Darstellen eines flüssigen Elements

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Monika Fürst
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Reaktionsgleichungen 2 KBr (s) + H 2 SO 4 (l) K 2 SO 4 (solv ) + 2 HBr (g) 2 HBr (g) + H 2 O 2 (aq ) Br 2 (g) + 2 H 2 O (l)

Chemikalienliste Edukte Chemikalien Summen- Gefahren- Menge R-Sätze S-Sätze formel symbole Schuleinsatz Kaliumbromid KBr (s) 2,5 g

1- H Lösung (w = 0,15) 2 O 2 (aq) 2,5 ml 41 36/37/39-45 C S1 Schwefelsäure (konz.

200 ml - - - S1 Produkte Chemikalien Summen- Gefahrensymbole R-Sätze S-Sätze formel Schuleinsatz Kaliumsulfat K 2 SO 4 (aq) - - - S1

1 Reaktionsgleichungen 2 KBr (s) + H 2 SO 4 (l) K 2 SO 4 (solv ) + 2 HBr (g) 2 HBr (g) + H 2 O 2 (aq ) Br 2 (g) + 2 H 2 O (l) Zeitbedarf Vorbereitung: 30 min. Durchführung: 10 min. Nachbereitung: 10 min. Chemikalienliste Edukte Chemikalien Summen- Gefahren- Menge R-Sätze S-Sätze formel symbole Schuleinsatz Kaliumbromid KBr (s) 2,5 g 36/37/ Xi S1 Wasserstoffperoxid / H Lösung (w = 0,15) 2 O 2 (aq) 2,5 ml 41 36/37/39-45 C S1 Schwefelsäure (konz., w = 96 %) H 2 SO 4 (l) 1 ml C S1 Natriumthiosulfat- Lösung (ges.) Na 2 S 2 O 3 (aq) ca. 200 ml S1 Produkte Chemikalien Summen- Gefahrensymbole R-Sätze S-Sätze formel Schuleinsatz Kaliumsulfat K 2 SO 4 (aq) S1 Bromwasserstoff HBr (g) / C S1 Brom Br (g) & Br (l) / T +, C, N LV Wasser H 2 O (l) S1 Gefahrensymbole Materialien und Geräte Reagenzglasständer, 2 Reagenzgläser, Pulvertrichter, Messpipette (5 ml) mit Peleusball, Waage, durchbohrten Stopfen, Glasrohr (zweifach gebogen), Spritze (5 ml) mit Kanüle, Becherglas (50 ml)

Versuchsaufbau Abb. 1: Versuchsaufbau zum Befüllen des Reagenzglases Abb.

Zuerst werden 2,5 g Kaliumbromid in ein Reagenzglas gegeben und mit 2,5 ml Wasserstoffperoxid- Lösung versetzt.

Das zweite Reagenzglas wird nun so platziert, das das andere Ende des Glasrohres dort hinein reicht.

2 Versuchsaufbau Abb. 1: Versuchsaufbau zum Befüllen des Reagenzglases Abb. 2: Versuchsaufbau vor der Schwefelsäurezugabe Durchführung Augenschutz Schutzhandschuhe Schutzkleidung Der Versuch muss unbedingt in einem gut funktionierenden Abzug durchgeführt werden! Zuerst werden 2,5 g Kaliumbromid in ein Reagenzglas gegeben und mit 2,5 ml Wasserstoffperoxid- Lösung versetzt. Anschließend wird das Reagenzglas mit einem durchbohrten Gummistopfen verschlossen, in welchem eine Spritzenkanüle und ein zweifach gebogenes Glasrohr stecken. Das zweite Reagenzglas wird nun so platziert, das das andere Ende des Glasrohres dort hinein reicht. Nun wird 1 ml konzentrierte Schwefelsäure in eine Spritze aufgezogen und diese auf die Kanüle aufgesteckt. Dann wird die Schwefelsäure mit einem Mal in die Mischung gespritzt und sofort der Abzug geschlossen. Beobachtungen Das Kaliumbromid lässt sich nicht vollständig in Wasserstoffperoxid-Lösung lösen, es bleibt ein weißer Niederschlag über. Bei der Zugabe der Schwefelsäure beginnt die Lösung sofort heftig zu sprudeln und es bildet sich ein dunkles, braun-rotes Gas, welches durch das Glasrohr in das zweite Reagenzglas strömt. Dort beginnt das Gas teilweise sofort zu kondensieren und bildet eine dunkelbraune Flüssigkeit. Die Lösung in Reagenzglas 1 hellt sich mit der Zeit auf und wird schließlich gelb. Auch nach 15 Minuten ist dort noch eine Gasentwicklung zu beobachten, während sich das Kaliumbromid nun fast aufgelöst hat.

Abb. 3: Entstehung und Auffangen der braunroten Gases Entsorgung Die Reaktionslösung und das Produkt werden vorsichtig (Achtung: starke Wärme- und Gasentwicklung möglich!

3 Abb. 3: Entstehung und Auffangen der braunroten Gases Entsorgung Die Reaktionslösung und das Produkt werden vorsichtig (Achtung: starke Wärme- und Gasentwicklung möglich!) mit gesättigter Natriumthiosulfat-Lösung versetzt: + 4 Br 2 g + Na 2 S 2 O 3 aq + 5 H 2 O (l) 2 NaHSO 4 aq + 8 H (aq ) + 8 Br (aq ) Anschließend können die Lösungen in den Ausguss entsorgt werden. Die Glasgeräte werden ebenfalls mit Natriumthiosulfat-Lösung gespült, um eventuelle Bromrückstände zu neutralisieren. Der Stopfen und die Kanüle müssen wahrscheinlich in den Feststoffabfall entsorgt werden. Fachliche Analyse Brom gehört zu den Halogenen, also zur 17. Gruppe des Periodensystems der Elemente (PSE). Neben Quecksilber ist es das einzige Element, welches bei Raumtemperatur flüssig ist. Sein Siedepunkt liegt bei 58,78 C, sein Erstarrungspunkt bei -7,25 C. Dazwischen stellt es eine tiefbraune Flüssigkeit dar, welche lebhaft rotbraune Dämpfe entwickelt. Die Dämpfe führen in den Atemwegen und Lungenbläschen zu schweren Verätzungen. Als Flüssigkeit führt es bei Hautkontakt zu schweren, schmerzhaften Wunden. In der Natur kommt es aufgrund seiner hohen Reaktionsfähigkeit nur in gebundener Form vor, z.b. als Kaliumbromid (KBr). Versetzt man sein Salz mit konzentrierter Schwefelsäure, so kommt es zu einer Reaktion mit Protonenübergang, bei welcher Bromwasserstoffgas entsteht: 2 KBr (s) + H 2 SO 4 (aq ) K 2 SO 4 (aq ) + 2 HBr (g) Ein Teil des entstehenden Bromwasserstoffs wird dann durch die Schwefelsäure zu elementarem Brom weiteroxidiert: 2 HBr (g) + H 2 SO 4 (aq ) Br 2 (g) + SO 2 (g) + 2 H 2 O (l) Um diese Oxidation verstärkt voranzutreiben, wurde dem Reaktionsgemisch Wasserstoffperoxid- Lösung, ein starkes Oxidationsmittel zugegeben.

4 2 HBr (g) + H 2 O 2 (aq ) Br 2 (g) + 2 H 2 O (l) Aufgrund der hohen Energiemenge, die bei der Reaktion freigesetzt wird, erwärmt sich das Reaktionsgemisch sehr stark und das Brom liegt zunächst als Gas vor. Dieses wird durch das Glasrohr in das zweite Reagenzglas geleitet. Dabei kühlt das Gas ab und kondensiert in Glasrohr und Reagenzglas zu flüssigem Brom. Allerdings treten auch einige Dämpfe in den Abzug aus. Aber auch gewisse Mengen von Wasser werden dabei verdampft und kondensieren im zweiten Reagenzglas zusammen mit dem Brom. Daher wird hier eine leicht wässrige Bromlösung erhalten. Das Kaliumbromid wird bei der Reaktion langsam verbraucht, weswegen sich der Rückstand im ersten Reagenzglas allmählich auflöst. Methodisch didaktische Analyse Einordnung Nach dem hessischen Lehrplan G8 ist der Versuch in die Stufe 8G.2 im Thema Ordnung in der Vielfalt, Atombau und Periodensystem in das Unterthema 2.5 Halogene einzuordnen. Es besteht kein direkter Alltagsbezug, aber wenn eine Elementgruppe im Unterricht thematisiert wird, so sollte auch die Darstellung im Labormaßstab besprochen/durchgeführt werden. Brom stellt in dieser Hinsicht auch ein besonderes Element dar, weil es neben Quecksilber das bei Raumtemperatur einzig flüssige Element ist. Darüber hinaus kann mit dem Reaktionsprodukt der nachfolgende Versuch H06 Die sprühende Vereinigung von Aluminium und Brom durchgeführt werden, welcher auf die Bildung von Salzen eingeht. Aufwand Der Chemikalien- und Materialienaufwand ist relativ gering. Fast alle Materialien können problemlos gereinigt und wiederverwendet werden, nur die Kanüle und der Stopfen sind meist so stark von Brom und Bromwasserstoff angegriffen, dass sie entsorgt werden müssen. Durchführung Der Versuch funktioniert problemlos und der Effekt ist sehr gut zu sehen und beeindruckt. Da hier eine Menge an giftigen Bromdämpfen entsteht, darf der Versuch nur vom Lehrer durchgeführt werden. Daher bietet es sich auch an, das vorliegende Video zu zeigen. Um einen zu starken Bromgasaustritt aus dem zweiten Reagenzglas zu verhindern, wurde in der Versuchsquelle angeraten, Eiswasser als Kühlung zu nutzen. Da dies aber bei den Probedurchgängen keinen Unterschied machte, wurde zugunsten der besseren Sichtbarkeit darauf verzichtet. Daher muss der Versuch aber auch in einem gut funktionierenden Abzug durchgeführt werden. Auch wurde der Einsatz eines Brenners unter dem Reaktionsgemisch empfohlen. Die Reaktion läuft allerdings auch ohne diesen so heftig ab, dass auch darauf getrost verzichtet werden kann.

5 In weiteren Quellen wird eine Bromdarstellung mit Mangandioxid (MnO 2 ) vorgeschlagen [1]. Der Nachteil dabei ist, dass dann meist feste Rückstände im Reaktionsgefäß zurückbleiben. Dies ist hier nicht der Fall, sondern es lassen sich alle Edukte und Produkte rückstandslos entfernen. Fazit Ein eindrucksvoller Versuch zur Darstellung eines bei Raumtemperatur flüssigen Elements. Allerdings ist der Versuch aufgrund der Toxizität des Broms nur bedingt in der Schule durchführbar. Literaturangaben Versuchsquelle Lange, S.-C.: Experiment zur Darstellung kleiner Bromvolumen. In: Chemie in der Schule, Heft Nr. 6, Seite 252f Sekundärliteratur [1] Boeck, H.: Chemische Schulexperimente Band 3, Seite 411. Frankfurt/M.: Verlag Harri Deutsch [2] FIZ CHEMIE (Fachinformationszentrum Chemie GmbH): Encyclopedia - ChemgaPedia. Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [3] Georg-August-Universität Göttingen: Darstellung von Brom. Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [4] Hessisches Kultusministerium: Lehrplan Chemie Gymnasialer Bildungsgang Jahrgangsstufen 7G bis 12G Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [5] Hollemann, A. F.; Wiberg, E.; Wiberg, N.: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. Seite 438ff, 454f. 102., stark umgearbeitete und verbesserte Auflage. Berlin, New York: de Gruyter [6] Unfallkasse Hessen; Hessisches Kultusministerium: Hessisches Gefahrstoffinformationssystem Schule - HessGISS. Version /2009.

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