Chemolumineszenz mit Erdalkalioxiden

Einleitung

Die drei Erdalkalioxide Magnesiumoxid (MgO), Strontiumoxid (SrO) und Bariumoxid (BaO) zeigen bei der Reaktion mit Oleum (65 % SO₃) bzw. Schwefelsäure > 95 % eine Chemolumineszenz [1].

Verwendete Chemikalien

Chemikalie
	3–4 g Magnesiumoxid, MgO – 40.31 g/mol Magnesia, Magnesia gebrannt CAS-Nr.: 1309-48-4 – EG-Nr.: 215-171-9 WGK 1 Merck, 105865, SDB vom 04.07.2021
Gefahr	3–4 g Strontiumoxid, SrO – 103.62 g/mol Ätzstrontian CAS-Nr.: 1314-11-0 – EG-Nr.: 215-219-9 Skin Corr. 1B, WGK 3 H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P305 + P351 + P338 + P310 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. EUH014 Reagiert heftig mit Wasser. Sigma-Aldrich, 415138, SDB vom 24.09.2019
Gefahr	3–4 g Bariumoxid, BaO – 153.33 g/mol CAS-Nr.: 1304-28-5 – EG-Nr.: 215-127-9 Acute Tox. 3 (oral), Acute Tox. 4 (inhalativ), Skin Corr. 1B, Eye Dam. 1, WGK 1 H301 Giftig bei Verschlucken. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H332 Gesundheitsschädlich bei Einatmen. P260 Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P270 Bei Gebrauch nicht essen, trinken oder rauchen. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. 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, 554847, SDB vom 16.12.2020
Gefahr	1 mL Oleum 65 % Schwefeltrioxid, H₂SO₄ · SO₃ (1:2) – 258.20 g/mol Schwefelsäure rauchend 65 % SO₃ CAS-Nr.: 8014-95-7 – EG-Nr.: 231-976-8 Acute Tox. 2 (inhalativ), Skin Corr. 1A, STOT SE 3 (Atmungssystem), WGK 1 H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H330 Lebensgefahr bei Einatmen. H335 Kann die Atemwege reizen. P260 Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P271 Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. EUH014 Reagiert heftig mit Wasser. Sigma-Aldrich, 778990, SDB vom 14.09.2021
Gefahr	1 mL Schwefelsäure 95–97 %, H₂SO₄ – 98.08 g/mol Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure, E 513, Vitriolöl (veraltet) CAS-Nr.: 7664-93-9 – EG-Nr.: 231-639-5 Met. Corr. 1, Skin Corr. 1A, Eye Dam. 1, WGK 1 H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P363 Kontaminierte Kleidung vor erneutem Tragen waschen. Sigma-Aldrich, 258105, SDB vom 12.08.2021

Chemikalie

3–4 g Magnesiumoxid, MgO – 40.31 g/mol

Magnesia, Magnesia gebrannt

CAS-Nr.: 1309-48-4 – EG-Nr.: 215-171-9

WGK 1

Merck, 105865, SDB vom 04.07.2021

GHS05 – Ätzwirkung

Gefahr

3–4 g Strontiumoxid, SrO – 103.62 g/mol

Ätzstrontian

CAS-Nr.: 1314-11-0 – EG-Nr.: 215-219-9

Skin Corr. 1B, WGK 3

H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P305 + P351 + P338 + P310 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. EUH014 Reagiert heftig mit Wasser.

Sigma-Aldrich, 415138, SDB vom 24.09.2019

GHS06 – Totenkopf mit gekreuzten Knochen

GHS05 – Ätzwirkung

Gefahr

3–4 g Bariumoxid, BaO – 153.33 g/mol

CAS-Nr.: 1304-28-5 – EG-Nr.: 215-127-9

Acute Tox. 3 (oral), Acute Tox. 4 (inhalativ), Skin Corr. 1B, Eye Dam. 1, WGK 1

H301 Giftig bei Verschlucken. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H332 Gesundheitsschädlich bei Einatmen. P260 Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P270 Bei Gebrauch nicht essen, trinken oder rauchen. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. 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, 554847, SDB vom 16.12.2020

GHS06 – Totenkopf mit gekreuzten Knochen

GHS05 – Ätzwirkung

Gefahr

1 mL Oleum 65 % Schwefeltrioxid, H₂SO₄ · SO₃ (1:2) – 258.20 g/mol

Schwefelsäure rauchend 65 % SO₃

CAS-Nr.: 8014-95-7 – EG-Nr.: 231-976-8

Acute Tox. 2 (inhalativ), Skin Corr. 1A, STOT SE 3 (Atmungssystem), WGK 1

H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H330 Lebensgefahr bei Einatmen. H335 Kann die Atemwege reizen. P260 Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P271 Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. EUH014 Reagiert heftig mit Wasser.

Sigma-Aldrich, 778990, SDB vom 14.09.2021

GHS05 – Ätzwirkung

Gefahr

1 mL Schwefelsäure 95–97 %, H₂SO₄ – 98.08 g/mol

Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure, E 513, Vitriolöl (veraltet)

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

Met. Corr. 1, Skin Corr. 1A, Eye Dam. 1, WGK 1

H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P363 Kontaminierte Kleidung vor erneutem Tragen waschen.

Sigma-Aldrich, 258105, SDB vom 12.08.2021

Produkte

Chemikalie
	Magnesiumsulfat, MgSO₄ – 120.37 g/mol Bittersalz CAS-Nr.: 7487-88-9 – EG-Nr.: 231-298-2 WGK 1 Sigma-Aldrich, 203726, SDB vom 29.01.2019
	Strontiumsulfat, SrSO₄ – 183.68 g/mol Strontium(II)-sulfat CAS-Nr.: 7759-02-6 – EG-Nr.: 231-850-2 WGK 3 Sigma-Aldrich, 433365, SDB vom 28.01.2019
	Bariumsulfat, BaSO₄ – 233.39 g/mol Barytweiß CAS-Nr.: 7727-43-7 – EG-Nr.: 231-784-4 WGK nwg Merck, 101750, SDB vom 07.06.2021

Chemikalie

Magnesiumsulfat, MgSO₄ – 120.37 g/mol

Bittersalz

CAS-Nr.: 7487-88-9 – EG-Nr.: 231-298-2

WGK 1

Sigma-Aldrich, 203726, SDB vom 29.01.2019

Strontiumsulfat, SrSO₄ – 183.68 g/mol

Strontium(II)-sulfat

CAS-Nr.: 7759-02-6 – EG-Nr.: 231-850-2

WGK 3

Sigma-Aldrich, 433365, SDB vom 28.01.2019

Bariumsulfat, BaSO₄ – 233.39 g/mol

Barytweiß

CAS-Nr.: 7727-43-7 – EG-Nr.: 231-784-4

WGK nwg

Merck, 101750, SDB vom 07.06.2021

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

3 × Keramikkachel, Waage, 3 × Spatel, Glaspipette, 3 × Mörser mit Pistill, Abzug

Versuchsdurchführung

In einem Mörser werden getrennt 3–4 g Magnesiumoxid (MgO), Strontiumoxid (SrO) und Bariumoxid (BaO) pulverisiert. Die Oxide werden zu Kegeln auf den Keramikkacheln geformt, wobei an der Spitze mit dem Spatel eine Vertiefung geschaffen wird. Unter einem Abzug wird mit einer Glaspipette Oleum in die Vertiefung getropft. Die Reaktion verläuft sehr heftig und es zeigt sich eine Chemolumineszenz: hellgelb (MgO), tiefrot (SrO) und hellgrün (BaO). Bei Verwendung von Schwefelsäure > 95 % ist die Chemolumineszenz nicht besonders gut sichtbar.

Reaktionsgleichung

Abb. 1 – Reaktion der Oxide mit Oleum bzw. Schwefelsäure.

Abb. 2 – Reaktion der Oxide mit dem Schwefeltrioxid (SO3) im Oleum. — Abb. 2 – Reaktion der Oxide mit dem Schwefeltrioxid (SO₃) im Oleum.

Das Institut für Festkörperelektronik der TU Dresden hat mit einer Thermokamera die Temperaturentwicklung verfolgt. Die gemessene Höchsttemperatur betrug 270 °C. Die Reaktion erfolgt also weit unterhalb der Glühtemperatur. Was diese Chemolumineszenz letztendlich auslöst ist bisher nicht bekannt! Schon B. Dizé (1800) [2] und M. Trautz (1905) [3] haben über diese Chemolumineszenz berichtet.

Medien

Quellenangaben

[1]

S. Albrecht, H. Brandl und T. Zimmermann. Anorganische Chemilumineszenz. Traditionelle Experimente in neuem Licht. Chem. unserer Zeit 2008, 42 (6), 394–400. DOI: 10.1002/ciuz.200800460

[2]

B. Dizé. Die Wärme als Ursach des Leuchtens nach chemischen Erfahrungen betrachtet. Ann. Phys. 1800, 4 (4), 410–418.
DOI: 10.1002/andp.18000040405

[3]

M. T. Trautz. Studien über Chemilumineszenz. Z. Phys. Chem. 1905, 53U (1), 1–99. DOI: 10.1515/zpch-1905-5302

[4]

R. Arendt. Darstellung von Oxysalzen durch Einwirkung von Oxysäuren auf Oxybasen. In: Technik der Experimentalchemie, 2. Auflage, Leopold Voss: Leipzig, 1892, 470–474. https://archive.org/details/technikderexper00arengoog [03.06.2015]

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