Durch die Reaktion von Neutralrot mit Natriumdithionit und nachträglicher Reaktion mit Sauerstoff bilden sich dreidimensionale Strukturen, die auf Konvektion beruhen.
Dinatriumdithionit (IUPAC), Natriumhydrosulfit, Natriumhypodisulfit CAS-Nr.: 7775-14-6 – EG-Nr.: 231-890-0 Self-heat. 1, Acute Tox. 4 (oral), Eye Irrit. 2, WGK 1 H251 Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten. H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H319 Verursacht schwere Augenreizung. P235 Kühl halten. P264 Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P312 BEI VERSCHLUCKEN: 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. P337+P313 Bei anhaltender Augenreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen. EUH031 Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase. Sigma-Aldrich, 157953, SDB vom 11.01.2024
Lösung 1: In einem 250-ml-Becherglas werden 1.74 g Natriumdithionit in 90 mL dest. Wasser gelöst und auf 100 mL aufgefüllt.
Lösung 2: In einem 50-ml-Becherglas werden 10 mg Neutralrot in 25 mL dest. Wasser gelöst.
Die Lösung 2 wird mit 17 mL der Lösung 1 versetzt, kurz gerührt und die Mischung in eine Petrischale gegeben.
Die rote Neutralrot-Lösung färbt sich nach Zugabe der Natriumdithionit-Lösung gelb-orange. Nach ein paar Minuten bilden sich rote Strukturen, welche voneinander abgegrenzt sind. Es zeigen sich Linien mit Verknüpfungspunkten. Die Muster werden als »stehend« wahrgenommen, da die Dynamik gering ist. Das Phänomen dieser geordneten, dynamischen, sich selbstorganisierenden Strukturen, welche sich fern dem thermodynamischen Gleichgewicht befinden, wird als dissipative (»zerstreuende«) Struktur bezeichnet.
Reaktionsgleichung [2a]
Abb. 1 – Redoxreaktion des Neutralrots.
Im alkalischen Milieu erfolgt die Oxidation des Dithionit-Ions gemäß der Gleichung: S2O42−(aq) + 4 OH −(aq) → 2 SO32−(aq) + 2 H2O + e− E0 = −1.12 V
Eine Verschiebung des pH-Werts in den saueren Bereich würde die reduzierende Wirkung der Dithionit-Lösung negativ beeinflussen: HS2O4−(aq) + 3 H2O → 2 H2SO3(aq) + 2 H3O+(aq) + 2 e− E0 = −0.07 V
Die hier verwendete neutrale Lösung (pH = 7) reicht völlig aus um das Redoxpotenzial (E0 = −0.29 V), für den Farbumschlag des Neutralrots, zu unterschreiten.
Eindiffundierender Sauerstoff ist in der Lage, Neutralrot zu oxidieren. Das Redoxpotenzial bei pH 7 beträgt E0 = 0.81 V. O2(g) ⇌ O2(aq) O2(aq) + 2 H2O + 4 e− → 4 OH −(aq) E0 = 0.81 V (pH = 7)
Die räumlichen Strukturen können sich auf zwei Wegen bilden:
Durch fotochemische Reaktionen.
Durch Absorption eines Reaktionspartners an der Phasengrenze.
Es entsteht eine dünne Schicht, mit angereicherten Reaktionsprodukten nahe der Grenzschicht, welche in inhomogene Bereiche zerfällt. Es handelt sich um eine Strukturbildung durch Konvektion, wird diese unterbunden (gelartiges Medium), bleibt eine Musterbildung aus [2b].
Medien
Quellenangaben
[1]
H. Kunz, S. Wähler, M. Ducci und M. Oetken. Das mephistophelische Entropiekonzept – Ein Vorschlag für die Einbindung strukturbildender Prozesse in den Chemieunterricht. CHEMKON2000,7 (4), 185–192. DOI: 10.1002/ckon.20000070405
[2]
a.) H. Kunz. Prinzipien der Selbstorganisation: Untersuchungen zu Strukturbildenden Prozessen und Entwicklung einer experimentellen Konzeption zur Einbindung dieser Thematik in einen zeitgemäßen Chemieunterricht. Dissertation. Universität: Oldenburg, 2001, 73–75. https://oops.uni-oldenburg.de/328/ [29.03.2018]
b.) H. Kunz. Prinzipien der Selbstorganisation: Untersuchungen zu Strukturbildenden Prozessen und Entwicklung einer experimentellen Konzeption zur Einbindung dieser Thematik in einen zeitgemäßen Chemieunterricht. Dissertation. Universität: Oldenburg, 2001, 90–97. https://oops.uni-oldenburg.de/328/ [29.03.2018]
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![Abb. 2 – Dissipative Strukturmuster mit Neutralrot [2a].](/images/experimente/dissipative_strukturbildung_mit_neutralrot/dissipative_strukturbildung_mit_neutralrot.jpg "Abb. 2 – Dissipative Strukturmuster mit Neutralrot [2a].")