Versuchsbeschreibung

Bei diesem Versuch wird eine Katalyse von Aceton oder von Ammoniak an einer Kupferoberfläche durchgeführt.

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie Symbole H- / EUH- / P-Sätze

20 mL Aceton, C3H6O

Propanon, Propan-2-on, Dimethylketon
M: 58.07 g/mol

CAS-Nr.: 67-64-1
EG-Nr.: 200-662-2
UN-Nr.: 1090

WGK: 1

GHS02 – Flamme

GHS07 – Ausrufezeichen

Gefahr

H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar.

H319: Verursacht schwere Augenreizung.

H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen.

EUH066: Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen.

P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen.

P240: Behälter und zu befüllende Anlage erden.

P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

P403+P233: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten.

20 mL Ammoniaklösung 25 %, NH4OH

Ammoniakwasser, Salmiakgeist
M: 35.05 g/mol

CAS-Nr.: 1336-21-6
EG-Nr.: 215-647-6
UN-Nr.: 2672

WGK: 2

GHS05 – Ätzwirkung

GHS07 – Ausrufezeichen

GHS09 – Umwelt

Gefahr

H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.

H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.

H335: Kann die Atemwege reizen.

H400: Sehr giftig für Wasserorganismen.

P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen.

P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen.

P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

P308+P310: BEI Exposition oder falls betroffen: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen.

 

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Bunsenbrenner, Dreibein mit Drahtnetz, Heizplatte, kleines Becherglas oder Erlenmeyerkolben, Eisendraht, Kupferdraht oder verkupfertes Geldstück, Metallplatte, Thermometer, Eisendraht

 

Versuchsdurchführung

Ein Kupferstück oder eine verkupferte Münze wird an einem Eisendraht befestigt. In ein kleines Becherglas wird so viel Aceton oder Ammoniaklösung 25 % eingefüllt, bis die Flüssigkeit eine Höhe von ca. 1 cm hat. Das befüllte Becherglas wird auf eine Metallplatte gestellt, die zur Wärmeableitung dient.

Falls 25%ige Ammoniaklösung eingesetzt wird, erwärmt man das Gefäß auf einer Heizplatte zunächst auf 40 °C und dann langsam weiter auf 80 °C, damit das Ammoniak kontinuierlich aus der Lösung ausgast.

Mit dem Brenner wird nun das befestigte Kupferstück auf Rotglut erhitzt und zügig in das Becherglas gehängt. Das untere Ende des Kupferstückes sollte sich dann ca. 5 mm über der Flüssigkeit befinden.

Es ist nicht auszuschließen, dass sich Acetondämpfe entzünden. Entsprechende Vorkehrungen treffen!

Nachdem das heiße Kupferstück in das Becherglas gehängt wurde, glüht es an einigen Stellen rhythmisch auf, ohne dass sich das Aceton bzw. die Ammoniakdämpfe entzünden. Durch Zufächeln von Luft oder das Hoch- und Runterbewegen des Kupferstücks kann das Glühen verstärkt werden. Es hält fast bis zur vollständigen Verdunstung des Acetons an (bei 20 mL ca. 10–15 Minuten) und im Falle von Ammoniak so lange, bis der Großteil des Gases aus der Lösung ausgetrieben wurde (bei 20 mL ca. 3–5 Minuten). Das Gefäß heizt sich während des Versuchs auf und muss nachher noch abkühlen gelassen werden.

 

Reaktionsgleichung

Hauptreaktion bei der Oxidation von Aceton:

Reaktionsgleichung Oxidation von Aceton

Es werden diverse Nebenprodukte gebildet, wie z. B. Ketene, Methan und einfache organische Säuren. Das entstehende Aldehyd (Acetaldehyd), macht sich durch seinen Geruch bemerkbar.

Hauptreaktion bei der Oxidation von Ammoniak:

Reaktionsgleichung Oxidation von Ammoniak

Es können Stickoxide (NOX) als Nebenprodukte gebildet werden, welche sich mit überschüssigem Ammoniak ggf. zu Ammoniumnitrat und -nitrit verbinden können. Weißer Rauch oder braune Dämpfe, welche auf diese Nebenreaktionen hindeuten würden, wurden hier aber nicht beobachtet.

 

Kupfer katalysiert die Oxidation von Aceton bzw. Ammoniak mit Luftsauerstoff. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von Wärme abgegeben und bringt das Kupfer zum Glühen. Durch unterschiedlich starke Zufuhr einer der beiden Reaktionspartner kommt es zu rhythmisch pulsierenden Glühzonen. Das schnelle Aufglühen scheint nur die Oberfläche der Kupferstücke zu betreffen, weil es fast ebenso schnell wieder abklingt. Die Wärme wird dann langsam an das darunterliegende Metall abgegeben. Mit einem Digitalthermometer wurden auf der Oberfläche einer 2-Cent-Münze bis zu 520 °C (Aceton) bzw. 605 °C (Ammoniak) gemessen. Die tatsächliche Temperatur liegt vermutlich aber 100 bis 300 °C darüber, was ungefähr mit der Glühfarbe übereinstimmen würde. Sehr dünne Kupferdrähte können sich angeblich bis zum Schmelzen erhitzen, was an dem großen Oberfläche/Volumen-Verhältnis liegt.

 

Medien

Befestigung der Münze durch Blumendraht.Heiße Münze über dem Aceton. Dunkle Stellen sind oberflächlich oxidiert und leuchten im Dunklen heller als der Rest.In Dunkelheit aufgenommen – es wirkt hier heller als real. 1 Sekunde Belichtung mit ISO 400.Zeitlupe des rhythmischen Glühens.Nach dem Experiment ist die Münze schwarz, da sie nach der Entnahme aus dem Acetondampf noch kurz weiterglüht und an der Luft oxidiert.Nach kurzer HCl-Behandlung sieht die Münze fast wie neu aus. Katalysatoren kosten Geld (hier 2 Cent). Man kann sie nach der Reaktion wieder unverändert wiedergewinnen.

 

 

Quellenangaben

[1]
Pok. Die glühende Münze. illumina-chemie.de, 2014. http://illumina-chemie.de/die-gluehende-muenze-t3919.html [22.12.2014] mit freundlicher Genehmigung von Pok.
[2]
M. Ples. Świecąca blaszka - katalizator miedziowy. weirdscience.eu, http://weirdscience.eu/%C5%9Awiec%C4%85ca%20blaszka%20-%20katalizator%20miedziowy.html [23.01.2017]
[3]
L. Korpiewski. Catalytic Oxidation of Acetone with Copper (Vapor Phase Oxidation). University of Massachusetts Amherst, 2011. http://lecturedemos.chem.umass.edu/chemReactions5_4.html [23.01.2017]
[4]
D. Wiechoczek. Der leuchtende Kupferdraht. Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie, 2001. http://www.chemieunterricht.de/dc2/grundsch/versuche/gs-v-090.htm [23.01.2017]
[5]
L. Korpiewski. Catalytic Oxidation of Ammonia with Copper. University of Massachusetts Amherst, 2011. https://web.archive.org/web/20130912060624/http://www.chem.umass.edu/demonstrations/chemReactions5_4.html [23.01.2017]
[6]
L. Le. A Light Bulb Without Electricity-Catalytic Oxidation of Ammonia on a Copper Wire. Lu Le Laboratory, 2012. http://lulelaboratory.blogspot.de/2012/12/a-light-bulb-without-electricity.html [23.01.2017]

 

Download

Die glühende Münze

 

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