Schauversuche

[Heuteufel]

Auch wenn das LambdaForum vorwiegend ein Synthese-Forum ist, dachte ich mir, ein Thread über Schauversuche könnte nichts schaden. Schlussendlich haben diese Experimente Generationen von Chemikern für das Fach begeistert, und auch mein Interesse an der Chemie geweckt.
Falls das hier das falsche Unterforum ist, ich habe auch nichts dagegen, wenn der Beitrag nach „Feierabend“ (oder „Müll“ ) verschoben wird.



Flammende Aluminium-Vernichtung:

Durchführung und Beschreibung:

In einen 300 ml Weithals-Erlenmeyerkolben gibt man 100 ml einer 1 molaren Kupfer(II)-chlorid-Lösung und 50 ml konzentrierte Salzsäure. Dann wirft man etwas geknüllte Alufolie in den Kolben (nicht zu wenig). Es setzt eine heftige Reaktion ein, und ein Gas entweicht. Dieses wird angezündet und brennt mit einer blaugrünen Flamme, die jedoch rasch erlischt, weil bei der Reaktion auch viel Wasserdampf entsteht.

Die einmolare Kupfer(II)chlorid-Lösung:


Zugabe von Salzsäure:


Die blaugrüne Flamme:




Nach Erlöschen der Flamme:


Erklärung:

Eine einmolare, blaue CuCl₂-Lösung färbt sich bei der Zugabe von HCl konz. grün, weil sich durch den Überschuss an Cl^--Anionen der Komplex [CuCl₄]^2- bildet. Aluminium zeigt, obwohl es relativ unedel ist, in wässriger Lösung meist nur geringe chemische Reaktivität. Der Grund dafür ist, dass es durch eine passivierende Oxidschicht aus sehr inertem Al₂O₃ geschützt ist. Die Oxidschicht wird jedoch durch die Chlorid-Anionen unter Bildung des sehr stabilen Komplexes Al(OH)₂Cl aufgelöst. Sobald das Metall freiliegt, setzt eine Redoxreaktion mit den Cu²⁺-Ionen ein, wobei das unedle Aluminium unter Komplexierung oxidiert wird während die Kupfer-Kationen zu metallischem Kupfer reduziert werden. Es kommt zur Wasserstoffbildung. Zusätzlich wird das Aluminium von der Salzsäure angegriffen. Der bei den Reaktionen entstehende Wasserstoff kann angezündet werden und verbrennt mit einer durch Cu²⁺-Ionen grün-blau gefärbten Flamme. Die Reaktion wird immer heftiger, das Gemisch beginnt zu kochen und der entstehende Wasserdampf führt zum Verlöschen der Flamme.

Quellen:

* http://www.axel-schunk.de/experiment/edm0312.html
* http://www.kkgwhv-schule.kwe.de/kkg_chem/che_allg/alustab/alust.htm



Der Zuckerkohle-Versuch:

Durchführung und Beschreibung:

Man füllt ein 250 ml Becherglas (hohe Form) zu zwei Dritteln mit Saccharose und tropft zur Reaktionsbeschleunigung 10 ml Wasser darauf. Anschließend gießt man 65 ml konzentrierte Schwefelsäure auf den Zucker. Nach einiger Zeit setzt eine heftige Reaktion ein, und eine dicke Wurst aus Kohlenstoff steigt unter Dampfen aus dem Becherglas empor. Durch Umrühren kann man die Reaktion beschleunigen.





Erklärung:

Formal gesehen spaltet die stark hygroskopische Schwefelsäure Wasser aus dem Zucker ab. Hierbei entsteht Kohlenstoff. In einer Nebenreaktion oxidiert die Schwefelsäure den Zucker zu CO₂ und CO, wobei sie zur instabilen schwefligen Säure reduziert wird, die sofort zu SO₂ und H₂O zerfällt. Die entstehenden Gase, zusammen mit dem gebildeten Wasserdampf, blähen den Kohlenstoff zu einer Wurst auf.

Quelle:

* http://www.chemieunterricht.de/dc2/schwefel/s-v09.htm



Bildung eines Radikal-Anions:

Durchführung und Beschreibung:

O.525 g (2.5 mmol) Benzil (http://forum.lambdasyn.org/index.php/topic,1348.0.html) und 0.53 g (2.5 mmol) Benzoin (http://forum.lambdasyn.org/index.php/topic,1340.0.html) werden in 150 ml EtOH 96% unter Erwärmen gelöst. Die gelbe Lösung wir auf Raumtemperatur abgekühlen gelassen und in eine Gaswaschflasche gegossen und 1.5 mL 2 N NaOH werden hinzugefügt. Die Flasche wird mit einem Stopfen verschlossen. Wird die Lösung ruhig stehen gelassen, so nimmt sie eine purpurrote Farbe an. Schüttelt man die Lösung, so wird sie augenblicklich wieder gelb. Dieser Farbwechsel kann mehrmals wiederholt werden.

Die purpurrote Lösung:


Beim Schütteln wird die Lösung gelb:


Nach kurzer Zeit beginnt die Lösung sich wieder rot zu färben:


Erklärung:

Benzil und Benzoin reagieren in alkalischer Lösung unter Bildung eines Radikal-Anions. Dieses Radikal-Anion ist aufgrund der Resonanzstabilisierung relativ stabil und kann sich somit in hoher Konzentration bilden. Das ausgedehnte pi-System des Radikals erklärt auch seine intensive, rote Farbe. Wird das Radikal-Anion beim Schütteln durch den Luftsauerstoff oxidiert, so verschwindet diese rote Farbe.

Das Radikal-Anion:


Bemerkung:

Wenn der Versuch nicht funktioniert, so liegt das meist daran, dass nicht genug Natronlauge verwendet wurde, und es reicht, wenn man einfach etwas mehr Lauge hinzugibt.

Quelle:

* http://www.demochem.de/D-Benzil-d.htm



Ethin reagiert mit Chlor:

Durchführung und Beschreibung:

In ein 100 ml Reagenzglas gibt man eine Spatel Calciumcarbid, eine Spatel Kaliumpermanganat, und übergießt dann das Gemisch mit etwa 20 ml konzentrierter Salzsäure. Es kommt zu einer heftigen Reaktion, und aus dem Reagenzglas entweichen große Mengen an Ruß und auch immer wieder Flammen.







Erklärung:

Es entstehen Chlor und Ethin, die nach folgender Gleichung reagieren:
C₂H₂ + Cl₂  2 C + 2 HCl
Als Nebenreaktionen finden die Verbrennung von Ethin mit dem Luftsauerstoff, sowie Additionsreaktionen von Cl₂ und HCl an Ethin und die dabei entstehenden Folgeprodukte statt. Die dadurch gebildeten chlorierten Kohlenwasserstoffe bilden einen schmierigen Film an den Wänden des Reagenzglases.

Bemerkung:

Es gibt auch viele andere Möglichkeiten diese Reaktion wirkungsvoll zu demonstrieren. Besonders spektakulär ist folgende:
Man bindet zwei Schläuche aneinander und taucht sie in ein großes Becherglas. Dann dunkelt man den Raum ab, und leitet durch den einen Schlauch Ethin ein, durch den anderen Chlor. Die beiden Gase reagieren unter Wasser mit lautem Knallen (bedingt durch die Verdämmung) und unter Feuererscheinung.

Quellen:

* http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/03_02.htm
* http://woelen.homescience.net/science/chem/exps/cl2_c2h2/index.html (hier wird auch noch eine dritte Möglichkeit, die Reaktion zu demonstrieren, gezeigt)
* Eigene Erfahrung 

[Mephisto]

Klasse Beitrag, Karma +1! Schön, dass auch Showexperimente gezeigt sind, die nicht die üblichen Klassiker aus "Chemische Kabinettstücke" sind. Den Ethin+Chlor Versuch kannte ich z.B. gar nicht.

Mit so einem schönen Hintergrund könntest Du die Reaktion mit der Digicam eigentlich auch als Video aufnehmen und bei Youtube hochladen. Das wäre bestimmt recht populär.

[Hyperion]

Sehr toll!

Auf jeden Fall sind jegliche Schauversuche sehr willkommen!! Aus diesem Grunde gefaellt uns wohl allen die Chemie so gut!

[rhodium]

Tolle Versuche, so in dieser Form waren mir alle unbekannt.

Zum Versuch mit dem Ethin sollte man vielleicht dazu sagen, daß die enstehenden Rußwolken mit Sicherheit der Gesundheit alles andere als förderlich sind.

[Heuteufel]

Es freut mich, dass der Thread so vielen gut gefällt! 

Zum Versuch mit dem Ethin sollte man vielleicht dazu sagen, daß die enstehenden Rußwolken mit Sicherheit der Gesundheit alles andere als förderlich sind.

Ja, das ist wohl der Fall - aber wenigstens sieht an sie gut.

Man sollte tatsächlich, wie auch schon beim Versuch erwähnt, bedenken, dass neben HCl und überschüssigem Cl₂ auch noch diverse chlorierten Kohlenwasserstoffe entweichen, von denen einige [wie z.B. Tetrachlorethan (http://de.wikipedia.org/wiki/1,1,2,2-Tetrachlorethan)] ziemlich giftig sind. Deshalb sollte man beim Reinigen der Glasgeräte auch besser Handschuhe anziehen. Trotzdem kein Grund zur Panik, denn die Konzentration an wirklich giften Nebenprodukten dürfte recht gering sein.

Wo wir schon bei gesundheitlich bedenklichen Versuchen sind: Wer kennt den Versuch von Staudinger, bei dem in einem Reagenzglas etwas Kalium oder Natrium mit Tetrachlorkohlenstoff überschichtet wird, und das Reagenzglas dann in einen Eimer aus Blech (oder ähnliches) gefallen lassen wird, wodurch das Gemisch heftig explodiert? Hat schon jemand dem Versuch beigewohnt, oder ihn gar durchgeführt?     

[Heuteufel]

Grünes Manganat (MnO₄^2-) disproportioniert im Sauren zum violetten Permanganat (MnO₄^-) und zum gelbbraunem Manganit (MnO₄^4-) (resp. auch Entstehung von Braunstein). Je nach Konzentration und pH erkennt man die violette Farbe des Permanganat oder auch eine rot-braune Farbe als Mischfarbe von violett und gelbbraun. Das ganze sieht im 2 L Becherglas recht hübsch aus:







 

[Heuteufel]

Ich hätte ja lieber eine "Weihnachtssynthese" gepostet, aber da das zeitlich etwas zu knapp wurde, hier ein paar "Weihnachtsversuche" :


Der Wachsflammenwerfer:

Durchführung und Beschreibung:

Ein etwa 3 cm hoch mit Wachsstücken (von Teelichtern aus Paraffin-kein Bienenwachs) gefülltes Reagenzglas wird für ungefähr 3 Minuten über der Brennerflamme mäßig am Sieden gehalten. Hierbei nimmt das Paraffin eine gelbliche Farbe an und ein wenig weißer Rauch entsteht. Zum Schluss erhitzt man noch einmal kräftig, so dass das Wachs heftig kocht und taucht dann den Boden des Reagenzglases schnell in ein Becherglas mit kaltem Wasser (Reagenzglas hierbei leicht schräg von sich weghalten!). Mit einem fauchenden Geräusch fegt weißer Rauch aus dem Reagenzglas der anschließend in einem beeindruckenden Flammenball aufgeht.

Weißer Rauch fegt aus dem Reagenzglas:


Selbstentzündung:


Wie aus der Erklärung weiter unten ersichtlich ist es wichtig, dass man das Wachs lange genug erhitzt. Er reicht nicht einfach zu erhitzen, bis das Wachs stark siedet. Die besten Resultate habe ich mit einer Kochdauer von 3 Minuten erzielt.

Das Experiment nur in geschlossenen Räumen, wo kein Durchzug herrscht durchführen. Im Freien könnte ein Luftzug die Verpuffung in Richtung des Experimentators treiben. Es sei jedoch vor der starken Rauchentwicklung und Geruchsbelästigung gewarnt.

Erklärung:

Hartparaffin besteht aus langkettigen Alkanen. Diese zersetzen sich beim Erhitzen unter Bildung von kurzkettigen Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff-Radikalen. Die Wasserstoffradikale reichern sich hierbei im flüssigen Wachs an. Beim Eintauchen des heißen Reagenzglases in das kalte Wasser springt das Glas und das schlagartig verdampfende Wasser drückt das flüssige Paraffin aus dem Reagenzglas und verteilt es fein in der Luft. Die Wasserstoff-Radikale verbinden sich mit dem Luftsauerstoff und bewirken dadurch die Entzündung der Kohlenwasserstoff-Wolke.

Dieser Versuch illustriert wie es in einem Verbrennungsmotor durch Radikalbildung zum sogenannten „Klopfen“ kommen kann. Er zeigt auch, warum man Fettbrände niemals mit Wasser löschen darf.

Quelle:

* In Anlehnung an: http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/07_01.htm


Aluminium reagiert mit Iod:

Durchführung und Beschreibung:

12 g fein gepulvertes Iod werden mit 2 g feinem Aluminiumpulver in einem trockenen Bechergas innig vermischt. Das Gemisch wird auf einer feuerfesten Unterlage zu einem Kegel geformt; dann werden 2-3 Tropfen Wasser hinzugegeben. Mit einer kleinen Verzögerung tritt eine heftige Reaktion ein, während der viel gasförmiges Iod frei wird.

Zur Abwechslung habe ich mal ausprobiert, wie die Reaktion in einem Glasgefäß (leider nicht ganz durchsichtig) aussieht:




Erklärung:

Iod und Aluminium reagieren in einer stark exothermen Reaktion zu Dialuminiumhexaiodid (Dimer von AlI₃). Überschüssiges Iod verdampft hierbei. Die Reaktion wird durch Spuren von Wasser initiiert.

Quelle:

* In Anlehnung an“Chemische Kabinettstücke: spektakuläre Experimente und geistreiche Zitate / H. W. Roesky; K. Möckel/ 1. Korrigierter Nachdruck – 1996“


Ligandenaustausch bei Nickelkomplexen:

Durchführung und Beschreibung:

Zuerst wird etwas grünes Nickel(II)-chlorid Hexahydrat bei 120 °C im Trockenschrank so lange entwässert, bis es durchgehend gelb gefärbt ist und dann in eine vorgetrocknete Pulverflasche gefüllt. Dann wird eine 0,5 M Nickelchlorid-Lösung hergetellt, indem 24 g Nickel(II)-chlorid Hexahydrat in einen Erlenmeyerkolben gegeben werden, der dann mit destilliertem Wasser bis zur 200 ml Marke aufgefüllt wird. Anschließend wird die Lösung auf 4 große Reagenzgläser verteilt. In ein fünftes Reagenzglas werden einige Gramm des Anhydrats gegeben.

Das Anhydrat in Glas 1 wird mit etwas wasserfreiem Ethanol oder Methanol versetzt, der dabei die gelbe Farbe des Gelösten annimmt. An der Luft tritt jedoch rasch eine lindengrüne Färbung auf (Luftfeuchtigkeit).Glas 2 zeigt die bekannte Farbe der Ausgangslösung. Glas 3 wird durch die Zugabe weniger Tropfen 25%-Ammoniaklösung türkisfarben und in Glas 4 zeigt sich bei weiterer NH₃-Zugabe ein undurchsichtiges Blau. Überschüssige Ammoniaklösung ruft in Glas 5 eine leuchtende, tiefblaue Färbung hervor.


Erklärung:

Das gelbe, wasserfreie Nickel (II)-chlorid kristallisiert im Schichtgitter. Die Anordnung der Chloridanionen entspricht der kubisch-dichtesten Kugelpackung; die Nickelkationen sind in den Oktaederlücken jeder zweiten Schicht eingelagert.

Durch Alkohole werden die Ni-Cl-Bindungen nur wenig gespalten und es bildet sich eine gelbe Lösung; bei Zusatz von Wasser tritt jedoch eine vollständige Spaltung ein, wobei sich die grünen [Ni(H₂O)₆]²⁺-Ionen bilden.

Versetzt man nun die Nickel(II)-chlorid Lösung mit Ammoniak, so erfolgt schrittweise Ligandenaustausch zwichen H₂O- und NH₃-Molekülen bis hin zum stabilen Hexamminkomlex, [Ni(NH₃)₆]²⁺, der eine leuchtende, tiefblaue Farbe besitzt (dieser dissoziative Ligandenaustausch ist typisch für oktaedrische Komplexe). Die Zwischenstufen haben die Zusammensetzung [Ni(H₂O)_m(NH₃)_n]²⁺ und sind aufgrund der kinetischen Labilität der Komplexe leicht variierbar. Der Hexaquakomplex hat im sichtbaren Bereich ein Absorptionsmaximum bei 752 nm, also im roten Spektralbereich, und der Komplex erscheint somit in der Komplementärfarbe hellgrün. Es gibt noch zwei weitere Absorptionsbanden: eine im infraroten, und eine im ultravioletten Bereich.

Beim Austausch der Wassermoleküle durch das Ammoniak, welches in der spektrochemischen Reihe am „stärkeren“ Ende steht, verschieben sich die drei spinerlaubten Absorptionsbanden. Der Hexamminkomplex absorbiert bei 571 nm, also im gelbgrünen Spektralbereich und hat somit eine blauviolette Farbe. Die Stärke des Ligandenfeldes liegt auch mit ∆₀ = 10750 cm^-1 erheblich höher als die des [Ni(H₂O)₆]²⁺-Ions, welche bei ∆₀ = 8500 cm^-1 liegt.

Bemerkung:

Die Beschreibung wurde den eigenen Beobachtungen angepasst, die nicht ganz den in der Quelle beschriebenen Beobachtungen entsprechen.

Quelle:

* In Anlehnung an: “Chemische Kabinettstücke: spektakuläre Experimente und geistreiche Zitate / H. W. Roesky; K. Möckel/ 1. Korrigierter Nachdruck – 1996“
* http://www.cup.uni-muenchen.de/ac/kluefers/homepage/L_kc.html
 

[Mephisto]

Klasse gemachte Weihnachtsversuche, Karma +1! Solche schönen Schauversuche sind für viele erst ein Grund sich mit Chemie zu beschäftigen.

Dass sich das Paraffin nachträglich noch selbst entzündet hätte ich nicht erwartet.

Wie gesagt: Du bräuchtest wirklich einen youtube-channel für Deine Schauversuche.

[Butandiolmonoacrylat]

Super gemacht! Der Wachsflammenwerfer ist echt super. Ich denke dass sich das Wachs entzündet, da es durch das hohe erhitzen Radikale bildet.