Reaktion zwischen Aluminiumpulver und Iod

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1 Reaktionsgleichung 2 Al (s) (s) Al 2 6 (s) Zeitbedarf Vorbereitung: 5 min. Durchführung: 15 min. Nachbereitung: 20 min. Chemikalienliste Edukte Chemikalien Summenformel Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbole Schuleinsatz Aluminiumpulver Al (s) 2 g / F S1 od 2 (s) 12 g 20/ Xn, N S1 Wasser (entsalzt) H 2 O (l) S1 Natriumhydrogencarbonat NaHCO 3 (s) /25 - S1 Produkte Chemikalien Summenformel Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbole Schuleinsatz Aluminiumiodid Al 2 6 (s) /37/39-45 C S1 Gefahrensymbole Materialien und Geräte Mörser mit Pistill, Spatel, Waage, 3 Bechergläser (100 ml), Glasstab, Porzellanschale (ø = 30 cm), Tropfpipette mit Hütchen

2 Versuchsaufbau Abb. 1: Versuchsaufbau Durchführung Augenschutz benutzen Schutzhandschuhe benutzen Schutzkleidung benutzen Der Versuch sollte in einem gut funktionierenden Abzug oder außerhalb eines Gebäudes durchgeführt werden! Zuerst werden 12 g od abgewogen und in einen Mörser gegeben. Mit dem Pistill wird das od nun zu einem feinen Pulver zermahlen. Anschließend werden die 2 g Aluminiumpulver hinzu gegeben und mit einem Glasstab werden die beiden Pulver gut vermischt. Nun wird das Gemisch in der Mitte der Porzellanschale zu einem Berg aufgehäuft und in dessen Spitze eine kleine Vertiefung gedrückt. n diese Vertiefung werden dann 4 Tropfen entsalztes Wasser gegeben. Der Abzug wird sofort geschlossen und die Reaktion abgewartet. Beobachtungen Das od lässt sich etwas schwierig zu einem feinen Pulver zermahlen. Kurz nach der Zugabe des Wassers zu dem Gemisch bilden sich violette Rauschschwaden, welche den gesamten Abzug füllen. Daraufhin entzündet sich das Gemisch. Die Flammen erlöschen bald wieder, aber es beginnt dann stark zu glühen. Nach etwa einer Minute wird die Rauchbildung deutlich schwächer, aber die Substanz glüht immer wieder stark auf. Die Porzellanschale ist komplett violett eingefärbt, allerdings ist diese Färbung nach 10 Minuten verschwunden. Zurück bleibt eine poröse Substanz, welche von ihrem Aussehen an ein Gebirge erinnert. Nach der Reaktion ist der gesamte Abzug leicht bräunlich eingefärbt, wobei sich dies jedoch nach spätestens einem Tag wieder auflöst.

3 Abb. 2: Glühendes Substanz während der Reaktion Abb. 3: Reaktionsprodukt Entsorgung Die Substanz wird mit einer Natriumhydrogencarbonat-Lösung aufgeschlämmt und anschließend abfiltriert. Das Filtrat kann in den Ausguss gegeben werden, während der Rückstand getrocknet und in die Feststofftonne entsorgt wird. Fachliche Analyse Wie bei der Reaktion von Aluminium mit Brom (dabei entsteht AlBr 3 ) kommt es auch hier zunächst zur Bildung eines Aluminiumtrihalogenids, nämlich Aluminiumtriiodid (Al 3 ). Diese Moleküle entstehen direkt aus den Elementen Aluminium und od in einer Redoxreaktion. Oxidation: Reduktion: Al Al e e 2 Gesamtgleichung: 2 Al (s) (l) 2 Al 3 Die dabei frei gesetzte Energie führt zur Bildung der Flammen und dem starken Aufglühen des Gemischs. Ebenfalls lässt sie einen Großteil des ods verdampfen, wodurch die stark violetten Dämpfe zu erklären sind. Nachdem die Al 3 -Moleküle entstanden sind, reagieren sie in einer Lewis- Säure-Base-Reaktion miteinander, wobei sich Dimere (Al 2 6 -Moleküle) bilden. 2 Al 3 Al 2 6 Dazu bildet je ein od-atom des einen Al 3 -Moleküls eine kovalente Bindung zum Aluminiumatom des anderen Moleküls aus. Es entstehen odbrücken, welche die Moleküle verbinden. Wie beim Aluminiumbromid reicht auch hier die Elektronegativitätsdifferenz von 1 (EN () = 2,5; EN (Al) = 1,5) nicht aus, um rein ionische Bindungen zu bilden. Die Bindungen im Aluminiumiodid besitzen sogar einen noch geringeren ionischen Charakter als die Bindungen im Aluminiumbromid (EN (Br - Al) = 1,3).

4 Al Al - Abb. 4: Molekülstruktur des Aluminiumiodid-Dimers Abb. 5: 3D-Modell des Aluminiumiodid-Dimers Gestartet wird die Reaktion durch Zugabe von Wasser, wobei sich Wasserstoff und Al 3+ bzw. Al(OH) 4 - bilden. Al (s) + 4 H 2 O (l) Al(OH) 4 (s) + 2 H 2 (g) Die dabei entwickelte Enthalpie reicht aus, um die Reaktion zwischen dem restlichen Aluminium und od in Gang zu setzen. Das Aluminium besitzt aufgrund seiner pulvrigen Form eine besonders große Oberfläche und reagiert daher bereitwillig mit dem od. Allgemein ist Aluminium stets bestrebt, zur dreiwertigen Stufe oxidiert zu werden und reagiert daher mit den meisten Nichtmetallen beim Erwärmen. Dabei kommt es in vielen Fällen zu einer stark exothermen Reaktion. Die violette Färbung der Porzellanschale kommt durch die Entwicklung der od-dämpfe zustande, welche sich hier niederschlagen. Da od aber bereits bei Raumtemperatur sublimieren kann, sind die Ablagerungen nach 10 Minuten wegsublimiert. Aufgrund dieser Eigenschaft ist am Ende der Reaktion auch das überschüssige od sublimiert und durch den Abzug abgesaugt worden. Somit muss das Produkt vor der Entsorgung nicht mehr mit Natriumthiosulfat-Lösung neutralisiert werden. 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. Dort ist er aber eher als Showversuch nützlich, welcher die Schüler für die Chemie begeistern könnte und ihnen zeigt, dass es viele Versuche gibt, bei denen tolle Effekte zu beobachten sind. Besser geeignet ist er hingegen für die Jahrgangsstufe 10G.1 im Thema Redoxreaktionen (hier wird die Reaktion eines Metalls mit einem Nichtmetall explizit erwähnt) oder in Stufe 9G.1 im Unterthema

5 1.3 Elektronenpaarbindung. Hier können die Vorgänge bei Redoxreaktionen und Beispiele für kovalente Bindungen thematisiert werden. Möglich ist ebenfalls der Einsatz in Stufe 12G.1 im fakultativen Thema Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Hier können Aktivierungsenergie und Katalyse, sowie Katalysatoren thematisiert werden, wobei in diesem Falle das Wasser als Katalysator dient. Leider gibt es keinen Alltagsbezug, da Aluminiumiodid keine technische Bedeutung besitzt. Es könnte lediglich auf andere Aluminiumhalogenide wie AlCl 3 oder AlBr 3 verwiesen werden, welche in der organischen Chemie z.b. als Katalysatoren bei Friedel-Crafts-Reaktionen eingesetzt werden. Aufwand Der Aufwand an Chemikalien und Materialien ist sehr gering und es sollte alles in einer Chemiesammlung verfügbar sein. Lediglich der zeitliche Aufwand ist etwas größer, da sich noch relativ lange nach dem Ende der Reaktion gesundheitsschädliche od-dämpfe bilden. Durchführung Der Versuch funktioniert mit den angegebenen Mengen sehr gut. Wird etwas mehr od eingesetzt, so kann es vorkommen, das sich der Abzug mit so vielen, dichten od-dämpfen füllt, dass die Reaktion kaum noch zu sehen ist. Ansonsten ist der Effekt gut sichtbar und interessant zu beobachten. Die Chemikalien sind alle für Schülerversuche zugelassen. Da die od-dämpfe aber gesundheitsschädliche Wirkung haben, sollten Schüler den Versuch nur unter unmittelbarer Aufsicht der Lehrperson durchführen. Fazit Ein eindrucksvoller Showversuch, der eine weitere Reaktion eines Metalls mit einem Halogen zeigt, die zwar nicht freiwillig abläuft, aber mit nur ein paar Tropfen Wasser zu starten ist. Das heißt es ist keine Energiezufuhr in der Art nötig, dass ein Reaktionspartner geschmolzen bzw. erwärmt werden müsste, sondern beide liegen in fester Form vor.

6 Literaturangaben Versuchsquelle Roesky, H. W.: Glanzlichter chemischer Experimentierkunst. Seite 31f (V13). 1. Auflage. Weinheim: Wiley-VCH Sekundärliteratur [1] FZ CHEME (Fachinformationszentrum Chemie GmbH): Encyclopedia - ChemgaPedia. Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [2] Hessisches Kultusministerium: Lehrplan Chemie Gymnasialer Bildungsgang Jahrgangsstufen 7G bis 12G Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [3] Hollemann, A. F.; Wiberg, E.; Wiberg, N.: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. Seite , stark umgearbeitete und verbesserte Auflage. Berlin, New York: de Gruyter [4] Sitzmann, H.: Aluminiumbromid. n: Thieme Römpp online. Stuttgart: Georg Thieme Verlag Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [5] Unfallkasse Hessen; Hessisches Kultusministerium: Hessisches Gefahrstoffinformationssystem Schule - HessGSS. Version /2007.