Blitze unter Wasser

Details: Manfred Seidl; Veröffentlicht: 01. März 2006; Erstellt: 01. März 2006; Zuletzt aktualisiert: 08. November 2024; Zugriffe: 32413

In ein Reagenzglas, in dem sich mit Ethanol überschichtete konz. Schwefelsäure befindet, werden wenige Kristalle von Kaliumpermanganat zugegeben.

Verwendete Chemikalien

Chemikalie
Gefahr	max. 0.2 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
Gefahr	5 mL Ethanol 96 % (vergällt), C₂H₆O – 46.07 g/mol Alkohol, Weingeist, Ethylalkohol, Sprit CAS-Nr.: 64-17-5 – EG-Nr.: 200-578-6 Flam. Liq. 2, Eye Irrit. 2, WGK 1 H225 Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H319 Verursacht schwere Augenreizung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P233 Behälter dicht verschlossen halten. P240 Behälter und zu befüllende Anlage erden. P241 Explosionsgeschützte elektrische/Lüftungs-/Beleuchtungsgeräte verwenden. P242 Funkenarmes Werkzeug verwenden. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Merck, 100971, SDB vom 01.03.2024
Gefahr	5 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 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 05.03.2024

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Feuerfeste Unterlage, Standard Reagenzglas aus Duranglas, 50-ml-Becherglas, Pipette, Messzylinder, Stativ mit Muffe und Reagenzglashalter

Versuchsdurchführung

In einem Reagenzglas werden 5 mL konz. Schwefelsäure vorgelegt. Die konz. Schwefelsäure wird vorsichtig mit 5 mL Ethanol überschichtet; Reagenzglas schräg halten und das Ethanol langsam aus einer Pipette zulaufen lassen. Das Reagenzglas wird im Halter befestigt. Nun werden Kristalle von Kaliumpermanganat zugegeben. Am besten eignen sich hierfür kleine nadelförmige Kristalle.

Die Reaktion muss so weit fortgeführt werden, bis keine Blitze mehr auftreten! Wird dies nicht beachtet, besteht beim Ausgießen akute Brandgefahr!

Reaktionsgleichung

2 KMnO₄ + H₂SO₄ → Mn₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O
2 Mn₂O₇ + C₂H₅OH → 4 MnO₂↓ + 2 CO₂↑ + 3 H₂O

Beim Zerfall von Dimanganheptoxid tritt atomarer Sauerstoff [O] auf.

Zwischen der konzentrierten Schwefelsäure und dem Ethanol bildet sich eine Grenzschicht. Beide Flüssigkeiten vermischen sich nicht, da die konz. Schwefelsäure eine sehr viel höhere Dichte besitzt (ϱ(H₂SO₄) = 1.8 g/cm³), als das aufschwimmende Ethanol (ϱ = 0.8 g/cm³). Die Kristalle des Kaliumpermanganats reagieren mit der konz. Schwefelsäure zu grünlichem Dimanganheptoxid (Mn₂O₇). Dieses ist ein starkes Oxidationsmittel und zerfällt zu Mangandioxid (Braunstein; MnO₂) und atomaren Sauerstoff, welcher das Ethanol oxidiert, was mit Funkenerscheinungen (Blitzen) einhergeht. Nebenbei bilden sich Wasser und Kohlenstoffdioxid. Der Braunstein ist für die Braunfärbung an der Grenzschicht zwischen beiden Flüssigkeitsphasen verantwortlich! In diesem Experiment durchläuft das Mangan verschiedene Oxidationsstufen, wodurch sich im Verlauf der Reaktion verschiedene Verfärbungen ergeben.

Medien

Abb. 1 – Das Ethanol und die konz. Schwefelsäure bilden zwei Phasen.

Abb. 2 – Das Kaliumpermanganat ist an der Grenzschicht zu sehen.

Abb. 3 – An der Grenzschicht zeigen sich Feuererscheinungen.

Quellenangaben

[1]

F. Bukatsch, O. Krätz, G. Probeck und R. Schwankner. "Gewitter unter Wasser". In: So interessant ist Chemie, 2. Auflage, Aulis-Verlag Deubner: Köln, 1997, 88–89.

[2]

H. W. Roesky und K. Möckel. Blitze unter Wasser. In: Chemische Kabinettstücke, VCH Verlagsgesellschaft mbH: Weinheim, 1994, 33–34.

Showexperimente