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
Chemikalie
Gefahr
0.02 g Kaliumpermanganat, KMnO4 – 158.03 g/mol
Kaliumoxido(trioxo)mangan (IUPAC), Permangansäure Kaliumsalz
CAS-Nr.: 7722-64-7 – EG-Nr.: 231-760-3 Ox. Sol. 2, Acute Tox. 4 (oral), Skin Corr. 1, Eye Dam. 1, Repr. 2, STOT RE 2 (Gehirn), Aquatic Acute/Chronic 1, WGK 3
H272 Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H361d Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen. H373 Kann die Organe schädigen (Gehirn) bei längerer oder wiederholter Exposition durch Einatmen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P260 Staub nicht einatmen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. 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, 223468, SDB vom 05.03.2024
1.0 g Calciumchlorid (gekörnt), CaCl2 – 110.99 g/mol
Calciumdichlorid (IUPAC), Chlorcalcium, Kalziumchlorid, Kalziumdichlorid
CAS-Nr.: 10043-52-4 – EG-Nr.: 233-140-8 Eye Irrit. 2, WGK 1
H319 Verursacht schwere Augenreizung. P264 Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P280 Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P337+P313 Bei anhaltender Augenreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen. Merck, 102378, SDB vom 15.02.2024
Gefahr
0.1 g Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat, FeCl3 · 6 H2O – 270.33 g/mol
Ferrichlorid-Hexahydrat
CAS-Nr.: 10025-77-1 – EG-Nr.: 231-729-4 Acute Tox. 4 (oral), Skin Irrit. 2, Eye Dam. 1, WGK 1
H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H315 Verursacht Hautreizungen. H318 Verursacht schwere Augenschäden. P264 Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P280 Schutzhandschuhe/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P312 BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. 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. P332+P313 Bei Hautreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen. Merck, 103943, SDB vom 15.02.2024
Achtung
0.5 mL Schwefelsäure 10 %, 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 Irrit. 2, Eye Irrit. 2, WGK 1
H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P264 Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P280 Schutzhandschuhe/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. 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. P332+P313 Bei Hautreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen. Merck, 480704, SDB vom 29.02.2024
Gefahr
2 mg Kaliumthiocyanat, KSCN – 97.18 g/mol
Kaliumrhodanid, Kaliumsulfocyanid
CAS-Nr.: 333-20-0 – EG-Nr.: 206-370-1 Acute Tox. 4 (oral, dermal, inhalativ), Eye Dam. 1, Aquatic Chronic 3, WGK 1
H302+H312+H332 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken, Hautkontakt oder Einatmen. H318 Verursacht schwere Augenschäden. H412 Schädlich für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P312 BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P302+P352+P312 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser waschen. Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P304+P340+P312 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Bei Unwohlsein 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. EUH032 Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase. Merck, 105124, SDB vom 14.03.2024
Ethyl-2-[(3Z)-6-(ethylamino)-3-(ethylimino)-2,7-dimethyl-3H-xanthen-9-yl]benzoathydrochlorid (IUPAC), Basic Red I
CAS-Nr.: 989-38-8 – EG-Nr.: 213-584-9 Acute Tox. 3 (oral), Eye Dam. 1, Skin Sens. 1, Aquatic Acute/Chronic 1, WGK 3
H301 Giftig bei Verschlucken. H317 Kann allergische Hautreaktionen verursachen. H318 Verursacht schwere Augenschäden. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280 Schutzhandschuhe/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P310 BEI VERSCHLUCKEN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. 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, 252433, SDB vom 15.04.2023
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).
Abb. 1: Nach ca. 8–10 Minuten ist das Alginatbällchen entfärbt und die Lösung Richtung Pluspol lilafarben.
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 durchsichtigeAlginatbällchen. 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).
Die Menge des zugesetzten Kaliumthiocyanats spielt eine wichtige Rolle. Ist die Menge zu groß, bilden sich negativ geladene Komplex-Ionen und die Wanderung wird uneinheitlich (Abb. 5).
Abb. 2: Rotfärbung des Elektrolyts durch Wanderung der gebildeten Eisen(III)-thiocyanat-Komplexe in Richtung Minuspol.
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).
Abb. 3: Pyranin-Ionen (Anionen) wandern in Richtung Pluspol. Oben: Versuchsbeginn; unten: nach 8–10 Minuten
Abb. 4: Rhodamin-6G-Ionen (Kationen) wandern in Richtung Minuspol. Oben: Versuchsbeginn; unten: nach 8–10 Minuten
Reaktionsgleichungen
Abb. 5: Eisen(III)-Komplexe mit Wasser und/oder Thiocyanat-Ionen.
Abb. 6: Pyranin (links) und Rhodamin 6G (rechts).
Quellenangaben
[1]
M. Ducci. Die Ionenwanderung – Innovative Low-Cost-Experimente. CHEMKON2025,32 (1), 29–32. doi: 10.1007/978-3-642-28436-6
[2]
P. Haupt und H. Möllencamp. Ionenwanderung sichtbar machen, 2000. https://www.chemieexperimente.de/_pdf/09_04_ionenwanderung.pdf [19.09.2025] (Link )
[3]
D. Wiechoczek. Versuch: Ionenwanderung auf einer Glasplatte. Prof. Blumes Medienangebot,2015. https://www.chemieunterricht.de/dc2/echemie/ionwan2v.htm [19.09.2025] (Link )
[4]
M. Ducci. Redox Reactions in Sodium Alginate Beads. World. J. Chem. Educ.2019,7 (2), 40–44. doi: 10.12691/wjce-7-2-2
