Einleitung

Durch verschiedene Redox-Reaktionen erfolgt bei diesem Experiment ein Farbwechsel von Blau nach Gold und wieder zurück nach Blau.

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie

 

28.20 g Kaliumnatriumtartrat-Tetrahydrat, KNa(C4H4O6) · 4 H2O – 282.23 g/mol

Kaliumnatrium-2,3-dihydroxysuccinat-Tetrahydrat (IUPAC), Natriumkaliumtartrat, Seignette-Salz, Weinsäure Kalium-Natriumsalz

CAS-Nr.: 6381-59-5 – EG-Nr.: 206-156-8

WGK 3

Sigma-Aldrich, 217255, SDB vom 17.04.2019

GHS07 – Ausrufezeichen

GHS09 – Umwelt

Achtung

2.50 g Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat, CuSO4 · 5 H2O – 249.68 g/mol

Kupfermonosulfat-Pentahydrat, Kupfervitriol-Pentahydrat

CAS-Nr.: 7758-99-8 – EG-Nr.: 231-847-6

Acute Tox. 4 (oral), Skin Irrit. 2, Eye Irrit. 2, Aquatic Acute/Chronic 1, WGK 3

H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P301 + P312 + P330 BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. Mund ausspülen. P302 + P352 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser waschen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

Sigma-Aldrich, 203165, SDB vom 05.11.2019

 

80 mL Wasserstoffperoxid 3 %, H2O2 – 34.01 g/mol

Hydrogenperoxid (IUPAC), Perhydrol

CAS-Nr.: 7722-84-1 – EG-Nr.: 231-765-0

WGK 1

EUH210 Sicherheitsdatenblatt auf Anfrage erhältlich.

Sigma-Aldrich, 88597, SDB vom 06.04.2019

 

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Waage, 2 × 250-ml-Becherglas (hohe Form), 50-ml-Becherglas, 100-ml-Messzylinder, Glasstäbe, Magnetrührer mit Heizfunktion, Magnetrührfisch, Thermometer, Pipette

 

Versuchsdurchführung

Lösung 1: In einem 250-ml-Becherglas werden 28.20 g Kaliumnatriumtartrat in 100 mL dest. Wasser gelöst.

Lösung 2: 2.50 g Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat werden in einem 50-ml-Becherglas in 10 mL dest. Wasser gelöst.

60 mL der Lösung 1 sowie 40 mL Wasserstoffperoxid 3 % werden in ein 250-ml-Becherglas gegeben, mit einem Rührfisch versehen und auf dem Magnetrührer (Heizfunktion) auf etwa 60 °C erwärmt. Nun wird unter starkem Rühren 1 mL der Lösung 2 zugegeben. Während des Reaktionsverlaufs wird ständig weitergerührt. Ist die Kupfer(II)-sulfat-Lösung zugegeben, tritt eine Blaufärbung des Gemisches ein. Es erfolgt auch eine starke Gasbildung, dies ist Sauerstoff, den Sie mit der »Glimmspanprobe« nachweisen können. Die Temperatur steigt schnell auf ca. 80 °C an. Das Reaktionsgemsich nimmt schlagartig eine gelborange Farbe an, die Gasentwicklung hört auf und die Temperatur sinkt wieder. Hat die Lösung wieder eine Temperatur von 60 °C erreicht, werden nochmals 40 mL Wasserstoffperoxid 3 % zugegeben. Die gelborange Färbung verschwindet und es bildet sich wieder ein blaues Reaktionsgemisch, der Reaktionsverlauf beginnt erneut. Durch wiederholte Zugabe von Wasserstoffperoxid 3 % kann die Reaktion mehrmals neu gestartet werden.

 

Reaktionsgleichung

Bildung des Kupfer-Tartrat-Komplexes:

2 CuSO4 + 2 KNa(C4H4O6) + 2 H2O → Cu2+ + [Cu(C4H4O6)2(H2O)2]2− + 2 K+ + 2 Na+ + 2 SO42−

 

Ligandenwechsel:

[Cu(C4H4O6)2(H2O)2]2− + H2O2 ⇌ [Cu(C4H4O6)2(H2O2)]2− + 2 H2O

 

Redox-System 1:

Abb. 1 – Redox-System 1
Abb. 1 – Redox-System 1

 

Redox-System 2:

2 Cu2+ + H2O2 → 2 Cu+ + O2↑ + 2 H +

 

Niederschlag von Kupfer(I)-hydroxid:

Cu+ + OH − ⇌ CuOH↓

 

Bildung von Kupfer(I)-oxid durch Wasserabspaltung:

2 CuOH → Cu2O↓ + H2O

 

Rückbildung von Kupfer(II)-Ionen:

Cu+ + H2O2 → 2 Cu2+ + 2 OH −

 

Das Redox-System kann wie folgt dargestellt werden:

Abb. 2 – Darstellung des Redox-Systems.
Abb. 2 – Darstellung des Redox-Systems.

 

Es liegen zwei nebeneinander ablaufende Hauptreaktionen vor:

  1. Die Oxidation von Tartrat (Weinsäure) durch Wasserstoffperoxid, welche durch Kupfer(II)-Ionen katalysiert wird.
  2. Ein Redox-System zwischen Kupfer(II)-Ionen und Wasserstoffperoxid.

Die Temperatur der Lösung steuert den gesamten Reaktionsablauf. Die Kupfer(II)-Ionen bilden mit zwei Tartrat-Ionen einen Tiefblauen Kupfer(II)-tartrato-Komplex ([Cu(C4H4O6)2(H2O)2]2−). Der Ligandenwechsel erfolgt nach Einbringen des Wasserstoffperoxids, aus [Cu(C4H4O6)2(H2O)2]2− wird unter Freisetzung von Wasser [Cu(C4H4O6)2(H2O2)]2−. Die sterischen Verhältnisse in diesem Komplex scheinen die Oxidation von Tartrat zu begünstigen. Es werden Kohlendioxid und Hydroxid-Ionen freigesetzt. Dieser Reaktionsschritt ist endotherm, er benötigt eine Starttemperatur (> 50 °C). Die Reaktion selbst ist aber exotherm, was die Temperatur in der Lösung ansteigen lässt. Wasserstoffperoxid kann in Abhängigkeit von Konzentration, Umgebung, Temperatur und pH-Wert sowohl ein Reduktionsmittel als auch ein Oxidationsmittel darstellen! Ab ca. 75 °C werden Kupfer(II)-Ionen zu Kupfer(I)-Ionen reduziert. Als Reduktionsmittel dient Wasserstoffperoxid, nicht das Tartrat! Es entstehen Sauerstoff und Protonen. Die Zersetzung von Wasserstoffperoxid wird durch Kupfer(I)-Ionen katalysiert (Autokatalyse). Diese Autokatalyse ist für die große Menge an Sauerstoff im gebildeten Gas verantwortlich. Die gelborange Farbe kommt von schwer löslichem Kupfer(I)-hydroxid, welches auch als hellgelber Niederschlag anfällt. Der Niederschlag kann auch etwas rötlich erscheinen, da durch Hitzeeinwirkung das Kupfer(I)-hydroxid Wasser abspaltet und sich Kupfer(I)-oxid bildet. Wird zur abgekühlten Lösung wieder Wasserstoffperoxid gegeben, färbt sich diese wieder blau. Kupfer(I)-Ionen werden bei niedrigeren Temperaturen, durch Wasserstoffperoxid wieder zu Kupfer(II)-Ionen oxidiert.

 

Quellenangaben

[1]
H. W. Roesky und K. Möckel. Eine umkehrbare Blau-Gold-Reaktion. In: Chemische Kabinettstücke, VCH Verlagsgesellschaft mbH: Weinheim, 1994, 67–68.

 

Download

Blau-Gold-Reaktion

 

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