Einleitung

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

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie

GHS07 – Ausrufezeichen

Achtung

1.1 mg Methylenblau, C16H18ClN3S · x H2O – 319.85 g/mol

3,7-Bis(dimethylamino)phenothiazin-5-iumchlorid (IUPAC), N,N,N′,N′-Tetramethylthioninchlorid, Methyl(en)thioniniumchlorid, C.I. 52015, C.I. Basic Blue 9

CAS-Nr.: 61-73-4 – EG-Nr.: 200-515-2

Acute Tox. 4 (oral), WGK 3

H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. P264 Nach Gebrauch exponierte Haut gründlich waschen. P270 Bei Gebrauch nicht essen, trinken oder rauchen. P301 + P312 + P330 BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. Mund ausspülen. P501 Inhalt/Behälter einer anerkannten Abfallentsorgungsanlage zuführen.

Sigma-Aldrich, M9140, SDB vom 24.09.2019

GHS02 – Flamme

GHS07 – Ausrufezeichen

Gefahr

1.74 g Natriumdithionit, Na2S2O4 – 174.11 g/mol

Dinatriumdithionit (IUPAC), Natriumhydrosulfit, Natriumhypodisulfit

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

Self-heat. 1, Acute Tox. 4 (oral), Eye Irrit. 2, WGK 1

H251 Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten. H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H319 Verursacht schwere Augenreizung. P235 Kühl halten. P301 + P312 + P330 BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. Mund ausspülen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. EUH031 Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase.

Sigma-Aldrich, 157953, SDB vom 06.11.2019

 

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]

Abb. 1 – Redox-Reaktion des Methylenblaus.
Abb. 1 – Redox-Reaktion des Methylenblaus.

 

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. 2 – dissipative Strukturmuster [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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