 9
5. Anhang: Versuchsprotokolle

Der Ausbruch
Seite 10

Schwarzpulver
Seite 12

Gefälschtes Gold
Seite 14

Altersbestimmung von Whiskey
Seite 16

Der Telegraph von Soemmering
Seite 18

Eisenbahnschienen verschweißen
Seite 20

Schneller als der Schatten
Seite 23
2
1. Einleitung
Abenteuer von Lucky Luke trifft man nicht häufig im Chemieunterricht. Die
Schüler assoziieren dieses nicht unbedingt mit dem Schulalltag, daher ist es ein
ideales Thema, um einen für das Publikum interessanten Vortrag zu gestalten.
Ich bin in meiner Schulzeit mit einem Chemielehrer unserer Schule zu einer WildWestern-Show in die Universität Bielefeld gefahren. Die Erinnerung an den dort
durchgeführten Versuch mit einer phosphorezierenden Wand, in dem der Trick
von Lucky Luke, schneller zu schießen als der Schatten, nachgespielt wurde, hat
mich schließlich auf die Idee zu diesem Vortrag gebracht.
Das Abenteuer, dass der „Lonesome Cowboy“ erlebt, ist nicht unbedingt relevant
für den Chemieunterricht. Man könnte es höchstens in anderen Fächern verwenden, vieleicht als Diktat in Deutsch, aber es ist trotzdem wichtig für den
Vortrag, da die Geschichte als „roter Faden“ dient. Da die durchaus schulreleanten Versuche aus allen möglichen Bereichen der anorganischen Chemie
stammen, ist dieser Aspekt enorm wichtig, da sie sonst nur zusammenhangslos
hintereinander ausgeführte Experimente wären. Außerdem ermöglicht die Geschichte ein geschicktes Überleiten zu den jeweiligen Versuchen.
2. Geschichtliches zu Lucky Luke
Angefangen hat Alles im Jahre 1946, in dem der belgische Schriftsteller Maurice
de Bévère, der unter dem Künstlernamen „Morris“ gearbeitet hat, im Comicmagazin „Spirou“ einige kleine Bildergeschichten von einem Cowboy namens
Lucky Luke veröffentlichte. Die Serie wurde sehr erfolgreich und bildete schon
bald einen festen Bestandteil des Magazins.
1955 übernahm dann René Goscinny, der schon Abenteuer von Asterix
kreiert hatte, das Schreiben der Geschichten von Lucky Luke. Bis zu Goscinnys
Tod im Jahre 1977 erstellten die beiden gemeinsam 37 Alben, sowie diverse
Kurzgeschichten, die in dem französischen Magazin „Pilote“ gedruckt wurden.
Seit 1983 ist der „lonesome cowboy“ Nichtraucher. Früher immer eine
Zigarette im Mund, kaut er seit jenem Jahr auf einem Strohhalm. Für diesen
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Wandel wurde die Zeitschrift 1988 von der Weltgesundheitsorganisation WHO mit
einem Spezialpreis versehen.
Im Jahre 2001 stirbt Lucky Lukes Erfinder Morris, hatte aber schon
frühzeitig testamentarisch festgehalten, dass die Serie weitergeführt werden
sollte. Den Zuschlag für dieses Vorhaben erhielt der französische Zeichner Hervé
Darmenton, dessen Künstlername „Achdé“ lautet. Auf Papier geboren erobert
Lucky Luke in jüngster Vergangenheit auch das Fernsehen. Nach verschiednen
Zeichentrickserien existieren auch schon zwei Realverfilmungen, in denen
Terence Hill und Till Schweiger schneller schießen als ihr Schatten.
Heute ist Lucky Luke nach Asterix mit über 30 Millionen verkauften Alben
die zweiterfolgreichste Comicreihe in Deutschland und ein Ende ist noch nicht abzusehen.
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3. Lucky Lukes „chemisches“ Abenteuer
Im Folgenden wird ein Abenteuer von Lucky Luke geschildert und alle mit
chemischen Experimenten in Verbindung stehenden Geschehnisse durch Vorführungen der entsprechenden Versuche verdeutlicht. Parallel zu der Erzählung
der Geschichte sollten die dazugehörigen Bilder der Powerpoint-Präsentation
gezeigt werden.
Die vier Daltonbrüder haben mal wieder etwas verbrochen und sitzen
deswegen im Gefängnis. Natürlich gefällt ihnen das nicht und sie versuchen
auszubrechen. Mit den Esslöffeln einen Tunnel zu graben würde zugegeben
ziemlich lange dauern aber zum Glück haben die Vier ja noch ihre schlaue
Mutter. Ma Dalton hat dem Gefängniswärter eine Flasche Tabasco gegeben
und ihm erzählt, ihre Söhne würden das auf ihrem Essen lieben. Das ist
natürlich gelogen, die vier Männer verabscheuen Tabasco, aber der
Gefängniswärter bemerkt das nicht und bringt ihnen die Flasche zusammen
mit dem Essen. Zunächst verschmähen die Daltons ihr Spezialgewürz, aber
dann erkennt der kleine Joe, welcher der klügste der vier Brüder ist, dass
sich Ma Dalton ja irgendetwas dabei gedacht haben muss, als sie ihnen die
Flasche geschickt hat. Sie weiß doch schließlich, dass ihre Söhne kein
Tabasco mögen. Er bemerkt einen stechenden Geruch und vermutet Säure
in der Flasche. Ihm kommt eine geniale Idee und er gießt die Säure an die
Gitterstäbe am Fenster. Es beginnt zu rauchen und zu zischen und nach
einiger Zeit können die Daltons die Gitterstäbe aufbiegen und entkommen.
Der sich nun anschleißende Versuch „Der Ausbruch“ zeigt die Wirkung von
Säuren auf Eisen und Kalkstein. Zu konzentrierter Salzsäure und Schwefelsäure
wird ein geschmirgelter Eisennagel gegeben. Es setzt Blasenbildung ein,
allerdings erkennt man, dass die Reaktionen nicht sehr heftig verlaufen. Wenn
man nun anmerkt, dass dieses Ätzen relativ lange dauert und noch mal auf das
Bild verweist, in dem Joe Dalton die Säure verwendet, so kann man erkennen,
dass die Säure auch auf die Fensterbank gelangt. In den heutigen USA bestehen
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die Böden zu einem Großteil aus Kalkstein also soll auch das Gefängnis wohl aus
Kalkstein gebaut worden sein. Man gibt einige Tropfen der Salzsäure auf einen
solchen Stein und erkennt sofortige Gasentwicklung. In der Realität sollte so eine
Flasche wohl kaum ausreichen, um die Gitterstäbe und ihre Fassungen so zu
zerstören, dass man entkommen kann, aber für die Verwendung in einem nicht
allzu realitätsnahen Comic ist dieses Phänomen durchaus legitim.
Im Unterricht kann man den Versuch mit dem Kalkstein gut in der
Jahrgangsstufe 9 zum Thema Säuren und ihre Eigenschaften anwenden. Die
Oxidation der Eisennägel gehört eher in das Thema Redoxchemie in Klasse 10.
Zusätzlich könnte man dann noch einen Eisennagel in verdünnte Schwefelsäure
geben und beobachten, dass sich dort keine passivierende Oxidschicht bildet.
An der nächsten Farm stehlen sich die Daltons Pferde, Pistolen und
Munition und reiten davon. Als sie an Eisenbahnschienen entlang kommen
fährt plötzlich ein Zug an ihnen vorbei. Joe beschließt den Zug zu
überfallen und die Ladung nach wertvollen Gütern zu durchsuchen. Seine
drei Brüder folgen ihm natürlich. Die Zugführer, die die Daltons
entdecken, befürchten eine Schienenblockade und stoppen den Zug, um
einen Unfall zu vermeiden. Auf dem hintersten Wagon finden William und
Averell Dalton eine Kiste mit der Aufschrift „Nitro“. Sie denken, Nitro
wäre die Stadt, zu der dieser Zug fahren sollte und fragen sich, wo diese
Stadt wohl sei. Joe regt sich deshalb über die Dummheit seiner Brüder auf
und erklärt ihnen in einem eher verspottendem Ton, dass es sich hierbei um
den Sprengstoff Nitroglyzerin handelt. Der vierte Bruder begibt sich
derweilen ins Führerhaus, fesselt und knebelt die Zugführer, und setzt den
Zug in Gang.
Erwähnt man an dieser Stelle des Vortrags, dass nun ein Experiment folgt,
werden sich wahrscheinlich alle Schüler auf eine Nitroglycerin-Explosion freuen.
Da dies aber ein Anorganik-Vortrag ist wird auf die Pistolen in den Händen der
Daltons verwiesen, in denen ein anorganischer Sprengstoff verwendet wird: das
Schwarzpulver. Eine solche Waffe soll in dem Versuch simuliert werden. Ein
Messingrohr dient als Lauf, eine Styroporkugel als Munition. Das Schwarzpulver
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wird von außen durch ein Loch im Messingrohr entzündet und lässt die Kugel aus
dem Rohr schießen. Angemerkt werden muss noch, dass es sich dabei nicht um
eine Explosion sondern um eine sehr schnelle Verbrennung, eine sogenannte
Deflagration, handelt.
Schwarzpulver hat seinen Namen nicht von seinem Aussehen, sondern
von dem Franziskanermönch Bertold Schwarz, der im 14. Jahrhundert das
Schwarzpulver erfunden haben soll. Tatsächlich existieren Überlieferungen aus
dem 11. Jahrhundert, die besagen, dass es in China zu der Zeit schon solche
Stoffgemische gegeben hat. Ferner arbeitete Roger Bacon im Jahre 1267 mit
Stoffen, die eine ähnliche Zusammensetzung wie Schwarzpulver hatten. Dass
Bertold Schwarz aber trotzdem als Erfinder gilt liegt daran, dass er das
Mischverhältnis von Schwefel, Kohle und Kaliumnitrat (Salpeter) untersucht und
optimiert hat. Richtig zusammengesetztes Schwarzpulver besteht aus 65-80%
Kaliumnitrat, 10-25% Kohle und 10-20% Schwefel. Je mehr Nitrat verwendet
wird, desto heftiger verläuft die Reaktion, während ein hoher Kohle-Anteil die
Reaktion gemäßigter verlaufen lässt.
Es handelt sich hier um eine Vielzahl von Redoxreaktionen, also ist dieser
Versuch ideal für eine Darbietung in Klasse 10. Vielleicht kann man den Versuch
auch bei dem Thema Reaktionsgeschwindigkeit verwenden, denn die normale
Verbrennung von Schwefel oder Kohle verläuft relativ langsam, während der im
Nitrat gebundene Sauerstoff die Reaktion enorm beschleunigt.
Während die Daltons also schon wieder ihr Unwesen treiben, erreicht
Lucky Luke die Stadt Purgatory. Er beschließt zu rasten und steigt von
seinem treuen Pferd Jolly Jumper ab. Aus dem Saloon kommt enormer
Lärm und da Lucky Luke nachschauen will, was dort denn los sei, gerät er
mitten in eine große Schlägerei. Nachdem er einige Schläge ausgeteilt hat
aber auch ein paar Hiebe einstecken musste, schießt er einmal in die Luft
und schreit: “Aufhören,“ um die Schlägerei zu beenden. Sofort bekommt
Lucky Luke von allen Anwesenden die volle Aufmerksamkeit und nutzt dies
auch aus, um nach dem Grund für die Aufregung zu fragen. Zwei Männer
rufen, sie wären beim Poker mit falschen Goldmünzen ausbezahlt worden
und wollen den Betrüger stellen.
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Falsche Goldmünzen? Genau dies wird im folgenden Versuch vorgeführt. Ein aus
Kupfer bestehendes 5-Cent-Stück wird mit einer Zinkschicht überzogen und
anschließend in der Bunsenbrennerflamme zu Messing weiterverarbeitet. Die
Metallatome von Kupfer (fcc) und Zink (hcp) diffundieren dabei in das jeweils
andere Gitter. Die Struktur des dabei entstehenden Messings ist nicht klar
definiert. Es können verschiedene Phasen entstehen. Als Messing bezeichnet
man nur Kupfer-Zink-Legierungen mit einem Anteil von 5-45% Zink. Die Farbe
variiert mit zunehmendem Zinkanteil zwischen Rotgelb, Goldgelb und Gelb.
Für die Schule eignet sich der Versuch beim Behandeln der Eigenschaften
von Metallen und natürlich bei der Redoxchemie. Ein verwunderliches
Phänomen, nämlich die Abgabe der Elektronen vom Kupfer zum Zink, obwohl
Zink doch eigentlich unedler ist, eignet sich immer gut, die Schüler dem Unterricht
aufmerksam und aktiv zu folgen.
Dies ist allerdings nicht der einzige Grund für die Schlägerei, denn einige
Saloongäste beschuldigen den Barkeeper, keinen echten Whiskey auszuschenken. Einer von ihnen meint, er würde selbst Whiskey herstellen und
erkennt daher am Geschmack, dass der Whiskey nicht lange genug im
Holzfass gereift ist. Es geht also drunter und drüber.
Nun benötigt man ein Verfahren um zu bestimmen, wie lange der Whiskey (oder
Whisky) im Holzfass gelagert wurde. Theoretisch sollte er dies mindestens 12-15
Jahre tun. Während dieser Zeit verändert sich die Zusammensetzung. Wasser
und Alkohol diffundieren durch die Holzwand nach außen, organische
Substanzen gelangen vom Holz in die Flüssigkeit und Reaktionen ändern die
Beschaffenheit des Whiskeys. Wegen der Restfeuchtigkeit des Holzfasses sinkt
der Alkoholgehalt während der Reifezeit zunächst ab, bevor er wieder steigt, da
Wasser schneller durch die Holzmembran entweicht als Alkohol. Auch die Anteile
anderer Substanzen wie zum Beispiel Ester oder Aldehyde variieren je nach
Lagerzeit. Da diese Veränderung mehr oder weniger typisch ist kann man zum
Beispiel aufgrund des Gesamtsäuregehaltes das Alter des Whiskeys bestimmen.
Man titriert dazu mit 0,1-molarer Natronlauge und vergleicht den Wert mit
ausliegenden Tabellen.
8
Dieser Versuch könnte in Klasse 9 zu dem Thema Säuren und Basen und
Neutralisation eingesetzt werden. Auch schön wäre es, die Schüler durch diese
Titration beim Thema quantitative Analyse bestimmen zu lassen, wie alt so ein
Whiskey ist, dazu sollte man dann allerdings Whiskey nehmen, der wirklich im
Holzfass gereift ist! Aber auch in Klasse 11 oder 12 kann dieser Versuch bei der
Besprechung der organischen Themen Alkanole oder Carbonsäuren durchgeführt werden.
Während im Saloon also kräftig diskutiert wird erreichen die Daltons mit
dem Zug den Bahnhof von Nothing Gulch. Und was machen Verbrecher in
einer Stadt lieber als die Bank zu überfallen? Auch der Sheriff, der ihnen
mutig entgegentritt, kann die vier Brüder nicht stoppen. Er wird von ihnen
gefesselt, geknebelt und ins eigene Gefängnis gebracht.
Der Fernmelder beobachtet die Taten der Daltons und setzt sofort einen
Hilferuf in alle Richtungen ab.
Lucky Luke verhandelt derweilen immer noch mit den Leuten im Saloon und
sucht nach einer friedlichen Lösung der Konflikte. Plötzlich stürmt jedoch
ein Mann herein, der ein Telegramm in der Hand hält und ruft, dass die
Daltons Nothing Gulch überfallen würden.
Ein Telegraph im Wilden Westen funktioniert natürlich durch Übertragung von
elektrischen Signalen und hat eigentlich eher etwas im Physikunterricht zu
suchen. Der aller erste Telegraph jedoch, der im Jahre 1809 von Samuel Thomas
von Soemmering gebaut wurde, benutzte eine Volta-Säule, die der Italiener
Alessandro Volta 9 Jahre zuvor entwickelt hatte, als Stromquelle und bediente
sich des Prinzips der Elektrolyse von Wasser. Es werden einfach 26 Elektroden
in ein mit Elektrolyten angereichertes Wasser getaucht und mit Buchstaben
beschriftet. Nun muss man je nachdem welchen Buchstaben man seinem
Gegenüber mitteilen möchte Strom an den entsprechenden Elektroden anlegen.
Anhand der aufsteigenden Gasblasen kann der Empfänger die Buchstaben
erkennen und Nachricht entschlüsseln. Dieser Telegraph funktioniert also nur in
eine Richtung. Um dem Sender wieder eine Nachricht zukommen zu lassen
9
benötigte man also einen zweiten Telegraphen. Ein Original des Telegraphen
kann man im Deutschen Museum in München sehen.
Die Stromquelle ist eine Volta-Säule, welche eigentlich nur aus mehreren
hintereinandergeschalteten
galvanischen
Zellen
besteht.
Über
die
von
Alessandro Volta verwendeten beiden Metalle sind sich die Quellen uneinig. Ob
Kupfer und Zink oder Kupfer und Silber konnte nicht exakt geklärt werden. In dem
Versuch wurde Kupfer und Aluminium verwendet, da dies beides Metalle sind, an
die man auch zu Hause schnell herankommt, falls man eine solche Säule nachbauen möchte.
Diese Demonstration eignet sich für einen Einsatz im Unterricht während
der Besprechung der Elektrolyse von Wasser. In welchem Schulbuch ist zu
diesem Thema nicht ein Bild des Hoffmann`schen Zersetzungsapparates
abgebildet? Dieser Versuch bietet eine Alternative. Zum Einen kann man
historisch überleiten zu den galvanischen Zellen und die Säule von Volta erklären
oder gar nachbauen. Zum Anderen bietet es den Schülern mehr Spannung,
dadurch dass sie durch das Entschlüsseln der Nachricht mehr gefordert sind.
Nachteil ist natürlich, dass man hierbei zwar erkennt, dass von einem der
beiden Gase ein größeres Volumen als vom anderen entsteht, dass man aber
weder Wasserstoff und Sauerstoff zum Nachweisen auffangen kann noch das
genaue Verhältnis von 2:1 erkennt.
Lucky Luke reitet selbstverständlich sofort los, um den Verbrechern den
Garaus zu machen. Als er Nothing Gulch erreicht ist die Stadt allerdings
menschenleer. Der Überfall musste schon vorbei sein. Ein Mann läuft ihm
über den Weg und führt ihn nach Anfrage zu den Daltons, die eben noch
mit ihrem gekidnappten Zug am Bahnhof standen. Aber der Zug ist schon
weg. In weiter Ferne erkennt Lucky Luke eine davonfahrende Eisenbahn.
Auf Jolly Jumper reitet er dem Zug hinterher. Nach langer Verfolgungsjagd erreichen die Daltons eine Stelle, an der die Eisenbahnschienen nicht mehr verlegt sind. Sie müssen zu Fuß weiter, werden aber
bald von Leuten empfangen, die aus ihrem Lager kommen. Die Männer sind
Bauarbeiter und verlegen hier die Schienen. Sie denken, der Zug würde
ihnen Nachschub bringen, damit sie ihre Arbeit fortsetzen können. Dass
10
sie es hier allerdings mit der gefährlichen Verbrecherbande zu tun haben
bemerken sie nicht.
Eisenbahnschienen werden heute zunächst verlegt und anschließend mit dem
Thermit-Verfahren zusammengeschweißt. Streng genommen dürfte dieser
Versuch gar nicht in einem Wild-Western-Vortrag auftauchen, da Hans
Goldschmidt (daher auch Goldschmidt-Verfahren) diese Methode zur Gewinnung
von reinem Eisen erst im Jahre 1894 entwickelt hat. Aber wie oben schon mal
erwähnt: in einem Comic hat man solche Freiheiten. Es werden Aluminiumspäne
und Eisen(III)oxid vermischt (Goldschmidt nannte es „Thermit-Gemisch“) und
durch ein Zündgemisch zur Reaktion gebracht. Vorteil dieser Methode ist, dass
dabei kohlefreies Eisen entsteht, weswegen es auch zur Gewinnung von Metallen
angewendet wird, die bei einer Reduktion mit Kohlenstoff Carbide bilden würden.
Desweiteren findet diese Thermit-Reaktion Verwendung als Zünder von
Reaktionen, die einer hohen Aktivierungsenergie bedürfen, da bei der Reaktionen
Temperaturen von etwa 2500 °C entstehen.
Dieser Versuch stellt einen schönen Demonstrationsversuch zum Thema
Redoxreaktionen oder Metallherstellung dar. Normalerweise sollte man den
Versuch im Freien durchführen, um den Showeffekt auch auskosten zu können.
Ein großer Ansatz ist im Labor zu gefährlich. Aufgrund der hohen Temperaturen
ist aber auch draußen Vorsicht geboten!
Aber schon bald hat Lucky Luke aufgeholt und erreicht ebenfalls das
Lager. Er und die Daltons verschanzen sich und es kommt zu einer
Schießerei. Nach einiger Zeit bemerkt Lucky Luke den Wasserturm hinter
den Daltons. Er zielt auf das Seil, mit dem die Öffnung geschlossen
gehalten wird und schon ergießen sich riesige Wassermengen über den
Daltons. Völlig durchnässt werden die vier Brüder von Lucky Luke
festgenommen und mit einer Kutsche wieder zum Gefängnis gebracht.
Mit dem Wissen, dass die Dalton-Brüder sicher verwahrt werden, reitet
Lucky Luke wie so häufig einsam dem Sonnenuntergang entgegen und singt
sein Lieblingslied: “I`m a poor lonesome cowboy. And a long long way from
home…“
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Ein schöner Moment um den Vortrag zu beenden. Lucky Luke hat die bösen
Daltons gefangen und alles ist gut. Auch der Mythos, Lucky Luke könne schneller
schießen als sein Schatten, bleibt gewahrt. Aber ein Schüler ab Klasse acht ist alt
genug um nicht daran zu glauben, dass dies wirklich möglich ist und hat es
verdient, „die Wahrheit“ zu erfahren. Es folgt also die Demonstration der
Phosphoreszenz. Man nimmt sich eine Spielzeugpistole und einen Cowboy-Hut,
stellt sich vor eine Wand auf der mit Kupferionen dotiertes Zinksulfid aufgebracht
wurde, und lässt durch kurze und starke Lichteinwirkung die Zonen der Wand
aufleuchten, auf die kein Schatten gefallen ist. Nun kann man sich in aller Ruhe
umdrehen und seinen eigenen Schatten „erschießen“.
In der Schule könnte diese Demonstration bei dem Wahlthema Phosphoreszenz eingesetzt werden. Außergewöhnliche Phänomene, die jeder Schüler
kennt, in eine Schulstunde einzubauen und zu erklären ist immer eine
Möglichkeit, den Unterricht interessant zu gestalten.
Nun ist also geklärt, wie es Lucky Luke schafft, schneller zu schießen als
sein Schatten. Warum allerdings Rantanplan dümmer ist als sein Schatten kann
nicht wissenschaftlich erklärt werden.
12
4. Quellenangaben:

Riedel, Dr. Erwin; Anorganische Chemie. 5. Auflage, Walter de Gruyter
Verlag, Berlin, New York 2002
Internetquellen:

http://www.lucky-luke.de/e3/e12/index_ger.html (05.08.2006)

http://www.musketeer.ch/blackpowder/Geschichte.html (24.07.2006)
 http://nostromo.pte.hu/%7Edent/asterix/lucky/index.html
(mehrfach im Mai und Juni 2006)
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Der Ausbruch
Chemikalien:
konzentrierte Salzsäure, konzentrierte Schwefelsäure, 2 Eisennägel, Kalkstein
Geräte:
2 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, Petrischale, Schmirgelpapier
Gefahrenhinweise: HClkonz:
H2SO4 konz:
Durchführung:
C: Ätzend
R34: Verursacht Verätzungen
R37: Reizt die Atmungsorgane
S26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit
Wasser abspülen und Arzt konsultieren
S45: Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt
zuziehen (wenn möglich dieses Etikett vorzeigen)
C: Ätzend
R35: Verursacht schwere Verätzungen
S26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit
Wasser abspülen und Arzt konsultieren
S30: Niemals Wasser hinzugießen
S45: Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt
zuziehen (wenn möglich dieses Etikett vorzeigen)
a) Die beiden geschmirgelten Eisennägel werden jeweils in ein
Reagenzglas gegeben. In das eine Reagenzglas gibt man nun
die Salzsäure und in das andere die Schwefelsäure.
b) Der Kalkstein, der in der Petrischale liegt, wird mit ein paar
Tropfen Salzsäure übergossen.
Beobachtung:
a) Im Reagenzglas mit der Salzsäure-Lösung kommt es um
den Eisennagel zu starker Gasentwicklung, bei der Schwefelsäure entsteht nur anfangs etwas Gas.
b) Auf der Oberfläche des Kalksteins kommt es nach Zutropfen
der Salzsäure zu starker Blasenbildung.
Auswertung:
a) Aufgrund des negativen Reduktionspotentials (E° = -0,41 V)
der Oxidation von Fe zu Fe2+ wird der Eisennagel von der
Salzsäure oxidiert:
0
II
Oxidation:
Fe(s)  Fe 2 (aq)  2 e 
Reduktion:
2 H3O  (aq)  2 e   H2(g)   2 H2O
I
0
14
Die konzentrierte Schwefelsäure hingegen ist eine oxidierende
Säure und so bildet sich auf der Oberfläche eine Eisenoxidschicht. Durch diese Passivierung kann die Säure kein
weiteres Eisen angreifen.
0
 VI
II, III
IV
3 Fe(s)  4 H2 SO4(l)  Fe3 O 4 (s)  4 SO2(g)   4 H2 O
Das Reduktionspotential hängt auch vom pH-Wert ab, deshalb
würde die Reaktion wie bei der Salzsäure verlaufen, wenn
man verdünnte Schwefelsäure verwenden würde. Normalerweise sollte ein Versuch, bei dem SO2 entsteht im Abzug
vorgeführt werden, allerdings sind hier die Mengen so gering,
dass dies nicht unbedingt notwendig ist.
b) Gibt man Salzsäure auf kalkhaltiges Gestein, so kommt es
in Folge einer Säure-Base-Reaktion (BrØnstedt) zur Protonierung der Carbonat-Ionen. Durch die Gleichgewichtsreaktionen bildet sich unter anderem formal Kohlensäure, die in
wässriger Phase instabil ist und zu CO2 und H2O zersetzt wird.
Die Kohlendioxidentstehung kann man anhand der Blasenbildung deutlich erkennen.

H3 O(aq)
 CaCO3(s) ⇌
2
HCO3(aq)
 Ca(aq)
 H2 O


⇌ H2 O  " H2 CO3 "
H3 O(aq)
 HCO3(aq)
" H2 CO3 " ⇌ CO2(g)   H2 O
Entsorgung:
Nägel und Kalkstein können mit Wasser gewaschen wiederverwendet werden. Die Säuren können neutral kanalisiert
werden.
Quellen:
Riedel, Dr. Erwin; Anorganische Chemie. 5. Auflage, Walter de
Gruyter Verlag, Berlin, New York 2002
15
Schwarzpulver
Chemikalien:
1 g Schwarzpulver (bestehend aus 0,75 g Kaliumnitrat, 0,10 g
Schwefel, 0,15 g Kohle),
1 Spatelspitze Zündgemisch (roter Phosphor, Kaliumnitrat),
Wunderkerze
Geräte:
Stativmaterial, Messingrohr (Ø ca. 1 cm, an einem Ende nur
eine sehr kleine Öffnung), Styroporkugel mit minimal kleinerem
Durchmesser als der Innendurchmesser des Rohres
Gefahrenhinweise: KNO3:
S8:
Prot:
Durchführung:
Beobachtung:
O: Brandfördernd
R8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren
Stoffen
S16 Von Zündquellen fernhalten - Nicht rauchen
S41 Explosions- und Brandgase nicht einatmen
F: Leichtentzündlich
R11 Leichtentzündlich
S16 Von Zündquellen fernhalten - Nicht rauchen
S41 Explosions- und Brandgase nicht einatmen
F: Leichtentzündlich
N: Umweltgefährlich
R11 Leichtentzündlich
R16 Explosionsgefährlich in Mischung mit
brand-fördernden Stoffen
R50 Sehr giftig für Wasserorganismen
S7 Behälter dicht geschlossen halten
S43 Zum Löschen Wasser verwenden
S61 Freisetzung in die Umwelt vermeiden.
Besondere Anweisungen einholen / Sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen
Das Rohr wird im Abzug in einem Winkel von
ca. 45° mit dem Stativmaterial befestigt. Die
obere Öffnung muss natürlich in eine Richtung zeigen, in der durch die Verbrennung
des Schwarzpulvers niemand gefährdet
werden kann. Nun gibt man das Zündgemisch, das Schwarzpulver, die Styroporkugel und die Wunderkerze so in das Messingrohr, wie es in der nebenstehenden Skizze
eingezeichnet ist.
Zuletzt zündet man die Wunderkerze am
unteren Ende an und wartet, bis die Kugel
aus dem Rohr fliegt.
Schwarzpulver
Zündgemisch
Wunderkerze
Bei der Reaktion des Schwarzpulvers entsteht Rauch und die
Styroporkugel schießt aus dem Messingrohr.
16
Auswertung:
Bei der Reaktion von Schwarzpulver handelt es sich nicht wie
man annehmen könnte um eine Explosion, sondern um eine
Deflagration, also eine sehr schnelle Verbrennung. Schwefel
und Kohle verbrennen hierbei und reagieren unter anderem zu
Sulfat und Kohlendioxid. Würde man die beiden Stoffe and der
Luft verbrennen wäre diese Reaktion sehr langsam, weil nur
ein kleiner Teil der Substanzen mit Luftsauerstoff in Berührung
kommt und somit verbrennen kann. Da aber mit Kaliumnitrat
im Schwarzpulver eine sauerstoffreiche Chemikalie vorhanden
ist reagieren diese Feststoffgemische sehr schnell.
Da sich bei der Deflagration sehr viele Reaktionen abspielen
sind hier nur die wichtigsten aufgeführt:
V
0
 VI
II
1 S 8(s)  2 KNO 3(s)  K 2 SO 4(s)  2 NO
(g)
8
0
V
II
II
IV
0
IV
II
3 C(s)  2 KNO 3(s)  K 2 CO3(s)  N2(g)  CO 2(g)  C O (g)
IV
0
2 C O (g)  2 NO (g)  2 CO2(g)  N2(g)
Insgesamt entstehen unter Normbedingungen bei der Verbrennung von 1 g Schwarzpulver:
-
1,13 L Kohlendioxid
0,71 L Stickstoff
0,28 L Kohlenmonoxid
und bei Anwesenheit von Luftfeuchtigkeit:
-
0,08 L Wasserstoff
0,06 L Methan
0,04 L Schwefelwasserstoff
Insgesamt entstehen also etwa 2,3 Liter Gas, die einen hohen
Druck auf die Styroporkugel ausüben, diese beschleunigen
und aus dem Messingrohr schießen lassen.
Entsorgung:
Schwarzpulverreste sollten in sicherer Umgebung verbrannt
und zusammen mit Reaktionsprodukten in den Feststoffabfall
gegeben werden.
Quellen:
Riedel, Dr. Erwin; Anorganische Chemie. 5. Auflage, Walter de
Gruyter Verlag, Berlin, New York 2002
Köhler, W: Pulver und Blei“. In: Praxis der Naturwissenschaften, Chemie in der Schule. 2003, 52. Jahrgang, Heft 5,
Seiten 39 ff.
17
Gefälschtes Gold
Chemikalien:
10 ml Kalilauge (c = 4 mol·l-1), 4 g Zinkpulver, Kupfer (z.B. ein
5 Cent-Stück)
Geräte:
Bunsenbrenner, Dreifuß, Drahtnetz, Porzellanschale, 50 ml
Becherglas, Spritzflasche mit Wasser, Tiegelzange, Toilettenpapier
Gefahrenhinweise: KOH:
Zn (Pulver):
C: Ätzend
R22: Gesundheitsschädlich beim Verschlucken
R35: Verursacht schwere Verätzungen
S26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit
Wasser abspülen und Arzt konsultieren
S36/37/39: Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille/
Gesichtsschutz tragen
S45: Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt
zuziehen (wenn möglich dieses Etikett vorzeigen)
F: Leichtentzündlich
R10: Entzündlich
R15: Reagiert mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase
S7/8: Behälter trocken und dicht geschlossen
halten
S43 Zum Löschen Metallbrandpulver oder
trockenen Sand verwenden
Durchführung:
In die Porzellanschale, die sich auf dem Drahtnetz und dem
Dreifuß befindet, wird die Kalilauge und das Zinkpulver
gegeben und mit dem Bunsenbrenner erhitzt. Nach einiger Zeit
gibt man unter Rühren ein Kupferstück hinzu und wartet ein
paar Minuten. Ist das Kupferstück mit einer silberfarbenen
Schicht überzogen kann man es aus der Lauge holen und mit
der Spritzflasche und dem Toilettenpapier von dem nicht fest
anhaftenden Zink befreien. Wenn man das Metallstück jetzt
einen Moment in die Brennerflamme hält kann man eine
Farbänderung von silberfarben nach goldfarben beobachten.
Beobachtung:
Das 5-Cent-Stück überzieht sich in der zinkhaltigen Kalilauge
mit einer silberfarbenen Schicht. Hält man es anschließend
kurz in die Brennerflamme, so wechselt die Farbe zu
goldfarben.
Auswertung:
Gibt man Zink in 4-molare Kalilauge so bildet sich zunächst
Tetrahydroxozinkat.
0
I
I
II
I
0

2
Zn (s)  2 OH (aq)
 2 H2 O  [Zn(OH) 4 ] (aq)
 H2(g) 
18
Kupfer ist edeler als Zink, deswegen gibt das elementare Zink,
welches mit dem anschließend hinzugegebenen Kupferstück
in Berührung kommt, Elektronen an das Kupfer ab. Da das
elementare Kupfer jedoch nicht mehr weiter reduziert werden
kann werden diese Elektronen in das Elektronengas zwischen
den Atomkernen aufgenommen. Es bildet sich eine negative
Überschussladung. Die durch die Dissoziation des Tetrahydroxozinkats entstehenden Zn2+-Ionen können nun die überschüssigen Elektronen aus dem Kupfer
aufnehmen, wenn sie mit diesem in Kontakt kommen. Sie werden zu elementarem Zink reduziert und scheiden sich auf
der Kupferoberfläche ab.
Es ist also tatsächlich so, dass Elektronen vom edleren Kupfer
zum unedleren Zink gelangen. Reduktionsmittel ist das Kupfer
jedoch dabei nicht, da die Elektronen ja schließlich ursprünglich vom Zink selbst stammen.
Hält man nun das mit Zink überzogene Kupfer in die Brennerflamme, so bildet sich eine Messing-Legierung. Die Metallatome diffundieren dabei ab einer Temperatur von etwa 600 °C in
das jeweils andere Metallgitter. Das komplette Phasendiagramm von Kupfer und Zink ist für Schüler zu komplex und soll
hier deswegen nicht weiter erklärt werden.
Entsorgung:
Die Lösungen werden neutralisiert um im Schwermetallabfall
entsorgt, die Feststoffe werden in den Feststoffmüll gegeben.
Quellen:
Riedel, Dr. Erwin; Anorganische Chemie. 5. Auflage, Walter de
Gruyter Verlag, Berlin, New York 2002
Internetquellen:
http://www.experimentalchemie.de/versuch-014.htm
(22.04.06)
19
Altersbestimmung von Whiskey
Chemikalien:
25 ml Whiskey, Natronlauge (c = 0,1 mol·l-1), 200 ml
entionisiertes Wasser, Phenolphthalein (in alkoholischer
Lösung)
Geräte:
Magnetrührer, Rührfisch, Bürette mit zugehörigem Stativmaterial, 300 ml Weithals-Erlenmeyerkolben
Durchführung:
Die Natronlauge wird blasenfrei in die Bürette gefüllt, welche
mit dem Stativmaterial über dem Magnetrührer befestigt ist.
Nun bestimmt man mit Hilfe einer Säure mit bekannter
Konzentration den Titer der Natronlauge.
Die 25 ml Whiskey werden im Erlenmeyerkolben mit 200 ml
Wasser verdünnt und mit ein paar Tropfen PhenolphthaleinLösung versetzt. Anschließend titriert man mit der 0,1-molaren
Natronlauge bis zum Umschlagspunkt.
Beobachtung:
Der Verbrauch der Natronlauge beträgt 1,9 ml.
Auswertung:
Um Substanzen quantitativ zu bestimmen eignet sich manchmal die Methode der Titration. Besonders hier bei der Bestimmung eines Säuregehaltes kann man mit einer Lauge titrieren
und durch einen Säure-Base-Indikator den Umschlagpunkt
erkennbar machen.
Beim Whiskey verändert sich durch verschiedene Vorgänge
während der Reifezeit im Holzfass zum Beispiel der Gesamtsäuregehalt. Da diese Veränderung typisch ist kann man durch
Titration das Alter annähernd bestimmen. Einen genaueren
Wert erhält man wenn man auch noch durch Bestimmung der
Ester, des pH-Wertes oder der Feststoffe mehr Messwerte
bekommt und diese vergleicht.
Die Aufschrift auf dem verwendeten Whisky verlautete ein
Alter von 12 Jahren. Der Verbrauch betrug bei der Titration in
diesem Versuch 1,9 ml Natronlauge. Man erhält dann mit dem
Titer von 1,09 einen Essigsäuregehalt von 49,7 g / 100 Liter.
n(HOAc)  c (OH )  V(OH )  t  (0,1  0,0019) mol  t  2,071 10 4 mol
m(HOAc)  n(HOAc)  M(HOAc)  (2,071 10 4  60,02) g  1,24  10 2 g
1,14  10 2 g
49,72 g

25 ml
100 l
20
In der Tabelle nach Rüping kann man ablesen, dass dieser
Whiskey einen Gesamtsäuregehalt eines etwa 10 Monate im
Holzfass gereiften Whiskeys hat. Die Aufschrift „12 Jahre“
stimmt also nur insofern, dass der Whiskey ca. 10 Monate im
Holzfass und anschließend die restlichen Jahre im Metallfass
gelagert wurde, da diese Lagerung billiger ist.
Alter
[Monate]
Alkohol
-gehalt
0
1
3
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
90
50,90
50,70
50,65
50,70
51,00
51,25
51,55
51,80
52,05
52,35
52,60
52,75
53,00
53,35
53,70
53,95
54,30
54,45
Gesamt
-säuregehalt
5,9
20,4
32,2
42,5
53,4
58,1
61,8
64,1
65,8
67,8
69,2
69,7
70,2
72,0
71,6
74,4
76,2
79,4
Ester
Aldehyde
Feststoffe
pH
16,7
17,2
18,5
21,8
26,8
31,1
35,5
38,9
41,8
44,7
47,6
48,0
51,9
55,6
57,6
61,2
62,0
64,4
1,4
2,1
2,8
3,3
4,1
4,8
5,5
5,8
6,0
6,0
6,1
6,1
6,2
6,3
6,5
7,0
7,0
7,0
8,6
44,1
66,6
87,7
111,1
127,6
137,5
147,7
152,7
157,7
165,9
166,0
173,0
174,2
181,5
186,0
198,6
198,9
4,92
4,62
4,46
4,38
4,38
4,29
4,29
4,28
4,27
4,26
4,26
4,26
4,26
4,26
4,24
4,34
4,23
4,22
Charakteristische Daten von Whiskey nach Rüping (in g pro 100 Liter)
Entsorgung:
Die Lösungen können neutral kanalisiert werden.
Quellen:
Rüping, Thomas: Schulversuche mit Whiskey. In: Praxis der
Naturwissenschaften Chemie. 2 / 36. Jahrgang 1987, Seite
17ff
21
Der Telegraph von Soemmering
Chemikalien:
a) Schwefelsäure, Natriumsulfat, Leitungswasser
b) 5-Cent-Stücke, Alufolie, Filz
Geräte:
a) möglichst große und breite Glasküvette, 10 Graphitelektroden mit Beschriftung (im Idealfall 26), 10 Krokodilklemmen (im Idealfall 26), Transformator, diverse Kabel
b) LED, verschienden Baumaterialien
Gefahrenhinweise: H2SO4 verd:
Durchführung:
Xi: Reizend
R36/38 Reizt die Augen und die Haut
S26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit
Wasser abspülen und Arzt konsultieren
a) Der Telegraph:
In die Küvette wird Wasser gefüllt, welches durch Zugabe von
Schwefelsäure und Natriumsulfat mit Elektrolyten angereichert
wird, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Nun
befestigt man die Graphitelektroden so, dass sie in die Lösung
tauchen, und beschriftet sie mit verschiedenen Buchstaben.
Mit Hilfe der Krokodilklemmen, der Kabel und des Transformators werden jetzt immer diejenigen Elektroden als Anode
und Kathode geschaltet, die mit den Buchstaben beschriftet
sind, die man mitteilen möchte. Die Kathode ist dabei per
definitionem die Elektrode mit dem vorderen Buchstaben, da
hier mehr „Luftblasen“ aufsteigen als an der Anode.
b) Nachbau einer Volta-Säule:
Eine Volta-Säule, welche beim Original des SoemmeringTelegraphen als Stromquelle verwendet wurde, besteht aus
mehreren galvanischen Elementen. Mit Haushaltsgegenständen einfach nachzubauen ist diese, indem man diverse 5Cent-Stücke (Kupfer) nimmt, ebenso große Scheiben aus
Aluminiumfolie und Filz ausschneidet und immer abwechselnd
aufeinanderlegt. Die Reihenfolge muss unbedingt eingehalten
werden, z.B. Kupfer, Filz, Aluminium, Kupfer, Filz, Aluminium,
etc. Die oberste und unterste schickt wird über ein Kupferdraht
mit einer LED verbunden. Gibt man nun etwas Essig (eventuell
auch etwas Kochsalzlösung) auf die Filzscheiben, sodass
diese als Salzbrücken fungieren können, so beginnt die LED
zu leuchten.
Beobachtung:
a) Legt man an je zwei Elektroden Spannung an, so entstehen
an diesen Blasen. An der Kathode ist dieses merklich stärker,
sodass man gut unterscheiden kann, welcher Buchstabe
zuerst gemeint ist.
22
b) Verbindet man die LED mit den beiden enden der Säule, so
beginnt sie zu leuchten.
Auswertung:
a) Der Vorgang, der sich bei diesem Versuch abspielt ist eine
einfache Elektrolyse von Wasser. Durch das Anlegen einer
Spannung zersetzt sich das Wasser in die Gase Wasserstoff
und Sauerstoff:
I
0
Kathode:
4 H2O  4 e   2 H2(g)   4 OH  (aq)
Anode:
2 H2O  O 2(g)   4 H (aq)  4 e 
II
0
Soemmering-Telegraph (oben: Empfänger, unten: Sender)
Volta-Säule rechts unten
b) Die Reduktionspotentiale der Metalle Kupfer (+0,34 V) und
Aluminium (-1,67 V) unterscheiden sich um 2,01 V. Die
Spannung sollte also diesen Wert betragen. Schaltet man
mehrere galvanische Zellen hintereinander, so addieren sich
die Spannungen. In dem Versuch wurden 25 Zellen
verwendet, theoretisch sollte also eine Spannung von 50,25 V
die LED zum Leuchten gebracht haben. Praktisch jedoch ist
Aluminium wegen der Passivierung edeler als es der E°-Wert
vermuten lässt. Die Spannung war also nicht ganz so hoch,
hat aber dennoch ausgereicht, um die LED aufleuchten zu
lassen.
Entsorgung:
Die Lösung kann neutral kanalisiert werden.
Quellen:
Riedel, Dr. Erwin; Anorganische Chemie. 5. Auflage, Walter de
Gruyter Verlag, Berlin, New York 2002
Internetquellen:
http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/soemmering.html
(12.05.2006)
23
Eisenbahnschienen verschweissen
Chemikalien:
Termitgemisch: (Eisen(III)oxid, Aluminiumgries), Zündgemisch
(Magnesiumpulver, Bariumperoxid), Wunderkerze
Geräte:
Blumentopf mit Loch, Tondreieck (Ø ca. 4 cm), Dreifuß, großes
Gefäß mit Sand, Papier, Spielzeug-Eisenbahnschienen aus
Metall
Gefahrenhinweise: Al Gries:
F: Leichtentzündlich
R10 Entzündlich
R15 Reagiert mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase
S7/8 Behälter trocken und dicht geschlossen
halten
S43 Zum Löschen Metallbrandpulver oder
trockenen Sand verwenden
Mg Pulver:
F: Leichtentzündlich
R11 Leichtentzündlich
R15 Reagiert mit Wasser unter Bildung
hochentzündlicher Gase
S7/8 Behälter trocken und dicht geschlossen
halten
S43 Zum Löschen Metallbrandpulver oder
trockenen Sand verwenden
Ba2O2:
Xn: Mindergiftig
O: Brandfördernd
R8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren
Stoffen
R20/22 Gesundheitsschädlich beim Einatmen
und Verschlucken
S13 Von Nahrungsmitteln, Getränken und
Futtermitteln fernhalten
S27 Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort
ausziehen
Durchführung:
Bei diesem Versuch legt man etwas von dem ThermitGemisch, dass aus zwei Stunden bei 180 °C getrocknetem
Eisen(III)oxid und trockenem Aluminiumgries besteht in ein
Keramik-Blumentopf vor, dessen Loch mit etwas Papier oder
ähnlichem bedeckt wurde. Das oben genannte wasserfreie
Zündgemisch, welches in einem speziellen Behälter durch
Schütteln vermischt wurde, gibt man nun ebenfalls dazu und
formt eine trichterförmige Vertiefung. Nun wird eine Wunderkerze als Zünder in die Mulde gesteckt und die Gemische mit
einem Filterpapier mit Loch so abgedeckt, dass nur noch der
obere Teil der Wunderkerze zu sehen ist. Dies verhindert,
24
dass die Funken der Wunderkerze das Zündgemisch frühzeitig
zur Reaktion bringen. Den so präparierten Blumentopf
befestigt man nun in einem mit Sand gefülltem Topf über zwei
Spielzeug-Eisenbahnschienen, so dass sich das Loch des
Keramiktopfes direkt über der „Nahtstelle“ der beiden
Schienen befindet. Mit Schutzbrille, Schutzmaske und
Schutzkleidung aus Baumwolle wird nun die Wunderkerze am
oberen Ende angezündet und sich rasch entfernt. Da bei der
Reaktion Temperaturen um die 2500 °C entstehen, sollte man
nach der Reaktion etwa 5 Minuten warten, bis man sich dem
Topf nähert um den Versuch auszuwerten. Auch falls die
Wunderkerze zu früh erlischt sollte man ebenso lange warten,
bevor man mit einer anderen Kerze einen neuen Zündversuch
durchführt.
Da es nicht einfach ist, das entstehende flüssige Eisen gezielt
so zwischen die Schienen tropfen zu lassen, dass sie nach
Erkalten des Metalls „zusammengeschweißt“ sind, muss
dieser Versuch gegebenenfalls öfters wiederholt werden.
Die Ansatzgrößen der Chemikalien variieren je nachdem, ob
man den Versuch im Freien oder im Labormaßstab durchführen möchte. Im Labor sollten zusätzlich noch Schutzwände
aufgestellt werden.
Ansatzgröße im Freien:
Thermitgemisch: 48 g Eisen(III)oxid, 20 g Aluminiumgries
Zündgemisch: 5 g Bariumperoxid, 7 g Magnesiumpulver
Labormaßstab:
Thermitgemisch: 2,1 g Eisen(III)oxid, 0,9 g Aluminiumgries
Zündgemisch: 0,25 g Bariumperoxid, 0,35 g Magnesiumpulver
Beobachtung:
Die Wunderkerze entzündet zunächst das Filterpapier. Einen
Moment später beginnt die Reaktion. Sehr helle Funken
fliegen aus dem Blumentopf, dieser zerbricht und nach der
Reaktion kann man auf den Metallschienen oder im Sand
einen glühenden Metalltropfen erkennen.
Auswertung:
Die Eisenherstellung erfolgt großtechnisch durch den sogenannten Hochofen-Prozess, bei dem das Metall durch Reduktion mit Kohle aus den Eisenerzen gewonnen wird. Eine
mögliche Variante, um Eisen zu gewinnen ist die Reduktion mit
unedleren Metallen wie zum Beispiel Aluminium. Der Vorteil ist
dabei, dass reines Eisen entsteht und keine Verunreinigung
mit Kohlenstoff auftritt. Die Reduktion mit Aluminium wird in
diesem Experiment demonstriert.
Die brennende Wunderkerze entzündet zunächst das
Filterpapier und anschließend das Zündgemisch. Die Disproportionierungsreaktion
II I
0
II II
II II
BaO2(s)  Mg(s)  BaO(s)  MgO(s)
25
setzt dabei so viel Energie frei, dass das Thermit-Gemisch entzündet wird.
Diese Reaktion ist exotherm (ΔH: -661,1 kJ pro Mol) mit hoher
Wärmetönung und sorgt somit für die Temperaturen von bis zu
2500 °C, die das Eisen, welches eine Schmelztemperatur von
1535 °C hat, zum Schmelzen bringen.
0
III
III
0
2 Al(s)  Fe2 O3(s)  A l 2 O3(s)  2 Fe(l)
Gelangt der entstehende Tropfen auf die Nahtstelle der beiden
Spielzeugschienen und erkaltet dort, so verbindet er diese und
man hat zwei Schienen miteinander „verschweißt“.
Entsorgung:
Nachdem die Produkte abgekühlt sind können sie im
Feststoffabfall entsorgt werden.
Quelle:
Handout nach:
1. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl.,
Bd 10, Verlag Chemie, Weinheim1975
2. G.Jander (J.Strähle u. E.Schweda), Einführung in das
anorganisch-chemische Praktikum, 13. Aufl., S.Hirzel
Verlag, Stuttgart 1990
3. H.Habitz, H.Puff u. O.Schmitz-DuMont, Chemische
Unterrichtsversuche, 6.Aufl., Verlag Steinkopff, Darmstadt
1976.
26
Schneller als der Schatten
Chemikalien:
100 g mit Kupfersalz dotiertes Zinksulfid-Pulver, 500 ml
Klarlack
Geräte:
Pressspanplatte (ca. 80 x 120 cm, auf einer Seite weiß
beschichtet), Pinsel, Overheadprojektor, Spielzeugpistolen,
ggf. Cowboyverkleidung
Gefahrenhinweise: ZnS:
S24/25: Berührung mit Augen und Haut vermeiden
Durchführung:
Zunächst muss die Schattenwand vorbereitet werden. Dazu
rührt man das dotierte Zinksulfid in den Klarlack und streicht
diese Mischung möglichst gleichmäßig auf die weiße Fläche
der Pressspanplatte. Anschließend muss dem Lack genügend
Zeit zum Trocknen gegeben werden.
Die Wand sollte dann während des Vortrags vor Licht
geschützt aufbewahrt und erst unmittelbar vor der Durchführung nach Abdunkeln des Raumes aufgebaut werden. Der
Vortragende stellt sich mit Spielzeugpistole und wahlweise mit
Cowboy-Verkleidung vor die Wand bevor diese 3 – 4 Sekunden mit dem Tageslichtprojektor beleuchtet wird. Anschließend
kann „Lucky Luke“ sich in aller Ruhe umdrehen und mit der
Pistole „seinen Schatten erschießen“.
Beobachtung:
Die Stellen, auf denen der Schatten von „Lucky Luke“ gefallen
ist, bleiben dunkel. Der Rest der Wand leuchtet nach, man
erkennt deutlich die Umrisse des Schattens.
Auswertung:
Mit Kupfer dotiertes Zinksulfid (Zinkblende) ist ein phosphoreszierender Stoff. Das bedeutet, dass es Licht sozusagen
speichern kann und die Stellen der Holzplatte, die belichtet
wurden, auch nach dem Ausschalten des Projektors noch
nachleuchten. Der Schatten jedoch bleibt dunkel und ist somit
noch länger erkennbar.
Hintergrund:
Das Phänomen der Phosphoreszenz lässt sich am besten mit
Hilfe des Jablonski-Diagramms erläutern. Wird ein Elektron
durch Lichtquanten angeregt (A), so springt es in ein
energiereicheres Orbital. Da die Energien gequantelt sind
muss dieser Sprung nicht unbedingt zum LUMO erfolgen (S1
oder S2). In jenes Orbital gelangen die Elektronen aber als
nächstes unter Abgabe von Energie (Relaxation, R), die in
Schwingungsenergie umgewandelt wird. Die Materie erwärmt
sich also. Von hier aus könnte das Elektron in seinen
Ursprungszustand zurückspringen und Lichtenergie abgeben.
Dieses ist bei fluoreszierenden Substanzen der Fall (F). Auch
27
Desaktivierung (D) ist möglich.
Das Elektron kehrt strahlungslos
in den Ausgangszustand zurück.
Es kann aber auch vorkommen,
dass das Elektron seinen Spin
umkehrt, das Teilchen gelangt
dann vom Singulett- in den
Triplett-Zustand. Dieser Vorgang
wird als „Intersystem Crossing“
bezeichnet (I). Wegen des Spinverbots kann das Elektron nicht
mehr in seinen Ausgangszustand zurück, es muss zunächst
wieder seinen anfänglichen Spin erhalten. Da die Wahrscheinlichkeiten für diesen Vorgang eher gering sind, dauert
es lange Zeit, dass ein Elektron wieder in seinen Anfangszustand zurückkehrt. Daher gibt die Substanz auch noch lange
Zeit nach der Anregung Energie in Form von Licht ab. Dies
nennt man Phosphoreszenz (P).
Entsorgung:
Die Phosphoreszierende Platte kann im Feststoffabfall entsorgt oder für spätere Vorführungen aufbewahrt werden.
Literaturangaben: Internetquellen:
www.wundersamessammelsurium.de/Optisches/LumiPhos/index.html
(05.07.2006)
Gestis Stoffdatenbank (www.hvbg.de/d/bia/gestis/stoffdb/index.html)
(24.08.2006)
28