Dieser Schauversuch, bei dem eine Flüssigkeit mit einer Verzögerung spontan ins Sieden gerät, beruht auf einer autokalytischen Reaktion.

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1 Illumina-Chemie.de - Artikel Show-Experimente Dieser Schauversuch, bei dem eine Flüssigkeit mit einer Verzögerung spontan ins Sieden gerät, beruht auf einer autokalytischen Reaktion. Material/Geräte: Kelchglas ca. 100 ml, kleines Becherglas 50 ml, Teller Chemikalien: Kaliumchlorat (N, O, Xi) Natriumdisulfit (C, Xi) Sicherheitshinweise: Es werden giftige Gase (Schwefeldioxid) freigesetzt! Der Versuch muss unter dem Abzug oder im Freien ausgeführt werden! Schutzbrille tragen! Versuchsdurchführung: Man stellt eine Lösung von ca. 8 g Natriumdisulfit (ein gehäufter Esslöffel) in 20 ml Wasser her. Das Kelchglas wird mit 3-4 g festem Kaliumchlorat (ein leicht gehäufter Teelöffel) beschickt und auf einen genügend großen Teller gestellt. Dann gießt man die Natriumdisulfitlösung in einem Schwung in das Kelchglas und beobachtet. Nach etwa Sekunden die Zeit hängt vom Zerkleinerungsgrad des Kaliumchlorates und der Temperatur der Disulfitlösung ab - steigen erste Blasen auf. Diese werden in den nächsten 5 Sekunden größer und die Mischung nimmt einen gelblichgrünen Farbton an. Dann geht alles sehr schnell. Binnen weniger Sekunden nimmt die Blasenbildung plötzlich zu, die Mischung erhitzt sich stark, gerät ins Sieden und schäumt über. Dabei wird Schwefeldioxid frei, das stark zum Husten reizt. Die zurückbleibende, farblose Lösung erzeugt mit Silbernitrat und Bariumchlorid Niederschläge (Nachweis von Chlorid und Sulfat), was bei den Ausgangsstoffen nicht der Fall ist. Man kann den Versuch mit ganz kleinen Mengen (0,3 g Kaliumchlorat und 3 ml Natriumdisulfitlösung) auch in einem hohen Reagenzglas ausführen. Mehr darf aber nicht verwendet werden, weil die Reaktionsmischung sonst mit Wucht aus der Öffnung geschleudert wird! Schutzbrille und säurefeste Unterlage nicht vergessen! 1 von 11

2 Entsorgung: Die Reste der Flüssigkeit werden über das Abwasser entsorgt. Erklärungen: Das Natriumdisulfit reagiert in wässriger Lösung durch Hydrolyse schwach sauer, indem Hydrogensulfit gebildet wird: Na2S2O5 + H2O <---> 2 NaHSO3 Durch das saure Milieu wird aus dem Kaliumchlorat Chlorsäure freigesetzt, die in Clordioxid und Perchlorsäure zerfällt. Das Chlordioxid bewirkt die vorübergehend zu beobachtende Gelbfärbung des Ansatzes: NaHSO3 + KClO3 ---> HClO3 + NaKSO3 3 HClO3 ---> 2 ClO2 + H2O + HClO4 Die Chlorsäure und das Chlordioxid sind starke Oxidationsmittel, die das Hydrogensulfit zu Hydrogensulfat oxidieren und dabei zu Chlorid resp. Salzsäure reduziert werden: HClO3 + 3 NaHSO3 ---> 3 NaHSO4 + HCl 2 ClO2 + H2O + 5 NaHSO3 ---> 5 NaHSO4 + 2 HCl Die Reaktion setzt also in ihrem Verlauf Salzsäure und Hydrogensulfat frei. Diese Säuren, viel stärker als das Hydrogensulfit, verstärken die Bildung von Chlorsäure aus dem Kaliumchlorat, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit in einer positiven Rückkopplung autokatalytisch immer mehr zunimmt und so viel Wärme frei wird, daß die Flüssigkeit schließlich aufsiedet. Das Schwefeldioxid ist ein Nebenprodukt, das durch Einwirkung der Säuren auf überschüssiges Natriumhydrogensulfit entsteht: NaHSO3 + HCl ---> NaCl + H2O + SO2 Man kann die Reaktion zur Vernichtung von Chlorat-Abfällen in Lösung verwenden, wenn man vor Zugabe des Hydrogensulfits so viel Alkali (z.b. Natriumcarbonat) zusetzt, daß die entstehenden Säuren neutralisiert werden. Sie braucht dann mehr Zeit, verläuft ganz ruhig (etwa 1 Stunde stehen lassen) und es wird kein Schwefeldioxid frei. Ein anderes Beispiel für eine autokatalytische Reaktion ist die Oxidation von Oxalsäure durch Kaliumpermanganat. Auch hier verläuft die Reaktion zunächst langsam und wird durch die gebildeten Mn2+ -Ionen immer mehr beschleunigt. Bilder: 2 von 11

3 Kelchglas mit Kaliumchlorat, links die Disulfitlösung 3 von 11

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11 Die Geysir-Reaktion Literatur: Hofmann U, Rüdorff W: Anorganische Chemie; 16. Auflage 1956, Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig 11 von 11