Chemische Zaubertricks

Transkript

1 WWU Münster OC-Schulversuche SS 2002 Prof. Aumann, OStR Steffen Referenten: Winfried Goßmann, Arne Hüls, Jan Mönter 1. Blaues Blinklicht 2. Wechselfarben 3. Die Verkehrsampel 4. Bärlappsporen 5. Feuer durch Wasser 6. Feuerwerk mit Eis 7. Geldschein in Flammen 8. Pharaoschlangen 9. Tod eines Gummibärchens 10. Cola 11. Bier 12. Starker Kaffee 13. Die Carbid-Dose Chemische Zaubertricks Protokolle Versuch 1: Blaues Blinklicht Magnetrührer mit Rührfisch, 500ml-Becherglas, 3x 200ml Bechergläser Kaliumiodat 4,3 g KIO 3 O, Xn R: /37/38; S: /37/39 Malonsäure 1,5 g C 3 H 4 O 4 Xi, Xn R: 22-36/37; S: 26-36/37/39 Mangan-(II)-sulfat 0,5 g MnSO 4 Xn R: 48/20/22; S: 22 Wasserstoffperoxid (10%) 130 ml H 2 O 2 O, C R: 8-34; S: /39-45 Schwefelsäure (1mol/l) 20 ml H 2 SO 4 - Stärke 0,3 g (C 6 H 10 O 5 ) n - Wasser 200 ml H 2 O - Für den Versuch bereitet man in den drei kleineren Bechergläsern die folgenden Lösungen A, B und C vor: A: Kaliumiodat in verdünnter Schwefelsäure lösen und mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 100 ml bringen. B: Malonsäure, Mangansulfat und Stärke in wenig Wasser lösen, eventuell erwärmen und auf 100 ml mit Wasser auffüllen. C: 130 ml Wasserstoffperoxid (10%)

2 Die drei farblosen Flüssigkeiten werden bei der Vorführung in das große Becherglas gegeben und mit dem Magnetrührer gut vermischt. Nach wenigen Sekunden stellt sich ein periodischer Farbwechsel von blau nach farblos ein, der einige Zeit anhält. Bei der Reaktion entsteht zwischenzeitlich elementares Jod, welches mit der Stärke den charakteristischen, tiefblauen Jod-Stärke-Komplex eingeht. Das Reaktionsgemisch wird mit einer Calciumhydroxid-Lösung verrührt. Dann dekantiert man den Rückstand ab und gibt ihn zu den Schwermetallabfällen, die Lösung mit annähernd neutralem ph-wert ins Abwasser. Versuch 2: Wechselfarben 8 große Reagenzgläser oder Standzylinder, Pasteurpipetten, Pinzette Natronlauge (30%) 2-3 Tropfen NaOH C R: 35; S: 26-37/39-45 Phenolphthalein-Lösung 2-3 Tropfen C 20 H 14 O 4 S: 22-24/25 Schwefelsäure (98%) 2-3 Tropfen H 2 SO 4 C R: 35; S: /37/39-45 Eisen-(II)-sulfat 8-10 Tr. FeSO 4 Xn R: 22; S: 36/37 Kaliumpermanganat 2-3 Kristalle KMnO 4 O, Xn R: 8-22 Kaliumthiocyanat 2-3 Tropfen KSCN Xn R: 20/21/22-32; S: 13 Kaliumhexacyanoferrat(II) 2-3 Tropfen K 4 [Fe(CN) 6 ] R: 32; S: 22-24/25 In der Versuchsvorbereitung werden die acht Reagenzgläser A-H in folgender Weise vorbereitet: in A: 2-3 Tropfen 30%-ige Natronlauge in B: 2-3 Tropfen Phenolphthalein-Lösung in C: 2-3 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure in D: 2-3 Kristalle Kaliumpermanganat in E: 9-10 Tropfen frisch angesetzte (!), wässrige Lösung von Eisen-(II)-sulfat in F: 2-3 Tropfen Kaliumthiocyanat-Lösung oder wenige feste Kristalle in G: 2-3 Tropfen einer Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung (gelbes Blutlaugensalz) in H: 1 ml 30%-ige Natronlauge Bei der Vorführung wird Reagenzglas A demonstrativ mit Wasser oder Leitungswasser gefüllt und sein farbloser Inhalt anschließend in Reagenzglas B geschüttet. Die Lösung von B schüttet man danach in C usw. Bei jedem Umschütten ändert sich die Farbe der Flüssigkeit in den Reagenzgläsern. Folgende Farbübergänge sind dabei zu beobachten: A: farblos; B: rosa; C: farblos; D: violett; E: farblos; F: dunkelrot; G: blau; H: rot Die Lösung wird stark verdünnt und ins Abwasser gegeben.

3 Versuch 3: Die Verkehrsampel 2x 1000 ml Bechergläser, 200 ml Becherglas, Spatel, (evt.) OH-Projektor und Pappe Natriumhydroxid 6,0 g NaOH C R: 35; S: 26-37/39-45 Indigocarmin 0,05 g C 16 H 8 N 2 Na 2 O 8 S 2 Xn R: 22; S: 22-36/37 Glucose (Dextrose) 14,0 g C 6 H 12 O 6 - Wasser 800 ml H 2 O - In ein 1000ml Becherglas füllt man etwa 600 ml lauwarmes Wasser (T<40 C) und löst darin 14 g Glucose. Die Natriumhydroxid-Perlen werden mit wenig Wasser in einem 200 ml Becherglas gelöst und anschließend auf etwa 200 ml mit Wasser aufgefüllt. Danach löst man eine Spatelspitze Indigocarmin in der warmen Zuckerlösung und gibt die Natronlauge hinzu. Dabei lässt sich ein Farbwechsel von blau nach grün beobachten. Nach einigen Sekunden verfärbt sich die Lösung selbsttätig nach rot, weiter über orange nach gelb. Nach dem Erreichen der gelben Färbung kann die Reaktion erneut gestartet werden. Dazu gießt man die Lösung aus großer Höhe (mindestens 60 cm) in das zweite, große Becherglas. Die Spatelspitze Indigocarmin kann sowohl in der Natronlauge (sofort grün) oder in der Glucose-Lösung (blau) gelöst werden, je nach dem welche Farben man haben möchte. Besondere Atmosphäre schafft man, indem man den Tageslichtschreiber benutzt. Man demontiert den Spiegel und dunkelt die leuchtende Fläche mit einer Pappe ab, die eine Öffnung für das große Becherglas besitzt. Der Raum taucht so in das wechselnde Farblicht. Die Lösung kann gefahrlos ins Abwassersystem gegeben werden. Versuch 4: Bärlappsporen Ein Bogen Papier, Tesafilm, Brenner Bärlappsporen (Hexenmehl, Semen Lycopodii) 1-2 g - Für die Verbrennungsreaktion von Bärlappsporen bastelt man sich zunächst aus dem Papier und etwas Tesafilm einen Trichter. Darein füllt man nun durch die größere Öffnung etwas von den Bärlappsporen. Zur Vorführung entzündet man den Brenner und bläst kräftig durch die kleinere Öffnung des Trichters die Sporen in die leuchtende Brennerflamme. (Schutzbrille!)

4 Die Bärlappsporen enthalten ein fettes Öl, das leicht brennbar ist. Die bei dem Versuch gelegentlich vorkommende orale Aufnahme der Bärlappsporen ist entgegen der vielfach zu lesenden Aussage in kleinen Mengen mit Sicherheit unbedenklich. Problematischer sind dagegen eher die Stäube der Sporen, denn das Pulver ist so fein, das jede Bewegung der Sporen sofort Stäube produziert. Erhältlich sind die Bärlappsporen in jeder Apotheke. (Es sei denn, der aufmerksame Apotheker ist der Meinung, man würde Schabernack damit treiben und verkauft sie deshalb nicht!) Eine Bemerkung noch zu den Apothekenpreisen: Während im Jahr 2000 für 40 g der Sporen noch 10 DM bezahlt werden mussten, sind es 2002 für nur 25 g schon 5,70 EUR gewesen! Ein weiterer eindrucksvoller Versuch mit Bärlappsporen ist die Staubexplosion in einer Metalldose. Genaueres hierzu von den Referenten oder in der Chemiedidaktik von Professor Barke. Versuch 5: Feuer durch Wasser große Porzellanschale, Papier oder Zellstofftuch oder Holzwolle, Spritzflasche Sprühflasche Natriumperoxid 3 g Na 2 O 2 O,C R: 8-35; S: Aktivkohle 3 g C - - Wasser 10 ml H 2 O - - In der Vorbereitung überschichtet man das zu verbrennende Material in einer Porzellanschale mit Natriumperoxid und Aktivkohle. Zur Vorführung wird der Papierhaufen mit wenig Wasser benetzt. Die bei der Reaktion entstehende Wärme reicht aus, um das Brennmaterial zu entzünden. Die Sauerstoffentwicklung bei der Reaktion sorgt für eine rasche Verbrennung. 2 Na 2 O 2 (s) + 2 H 2 O (l) --> 4 NaOH (aq) + O 2 (g) Das genaue Ausbalancieren der richtigen Mengen an Papier, Holzspäne, Zellstoff und Peroxid ist nicht ganz einfach und ist auch abhängig von der Dicht und Art der Packung. Versuch 6: Feuerwerk mit Eis 2 kleine Bechergläser, Spatel, feuerfeste Unterlage (z.b. Drahtnetz auf einem Dreifuß), kleiner Eiswürfel (max. 1 cm 3 ), Tiegelzange Zinkstaub 4,0 g Zn F R: 15-17; S: 7/8-43 Ammoniumnitrat 4,0 g NH 4 NO 3 O R: 8-9; S: Ammoniumchlorid 1,5 g NH 4 Cl Xn, Xi R: 22-36; S: 22

5 Bariumnitrat 1,0 g Ba(NO 3 ) 2 Xn R: 20/22; S: 28.1 Im Vorfeld des Versuchs werden 4 g Zinkstaub in einem Becherglas abgewogen, in einem anderen Becherglas zusammen 4 g Ammoniumnitrat, 1,5 g Ammoniumchlorid und 1 g Bariumnitrat. Danach vermischt man vorsichtig die Inhalte beider Bechergläser mit einem Spatel oder auf einem Blatt Papier unter Vermeidung großer Drücke.Anschließend schichtet man das Gemisch auf einer Feuerfesten Unterlage zu einem Kegel auf. Bei der Vorführung wird ein kleines Stückchen Eis mit der Tiegelzange auf den Kegel platziert. Augenblicke später entzündet der sofort geschmolzene Eiswürfel die Reaktionsmischung, die mit leuchtender, grünlicher Flamme abbrennt. Bei der Reaktion entstehen größere Mengen gasförmigen Ammoniaks, sodass dieser Versuch besser im Abzug durchgeführt wird. Um andere Flammenfärbungen zu bekommen, kann das sehr schwach färbende Bariumnitrat auch gegen andere Alkali- oder Erdalkalinitrate ausgetauscht werden. So sorgt Natriumnitrat für eine leuchtend gelbe Flamme, Calcium- und Strontiumnitrat für rote Flammen. Generell ist jedoch darauf zu achten, dass die Nitrate, sowie die Edukte nach Möglichkeit kein Kristallwasser enthalten. Der Verbrennungsrückstand wird zu den festen Schwermetallabfällen gegeben. Versuch 7: Pharaoschlangen 100 ml Becherglas, Pinzette, Sand, feuerfeste Unterlage (z.b. Experimentiertisch) Ethanol 50 ml C 2 H 5 OH F R: 11; S: 7-16 Emser-Pastillen Etwa Minuten vor dem Versuch werden in einem Becherglas vier bis fünf Emser-Pastillen in etwa 50 ml Ethanol eingelegt. Danach schichtet man auf einem Experimentiertisch einen kleinen Sandhaufen auf und steckt oder legt die getränkten Patillen auf den Sand. Mit dem restlichen Ethanol aus dem Becherglas wird der Sand getränkt und entzündet. Nach kurzer Zeit kriechen die schwarzen Pharaoschlangen langsam aus dem Sand und wachsen und wachsen Emser-Pastillen sind recht abenteuerliche Hustendrops, die es in jeder Apotheke zu gleichnamigen Preisen gibt. Theoretisch könnte für den Versuch auch jede andere, gepresste Süßware verwendet werden, die hauptsächlich aus Zucker und Carbonat oder Hydrogencarbonat besteht. Die benötigte Wärme liefert die Verbrennung von EtOH, wobei der Versuch auch mit Aceton funktioniert. Das Heranwachsen der Pharaoschlangen kann aber einige Zeit dauern, bis die Reaktion zum Stillstand gekommen ist.

6 Alle festen Rückstände können im Restmüll entsorgt werden. Versuch 8: Geldschein in Flammen 200 ml Becherglas (weit), Glasstab, Tiegelzange, feuerfeste Unterlage (z.b. Experimentiertisch), Euro-Banknote mit möglichst hohem Nennwert Ethanol 50 ml C 2 H 5 OH F R: 11; S: 7-16 Wasser 50 ml H 2 O - - Natriumchlorid 0,5 g NaCl Xi R: 36/37/38; S: In einem Becherglas werden 50 ml Wasser mit 50 ml Ethanol und 0.5 g Kochsalz vermischt. In diese 50:50-Mischung wird die Banknote mit möglichst hohem Nennwert kurz eingelegt, mit der Tiegelzange gut getränkt herausgenommen und über dem Fußboden oder dem Experimentiertisch noch tropfnass angezündet. Geldscheine saugen sich nicht mit der brennbaren Flüssigkeit voll und brennen daher nur kurz, im Gegensatz zu Tüchern oder Ähnlichem. Der hohe Wasseranteil in der Mischung schützt die Objekte vor dem verbrennen, während die zugesetzten Natriumionen für eine leuchtende Flamme sorgen. Die 50:50-Mischung kann ohne Weiteres ins Abwasser gegeben werden. Versuch 9: Tod eines Gummibärchens Stativ mit Klemme und Muffe, ein großes Reagenzglas, Brenner, Tiegelzange, ein kleines Gummibärchen Kaliumchlorat 10 g KClO 3 O, Xn R: 9-20/22; S: In einem großen Reagenzglas werden 10 g Kaliumchlorat über der Brennerflamme aufgeschmolzen. In das Reagenzglas mit der Schmelze gibt man vorsichtig mit der Tiegelzange ein Gummibärchen. Vorsicht, die Reaktion verläuft sofort sehr heftig, wobei das Gummibärchen unter greller Lichterscheinung geräuschvoll verbrennt. Neben große Mengen entstehender Gase (hauptsächlich nur CO 2 und H 2 O) kann auch Chlorat-Schmelze aus dem Reagenzglas geschleudert werden. Auch vor Schäden durch das mögliche Platzen

7 des Reagenzglases muss Vorsorge getroffen werden, so ist eine Schutzscheibe unerlässlich, besser jedoch die Durchführung im Abzug. Die Reaktionsprodukte werden mit wenig verdünnter Salzsäure aufgekocht und nach Neuralisierung mit Carbonat oder verdünnter Natronlauge ins Abwasser gegeben. Versuch 10: Cola 3x 100 ml Bechergläser, Spatel oder Glasstab, eine Cola-Getränkeflasche (mit ebenem Flaschenboden), Magnetrührer und Rührfisch, Trichter Natriumiodat 4 g NaIO 3 O, Xn, Xi R: /37/38 S: /37/39 Natriumsulfit 3 g NaSO 3 Xi R: 31-36/37/38; S: Schwefelsäure (98%) 2 ml H 2 SO 4 C R: 35; S: /37/39-45 Schwefelsäure (1mol/l) 20 ml H 2 SO Stärke 1,0 g (C 6 H 10 O 5 ) n - - In den drei Bechergläsern A-C werden folgende, farblose Lösungen angesetzt: A: Etwa 1 g Stärke wird in 100 ml Wasser gelöst, eventuell erwärmen oder aufkochen. B: Etwa 4 g Natriumiodat werden in etwa 20 ml verdünnter Schwefelsäure unter Zugabe konzentrierter Schwefelsäure gelöst und anschließend auf 50 ml mit Wasser aufgefüllt. C: Etwa 3 g Natriumsulfit werden in 50 ml Wasser gelöst. Zur Versuchsvorführung füllt man eine leere Getränkeflasche (0,5l) nicht ganz voll mit Leitungswasser, gibt einen Rührfisch hinzu, stellt sie auf den Magnetrührer und steckt einen Trichter auf die Öffnung. Unter Rühren werden dann von der Lösung A 10 ml und von der Lösung C 20 ml hinzu gegeben. Zuletzt gibt man von Lösung B 15 ml dazu. Nach kurzer Zeit verfärbt sich die Lösung dunkelbraun. Obwohl die chemische Cola sehr echt aussieht, darf sie nicht getrunken werden! Falls die Färbung zu schwach sein sollte, kann man eine größere Konzentration an Iodat versuchen. Die Cola kann wie ihr echtes Pendent ins Abwasser gespült werden. Versuch 11: Bier ein Bier- oder Pilsglas (hier: 0,4 l), 2x 250 ml Bechergläser, Spülmittel

8 Natriumiodat 0,8 g NaIO 3 O, Xn, Xi R: /37/38 S: /37/39 Natriumsulfit 1,0 g NaSO 3 Xi R: 31-36/37/38; S: Schwefelsäure (98%) 1 ml H 2 SO 4 C R: 35; S: /37/39-45 Ethanol 2 ml C 2 H 5 OH F R: 11; S: 7-16 In den zwei Bechergläsern A und B werden folgende Lösungen angesetzt: A: 0,8 g Natriumiodat werden in 2 ml Ethanol und 1 ml konzentrierter Schwefelsäure gelöst und auf 200 ml mit Wasser aufgefüllt. B: 1,0 g Natriumsulfit wird in insgesamt 200 ml Wasser gelöst. Für den Versuch können so zwei Biere je 0,4 l hergestellt werden: Jeweils 100 ml von A und B versetzt man nochmals mit der gleichen Menge an Wasser und schüttet diese anschließend sprudelnd in das Bierglas, das einige tropfen Geschirrspülmittel enthält. Dabei bildet sich etwas Bierschaum ; die Bierfarbe folgt in einigen Sekunden. Anmerkung: Auch bei diesem Versuch ist das Bier nicht zum Verzehr geeignet. Die Referenten verweisen an dieser Stelle auf Krombacher et al. Alle Flüssigkeiten können über das Abwassersystem entsorgt werden. Versuch 12: Starker Kaffee Kaffeemaschine mit Filtertüte und Kaffeemehl, Tassen, Teelöffel, Zuckerspender Superabsorber (Stockosorb ) 1,5 g - Nach dem üblichen Kochen eines offensichtlich dünnen Kaffees wird der Kaffee in den Tassen mit Superabsorber aus dem Zuckerspender gesüßt. Nach wenigen Augenblicken und eventuellem Umrühren wird der dünne Kaffee so stark, dass ein Löffel darin stecken bleibt! Der Superabsorber der Firma Stockhausen (einer Degussa-Tocher) ist zu beziehen über den Degussa-Standort in Krefeld. Die Referenten möchten an dieser Stelle die schnelle und überaus freundliche Hilfe der Stockhausen-Mitrabeiter lobend erwähnen. Adresse: Stockhausen GmbH Geschäftsbereich Superaborber Bäkerpfad 25

9 47805 Krefeld oder unter Versuch 11: Die Carbid-Dose Blechdose, Hammer und Nagel, Sand oder Kieselsteine, Brenner, Wasser Calciumcarbid 2 g CaC 2 F R: 7-14/15; S: 7/8-30 In eine Blechdose mit nicht zu locker sitzendem Deckel wird mit einem Nagel seitlich ein kleines Loch geschlagen (Durchmesser etwa 4-5 mm). In die Dose gibt man ein paar kleine Steine zusammen mit ein paar Bröckchen Calciumcarbid oder bei pulverförmigem Carbid eine Mischung mit Sand und übergießt es mit reichlich Wasser. Sofort stellt sich eine Gasentwicklung (Ethin) ein, worauf die Dose dicht geschlossen wird. Anschließend hält man die Brennerflamme an das seitliche Loch in der Dose, worauf der Deckel in einer Explosion geräuschvoll hochgeschleudert wird. Anmerkung: Je fester der Deckel auf der Dose sitzt, desto eindrucksvoller ist der Versuch. Es eignet sich besonders eine kleine Teedose, die einen Decke ähnlich einer Farbdose hat. Nach der Explosion lässt man die Reste unterm Abzug weiter mit Wasser reagieren, sortiert die Steine heraus, bzw. dekantiert den Sand ab und gibt die wässrige Phase ins Abwasser. Literatur: [1] Falbe, Regitz; CD-Römpp Chemie Lexikon; 9. Auflage; Thieme, Stuttgart 1995 [2] Merck-Katalog; Darmstadt 1994 [3] Lancaster, der Katalog 2000/2001; Mühlheim am Main [4] Barke, Struck, Pastille; Chemische Schulversuche; Schrödel, Hannover 1988 [5] Häusler; Experimente für den Chemieunterricht; Oldenbourg, München 1991 [6] Roesky, Möckel; Chemische Kabinettstücke; VCH, Weinheim 1996