Versuchsbeschreibung

Bei diesem Experiment werden die unterschiedlichen Färbungen von Vanadium- bzw. Vanadat-Ionen gezeigt. Dabei werden die Oxidationsstufen +V, +IV, +III und +II durchlaufen.

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie Symbole H- / EUH- / P-Sätze

1 g Ammoniummonovanadat, NH4VO3

Ammoniummetavanadat
M: 116.97 g/mol

CAS-Nr.: 7803-55-6
EG-Nr.: 232-261-3
UN-Nr.: 2859

WGK: 3

GHS06 – Totenkopf mit gekreuzten Knochen

GHS07 – Ausrufezeichen

Gefahr

H301: Giftig bei Verschlucken.

H319: Verursacht schwere Augenreizung.

H332: Gesundheitsschädlich bei Einatmen.

H335: Kann die Atemwege reizen.

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.

2 mL Schwefelsäure 95–97 %, H2SO4

M: 98.08 g/mol

CAS-Nr.: 7664-93-9
EG-Nr.: 231-639-5
UN-Nr.: 1830

WGK: 1

GHS05 – Ätzwirkung

Gefahr

H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.

H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.

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.

38 mL Salzsäure 37 %, HCl

Salzsäure rauchend
M: 36.46 g/mol

CAS-Nr.: 7647-01-0
EG-Nr.: 231-595-7
UN-Nr.: 1789

WGK: 1

GHS05 – Ätzwirkung

GHS07 – Ausrufezeichen

Gefahr

H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.

H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.

H335: Kann die Atemwege reizen.

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.

6–8 Stck. Zink gekörnt, Zn

M: 65.41 g/mol

CAS-Nr.: 7440-66-6
EG-Nr.: 231-175-3

WGK: 2

GHS09 – Umwelt

Achtung

H410: Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.

P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

 

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Waage, 250-ml-Messzylinder, 2 × 100-ml-Messzylinder, Einwegpipette, Magnetrührer, Magnetrührfisch

 

Versuchsdurchführung

Halbkonzentrierte Salzsäure:
20 mL dest. Wasser werden in einem 100-ml-Messzylinder vorgelegt, 38 mL Salzsäure 37 % zugegeben und mit dest. Wasser auf 75 mL aufgefüllt.

In einem 250-ml-Messzylinder werden 1 g Ammoniummonovanadat in 200 mL Wasser suspendiert und 2 mL Schwefelsäure 96 % zugegeben. Die farblose Lösung sollte sich nun gelb färben. Es kann sich auch ein roter Bodensatz von Vanadium(V)-oxid (V2O5) bilden, was aber nicht weiter störend ist. Jetzt werden 6–8 Zinkstücke und 25 mL der halbkonzentrierten Salzsäure in die Suspension gegeben und kurz gerührt. Nun werden weitere 40–50 mL der Salzsäure zugegeben. Es beginnt eine lebhafte Gasentwicklung. Die Mischung färbt sich bald himmelblau, es folgt grün, welches einen türkisfarbenen Ton annimmt. Es ist auch zwischenzeitlich eine blasse Fliederfärbung zu beobachten, die aber schnell wieder in Türkis übergeht.

 

Reaktionsgleichung

Bildung des Dioxovanadium(V)-Ions (Aquakomplex) aus Ammoniummonovanadat:

VO3 + 2 H3O+ → VO2+ + 3 H2O

 

Die Reaktion kann auch Vanadium(V)-oxid hervorbringen:

2 VO3 + 2 H3O+ → V2O5↓ + 3 H2O

 

Durch naszierenden Wasserstoff bildet sich aus dem Dioxovanadium(V)-Ion das Oxovanadium(IV)-Ion:

Reaktionsgleichung Bildung des Oxovanadium(IV)-Ions

 

Weitere Reduktion bildet das Vanadium(III)-Ion:

Reaktionsgleichung Bildung des Vanadium(III)-Ions

 

Auch das Vanadium(III)-Ion kann weiter zum Vanadium(II)-Ion reduziert werden:

Reaktionsgleichung Bildung des Vanadium(II)-Ions

 

Zusammenfassung der einzelnen Reaktionen:

Zusammenfassung

 

Das Ammoniummonovanadat reagiert am Anfang mit der Schwefelsäure. Dabei bildet sich der gelbe Aquakomplex des Dioxovanadium(V)-Ions ([VO2(H2O)4]+). Bei der Reaktion kann auch rotes Vanadium(V)-oxid (V2O5) entstehen (Bodensatz). Die Reaktion zwischen Zink und Salzsäure bildet Zinkchlorid (ZnCl2) und naszierender Wasserstoff (H+ bzw. Hnasz.). Der Aquakomplex des Dioxovanadium(V)-Ions ([VO2(H2O)4]+) wird durch den naszierenden Wasserstoff in den himmelblauen Aquakomplex des Oxovanadium(IV)-Ions ([VO(H2O)5]2+) umgewandelt. Durch weitere Reduktion entstehen Aquakomplexe des grünen Vanadium(III)-Ions ([V(H2O)6]3+) und des violetten Vanadium(II)-Ions ([V(H2O)6]2+). Die kurze Fliederfärbung beruht auf der Bildung des aquatisierten Vanadium(II)-Ions, welches unter diesen Reaktionsbedingungen nicht beständig ist.

 

Quellenangaben

[1]
H. W. Roesky und K. Möckel. Farbenvielfalt des Vanadiums. In: Chemische Kabinettstücke, VCH Verlagsgesellschaft mbH: Weinheim, 1994,
62–64.
[2]
J. Clark. Vanadium. Chemguide, 2015. http://www.chemguide.co.uk/inorganic/transition/vanadium.html [11.02.2017]
[3]
C. Röhr. Chemie der Metalle, Kap. 9. Vanadium-Gruppe. Institut für anorg. u. anal. Chemie, Univ. Freiburg, AK Röhr, 2016. http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/metalle_v_gruppe.html [11.02.2017]

 

Download

Vanadiumfarbenspiel

 

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