Summenformel Menge R-Sätze S-Sätze. n. V. n. V. n. V. n. V. S1 Natriumthiosulfat- Lösung (ges.) Summen- Menge R-Sätze S-Sätze formel

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1 Reaktionsgleichungen Cu (s) + 2 H (aq ) Cu 2 (s) + H 2 (g) Cu 2 s Cu 2+ s + 2 g 2+ Cu 2+ (s) Cu h ν 2+ (s) Cu (s) Zeitbedarf Vorbereitung: 10 min. Durchführung: 10 min. Nachbereitung: 10 min. Chemikalienliste Edukte Chemikalien Summenformel Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbole Salzsäure (c = 1 mol*l -1 ) H (aq) 30 ml S1 Bromwasser Br (aq) 30 ml /38 7/9-26 T, Xi S1 Iod-Kaliumiodid-Lösung (Lugolsche-Lösung) I 2 /KI (aq) 30 ml S1 PVC-Schlauch (C 2 H 3 ) n 2 cm S1 Pilzvernichtungsmittel (Celaflor Pilzfrei Saprol) n. V. n. V. n. V. n. V. S1 Natriumthiosulfat- Lösung (ges.) Na 2 S 2 3 (aq) 500 ml S1 Schuleinsatz Produkte Chemikalien Summen- Gefahrensymbole Menge R-Sätze S-Sätze formel Schuleinsatz evtl. Dioxin C 12 H (g) n. V. n. V. T + Verboten Gefahrensymbole

2 Materialien und Geräte 4 Bechergläser (100 ml), 5 Kupferblechstreifen), Tiegelzange, Tropfpipette, Feuerzeug, Bunsenbrenner Versuchsaufbau Abb. 1: Versuchsanordnung Durchführung Augenschutz benutzen Schutzhandschuhe benutzen Schutzkleidung benutzen Der Versuch muss, sofern organische Stoffe wie das verwendete Fungizid Celaflor Pilzfrei Saprol getestet werden, unbedingt im Abzug durchgeführt werden! Für das Bromwasser werden 5 Tropfen Brom in 30 ml Wasser gelöst. Für die Lugolsche-Lösung werden 0,2 g Kaliumiodid in möglichst wenig Wasser gelöst. Anschließend wird 0,1 g Iod hinzugegeben und ebenfalls darin gelöst. Dann wird mit entsalztem Wasser auf 30 ml aufgefüllt. Zu Beginn des Versuchs wird ein Streifen Kupferblech in der rauschenden Bunsenbrennerflamme ausgeglüht, bis diese keine unnatürliche Färbung mehr aufweist. Dann wird der glühende Kupferstreifen in Salzsäure (c = 1 mol*l -1 ) getaucht und erneut in die Bunsenbrennerflamme gehalten. Genauso verfährt man mit einem jeweils neuen Streifen Kupferblech und dem Bromwasser bzw. der Iod-Kaliumiodid-Lösung. Das Stück PVC-Schlauch wird in der Mitte zerteilt, auf ein ausgeglühtes Kupferblech gelegt und dieses wieder in die Flamme gehalten. Mit einer Tropfpipette werden 2 bis 3 Tropfen des Fungizids auf ein ausgeglühtes Kupferblech getropft und mit diesem in die Flamme gehalten.

3 Beobachtungen Das rötliche Kupferblech beginnt in der Bunsenbrennerflamme stark rot zu glühen. Wird es aus der Flamme genommen, so wird es dunkel bis schwarz. Beim Eintauchen der glühenden Kupferbleche in die Lösungen ist ein deutliches Zischen zu hören. Die Flamme färbt sich bei jeder der untersuchten Substanzen zumindest für ein paar Sekunden grün. Beim PVC-Schlauch ist darüber hinaus eine rötliche Flamme und schwarze Rauchbildung zu sehen. Beim Auftropfen des Fungizids auf das heiße Kupferblech bilden sich weiße Rauchschwaden. Abb. 2: Flammenfärbung bei der Reaktion Abb. 3: Zusammenfassung der Flammenfärbungen Entsorgung Die Salzsäure wird neutralisiert und in den Ausguss gegeben. Das Bromwasser und die Iod- Kaliumiodid-Lösung werden mit gesättigter Natriumthiosulfat-Lösung versetzt und unter fließendem Wasser ebenfalls in den Ausguss entsorgt. Der Rest des PVC-Schlauchs wird zusammen mit den abgekühlten Kupferblechen in die Feststofftonne gegeben und das Fungizid wird für weitere Versuche aufgehoben. Fachliche Analyse Kupfer reagiert während des Erhitzens mit dem Luftsauerstoff zu Kupferoxid: 2 Cu (s) + 2 (g) 2 Cu (s) Wird das Kupferoxid nun in Gegenwart von Halogenverbindungen erhitzt, so bilden sich die entsprechenden Kupferhalogenide (im Folgenden beispielhaft mit der Reaktion von Salzsäure gezeigt): Cu (s) + 2 H (aq ) Cu 2 (s) + H 2 (g) Diese Halogenide werden durch die Hitze ionisiert und verflüchtigen sich in die Luft. Cu 2 s Cu 2+ g + 2 g Dabei werden die Valenzelektronen der Kupfer-Ionen (Cu 2+ ) durch die thermische Energiezufuhr des Bunsenbrenners in ein höheres Energieniveau angehoben (Cu 2+* ).

4 2+ Cu 2+ (s) Cu h ν 2+ (s) Cu (s) Sie verweilen dort aber nur wenige Sekundenbruchteile und fallen dann in ihren Ausgangszustand zurück. Dabei wird die vorher aufgenommene Wärmeenergie in Form von Licht wieder abgegeben. Die Wellenlänge des abgegebenen Lichtes liegt dabei im sichtbaren Wellenlängenbereich und ist für uns als grüne, manchmal auch leicht bläuliche Färbung der Flamme zu sehen. Da der Einsatz von fast allen halogenhaltigen Inhaltsstoffen früherer Pflanzenschutzmittel (z.b. das krebserregende Dichlordiphenyltrichlorethan, auch DDT) mittlerweile verboten ist, kann man davon ausgehen, dass in dem eingesetzten Fungizid ebenfalls keine Halogene enthalten sind. Woher stammt also die grüne Farbe im Versuch? Es ist zu beachten, dass teilweise auch organische Stickstoffverbindungen eine grüne Flammenfärbung auslösen können. Daher muss bei der Analyse von organischen Verbindungen stets Stickstoff als Bestandteil ausgeschlossen werden, ansonsten stellt die Beilsteinprobe keinen qualitativ sicheren Halogennachweis dar. So verhält es sich vermutlich auch bei dem verwendeten Fungizid. Sein Hauptwirkstoff ist das Azoxystrobin (C 22 H 17 N 3 5 ), eine stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffverbindung, mit der folgenden Strukturformel: N H 3 C CH 3 N N Auf welche Art und Weise hier die Grünfärbung der Flamme ausgelöst wird, ist noch nicht ausreichend geklärt. Bekannt ist nur, dass sie aus der Wechselwirkung/Reaktion der Stickstoffanteile mit dem Kupfer resultieren muss. Beim Einsatz von organischen Halogenverbindungen (wie dem PVC) ist darüber hinaus auf eine gute Funktion des Abzugs zu achten, da hierbei giftige, krebsauslösende Dioxine (z.b. 2,3,7,8- Tetrachlordibenzodioxins (TCDD), C 12 H ) als unerwünschte Nebenprodukte entstehen können.

5 Methodisch didaktische Analyse Einordnung Nach dem hessischen Lehrplan G8 ist der Versuch in die Stufe 8G.2 im Thema rdnung in der Vielfalt, Atombau und Periodensystem in das Unterthema 2.5 Halogene einzuordnen. Hierbei können auch die verschiedenen Möglichkeiten der Halogennachweise durchgeführt werden. Im Anschluss bieten sich die Versuche H10 Bleitiegelprobe (Wassertropfenprobe) & H11 Kriechprobe zur Durchführung an, in denen der Nachweis von Fluorid thematisiert wird. Ebenfalls einsetzbar ist der Versuch in der Jahrgangsstufe 10G im Themenkomplex Einführung in die Kohlenstoffchemie zum Unterthema Halogenkohlenwasserstoffe, da hier auch Nachweisreaktionen zu den Bestandteilen der Kohlenwasserstoffe gefordert werden. Dabei sollten dann logischerweise organische Halogenverbindungen gewählt werden. Ein Alltagsbezug ist teilweise über den Einsatz des PVCs und des Pflanzenschutzmittels möglich. Allerdings passen diese besser in die organische Chemie der höheren Stufen. Aufwand Der zeitliche Aufwand ist mit jeweils 10 Minuten für Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung relativ gering. Die Chemikalien sollten größtenteils in einer Chemiesammlung vorhanden sein. Möchte man ein Pflanzenschutzmittel einsetzen, so erhält man dieses in einem Baumarkt oder im Internet (das verwendete Celaflor Pilzfrei Saprol ist bei Celaflor [5] zu bekommen). Die Kupferblechstreifen sollten ebenfalls in einem Baumarkt für ein geringes Entgelt erhältlich sein. Durchführung Der Versuch funktioniert sehr gut, schon bei geringen Mengen eines Halogens und auch bei anorganischen Verbindungen (obwohl der Versuch den meisten nur aus der rganik bekannt sein dürfte). Die Effekte sind gut sichtbar und eindrucksvoll. Als Schülerversuch ist er einsetzbar, sollte dann aber nur mit Salzsäure und Iod-Kaliumiodid-Lösung durchgeführt werden, da ansonsten giftige Dioxine entstehen können bzw. mit giftigem Bromwasser gearbeitet werden müsste. bwohl in dem Fungizid keine Halogenverbindungen enthalten sind, wurde es verwendet, um zu zeigen, dass qualitative Analysen auch immer Störfaktoren ausgesetzt sind, die es zuerst auszuschließen gilt. Aus Gründen der didaktischen Reduktion kann aber auch auf den Hinweis der Grünfärbung durch Stickstoffverbindungen verzichtet werden, da zumindest früher viele Halogenkohlenwasserstoffe in Pflanzenschutzmitteln enthalten waren. Fazit Ein schneller, anschaulicher Versuch zum qualitativen Nachweis von Halogenen in organischen und anorganischen Verbindungen. Der Effekt ist immer sichtbar und der Versuch schnell durchgeführt.

6 Literaturangaben Versuchsquelle Asselborn, W.: Chemie heute SI. Seite 143 (V1). Braunschweig: Schroedel Sekundärliteratur [1] FIZ CHEMIE (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. 102., stark umgearbeitete und verbesserte Auflage. Berlin, New York: de Gruyter [4] IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung): GESTIS- Stoffdatenbank. Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [5] Scotts Celaflor GmbH & Co. KG. Zu finden unter URL: products&channel_content=products_list&param_cat1=1&param_cat2=3. Letzter Zugriff am [6] Unfallkasse Hessen; Hessisches Kultusministerium: Hessisches Gefahrstoffinformationssystem Schule - HessGISS. Version /2009.