Chrom (Cr) - Universität Regensburg

Universität Regensburg
Institut für Anorganische Chemie: Lehrstuhl Prof. Dr. A. Pfitzner
Demonstrationsvorträge im Sommersemester 2011
Dozentin: Dr. M. Andratschke
Referent: Dengg, Andreas
04.06.2011
Chrom (Cr)
1. Allgemeines [1, 2]
• Aussehen: silberglänzend
• Sehr gut schmiedbar im reinen Zustand
• Entdeckt durch Louis- Nicolas Vauquelin im Jahr 1797
• Spröde und hart bei Verunreinigungen mit Wasserstoff oder Sauerstoff
• Wichtigste Oxidationsstufen in Verbindungen: +2, +3 und +6
• Sehr farbenreich, durch die Vielfalt an Oxidationsstufen (siehe Tab. 1)
Tab. 1 Die verschiedenen Farben des Chroms in Abhängigkeit vom pH- Wert und der Oxidationsstufe
(VI)
pH = 0
Farbe
(III)
2-
Cr2O7
orange
Cr(V)
rot
Cr(IV)
grün
(VI)
pH = 14
Farbe
•
•
•
CrO4
gelb
(II)
[Cr(H2O)6]
violett
3+
[Cr(H2O)6]2+
blau
(III)
2-
Cr(V)
Cr(IV)
blauschwarz
[Cr(OH)6]
tiefgrün
(II)
3-
Cr(OH)2
dunkelbraun
Farbenreichtum Î Name: griech. „chroma“ = Farbe
Natürlich vorkommend als Chromeisenstein (FeCr2O4), Rotbleierz
(PbCrO4) und Chromocker (Cr2O3)
Wird hauptsächlich in Südafrika gefördert (ca. 75 %)
2. Demonstrationsversuche
2.1 Phosphorsalzperle
Tab. 2 Verwendete Geräte und Materialien
Geräte
Chemikalien
Spatel
Magnesiastäbchen
Chromalaun (KCr(SO4)2*12 H2O)
Salzsäure (2N) (HCl)
Tüpfelplatte
Bunsenbrenner
Phosphorsalz (NaNH4HPO4)
Versuchsaufbau [3, 4, 5]
Mg O
HCl
Cr
O 4)2 * 12 H2O
KCr(SO
2
3
NaNH HPO
4
4
Abb. 1 Versuchsaufbau: Phosphorsalzperle
1
Durchführung [4]
• Ausglühen des Magnesiastächens mit Salzsäure
• Aufnehmen von Phosphorsalz und Schmelzen einer Perle
• Aufnehmen der Substanz (Chromalaun)
• Erneutes Glühen in der Flamme
Beobachtung [3]
• Grünfärbung der Perle sowohl in der Oxidations- als auch in der
Reduktionsflamme
• Die Farbe bleibt nach dem Abkühlen erhalten
Auswertung [3, 4]
→
•
NaNH4HPO4
H2O + NH3 + NaPO3
Durch die große Hitze der Flamme werden Wasser und Ammoniak aus der
Verbindung ausgetrieben. Zurück bleibt Natriummetaphosphat, welches die
Perle formt
•
2 CrPO4 + 3 SO3 + NaK2PO4 + Na2SO4
3 NaPO3 + 2 KCr(SO4)2
Umsetzung des Chromalauns zu Chromphosphat Î grüne Farbe
→
Lehrplanbezug [6, 7]
• Jahrgangstufe 8: Grundkenntnisse, die Durchführung einfacher Experimente
• Jahrgangstufe 9: Bereich 9.1 Qualitative Analysemethoden
2.2 Oxidationswirkung des Dichromats (Cr2O72-)
Tab. 3 Verwendete Geräte und Materialien
Geräte
Chemikalien
Becherglas
Kaliumdichromatlösung (K2Cr2O7)
2 Reagenzgläser
Bunsenbrenner
Dreifuß
Tropfpipette
n- Propanol (C3H7OH)
verdünnte Schwefelsäure (H2SO4)
Versuchsaufbau [5]
Abb. 2 Versuchsaufbau: Oxidationswirkung des Dichromats
2
Durchführung [8]
• Das Wasserbad wird auf ca. 60 °C erhitzt
• Die Reagenzgläser mit n- Propanol werden in das Wasserbad gestellt
• Zu einer der beiden Lösungen werden verdünnte Schwefelsäure und dann
Dichromatlösung getropft
• Der Versuch wird bis zur Verfärbung stehen gelassen
Beobachtung [3, 8, 9]
• Die Lösung verfärbt sich von orange nach grün
• Auftreten eines stechenden Geruches
Auswertung [9, 10]
•
•
•
Reduktion: Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- → 2 Cr3+ + 7 H2O
Oxidation: CH3CH2CH2OH → CH3CH2CHO + 2 H+ + 2 eRedoxreaktion: Cr2O72- + 8 H+ + 3 CH3CH2CH2OH → 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 CH3CH2CHO
•
Die zur Reduktion des Dichromats benötigten Elektronen werden durch das
n- Propanol geliefert. Dieses wird zum Propanal oxidiert.
Das Propanal erzeugt den stechenden, aromatischen Geruch
•
Lehrplanbezug [11, 12]
• Jahrgangstufe 10: Bereich 10.2: Eigenschaften und Reaktionen
sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen
• Jahrgangstufe 10: Bereich 10.2: Alkohole, Aldehyde, Ketone und
Carbonsäuren in Natur, Alltag und Technik
• Jahrgangstufe 12: Bereich 12.3 Redoxgleichgewichte
2.3 Chromat – Dichromatgleichgewicht
Tab. 4 Verwendete Geräte und Materialien
Geräte
Chemikalien
Reagenzglasständer Kaliumdichromatlösung (K2Cr2O7)
3 Reagenzgläser
Natronlauge (2N) (NaOH)
2 Tropfpipetten
Salzsäure (2N) (HCl)
Versuchsaufbau [5]
Abb. 3 Versuchsaufbau: Chromat – Dichromatgleichgewicht
3
Durchführung [13]
• In jedes Reagenzglas werden ca. 5 ml Kaliumdichromatlösung gegeben
• In das erste Reagenzglas tropft man ca. 1 ml NaOH
• In das dritte Reagenzglas tropft man ca. 1 ml HCl
Beobachtung
• Bei Zugabe von NaOH färbt sich die ursprünglich orange Lösung gelb
• Bei Zugabe von HCl bleibt die orange Farbe
Auswertung [10 ,13]
• 2 CrO 2- + 2 H O+
4
3
•
•
•
Cr2O72- + 3 H2O
Durch Ansäuern der Lösung gehen die Chromationen in Dichromat über
Cr2O7
orange
2-
+ 2 OH-
2 CrO42- + H2O
gelb
Der umgekehrte Vorgang findet statt, wenn man Natronlauge zugibt
Lehrplanbezug [14]
• Jahrgangsstufe 12: Bereich C12.1 Chemisches Gleichgewicht
3. Quellenangaben
[1] A. F. Holleman, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, Walter de
Gruyter & Co, 2007, S. 1562 - 1563, 1565 - 1566
[2] http://de.wikipedia.org/wiki/Chrom (Stand: 23.05.2011)
[3] G. Jander, E. Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie,
16. Auflage, S. Hirzel-Verlag, Stuttgart, 2006, S. 429, 521
[4] G. Jander, E. Blasius: Einführung in das anorganisch- chemische Praktikum, 15. Auflage, S.
Hirzel-Verlag, Stuttgart, 2005, S. 211
[5] ACD/ChemSketch (Freeware) Produkt-Version 12.01
[6] http://www.isb-gym8-lehrplan.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/index.php?StoryID=26448
(Stand: 24.05.2011)
[7] http://www.isb-gym8-lehrplan.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/index.php?StoryID=26447
(Stand: 24.05.2011)
[8] K. Häusler, H. Rampf, R. Reichelt: Experimente für den Chemieunterricht, 2. Auflage,
Oldenbourg Schulbuichverlag GmbH, München, 1995, S. 257 - 258
[9] http://de.wikipedia.org/wiki/Propanal (Stand: 23.05.2011)
[10] C. E. Housecroft, A. G. Sharpe: Anorganische Chemie, 2. Auflage, Pearson Studium, München,
2006, S. 670 - 672
[11] http://www.isb-gym8-lehrplan.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/index.php?StoryID=26174
(Stand: 24.05.2011)
[12] http://www.isb-gym8-lehrplan.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/index.php?StoryID=26195
(Stand: 24.05.2011)
[13] H. Keune, W. Filbry: Chemische Schulexperimente Band 2 erster Teil, 1. Auflage, Verlag Harri
Deutsch, Thun, Frankfurt/M., 1978, S. 334
[14] http://www.isb-gym8-lehrplan.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/index.php?StoryID= 26195&
PHPSESSID=80b94ba782b87efad1c9478f0d7adb27 (Stand: 18.06.2011)
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