Versuchsbeschreibung

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

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie Symbole H- / EUH- / P-Sätze

10 mg Neutralrot, C15H17ClN4

3-Amino-7-dimethylamino-2-methylphenazin · Hydrochlorid, Toluylenrot, C.I. 50040, N8,N8,3-Trimethyl-2,8-phenazindiaminmonohydrochlorid
M: 288.78 g/mol

CAS-Nr.: 553-24-2
EG-Nr.: 209-035-8

WGK: 2

 

-

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 10 mg Neutralrot 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 rote Neutralrot-Lösung färbt sich nach Zugabe der Natriumdithionit-Lösung gelb-orange. Nach ein paar Minuten bilden sich rote Strukturen, welche voneinander abgegrenzt sind. Es zeigen sich Linien mit Verknüpfungspunkten. 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 Neutralrot wird durch Natriumdithionit reduziert:

Reaktionsgleichung Reduktion von Neutralrot 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

 

Die hier verwendete neutrale Lösung (pH = 7) reicht völlig aus um das Redoxpotenzial (E0 = −0.29 V), für den Farbumschlag des Neutralrots, zu unterschreiten.

 

Eindiffundierender Sauerstoff ist in der Lage, Neutralrot zu oxidieren. Das Redoxpotenzial bei pH 7 beträgt E0 = 0.81 V.

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 Neutralrot [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, 73–75. 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 Neutralrot

 

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