LK 13.2 Redoxreaktionen: Großtechnische Elektrolysen, Metalle als
9 Einfache Versuche mit geringerem Zeitaufwand
Komplexchemie Erläuterungen Versuch Nachweis von Eisen(III)-Ionen, Austausch
von Liganden, chemisches Gleichgewicht, Stabilitätsunterschiede
Nachweis mit Thiocyanat-Ionen 1.6 1.7.1 Nachweis von Titandioxid Nachweis mit
Wasserstoffpero-xid
2.13 Entstehung von Berliner Blau,
Eisenoxalat-Komplex Orientierendes Verfahren mit dem Overheadprojektor als Lichtquelle (lichtabhängige Re-aktion)
4.5
Der Einsatz der Komplexchemie dient hauptsächlich dem qualitativen Nachweis von Metall-Kationen der Elemente, welche in Verpackungsmaterialien vorkommen. Lediglich im Rah-men einer lichtinduzierten Reaktion dient die Entstehung von Berliner Blau als orientierender Nachweis einer von der Lichtdurchlässigkeit des Packstoffes abhängigen Redoxreaktion.
Bei den nachfolgend aufgeführten Redoxreaktionen liegt der Schwerpunkt auf der Bildung von Metall-Ionen aus den Packstoffen Aluminium, Eisen und Zinn. Eine Übersicht über aus-gewählte Experimente bietet die folgende Tab. 14.
Tabelle 14: Einfach durchzuführende Experimente zum Thema „Redoxreaktionen“
Redoxreaktionen Erläuterungen Versuch
Aluminium-Sauerstoff-Element Spannungsreihe 1.4.2,
1.4.3 Zersetzung von Aluminium oder Eisen mit
Säure Entstehung von Metall-Ionen 1.1,
1.3.1 Korrosionsversuch (Lokalelement): Zinn
als Schutz für Eisen Teilweise verzinnter Eisennagel mit Agar in Petrischale
1.7.1 Reaktion von Aluminium mit Natronlauge Nachweis der entstehenden
A-luminium-Ionen mit Alizarin S
1.2.1 Reduzierende Wirkung der Zinn(II)-Ionen Nachweis der Zinn(II)-Ionen als
Molybdänblau
1.7.1 Reduktion von Eisen(III)-Ionen,
lichtab-hängig Nachweis der Eisen(II)-Ionen als
Berliner Blau
4.5 Spannungsreihe, Elektrolysespannung
Elektrolytische Abscheidung von Zinn aus
einer Weißblechdose Galvanotechnik, Überspannung
des Wasserstoffs
1.7.1 Anodische Oxidation von Eisen und
Alu-minium Zersetzungsspannung, Nachweis
der Kationen Projektionsversuch
1.4.1, 1.6 Nachweis von Sauerstoff
Farbstoff Methylenblau und
Reduktions-mittel Natriumdithionit Qualitativer bzw. orientierender Sauerstoffnachweis
4.1.1
Vom Themenbereich der Redoxreaktionen aus lässt sich ein Bezug zum chemischen Gleich-gewicht herstellen. Dies gelingt nicht zuletzt mit dem Experiment der elektrolytischen Raffi-nation von Zinn aus der Weißblechdose. Schließlich lässt sich im Rahmen eines Tests zur Sauerstoffdurchlässigkeit von Verpackungen der Farbstoff Methylenblau als korrespondie-rendes Redoxpaar erfassen.
Nachfolgend werden einige ausgewählte Säure-Base-Reaktionen aufgeführt (Tab. 15). Hierzu gehören Versuche, welche dem Nachweis der Monomere oder der Zersetzungsprodukte aus
Makromolekülen dienen. So setzt der Nachweis von Cellulose-Verbindungen eine saure Hyd-rolyse voraus. Andererseits lassen sich verschiedene Kunststoffsorten anhand unterschiedli-cher Säure-Base-Reaktionen ihrer durch thermische Zersetzung erhaltenen Verschwelungs-produkte identifizieren oder zumindest klassifizieren. Ferner lassen sich einfache Experimente durchführen, welche durch das Herauslösen von Substanzen aus Verpackungsmaterialien be-dingte pH-Änderungen erfassen. Dies bezieht sich auf das Herauslösen von Kohlenstoffdioxid aus PET, aber auch auf die Freisetzung von Hydroxid-Ionen und damit die alkalische Reakti-on vReakti-on NatrReakti-onkalkglas.
Tabelle 15: Versuche zu Säure-Base-Reaktionen in einfachen Experimenten
Säure-Base-Reaktionen Erläuterungen Versuche
Reaktion von Kohlenstoffdioxid mit Wasser oder einem Feststoff und Reak-tion mit Wasser, pH-Wert
pH-Wert-Änderung im umgebenden wäss-rigen Medium von Getränkeflaschen mit kohlensäurehaltigem Füllgut
Indikator Bromthymolblau 4.2.1 Hydrolytische Spaltung von Polymeren
Saure Hydrolyse von Cellophan Nachweis von regenerierter Cel-lulose mit Molisch Reagenz
2.8.1 Thermische Zersetzung von Polymeren
PE, PP, PS, PET, PA, PVC Pyrolysegase, pH-Wert 2.2
Glas: Protolysereaktionen mit Wasser Alkalische Reaktion einer
Glasgrießsus-pension von Natronkalkglas pH-Meter Indikator
3.2.2 Elektrische Leitfähigkeit einer
Glasgrieß-suspension Natronkalkglas, Freisetzung von
Ionen.
3.2.1
Zur Erschließung des Themas „Chemisches Gleichgewicht“ führen beispielsweise die zwei nachfolgend aufgeführten Experimente, welche trotz ihrer Einfachheit eine mehrtägige Ver-suchsdauer mit allerdings nur kurzen Phasen der Ergebnissicherung erfordern. Aus PET-Flaschen ausgetretenes Kohlenstoffdioxid lässt sich im Rahmen des Gleichgewichtes CO2 / HCO3– thematisieren. In die Gleichgewichtsbetrachtungen lässt sich der Umschlagsbereich des Indikators mit einbeziehen. Direkt zum Löslichkeitsprodukt wiederum führt das in den Wänden von ehemals mit kohlensaurem Mineralwasser befüllten PET-Flaschen gespeicherte Kohlenstoffdioxid. Wird das Innere dieser entleerten Flaschen mit Kalkwasser gefüllt, fällt Calciumcarbonat aus, da dessen Löslichkeitsprodukt überschritten wird (Tab. 16).
Tabelle 16: Versuche zum Chemischen Gleichgewicht in einfachen Experimenten
Das chemische Gleichgewicht Erläuterungen Versuche
Fällungsreaktion, Löslichkeitsprodukt Kohlenstoffdioxid-Nachweis in den
Wän-den von PET-Flaschen Qualitativer Nachweis mit Kalk-wasser
4.2.5 Durchlässigkeit für Kohlenstoffdioxid
pH-Wert-Änderung im umgebenden wäss-rigen Medium von Getränkeflaschen mit kohlensäurehaltigem Füllgut
Indikator Bromthymolblau 4.2.1
Viele Packstoffe bieten die Möglichkeit zur Erschließung von Eigenschaftskombinationen und damit zur Identifizierung verschiedener makromolekularer Verbindungen. In diesem Rah-men bietet es sich an, auch die Hilfsstoffe in makromolekularen Verbindungen zu untersu-chen. Eine Übersicht dazu bietet die folgende Tab. 17.
Tabelle 17: Einfache Experimente zum Thema „Makromoleküle/Monomere“. Der Schwerpunkt liegt auf einfa-chen Nachweisreaktionen.
Kohlenstoffchemie/Makromoleküle Erläuterungen Versuche Nachweisreaktionen
PE, PP, PS, PET Dichte
Schmelzbereich Brennverhalten Pyrolysegase
Angreifbarkeit durch Aceton Löslichkeit in Toluol
Strukturformeln
2.2, 2.3, 2.7, 2.12.3
PA-6 Alkalische Pyrolysedämpfe
Anfärbbarkeit mit Azofarbstof-fen (SäurefarbstofAzofarbstof-fen)
Nachweis von Polyamid in einer Mehrschichtfolie durch Ablösen mit Salzsäure
2.5.1, 2.5.2, 2.5.3
PC Nachweis mit
Dimethylamino-benzaldehyd
2.4.1
PVC,PVDC Beilstein-Probe 2.10.1,
2.10.2 Cellophan bzw. Cellulose Nachweis von Glucose als
Hydroxymethylfurfural mit Mo-lisch Reagenz
2.7, 2.8.1,
EVOH Nichtlöslichkeit in Toluol
Schmelzbereich FTIR-Spektroskopie
2.6
Epoxidharz (Getränkedose,
Innenbeschich-tung) Nachweis von Bisphenol A 2.9
Pigmente
Titandioxid Nachweis mit
Wasserstoffpero-xid
2.13 Migrierfähige Substanzen
PVC mit Weichmacher Herauslösen verschiedener
Weichmachersubstanzen
2.10.2, 2.10.3
Cellophan Herauslösen eines
wasserlösli-chen roten Farbstoffes
2.12.2
Die nachfolgende Auflistung von Experimenten bezieht sich auf die Durchlässigkeit ver-schiedener Materialien für gasförmige Permeanten und für Licht. Zwischen der Barrierewirk-samkeit der Materialien und ihrer Struktur lassen sich Zusammenhänge herstellen. Dadurch wiederum lässt sich die gezielte Auswahl bestimmter Packstoffe nachvollziehen (Tab. 18).
Tabelle 18: Die Barrierewirkung bzw. Durchlässigkeit verschiedener Materialien für die gasförmigen Permean-ten Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf sowie für Licht kann in relativ einfachen Versuchen er-schlossen werden.
Durchlässigkeit/Barrierefunktion ver-schiedener Materialien
Erläuterungen Versuche
Sauerstoff Herstellung einer
sauerstofffrei-en Schutzgasatmosphäre, Über-prüfung mit reduziertem Methy-lenblau
4.1.1
Kohlenstoffdioxid pH-Änderung (Indikator
Bromthymolblau)
4.2.1,
Wasserdampf Gravimetrische Bestimmung
(Schraubdeckelglas mit einge-spannter Folie, Sicapent), Polari-tät des Folienmaterials
4.3
Licht Lichtinduzierte Redoxreaktion,
Reduktion von Eisen(III)-Ionen zu Eisen(II)-Ionen; Nachweis als Berliner Blau
4.5
Als Eigenschaften, welche ebenfalls nicht direkt mit einer chemischen Reaktion einhergehen, sind mechanische und thermische Eigenschaften verschiedener Materialien zu nennen, wie sie in nachfolgender Tab. 19 aufgeführt sind.
Tabelle 19: Eine Übersicht zu einfachen Experimenten zu mechanischen und thermischen Eigenschaften von Kunststoffen, Metall und Glas
Eigenschaften verschiedener Materia-lien
Erläuterungen Versuche
Mechanische Eigenschaften Elastizität
Nachweis von Polyamid in einer Mehrschichtfolie durch Ablösen mit Salzsäure – Vergleich mit Polyethylen
PVC mit und ohne Weichmacher
2.5.3, 2.10.2, 2.14
Thermische Eigenschaften
Kunststoffe Schrumpffolie (Entropie)
Thermische Stabilität verschie-dener Thermoplaste
2.2, 2.16.1, 2.16.2
Metalle Schmelzen von Aluminium im
Mikrowellenofen
1.5
Glas Schmelzen von Flaschenglas im
Mikrowellenofen
3.3