Chemische Reaktionen von Metallen mit Brom

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1 Chemische Reaktionen von Metallen mit Brom a) Umsetzung von Natrium und Kalium mit Brom: Chemikalien: Geräte: Natrium [C,F], Kalium [C,F], Brom [T +,C,N] ca. 5%ige Lösung von Fixiersalz (=Natriumthiosulfat) in Wasser Kolbenprober mit Hahn, Stativmaterial, Reagenzglas, rechtwinklig gebogenes, zu einer Spitze ausgezogenes Glasrohr, Gummischlauch-Stück, Gasbrenner, Brom-Pipette oder 1Weg-Pipette Versuchsdurchführung: Schutzhandschuhe!!!! Nur unter einem gut ziehenden Abzug arbeiten!!!! a) Umsetzung von Natrium und Kalium mit Brom- Dampf: Ein sorgfältig entrindetes, gut getrocknetes, linsengroßes Stückchen Natrium bzw. Kalium wird in je ein Reagenzglas gegeben, das schräg am Stativ eingespannt ist. Ein Kolbenprober wird mit Brom- Dampf gefüllt, indem er mit der Öffnung in den Gasraum eines in Höhe des Stativbodens befestigten Vorratsfläschchens Brom gehalten und der Stempel langsam nach oben gezogen wird. Der wieder verschlossene Kolbenprober wird mit dem rechtwinkligen Glasrohr verbunden. Dann wird etwas Brom-Dampf in das Reagenzglas geleitet, um Luft vom Natrium bzw. Kalium zu verdrängen. Während das Glasrohr bei geöffnetem Kolbenprober im Reagenzglas bleibt, wird das Natrium bzw. Kalium mit der Betriebsflamme des Gasbrenners fächelnd erwärmt, bis das Metall schmilzt und sich am Natrium gelbe Fünkchen zeigen bzw. am Kalium ein hellviolettes Leuchten zu sehen ist. Dann wird der Brenner entfernt und sofort (verschieden langsam) weiterer Brom-Dampf zugeführt, bis die Reaktion beendet ist. Das Reagenzglas wird vom Stativ genommen und bleibt unter dem Abzug liegen, bis alles überschüssige Brom entfernt ist. Dann wird es verschlossen aufbewahrt. b) Umsetzung von Natrium bzw. Kalium mit flüssigem Brom: Zu der linsengroßen Menge gerade geschmolzenen Natriums bzw. Kaliums wird aus einer geeigneten Pipette vorsichtig maximal 0,5ml (flüssiges) Brom gegeben (evtl. erneut erwärmen!!). Vorsicht!!!! Heftige Reaktion!!!! Das Reagenzglas wird vom Stativ genommen und bleibt unter dem Abzug liegen, bis alles überschüssige Brom entfernt ist. Dann wird es verschlossen aufbewahrt. Sollte die Haut versehentlich in Kontakt mit Brom kommen, wird sie sofort mit der Fixiersalz-Lösung intensiv gewaschen. Zeichnungen:

2 Beobachtungen: a) Natrium + Brom-Dampf: Beim Einleiten von Brom-Dampf bleibt das Natriumstück zunächst unverändert. Wenn sich gelbe Fünkchen am geschmolzenen Natriumstück zeigen und bei ausgestelltem Gasbrenner weiterer Brom-Dampf zugeführt wird, setzt eine mäßig heftige gelbe Leuchterscheinung ein und es bildet sich ein weißer Rauch, der sich in oberen Bereichen des Reagenzglases niederschlägt. Dort wo das Natriumstück gelegen hat, zeigt das Reagenzglas Risse und eine braunschwarze Verfärbung. a) Kalium + Brom-Dampf: Erst beim Erwärmen von Kalium setzt eine mäßig heftige violette Leuchterscheinung ein und es bildet sich ein weißer Rauch, der sich in oberen Bereichen des Reagenzglases niederschlägt. b) Natrium bzw. Kalium + Brom(fl): Die Reaktionen verlaufen abgestuft ähnlich, aber insgesamt deutlich heftiger. Auswertung (= Mögliche Erklärung der Beobachtungen): a) Natrium + Brom-Dampf: Bei Zimmertemperatur tritt zunächst keine chemische Reaktion ein. Wird durch Erwärmen des Natriums genügend Aktivierungsenergie zugeführt, so setzt eine exotherme chemische Reaktion ein unter Bildung eines weißen Feststoffes. Der weiße Feststoff ist Natriumbromid. Die relativ hohe Reaktionswärme führt zum plötzlichen Verformen des Glases. Außerdem läuft eine chemische Reaktion ab zwischen dem Glas-Material und Natrium. (Genauer: Betrachtet man das Glas-Material vereinfacht als Siliciumdioxid, so entsteht durch das sehr unedle Metall Natrium in einer Redoxreaktion das weniger unedle Element Silicium: Siliciumdioxid + Natrium Silicium + Natriumoxid Reduktionsmittel: Natrium Oxidationsmittel: Siliciumdioxid a) Kalium + Brom-Dampf: Nach Zufuhr von genügend Aktivierungsenergie setzt eine mäßig exotherme Reaktion zwischen Brom und Kalium ein. Der weiße Feststoff ist Kaliumbromid. b) Natrium bzw. Kalium + Brom(fl): Aufgrund der im Vergleich zu gasigem Brom deutlich größeren Menge an Brom-Teilchen in flüssigem Brom sind die Reaktionen stärker exotherm. Zusammenfassendes Ergebnis: Nach Zufuhr von Aktivierungsenergie findet eine exotherme chemische Reaktion zwischen Natrium und Brom statt unter Bildung von Natriumbromid: Natrium + Brom Natriumbromid 2 Na + Br 2 2 NaBr grauweißes Metall rotbraune Flüssigkeit weißer Feststoff SmT 98 C bzw. rotbrauner Dampf SmT 755 C SdT 59 C SdT 1390 C bzw. (etwas stärker exotherm) zwischen Kalium und Brom unter Bildung von Kaliumbromid: Kalium + Brom Kaliumbromid 2 K + Br 2 2 KBr graublaues Metall rotbraune Flüssigkeit weißer Feststoff SmT 64 C bzw. rotbrauner Dampf SmT 730 C SdT 59 C SublT 1435 C

3 b) Umsetzung von Eisen und Kupfer mit Brom: Chemikalien: Geräte: Eisen-Wolle [F], Kupfer-Wolle, Brom [T +,C,N] Schraubdeckelgläser, Pinzette, Gasbrenner Versuchsdurchführung: Schutzhandschuhe!!!! Nur unter einem gut ziehenden Abzug arbeiten!!!! Man füllt die Schraubdeckelgläser mit Bromdampf, indem dieser langsam aus dem Vorratsgefäß ausgegossen wird. Sollte Flüssigkeit mitkommen, wird die vollständige Verdunstung abgewartet, bevor das Schraubdeckelglas dicht verschlossen wird.. Je ein kirschgroßer Büschel Eisen-Wolle bzw. Kupfer-Wolle wird in der rauschenden Brennerflamme kurz zum Glühen gebracht und unmittelbar auf kürzestem Wege in ein Schraubdeckelglas mit Bromdampf gelegt, das sofort dicht verschlossen und kreisend hin und her sowie auf und ab bewegt wird. Nach dem Abkühlen bleiben die Schraubdeckelgläser offen unter dem Abzug liegen, bis alles überschüssige Brom entfernt ist. Dann werden sie verschlossen aufbewahrt. Sollte die Haut versehentlich in Kontakt mit Brom kommen, wird sie sofort mit der Fixiersalz-Lösung intensiv gewaschen. Zeichnungen:

4 Beobachtungen: a) Eisen + Brom-Dampf: Im Glas glüht die Eisen-Wolle schwach dunkelrot weiter unter Bildung eines dunkelbraunen Rauchs. b) Kupfer + Brom-Dampf: Im Glas glüht die Kupfer-Wolle nur sehr schwach weiter unter Bildung von wenig grünlich-weißem Feststoff. Auswertung (= Mögliche Erklärung der Beobachtungen): a) Eisen + Brom-Dampf: Nach Zufuhr von Aktivierungsenergie setzt eine mäßig exotherme Reaktion ein, bei der aus dem unedlen Metall Eisen der braune Feststoff Eisenbromid entsteht. b) Kupfer + Brom-Dampf: Nach Zufuhr von Aktivierungsenergie setzt eine schwach exotherme Reaktion ein, bei der aus dem halbedlen Metall Kupfer die Verbindung Kupferbromid entsteht (genauer: Kupfermonobromid + Kupferdibromid). Zusammenfassendes Ergebnis: Nach Zufuhr von Aktivierungsenergie findet zwischen Eisen und Brom eine mäßig exotherme chemische Reaktion statt unter Bildung von Eisenbromid: Eisen + Brom Eisenbromid 2 Fe + 3 Br 2 2 FeBr 3 grauer Feststoff rotbraune Flüssigkeit brauner Feststoff SmT 1535 C bzw. rotbrauner Dampf Subl. bzw. Zers. SdT 3000 C SdT 59 C bzw. eine schwach exotherme Reaktion zwischen Kupfer und Brom unter Bildung von zwei verschiedenen Kupferbromiden: Kupfer + Brom Kupfermonobromid + Kupferdibromid 3 Cu + 2 Br 2 2 CuBr + CuBr 2 rötlicher Feststoff rotbraune Flüssigkeit grauweißer Feststoff brauner Feststoff SmT 1083 C bzw. rotbrauner Dampf SmT 492 C SmT 498 C SdT 2595 C SdT 59 C SdT 1345 C (Zers. bei > 498 C)

5 c) Untersuchung einiger Eigenschaften dieser Metallbromide: Chemikalien: Geräte: Natriumbromid (selbst hergestellt und Reinsubstanz), Kaliumbromid (selbst hergestellt und Reinsubstanz), Eisenbromid [X n ] (selbst hergestellt und Reinsubstanz), Kupfermonobromid [X n ] bzw. Kupferdibromid [X n,n] (selbst hergestellt und Reinsubstanz), dest. Wasser Magnesia-Stäbchen, Gasbrenner, Reagenzgläser, Reagenzglasständer Versuchsdurchführung: Ein Magnesia-Stäbchen wird in der rauschenden Brennerflamme ausgeglüht, bis nur noch eine schwache Flammenfärbung zu sehen ist. Mit der noch glühenden Spitze wird dann durch Berühren bzw. Eintauchen eine kleine Menge Feststoff (selbst hergestellt und/oder Reinsubstanz) aufgenommen und das Magnesiastäbchen dann in den seitlichen Saum der rauschenden Brennerflamme gehalten. Zu den selbst hergestellten Feststoffen wird etwa 1fingerbreit dest. Wasser gegeben. Man schüttelt ca. 10sec lang hin und her und filtriert gegebenenfalls. Die abgegossene Flüssigkeit bzw. das Filtrat wird vorsichtig eingedampft. Evtl. analog mit 1Spatelspitze Reinsubstanz + 1fingerbreit dest. Wasser. Zeichnungen:

6 Beobachtungen: Die rauschende Brennerflamme wird durch Natriumbromid: gelb Kaliumbromid: hellviolett Eisenbromid: kaum Kupfermonobromid: grün und blau Kupferdibromid: grün und blau gefärbt. Selbst hergestellte Metallbromide: Bei Zugabe von Wasser "verschwinden" in allen Fällen Teile der Feststoffe von der Gefäßwand. Nach dem Eindampfen bleiben Feststoffe zurück. Reinsubstanzen: Bis auf Kupfermonobromid "verschwinden" bei Zugabe von Wasser alle Reinsubstanzen. Farbe der Flüssigkeiten: Natriumbromid + Wasser: farblos Kaliumbromid + Wasser: farblos Eisenbromid + Wasser: gelbbraun Kupferdibromid + Wasser: blau Nach dem Eindampfen erhält man Natriumbromid und Kaliumbromid wieder als weiße Feststoffe, Eisenbromid als dunkelbraunen Feststoff und Kupferdibromid als zunächst grünen, dann dunkelbraunen Feststoff. Auswertung (= Mögliche Erklärung der Beobachtungen): Durch die rauschende Brennerflamme werden kleine Stückchen der Metallbromide mit gerissen, die je nach Art der Metall-Atome die nichtleuchtende Brennerflamme unterschiedlich färben. Selbst hergestellte Metallbromide: Die Metallbromide sind gut löslich in Wasser (Kupfermonobromid ist mäßig löslich). Reinsubstanzen: Natriumbromid, Kaliumbromid, Eisenbromid und Kupferdibromid sind gut löslich in Wasser (Kupfermonobromid ist mäßig löslich). Beim Eindampfen von Eisenbromid(aq) und Kupferdibromid(aq) hängt die Färbung vom noch vorhandenen Wassergehalt ab. Zusammenfassendes Ergebnis: Nicht die Brom-Atome, sondern die Natrium-Atome in den mitgerissenen Natriumbromid- Stückchen sind verantwortlich für die gelbe Flammenfärbung, die Kalium-Atome in den mitgerissenen Kaliumbromid-Stückchen für die hellviolette Flammenfärbung, die Kupfer-Atome in den mitgerissenen Kupferbromid-Stückchen für die grüne bis blaue Flammenfärbung. Alle Metallbromide (bis auf Kupfermonobromid) sind gut löslich in Wasser.