O → 2 I

NIKOLAUS
-VORLESUNG 2006
NIKOLAUS-VORLESUNG
2006
Die
Die Versuche
Versuche
EINFÜHRUNG
„Flüssiger Stickstoff“
- Über einen ähnlichen Prozess wie beim CO2 kann Luft verflüssigt und über eine
anschließende Destillation getrennt werden
- Der so gewonnene flüssige Stickstoff hat eine Temperatur von -196 °C
- Organische Materialien wie Gummi, Blumen und Früchte werden bei dieser
Temperatur sehr spröde
„Chemische“ Eiscreme
- 300 g Erdbeeren, 1 Becher Joghurt, 1 Becher Schlagsahne, Zucker, flüssiger
Stickstoff
- durch die sehr tiefe Temperatur des flüssigen Stickstoffs wird die Bildung von
größeren Eiskristallen verhindert und das erhaltene Eis wird cremig
„Dementorenkälte“
- In einem Becherglas mit übersättigter Natriumacetat-Lösung wird durch
Berühren mit einem „Zauberstab“, der vornweg mit wenigen NatriumacetatKristallen versehen wird, die Kristallisation ausgelöst
- Es sieht aus, als ob die gesamte Flüssigkeit im Glas gefriert
„H2-Ballon“
- Wasserstoff reagiert mit Luft explosionsartig unter Bildung von Wasser
- Ein sichtbarer „Feuerball“ verdeutlicht die Ausbreitung der Reaktionszone
2 H2 + O2 →
2 H2O
„Bärlapp-Feuerball“
- Die ölhaltigen Bärlapp-Sporen verbrennen in feiner
Verteilung unter Ausbildung eines Feuerballs
- Es handelt sich im Prinzip um eine Staubexplosion
TEST DER ZAUBERSTÄBE
„Zündblättchen“
- Mischungen aus rotem Phosphor und Kaliumchlorat sind brisant
und reagieren auf Schlag oder Feuer mit einem lauten Knall
10 KClO3 + 3 P4
→
10 KCl + 6 P2O5
„Der Knallgas-Ballon“
- Ein Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch reagiert beim Zünden unter Detonation un
- Es ist nahezu keine Flamme zu sehen
2 H2 + O2
→
2 H2O
„Farbige Stichflammen, Blitzlicht“
- Mischungen aus Kaliumchlorat und Zucker reagieren unter Entwicklung von CO2
und Wasser unter starker Wärmeentwicklung
- Durch die freigesetzte Wärme werden Alkali- und Erdalkali-Ionen angeregt und
emittieren Licht (Li, Sr: rot, Ba: grün, Cs: blau)
4 KClO3 + C6H12O6
→
4 KCl + 6 H2O + 6 CO2
- Der Zusatz von Mg-Pulver liefert eine grelle, weiße Flamme
2 Mg + O2
→
2 MgO
ZAUBERTRÄNKE
„CO2 und Indikatoren“
- Kohlendioxid löst sich in Wasser und reagiert unter Bildung von „Kohlensäure“
- Tatsächlich unterliegt diese Verbindung einer raschen Gleichgewichtsreaktion
und es liegen in Lösung Hydrogencarbonat- und Carbonat-Ionen vor
- Durch die dabei entstehenden H+-Ionen verschiebt sich der pH-Wert der Lösung
in den sauren Bereich
- Geeignete Indikatoren zeigen dies durch Farbumschlag an:
Methylrot: gelb → rot
Bromthymolblau: blau → gelb
„Ein zeitgesteuerter Farbumschlag von farblos nach dunkelblau“
- Landoldt‘sche Zeitreaktion
IO3- + 3 SO32- →
I- + 3 SO42-
IO3- + 5 I- + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O
I2 + SO32- + H2O →
2 I- + SO42-
- Die dauerhafte Bildung von Iod wird durch die Iod-Stärke-Reaktion sichtbar
gemacht
„Ein blau-weißes Blinklicht“
- Eine oszillierende Reaktion zwischen Iodat, Malonsäure und Mn2+-Ionen, bei der
das zwischenzeitliche Auftreten von Iod durch die Bildung des tiefblauen IodStärke-Komplexes sichtbar gemacht wird
IO3- + H2C(COOH) + Mn2+
I2 +
H2C(COOH)
→
I2 + MnO4-
blau
→
I2C(COOH)
farblos
5 Farben in einer Lösung
- Ein Becherglas mit Wasser wird nacheinander „eingefärbt“
Glas 1:
Phenolphtalein + Wasser
farblos
Glas 2:
+ wenig Na2CO3
violett
Glas 3:
+ wenig FeCl3 x 6 H2O
gelb
Glas 4:
+ wenig NH4SCN
blutrot
Glas 5:
+ K4[Fe(CN)6]
tiefblau
Bitte die erhaltene Lösung auf keinen Fall trinken !!!
Unser Zauberlehrling hat sein Publikum betrogen !!!!!
MAGISCHE FEUER
„Pyrophores Eisen“
- Sehr fein verteiltes Eisenpulver verbrennt spontan beim Zutritt von Luft
Fe2O3 + 3 O2
→
Fe2O3
- Herstellung pyrophoren Eisens: Thermische Zersetzung von Eisen(II)-Oxalat
„Thermit-Versuch“
- Mischungen aus Eisenoxid und Aluminium reagieren nach Zündung unter
starker Wärmeentwicklung (mehr als 2000 °C !!!)
Fe2O3 + 2 Al
→
2 Fe + Al2O3
„Aluminiumbromid-Vulkan“
- Aluminium reagiert mit elementarem Brom unter starker Wärmeentwicklung
2 Al + 3 Br2
→ 2 AlBr3
„Feuer ohne Streichholz“
- Natriumperoxid zersetzt sich mit Wasser in einer raschen, exothermen Reaktion
Na2O2 + 2 H2O → 2 NaOH + + H2O2
2 H2O2 → 2 H2O +
O2
2 Na2O2 + 2 CO2 → 2 Na2CO3 + O2
- Während dieser Reaktionen entzündet sich Holzwolle und brennt ab
MAGISCHE SCHRIFT
„Geheimschrift“
- Eine tiefblaue Farbe entsteht, wenn man ein (fast farbloses) Motiv aus gelbem
Blutlaugensalz (K4[Fe(CN)6]) mit einer Lösung aus FeCl3 besprüht
- Der so entstandene Farbstoff wird auch „Berliner Blau“ genannt
K4[Fe(CN)6] + FeCl3
→
KFe[Fe(CN)6] + 3 KCl
„Feuerschrift“
- Eine Spur aus Kaliumnitrat verbrennt auf einem Filterpapier selektiv und
hinterläßt eine geheimnisvolle Branntschrift ohne das Papier selbst zu
entzünden.
- Die bei der Zersetzung von KNO3 entstehenden Temperatur reicht dazu nicht
- aus
K4[Fe(CN)6] + FeCl3 → KFe[Fe(CN)6] + 3 KCl
„Leuchtende Schrift“
- Fluoreszenzfarbstoffe haben die Eigenschaft, Licht kürzerer Wellenlänge zu
absorbieren und mit längerer Wellenlänge wieder abzustrahlen
- Unter Ausnutzung dieses Effektes können „optische Aufheller“ aus Waschmitteln
im UV-Licht zum Leuchten gebracht werden
Typische „optische Aufheller sind wasserlösliche Triazinderivate, z.B.
RHN
HO3S
N
NH
N
H
C
N
R
CH
R
N
N
NH
N
SO3H
NHR
MAGISCHE GESCHÖPFE
„Der Schlangenkopf wird verbrannt“
- Die Verbrennung von Zucker in Kaliumchlorat
z.B. C6H12O6 + 4 KClO3 → 4 KCl + 6 CO2 + 6 H2O
„Brennende Erdwürmer“
- Verflüssigtes Methan brennt in kleinen Tropfen und bewegen sich dabei auf dem
Boden (Leidenfrost‘sches Phänomen)
CH4 + 2 O2
→
CO2 +
2 H2O
„Methan-Mamba“
- Methan verbrennt in einer Seifenblasenschlange
CH4 + 2 O2
→
CO2 +
2 H2O
„Gelbe Glühwürmchen“ (Ammoniak-Oxidation)
- Ammoniak-Gas lässt sich unter Chromoxid-Katalyse oxidieren
-Dabei wird der fein verteilte Katalysator zum Glühen erhitzt
4 NH3 + 5 O2 →
4 NO + 6 H2O
VERTEIDIGUNG GEGEN DIE DUNKLEN KÜNSTE
„Der Flaschengeist“
- Zersetzung von Wasserstoffperoxid durch Kaliumpermanganat
2 H2O2
→ 2 H2O + O2
„Kerzenwachs-Feuerball“
- Hocherhitztes Paraffin (Kerzenwachs) entzündet sich selbst, wenn es in feiner
Verteilung mit Luft in Berührung kommt
z.B. C13H28 + 20 O2 → 13 CO2 + 14 H2O
„Feuerfontäne“
- Eine Mischung aus Zn-Staub, NH4NO3 und NH4Cl entzündet sich bei Zusatz von
Wasser
„Flüssiger Sauerstoff“
- Sauerstoff wird bei einer Temperatur von -183 °C flüssig
- trotz der tiefen Temperatur verlaufen Verbrennungsreaktionen mit flüssigem
Sauerstoff ausgesprochen heftig
- Der Grund dafür liegt in der hohen Sauerstoffkonzentration in der flüssigen
Phase (verglichen mit gasförmigem Sauerstoff)
MAGISCHES LICHT
„Chemisches kaltes Licht“
- Reaktionen, bei denen die freiwerdende Energie als sichtbares Licht abgegeben
wird, nennt man Chemolumineszenzen
- Laufen solche Reaktionen in Lebewesen ab, spricht man von Biolumineszenz
- Einfache Beispiele sind die Oxidationen von Luminol oder Oxalsäureestern
Luminol
Bis(2,4-dinitrophenyl)oxalat
NH2 O
NO2
N
N
O
O2N
O C C
O O
O
NO2
O2N
„Der leuchtende Eisblock“
- Magnesium ist ein unedles Metall, das leicht oxidierbar ist
- Es reagiert sogar mit CO2 (Trockeneis, -78 °C !!) unter Luftausschluss unter
starker Hitzeentwicklung und Lichterscheinung
2 Mg + CO2 → 2 MgO + C
„Chemisches kaltes Licht“
- Reaktionen, bei denen die freiwerdende Energie als sichtbares Licht abgegeben
wird, nennt man Chemolumineszenzen
- Einfache Beispiele sind die Oxidationen von Luminol oder Oxalsäureestern
- Setzt man solchen Reaktionssystemen Fluoreszenzfarbstoffe (Fluorophore) zu,
kann man die Intensität und die Farbe des emittierten Lichtes beeinflussen
Fluorophore:
Diphenylanthrazen
Rubren
Häm aus Hämoglobin
N
N
Fe
N
violett
gelb
N
blau
DISAPPARIEREN UND FEIERN
„Der brennende Phönix“
- Nitrozellulose
CnH7/6nO11/6nN1/2n
→
1/4n N2 + 7/12n H2O + 3/4n CO + 1/4n CO2
- Die Verbrennung verläuft sehr rasch und praktisch rückstandsfrei
„Der auferstehende Phönix“
- Ein Figurenluftballon wird mit Heliumgas gefüllt und fliegt.
„Das Z versinkt“
- Polystyrol löst sich gut in Aceton
- dadurch lässt sich Schaumpolystyrol auf einen Bruchteil seines ursprünglichen
Volumens „komprimieren“
„Bierbrauen“
- Landoldt‘sche Zeitreaktion
IO3- + 3 SO32-
→
I- + 3 SO42-
IO3- + 5 I- + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O
I2 + SO32- + H2O →
2 I- + SO42-