Einleitung
Bei diesem Versuch wird eine Katalyse von Aceton oder von Ammoniak an einer Kupferoberfläche durchgeführt.
Verwendete Chemikalien
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Gefahr |
20 mL Aceton, C3H6O – 58.07 g/mol Propan-2-on (IUPAC), 2-Propanon, Propanon, Dimethylketon CAS-Nr.: 67-64-1 – EG-Nr.: 200-662-2 Flam. Liq. 2, Eye Irrit. 2, STOT SE 3 (Zentralnervensystem), WGK 1 H225 Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H336 Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. 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. EUH066 Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen. Merck, 100014, SDB vom 07.06.2021 |
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Gefahr |
20 mL Ammoniaklösung 25 %, NH4OH – 35.05 g/mol Ammoniumhydroxid (IUPAC), Ammoniakwasser, Salmiakgeist CAS-Nr.: 1336-21-6 – EG-Nr.: 215-647-6 Skin Corr. 1B, Eye Dam. 1, STOT SE 3 (Atmungssystem), Aquatic Acute 1, Aquatic Chronic 2, WGK 2 H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335 Kann die Atemwege reizen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271 Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. 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. Merck, 105428, SDB vom 07.06.2021 |
Verwendete Geräte, Versuchsaufbau
Bunsenbrenner, Dreibein mit Drahtnetz, Heizplatte, kleines Becherglas oder Erlenmeyerkolben, Eisendraht, Kupferdraht oder verkupfertes Geldstück, Metallplatte, Thermometer, Eisendraht
Versuchsdurchführung
Ein Kupferstück oder eine verkupferte Münze wird an einem Eisendraht befestigt. In ein kleines Becherglas wird so viel Aceton oder Ammoniaklösung 25 % eingefüllt, bis die Flüssigkeit eine Höhe von ca. 1 cm hat. Das befüllte Becherglas wird auf eine Metallplatte gestellt, die zur Wärmeableitung dient.
Falls 25%ige Ammoniaklösung eingesetzt wird, erwärmt man das Gefäß auf einer Heizplatte zunächst auf 40 °C und dann langsam weiter auf 80 °C, damit das Ammoniak kontinuierlich aus der Lösung ausgast.
Mit dem Brenner wird nun das befestigte Kupferstück auf Rotglut erhitzt und zügig in das Becherglas gehängt. Das untere Ende des Kupferstückes sollte sich dann ca. 5 mm über der Flüssigkeit befinden.
Es ist nicht auszuschließen, dass sich Acetondämpfe entzünden. Entsprechende Vorkehrungen treffen!
Nachdem das heiße Kupferstück in das Becherglas gehängt wurde, glüht es an einigen Stellen rhythmisch auf, ohne dass sich das Aceton bzw. die Ammoniakdämpfe entzünden. Durch Zufächeln von Luft oder das Hoch- und Runterbewegen des Kupferstücks kann das Glühen verstärkt werden. Es hält fast bis zur vollständigen Verdunstung des Acetons an (bei 20 mL ca. 10–15 Minuten) und im Falle von Ammoniak so lange, bis der Großteil des Gases aus der Lösung ausgetrieben wurde (bei 20 mL ca. 3–5 Minuten). Das Gefäß heizt sich während des Versuchs auf und muss nachher noch abkühlen gelassen werden.
Reaktionsgleichung
Es werden diverse Nebenprodukte gebildet, wie z. B. Ketene, Methan und einfache organische Säuren. Das entstehende Aldehyd (Acetaldehyd), macht sich durch seinen Geruch bemerkbar.
Es können Stickoxide (NOX) als Nebenprodukte gebildet werden, welche sich mit überschüssigem Ammoniak ggf. zu Ammoniumnitrat und -nitrit verbinden können. Weißer Rauch oder braune Dämpfe, welche auf diese Nebenreaktionen hindeuten würden, wurden hier aber nicht beobachtet.
Kupfer katalysiert die Oxidation von Aceton bzw. Ammoniak mit Luftsauerstoff. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von Wärme abgegeben und bringt das Kupfer zum Glühen. Durch unterschiedlich starke Zufuhr einer der beiden Reaktionspartner kommt es zu rhythmisch pulsierenden Glühzonen. Das schnelle Aufglühen scheint nur die Oberfläche der Kupferstücke zu betreffen, weil es fast ebenso schnell wieder abklingt. Die Wärme wird dann langsam an das darunterliegende Metall abgegeben. Mit einem Digitalthermometer wurden auf der Oberfläche einer 2-Cent-Münze bis zu 520 °C (Aceton) bzw. 605 °C (Ammoniak) gemessen. Die tatsächliche Temperatur liegt vermutlich aber 100 bis 300 °C darüber, was ungefähr mit der Glühfarbe übereinstimmen würde. Sehr dünne Kupferdrähte können sich angeblich bis zum Schmelzen erhitzen, was an dem großen Oberfläche/Volumen-Verhältnis liegt.
Medien
![Abb. 3 – Befestigung der Münze durch Blumendraht [1].](/images/experimente/die_gluehende_muenze/die_gluehende_muenze_01.jpg "Abb. 3 – Befestigung der Münze durch Blumendraht [1].")
![Abb. 4 – heiße Münze über dem Aceton. Dunkle Stellen sind oberflächlich oxidiert und leuchten im dunklen heller als der Rest [1].](/images/experimente/die_gluehende_muenze/die_gluehende_muenze_02.jpg "Abb. 4 – heiße Münze über dem Aceton. Dunkle Stellen sind oberflächlich oxidiert und leuchten im dunklen heller als der Rest [1].")
![Abb. 5 – in Dunkelheit aufgenommen - es wirkt hier heller als real. 1 Sekunde Belichtung mit ISO 400 [1].](/images/experimente/die_gluehende_muenze/die_gluehende_muenze_03.jpg "Abb. 5 – in Dunkelheit aufgenommen - es wirkt hier heller als real. 1 Sekunde Belichtung mit ISO 400 [1].")
![Abb. 7 – nach dem Experiment ist die Münze schwarz, da sie nach der Entnahme aus dem Acetondampf noch kurz weiterglüht und an der Luft oxidiert [1].](/images/experimente/die_gluehende_muenze/die_gluehende_muenze_05.jpg "Abb. 7 – nach dem Experiment ist die Münze schwarz, da sie nach der Entnahme aus dem Acetondampf noch kurz weiterglüht und an der Luft oxidiert [1].")
![Abb. 8 – nach kurzer HCl-Behandlung sieht die Münze fast wie neu aus. Katalysatoren kosten Geld (hier 2 Cent). Man kann sie nach der Reaktion wieder unverändert wiedergewinnen [1].](/images/experimente/die_gluehende_muenze/die_gluehende_muenze_06.jpg "Abb. 8 – nach kurzer HCl-Behandlung sieht die Münze fast wie neu aus. Katalysatoren kosten Geld (hier 2 Cent). Man kann sie nach der Reaktion wieder unverändert wiedergewinnen [1].")
Quellenangaben
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