Die sprühende Vereinigung von Aluminium und Brom

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1 Reaktionsgleichung 3 2 l + 2 Al s 2 Al 3 solv Zeitbedarf Vorbereitung: 10 min. Durchführung: 5 min. Nachbereitung: 10 min. Chemikalienliste Edukte Chemikalien Summen- Menge R-Sätze S-Sätze formel Schuleinsatz om 2 (l) 2 ml / T +, C, N LV Aluminiumfolie Al (s) 10 x 10 cm S1 Natriumthiosulfat- Lösung (ges.) Na 2 S 2 O 3 (aq) 500 ml S1 Produkte Chemikalien Summenformel Menge R-Sätze S-Sätze Aluminiumbromid Al 3 (solv)? / /37/39-45 C Schuleinsatz S1 Materialien und Geräte Blumenkübel (ø = cm), Sand, Stativmaterial (Platte mit Gewindestange, Doppelmuffe, Klemme), Reagenzglas, Tropfpipette

2 Versuchsaufbau Abb. 1: Versuchsaufbau Durchführung Augenschutz Schutzhandschuhe Schutzkleidung Der Versuch muss unbedingt in einem gut funktionierenden Abzug durchgeführt werden! Zuerst wird eine gesättigte Natriumthiosulfat-Lösung in Griffweite bereit gestellt. In das Reagenzglas werden 2 ml om gefüllt. Dann wird ein etwa 12 x 15 cm großes Stück Aluminiumfolie zu einem Stab zusammengerollt und in das Reagenzglas gestellt. Der Abzug wird daraufhin sofort geschlossen und die Reaktion in Ruhe abgewartet. Beobachtungen Nach kurzer Wartezeit (30 bis max. 60 Sekunden) beginnen sich in dem Reagenzglas Funken und Flammen zu bilden, die teilweise aus dem Reagenzglas herausschlagen bzw. herausgeschleudert werden und manchmal zu explodieren scheinen. Der gesamte Abzug füllt sich dabei mit einem bräunlichen Gas. Abb. 2: Funken- und Flammenbildung

3 Entsorgung Das Gemisch in dem Reagenzglas wird vorsichtig (Achtung, starke Wärmeentwicklung möglich!) mit mindestens der doppelten Menge an gesättigter Natriumthiosulfat-Lösung versetzt und anschließend unter fließendem Wasser in den Ausguss entsorgt. Fachliche Analyse Bei der Reaktion entsteht Aluminiumtribromid (Al 3 ). Es bildet farblose, glänzende Blättchen, welche an der Luft stark rauchen und eine ätzende und gesundheitsschädliche Wirkung haben. In vielen organischen Lösemitteln, wie Benzol und Toluol, ist es löslich, zersetzt sich in Wasser aber explosionsartig unter Hydrolyse der Al--Bindungen. Im Versuch sind die Blättchen nicht zu sehen, da noch zu viel elementares om übrig bleibt. Darstellen lässt sich Aluminiumtribromid durch das Zusammenbringen der Elemente. Der Reaktionstyp, nach welchem Aluminium und om reagieren, entspricht einer Redoxreaktion, bei der das Aluminium oxidiert und das om reduziert wird. Dabei wird eine Energiemenge von 527 kj/mol frei, welche sich in Form des Funkenflugs und der Flammenbildung zeigt. Oxidation: Reduktion: Al Al e e 2 Gesamtgleichung: 2 Al (s) (l) 2 Al 3 Bei der Reaktion entstehen zunächst Al 3 -Moleküle. In einer anschließenden Lewis-Säure-Base- Reaktion bilden sich daraus Dimere, also Al 2 6 -Molekülen. 2 Al 3 Al 2 6 Bei der Dimerisierung werden kovalente Bindungen zwischen einem omatom des einen und dem Aluminiumatom des anderen Moleküls gebildet, wodurch die Aluminiumatome eine negative und die verbrückenden omatome eine positive Teilladung erhalten. Auf diese Weise entstehen zwei ombrücken zwischen den Molekülen. Al Al - Abb. 3: Strukturformel des Aluminiumbromiddimers Abb. 4: 3D-Modell des Aluminiumbromid-Dimers Die Bindungen zwischen den verbrückenden om- und den Aluminiumatomen besitzen einen stark ionischen Charakter. Die Elektronegativitätsdifferenz (EN () = 2,8; EN (Al) = 1,5) ist mit 1,3 allerdings zu

4 gering, als das sich rein ionische Bindungen bilden könnten, wie es z.b. bei Natrium und Chlor der Fall ist (EN-Differenz = 2,1). Verwendung findet Aluminiumbromid vor allem bei Synthesen der organischen Chemie, z.b. als Katalysator bei Friedel-Crafts-Reaktionen, Polymerisationen von Olefinen oder omierungen. 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. Dort besitzt er aber eher den Charakter eines typischen Showversuchs, der die Schüler für Chemie begeistern soll und ihnen zeigt, dass es in der Chemie auch Versuche gibt, die knallen und rauchen, also tolle Effekte zeigen. Besser kann er in der Jahrgangsstufe 10G.1 im Thema Redoxreaktionen (hier wird die Reaktion eines Metalls mit einem Nichtmetall explizit erwähnt) oder in Stufe 9G.1 im Unterthema 1.3 Elektronenpaarbindung eingesetzt werden. Es besteht leider kein direkter Alltagsbezug, da Aluminiumbromid nur in der Chemie benötigt wird und auch nicht in der Natur vorkommt. Aufwand Der Aufwand ist sehr gering und die benötigten Materialien sollten in der Schule vorhanden sein. Statt eines Blumenkübels kann für das Sandbad natürlich auch eine Porzellanschale dienen. Ob om in der Schule vorhanden ist, sollte vorher geprüft werden. Durchführung Der Versuch funktioniert sehr gut und die Effekte sind sehr eindrucksvoll. Durchführbar ist er aufgrund des hochtoxischen oms nur als Lehrerversuch in einem gut funktionierenden Abzug (da man an der frischen Luft schnell mal in der Abluft stehen kann). Alternativ bietet es sich an, das Video zu zeigen, um den möglichen Gefahren aus dem Weg zu gehen. Fazit Ein sehr spektakulärer Versuch, der aufgrund seiner schweren Theorie aber wohl nur als Showversuch, um die Schüler zu begeistern, oder mit sehr starker didaktischer Reduktion eingesetzt werden kann.

5 Literaturangaben Versuchsquellen [a] Roesky, H. W.: Glanzlichter chemischer Experimentierkunst. Seite 147ff (V61). 1. Auflage. Weinheim: Wiley-VCH [b] Sommer, S.: netexperimente 2.0. Versuch 37: Aluminium und om. Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am 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 , stark umgearbeitete und verbesserte Auflage. Berlin, New York: de Gruyter [4] Sitzmann, H.: Aluminiumbromid. In: Thieme Römpp online. Stuttgart: Georg Thieme Verlag Zu finden unter URL: Letzter Zugriff am [5] Unfallkasse Hessen; Hessisches Kultusministerium: Hessisches Gefahrstoffinformationssystem Schule - HessGISS. Version /2009.