Einleitung
Durch die Kombination des Chlorwasserstoffspringbrunnens und einer Redoxreaktion zwischen Chlorat/Eisen(II) kann ein rot gefärbter Springbrunnen erzeugt werden.
Verwendete Chemikalien
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0.5 g Ammoniumeisen(II)-sulfat-Hexahydrat, (NH4)2Fe(SO4)2 · 6 H2O – 392.14 g/mol Mohrsches Salz CAS-Nr.: 7783-85-9 – EG-Nr.: 233-151-8 WGK 1 Sigma-Aldrich, 203505, SDB vom 27.03.2021 |
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Gefahr |
2 g Kaliumchlorat, KClO3 – 122.55 g/mol CAS-Nr.: 3811-04-9 – EG-Nr.: 223-289-7 Ox. Sol. 1, Acute Tox. 4 (oral, inhalativ), Aquatic Chronic 2, WGK 2 H271 Kann Brand oder Explosion verursachen; starkes Oxidationsmittel. H302 + H332 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken oder Einatmen. H411 Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P220 Von Kleidung und anderen brennbaren Materialien fernhalten. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P301 + P312 BEI VERSCHLUCKEN: 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. Sigma-Aldrich, 255572, SDB vom 30.04.2021 |
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Gefahr |
2 g 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, 105125, SDB vom 07.06.2021 |
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Gefahr |
75 mL Salzsäure 37 %, HCl – 36.46 g/mol Salzsäure rauchend, Chlorwasserstoff-Lösung CAS-Nr.: 7647-01-0 – EG-Nr.: 231-595-7 Met. Corr. 1, Skin Corr. 1B, Eye Dam. 1, STOT SE 3 (Atmungssystem), WGK 1 H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335 Kann die Atemwege reizen. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. 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. 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, 339253, SDB vom 28.09.2021 |
Produkte
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Gefahr |
Chlorwasserstoff, HCl – 36.46 g/mol Hydrogenchlorid (IUPAC), Wasserstoffchlorid, Chloran CAS-Nr.: 7647-01-0 – EG-Nr.: 231-595-7 Press. Gas (Comp.), Acute Tox. 3 (inhalativ), Skin Corr. 1A, WGK 1 H280 Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H331 Giftig bei Einatmen. P260 Gas nicht einatmen. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301 + P330 + P331 BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P311 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. 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, 295426, SDB vom 05.04.2020 |
Verwendete Geräte, Versuchsaufbau
2 × 250 mL-Rundkolben, 2 durchbohrte Stopfen, Glasrohr (Länge ca. 3–5 cm), Tropfpipette (Glas) oder ca. 10 cm langes Glasrohr mit ausgezogener Spitze, Kristallisierschale (ca. 500 mL, Ø ca. 11 cm, Höhe ca. 6 cm), Schlauch (Länge ca. 30 cm), Heizplatte mit Rührfunktion, Rührfisch, Thermometer, Stativmaterial
Versuchsdurchführung
Lösung für die Kristallisierschale
In 400 mL Wasser werden 0.5 g Ammoniumeisen(II)-sulfat-Hexahydrat, 2 g Kaliumchlorat und 2 g Kaliumthiocyanat gelöst. Unter Verwendung eines Heizrührers wird die Lösung auf ca. 50 °C temperiert.
Herstellung von Chlorwasserstoff
75 mL Salzsäure 37 % wird in einen Rundkolben gegeben und einige Siedesteinchen hinzugefügt. Mit einem durchbohrten Stopfen mit eingeführtem Glasrohr wird der Rundkolben verschlossen und ein Schlauch über das Glasrohr angebracht. Das Ende des Schlauchs führt in einen zweiten Rundkolben und sollte sich kurz über dem Boden befinden. Durch Erhitzen der Salzsäure wird der Chlorwasserstoff ausgetrieben und der zweite Kolben befüllt (Apparatur).
Dem Rundkolben, welcher mit Chlorwasserstoff gefüllt ist, wird ein durchbohrter Stopfen mit eingeführter Tropfpipette eingesetzt – die Spitze der Tropfpipette muss in den Rundkolben ragen.
Der Kolben wird auf den Kopf gedreht und das andere Ende der Tropfpipette in die Lösung der Kristallisierschale getaucht. Mit Stativmaterial wird der Kolben in dieser Position fixiert (Apparatur).
Reaktionsgleichung
Durch das Einströmen in den mit Chlorwasserstoff gefüllten Kolben erfolgt eine Reaktion, wegen des stark vom pH-Wert (sinkt) abhängigen Redoxpotentials von ClO3− und Fe2+.
Reduktion von Chlorat zu Chlorid:
ClO3− + 6 H3O+ + 6 e− → Cl− + 9 H2O; E0 = +1.45 V
Oxidation von Eisen(II) zu Eisen(III):
Fe2+ → Fe3+ + e−; E0 = +0.77 V
Die entstandenen Eisen(III)-Ionen bilden zusammen mit Wasser und Thiocyanat-Ionen (SCN−) rot gefärbte Komplexe. Die Zusammensetzung ist nicht einheitlich. Als Beispiel sei der neutrale Komplex von Triaquatrithiocyanatoeisen(III) [Fe(SCN)3(H2O)3] erwähnt.
Medien
![Abb. 1 – Reaktion von Chlorat- und Eisen(II)-Ionen mit Komplexierung als Springbrunnenversuch [1].](/images/experimente/redoxspringbrunnen_mit_chlorat_und_eisen_ii/redoxspringbrunnen_mit_chlorat_und_eisen_ii.jpg "Abb. 1 – Reaktion von Chlorat- und Eisen(II)-Ionen mit Komplexierung als Springbrunnenversuch [1].")
Quellenangaben
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