In einem elektrischen Feld wandern Ionen zu ihren jeweils gegenteiliggeladenen Polen. Kationen (positiv) wandern Richtung Minuspol (Kathode), Anionen (negativ) zum Pluspol (Anode). Durch Verwendung farbiger ionischer Verbindungen kann diese Wanderung sichtbar gemacht werden.
Verwendete Chemikalien
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Gefahr |
0.02 g Kaliumpermanganat, KMnO4, 158.03 g/mol, CAS-Nr.: 7722-64-7, EG-Nr.: 231-760-3 Kaliumoxido(trioxo)mangan (IUPAC), Permangansäure Kaliumsalz |
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0.2 g Natriumalginat, C6H9NaO7, 216.12 g/mol, CAS-Nr.: 9005-38-3, EG-Nr.: 618-415-6 Natrium-3,4,5,6-tetrahydroxyoxan-2-carboxylat (IUPAC), Algin, E401 |
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Achtung |
1.0 g Calciumchlorid (gekörnt), CaCl2, 110.99 g/mol, CAS-Nr.: 10043-52-4, EG-Nr.: 233-140-8 Calciumdichlorid (IUPAC), Chlorcalcium, Kalziumchlorid, Kalziumdichlorid Eye Irrit. 2, WGK 1 |
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Gefahr |
0.1 g Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat, FeCl3 · 6 H2O, 270.33 g/mol, CAS-Nr.: 10025-77-1, EG-Nr.: 231-729-4 Ferrichlorid-Hexahydrat |
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Achtung |
0.5 mL Schwefelsäure 10 %, H2SO4, 98.08 g/mol, CAS-Nr.: 7664-93-9, EG-Nr.: 231-639-5 Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure, E 513, Vitriolöl (veraltet) |
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Gefahr |
2 mg Kaliumthiocyanat, KSCN, 97.18 g/mol, CAS-Nr.: 333-20-0, EG-Nr.: 206-370-1 Kaliumrhodanid, Kaliumsulfocyanid |
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2 Tropfen Pyranin (Highlighter Ink von Pelikan M205 Duo), C16H7Na3O10S3, 524.39 g/mol, CAS-Nr.: 6358-69-6, EG-Nr.: 228-783-6 Trinatrium-8-hydroxypyren-1,3,6-trisulfonat (IUPAC), 8-Hydroxy-1,3,6-pyrentrisulfonsäuretrinatriumsalz, C.I. Solvent Green 7, C.I. 59040, HOPSA, HPTS |
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Gefahr |
1 Spatelspitze Rhodamin 6G, C28H31N2O3Cl, 479.01 g/mol, CAS-Nr.: 989-38-8, EG-Nr.: 213-584-9 Ethyl-2-[(3Z)-6-(ethylamino)-3-(ethylimino)-2,7-dimethyl-3H-xanthen-9-yl]benzoathydrochlorid (IUPAC), Basic Red I |
Verwendete Geräte, Versuchsaufbau
Magnetrührer mit Heizfunktion und kleine Magnetrührfische, 50-mL-Becherglas, 100-mL-Becherglas, 1-mL-Tropfpipetten, 5-mL-Tropfpipette, Teesieb (fein), Pinzette, UV-Lampe (λ = 400 nm, z. B. Lumartec™ NC-5997-675), 10-mL-Rollrandgläschen oder kleine Bechergläser, Küchenrolle, Waage, Wägeschälchen, Glasstab, Spatel, Stativ, jeweils zwei Muffen und Klemmen, Spannungsquelle (30 V, DC), zwei Kohleelektroden, zwei Kabel, kleines Plastik oder Glasgefäß (Maße L × B × H: 10 cm × 3 cm × 1,5 cm)
Versuchsdurchführung
Herstellung der Natriumalginatlösung ≈ 1 %
In einem 50-mL-Becherglas werden 20 mL Leitungswasser vorgelegt und 0.2 g Natriumalginat unter Rühren und Erwärmen gelöst.
Herstellung der Calciumchloridlösung ≈ 1 %
In einem 100-mL-Becherglas werden 100 mL dest. Wasser vorgelegt und 1.0 g Calciumchlorid unter Rühren gelöst.
Wanderung der Permanganat-Ionen
2 mL der Natriumalginatlösung 1 % wird in einem Rollrandglas vorgelegt und darin 0.02 g Kaliumpermanganat gelöst. In ein weiteres Rollrandglas wird 2 cm hoch Calciumchloridlösung 1 % eingefüllt und 5 Tropfen der Alginat-Permanganat-Mischung hinzugefügt. Die Lösung und die gebildeten lilafarbenen Alginatbällchen werden durch ein feines Teesieb gegossen, die Alginatbällchen mit Leitungswasser abgespült und das Teesieb auf ein Stück Küchenrolle gestellt.
Die zwei Kohleelektroden werden in einem Abstand von 5–6 cm im Versuchsgefäß angebracht und mit dem Plus- und Minuspol der Gleichstromquelle verbunden. Anschließend wird das Gefäß ca. 6–8 mm hoch mit Leitungswasser befüllt. Mit einer Pinzette wird ein Kaliumpermanganat-Alginatbällchen in die Mitte zwischen den Elektroden gelegt und eine Spannung von 30 Volt eingestellt. Nach einer Minute ist schon zu erkennen, dass sich das Wasser auf der Seite an der der Pluspol (Anode) liegt, deutlich lila färbt. Drei bis vier Minuten später zeigt sich ein lila Streifen. Nach einer Laufzeit von 10–12 Minuten ist der Bereich zum Pluspol lila gefärbt und das Alginatbällchen zeigt eine leichte bräunliche Färbung, verursacht durch Braunstein (MnO2). Auf der Seite des Minuspols (Kathode) bleibt das Wasser farblos (Abb. 1).
Wanderung eines Eisen(III)-Komplexes
In einem Rollrandglas werden 3 mL Leitungswasser vorgelegt und darin 0.1 g Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat gelöst. Nun werden insgesamt 5 einzelne Tropfen der Natriumalginatlösung 1 % zugefügt. Es bilden sich schwach gelbe und durchsichtige Alginatbällchen. Nach einer Wartezeit von 3 Minuten werden die Lösung und die gebildeten gelblichen Alginatbällchen durch ein feines Teesieb gegossen, die Alginatbällchen mit Leitungswasser abgespült und das Teesieb auf ein Stück Küchenrolle gestellt.
Die zwei Kohleelektroden werden in einem Abstand von 5–6 cm im Versuchsgefäß angebracht und mit dem Plus- und Minuspol der Gleichstromquelle verbunden. Anschließend wird das Gefäß mit 4–5 mL Leitungswasser befüllt. Es werden noch 2 Tropfen 10%ige Schwefelsäure und 2 mg Kaliumthiocyanat zugegeben und kurz durchmischt.
Mit einer Pinzette wird ein Eisen(III)-chlorid-Alginatbällchen in die Mitte zwischen den Elektroden gelegt und eine Spannung von 30 Volt eingestellt. Innerhalb Sekunden ist schon zu erkennen, dass sich das Alginatbällchen auf der Seite des Minuspols (Kathode) deutlich rötlich färbt. Wenige Minuten später zeigt sich eine Rotfärbung des Elektrolyts in Richtung Minuspol, die sich mit der Zeit immer weiter zum Minuspol bewegt (Abb. 2).
Wanderung fluoreszierender Moleküle
Herstellung der Pyraninlösung
2 mL Natriumalginatlösung 1 % werden in einem Rollrandglas vorgelegt und 2 Tropfen Highlighter Ink (Pelikan M205 Duo) zugegeben.
Herstellung der Rhodamin-6G-Lösung
2 mL Natriumalginatlösung 1 % wird in einem Rollrandglas vorgelegt. In einem weiteren Rollrandglas wird eine Spatelspitze Rhodamin 6G gegeben und in 1 mL Leitungswasser gelöst – schütteln oder rühren. Nun werden 0.25 mL dieser Lösung in die vorbereitete Alginatlösung getropft.
Der weitere Ablauf ist identisch wie bei den anderen Versuchen: Teesieb, abtropfen…
Durch Verwendung einer UV-Lampe kann die Ionenwanderung durch Fluoreszenz sehr schön beobachtet werden. Das grün fluoreszierende Pyranin wandert Richtung Pluspol (Abb. 3), orange fluoreszierendes Rhodamin 6G Richtung Minuspol (Abb. 4).
Reaktionsgleichungen
Quellenangaben
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