Schuleinsatz Lithiumchlorid LiCl (s) 22-36/38 - Xn S1 Natriumbromid NaBr (s) - - Xi S1 Kaliumiodid KI (s) S1 Salzsäure (c = 1 mol*l -1 )

Transkript

1 Reaktionsgleichungen LiCl (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgCl (s) + NO 3 (aq ) + Li (aq ) NaBr (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgBr (s) + NO 3 (aq ) + Na (aq ) KI (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgI (s) + NO 3 (aq ) + K (aq ) Zeitbedarf Vorbereitung: 5 min. Durchführung: 8 min. Nachbereitung: 5 min. Chemikalienliste Edukte Chemikalien Summenformel R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbole Schuleinsatz Lithiumchlorid LiCl (s) 22-36/38 - Xn S1 Natriumbromid NaBr (s) - - Xi S1 Kaliumiodid KI (s) S1 Salzsäure (c = 1 mol*l -1 ) HCl (aq) S1 Salpetersaure Silbernitrat-Lösung AgNO 3 (aq) 34-50/ C, N S1 Wasser (entsalzt) H 2 O (l) S1 Produkte Chemikalien Summenformel R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbole Schuleinsatz Silberchlorid AgCl (aq) S1 Silberbromid AgBr (aq) S1 Silberiodid AgI (aq) /25 - S1 Gefahrensymbole Materialien und Geräte 5 Demoreagenzgläser, Spatel, Becherglas (100 ml), Tropfpipette

2 Versuchsaufbau Abb. 1: Versuchsaufbau Durchführung Augenschutz benutzen Schutzhandschuhe benutzen Schutzkleidung benutzen Falls keine salpetersaure Silbernitrat-Lösung vorhanden ist, so muss diese zunächst angesetzt werden (1,7 g Silbernitrat in 100 ml entsalztem Wasser lösen und mit 10 Tropfen konzentrierter Salpetersäure versetzen). Zu Beginn des Versuchs werden in die ersten drei Reagenzgläser je zwei Spatelspitzen eines Alkalihalogenids gegeben: in das erste Reagenzglas Lithiumchlorid, in das zweite Reagenzglas Natriumbromid und in das dritte Reagenzglas Kaliumiodid. Die Halogenide werden dann mit etwa 50 ml entsalztem Wasser versetzt. In das vierte Reagenzglas werden 50 ml Salzsäure (c = 1 mol*l -1 ) gefüllt und in das fünfte Reagenzglas 50 ml entsalztes Wasser. Anschließend werden alle Reagenzgläser kurz geschüttelt, damit sich die Stoffe gut lösen. Nun werden in jedes Reagenzglas 7 Tropfen einer salpetersauren Silbernitrat-Lösung zugetropft und es wird beobachtet, was dabei geschieht. Beobachtungen Die Alkalihalogenide lösen sich gut in Wasser. Während des Zutropfens der salpetersauren Silbernitrat-Lösung bilden sich in den ersten vier Reagenzgläsern Schlieren und es sind Ausfällungen zu sehen. Diese sind im ersten und vierten Reagenzglas weiß, im zweiten weißgelb und im dritten intensiv gelb gefärbt. Im fünften Reagenzglas ist keine Reaktion zu beobachten (siehe Abb. 2, von rechts nach links).

3 Abb. 2: Ausfällungen (die Farben sind leider schlecht zu erkennen) Entsorgung Die Lösungen werden zusammen in ein Becherglas gegeben und mit etwas konzentrierter Salzsäure versetzt. Dann wird die Lösung in die Silberabfälle entsorgt. Sollte kein Behälter für Silberabfälle vorhanden sein, so werden die Lösungen neutralisiert und in den Schwermetallabfall entsorgt. Fachliche Analyse In Versuch H04 Nachweis der Kochsalzbestandteile wurden bereits die Chlorid-Ionen als Fällungsprodukt bei der Reaktion mit salpetersaurer Silbernitrat-Lösung nachgewiesen. Dies gelingt auch bei den Halogeniden Bromid und Iodid, wobei das Reaktionsprinzip gleich bleibt. Die Halogenid- Ionen bilden mit Silber schwerlösliche Feststoffe, die Silberhalogenide AgCl: LiCl (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgCl (s) + NO 3 (aq ) + Li (aq ) NaBr (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgBr (s) + NO 3 (aq ) KI (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgI (s) + NO 3 (aq ) + + Na (aq ) + + K (aq ) Von Silberchlorid lassen sich bei 25 C 1, mol in 1 Liter Wasser lösen. Silberbromid ist noch schwerer löslich (nur noch etwa 7, mol/l) und Silberiodid (9, mol/l) am schwersten. Die Fluorid-Ionen wären mit diesem Test nicht nachweisbar, da sich Silber(I)-fluorid ausgezeichnet in Wasser löst (etwa 1800g pro Liter bei 25 C). Dabei bildet es Hydrate, z.b. AgF 2H 2 O oder AgF 4H 2 O. Silberchlorid ist weiß, Silberbromid bildet einen gelblichweißen und Silberiodid einen gelben Niederschlag. Wird eine Probe auf ihre Bestandteile analysiert, so kann sich eine Reihe von Silberverbindungen bilden. Viele davon sind aber in konzentrierter Salpetersäure löslich, z.b. schwarzes Silbersulfid (Ag 2 S) oder weißes Silbersulfit (Ag 2 SO 3 ). Um diese als Störfaktoren bei der Analyse auszuschließen, wird die Silbernitrat-Lösung mit konzentrierter Salpetersäure angesäuert. Die Alkalimetall-Ionen haben keinerlei Einfluss auf die Reaktionen. In der Salzsäure sind ebenfalls Chlorid-Ionen enthalten, weswegen auch hier eine weiße Ausfällung entsteht. HCl (aq ) + AgNO 3 (aq ) AgCl (s) + NO 3 (aq ) + H (aq )

4 Da entionisiertes Wasser keinerlei Ionen, also auch keine Halogenide mehr beinhaltet, kann in Reagenzglas 5 keine Ausfällung erfolgen. Die gebildeten Niederschläge weisen eine Lichtempfindlichkeit auf, welche man sich in der Photographie zunutze macht. Die Silberhalogenide bzw. Silberchlorid, -bromid und -iodid färben sich bei Lichteinstrahlung allmählich hell-, dann dunkelviolett und schlussendlich schwarz. Dies ist auf die Zersetzung in Silber und das entsprechende Halogen zurückzuführen: 2 AgX h υ 2 Ag + X 2 Beim photographischen Prozess nutzt man die Zersetzung des Silberbromids aus, welches sich feinstverteilt in einer dünnen Schicht auf Platten, Filmen oder Papieren befindet. Bei der Belichtung entstehen dann an den entsprechenden Stellen Ansammlungen von Silberatomen, welche aus der angesprochenen Zersetzung resultieren. Das freiwerdende Brom wird in der Schicht, die unter anderem noch Gelatine enthält, durch diese gebunden. Die Menge an reinem Silber reicht aber nicht aus, um das Bild für das menschliche Auge sichtbar zu machen. Daher muss es nun noch entwickelt werden. Dazu wird die Schicht in einer Dunkelkammer mit reduzierenden Lösungen (z.b. Hydrochinon) behandelt. Diese reduzieren weiteres Silberbromid zu Silber, wobei aber zunächst nur die Stellen weiter reduziert werden, an welchen sich bereits Silberatome befinden, also an den stark belichteten Punkten. Die weniger oder unbelichteten Stellen würden erst bei einer sehr langen Entwicklungszeit angegriffen, wodurch das Bild dann verschleiert. Nun wird das Bild fixiert, um es auch im Tageslicht weiterbehandeln zu können. Dazu wird das noch unveränderte Silberbromid mit Natriumthiosulfat ( Fixiersalz ) zu einem löslichen Komplexsalz umgesetzt: AgBr + 2 Na 2 S 2 O 3 Na 3 [Ag S 2 O 3 ) 2 + NaBr Diese wird mit Wasser ausgewaschen und man erhält das Negativ, ein lichtverkehrtes Bild (d.h. die stark belichteten Bereiche sind dunkel und die schwachbelichteten Bereiche sind hell). Um nun das positive Bild zu erhalten wird ein lichtempfindliches Papier (mit Silberbromidschicht) in der Dunkelkammer durch das Negativ hindurch belichtet und anschließend wie oben beschrieben entwickelt und fixiert. Da nun die dunklen Stellen des Negativs nur wenig Licht durchlassen und die hellen Bereiche viel Licht, entsteht eine Bild mit realistischen Schwarz-Weiß-Werten, eine Schwarz- Weiß-Photographie. Die erste Entwicklung eines Silberbildes gelang im Jahre 1838 dem französischen Maler und Erfinder Louis Jacques Mandé Daguerre. Nach ihm ist das damalige, von ihm entwickelte Photographie-Verfahren, die Daguerreotypie benannt. Abb. 3: Louis Jacques Mandé Daguerre, 1844

5 Für ein Farbbild werden drei Silberbromidschichten übereinander angeordnet und mit Sensibilisatoren behandelt, so dass sie die Farbtöne blau, grün und rot absorbieren. Die Entwicklung und Fixierung erfolgt dann ähnlich wie bei der Schwarz-Weiß-Photographie, wobei die Farben während des Entwickelns durch bestimmte Zusatzstoffe aufgebaut 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. Hier wird als fakultativer Unterrichtsinhalt die Fällungsreaktion mit Silbernitrat-Lösung genannt. Dabei kann man auf die Bedeutung der Silberhalogenide für die Fotografie eingehen und einen Alltagsbezug schaffen, auch wenn viele Schüler die klassischen Fotoapparate womöglich nicht mehr kennen, da sie heute alle mit Digitalkameras oder Handys fotografieren. Als Ausfällung wäre der Versuch auch in der Stufe 9G.2 als fakultativer Inhalt zum Thema Kalk - Schwerlösliche Salze einsetzbar. Hier werden ausgewählte Kationen und Anionen durch Fällungsreaktionen nachgewiesen und der Silberchlorid-Niederschlag aus einer Silbersalz-Lösung als Recyclingmaßnahme besprochen. Im Anschluss an diesen Versuch könnte die Beilsteinprobe ( H09 Beilsteinprobe ) folgen, ein alternativer Versuch zum qualitativen Nachweis der Halogene. Auch als Einleitung bei der Thematisierung der Farbfotografie in der Jahrgangsstufe 12G.2 im Wahlthema Angewandte Chemie im Unterthema Farbstoffe könnte auf diesen Versuch zurückgegriffen werden. Dabei könnte der Lehrer versuchen, die Schüler auf die Bedeutung der Silberhalogenide für die Fotografie zu lenken. Aufwand Der Versuch ist sehr schnell aufgebaut und durchgeführt. Alle Chemikalien und Materialien sollten in der Schule vorhanden sein. Allerdings ist das verwendete Silbernitrat nicht allzu günstig im Einkauf, daher sollte damit sparsam umgegangen werden. Durchführung Der Versuch funktioniert gut im Live-Experiment. Die Effekte sind gut zu sehen und die Farben gut zu unterscheiden. Alle Chemikalien sind für Schülerversuche zugelassen, allerdings sollte das Eintropfen des Silbernitrats dem Lehrer vorbehalten bleiben, da dieses nicht gerade billig ist. Das Video sollte als Inspiration zur Durchführung dienen, denn die Farben sind leider nur bei genauem Hinsehen zu unterscheiden, da die Kamera die Farbunterschiede vermutlich nicht genau erfassen konnte und so alle Ausfällungen sehr weiß erscheinen.

6 Auf den Einsatz von Fluorid wurde verzichtet, da Silberfluorid aufgrund seiner sehr leichten Löslichkeit nicht zu sehen gewesen wäre. Auch gibt es interessantere Versuche zu Fluoridnachweisen wie die Kriech- oder die Bleitiegelprobe. Fazit Klassischer Versuch zu Ausfällung und Nachweis/Unterscheidung von Halogeniden. Die Farbunterschiede sind im Realexperiment sehr gut zu sehen, im Film leider nur bei genauem Hinschauen. Literaturangaben Versuchsquellen [a] Asselborn, W.: Chemie heute SI. Seite 143 (V1). Braunschweig: Schroedel [b] Jander, G.; Blasius, E.: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie. Seite 381f. Stuttgart: S. Hirzel Verlag 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. Seite 1457f, 1464ff. 102., stark umgearbeitete und verbesserte Auflage. Berlin, New York: de Gruyter [4] Mortimer, C. E.: Chemie Das Basiswissen der Chemie. 9. Auflage. Stuttgart, New York: Georg Thieme Verlag [5] Unfallkasse Hessen; Hessisches Kultusministerium: Hessisches Gefahrstoffinformationssystem Schule - HessGISS. Version /2009. [6] Wikimedia Foundation Inc.: Louis Daguerre. Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am: