Versuchsbeschreibung

Durch die Reaktion von Methylenblau mit Natriumdithionit und nachträglicher Reaktion mit Sauerstoff, bilden sich dreidimensionale Strukturen, die auf Konvektion beruhen.

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie Symbole H- / EUH- / P-Sätze

1.1 mg Methylenblau, C16H18ClN3S · 3 H2O

M: 373.90 g/mol

CAS-Nr.: 61-73-4
EG-Nr.: 200-515-2

WGK: 3

GHS07 – Ausrufezeichen

Achtung

H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken.

P301+P312+P330: BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. Mund ausspülen.

1.74 g Natriumdithionit, Na2S2O4

Natriumhydrosulfit, Natriumhypodisulfit
M: 174.11 g/mol

CAS-Nr.: 7775-14-6
EG-Nr.: 231-890-0
UN-Nr.: 1384

WGK: 1

GHS02 – Flamme

Gefahr

H251: Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.

EUH031: Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase.

EUH208: Enthält: Methenamin. Kann allergische Reaktionen hervorrufen.

 

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Waage, Petrischale (Ø = 9 cm), 2 × 25-ml-Messzylinder, 50-ml-Becherglas, 250-ml-Becherglas, 3 × Glasstab, weiße Unterlage

 

Versuchsdurchführung

Lösung 1: In einem 250-ml-Becherglas werden 1.74 g Natriumdithionit in 90 mL dest. Wasser gelöst und auf 100 mL aufgefüllt.

Lösung 2: In einem 50-ml-Becherglas werden 1.1 mg Methylenblau in 25 mL dest. Wasser gelöst.

Die Lösung 2 wird mit 17 mL der Lösung 1 versetzt, kurz gerührt und die Mischung in eine Petrischale gegeben.

Die blaue Methylenblau-Lösung entfärbt sich nach Zugabe der Natriumdithionit-Lösung. Nach ein paar Minuten bilden sich sehr feine, blaue Strukturen. Wird die Lösung gerührt, bildet sich am Rand der Petrischale ein blauer Ring, welcher in den Mittelpunkt der Schale wandert. Dort bilden sich weitere Ringe, die untereinander vernetzt sind. Es zeigen sich dunkelblaue Verknüpfungspunkte, die von hellblauen Zonen umgeben sind. Diese grenzen sich wiederum von den farblosen Bereichen ab. Die Muster werden als »stehend« wahrgenommen, da die Dynamik gering ist. Das Phänomen dieser geordneten, dynamischen, sich selbstorganisierenden Strukturen, welche sich fern dem thermodynamischen Gleichgewicht befinden, wird als dissipative (»zerstreuende«) Struktur bezeichnet.

 

Reaktionsgleichung [2a]

Das Methylenblau wird durch Natriumdithionit reduziert:

Reaktionsgleichung Reduktion von Methylenblau durch Natriumdithionit.

 

Im alkalischen Milieu erfolgt die Oxidation des Dithionit-Ions gemäß der Gleichung:

S2O42−(aq) + 4 OH − (aq) → 2 SO32−(aq) + 2 H2O + e    E0 = −1.12 V

 

Eine Verschiebung des pH-Werts in den saueren Bereich würde die reduzierende Wirkung der Dithionit-Lösung negativ beeinflussen:

HS2O4(aq) + 3 H2O → 2 H2SO3(aq) + 2 H3O+(aq) + 2 e    E0 = −0.07 V

 

Eindiffundierender Sauerstoff ist in der Lage, Methylenblau zu oxidieren.

O2(g) ⇌ O2(aq)

O2(aq) + 2 H2O + 4 e → 4 OH −(aq)     E0 = 0.81 V (pH = 7)

 

Die räumlichen Strukturen können sich auf zwei Wegen bilden:

  1. Durch fotochemische Reaktionen.
  2. Durch Absorption eines Reaktionspartners an der Phasengrenze.

Es entsteht eine dünne Schicht, mit angereicherten Reaktionsprodukten nahe der Grenzschicht, welche in inhomogene Bereiche zerfällt. Es handelt sich um eine Strukturbildung durch Konvektion, wird diese unterbunden (gelartiges Medium), bleibt eine Musterbildung aus [2b].

 

Medien

Abb. 1 – Dissipative Strukturmuster mit Methylenblau [2a].

 

Quellenangaben

[1]
H. Kunz, S. Wähler, M. Ducci und M. Oetken. Das mephistophelische Entropiekonzept – Ein Vorschlag für die Einbindung strukturbildender Prozesse in den Chemieunterricht. CHEMKON 2000, 7 (4), 185–192. DOI: 10.1002/ckon.20000070405
[2]
a.) H. Kunz. Prinzipien der Selbstorganisation: Untersuchungen zu Strukturbildenden Prozessen und Entwicklung einer experimentellen Konzeption zur Einbindung dieser Thematik in einen zeitgemäßen Chemieunterricht. Dissertation. Universität: Oldenburg, 2001, 75–76. http://oops.uni-oldenburg.de/328/ [29.03.2018]
b.) H. Kunz. Prinzipien der Selbstorganisation: Untersuchungen zu Strukturbildenden Prozessen und Entwicklung einer experimentellen Konzeption zur Einbindung dieser Thematik in einen zeitgemäßen Chemieunterricht. Dissertation. Universität: Oldenburg, 2001, 90–97. http://oops.uni-oldenburg.de/328/ [29.03.2018]

 

Download

Dissipative Strukturbildung mit Methylenblau

 

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