Die Chemie des

Übungen im Experimentalvortrag:

Die Chemie des

Gehalten von: Pia Yvonne Brandt

Philipps-Universität Marburg Fachbereich Chemie

3

MacGyver – ein kürzer Überblick

Zur Serie

 US-amerikanische Abenteuerserie

 139 Episoden/ 7 Staffeln

 Erstausstrahlung 1985

 Letzte Ausstrahlung 10.08.-30.12.2005

Zur Hauptperson

 Studium der Chemie und Physik

 Special Agent der Phoenix Foundation

 Aufgabenbereiche

 Hilfsmittel Zitat

4

Y o u d o n ` t n e e d a w e a p o n w h e n y o u ` r e a r m e d

w i t h i m a g i n a t i o n

M a c G y v e r

5

Inhaltsverzeichnis

1. Geheimtinte

2. Hausgemachter Feuerlöscher 3. Chemical fog

4. Bau eines Sprengsatzes

5. „Primitivbatterie“ zu Zeiten Arthurs 6. a) Vanadium-Nachweis

b) Elektrolyse

7. Kenntlichmachung eines Laserstrahls

6

1.Geheimtinte

Demonstration 1

Das hier verwendete Titelblatt Aus „Super Science with

MacGyver“ konnte hier nicht veröffentlicht werden.

Näheres siehe Ausarbeitung [3]

Sympathetische Tinte

konzeption- text.biz.html

• sympathisch von griech. Sympatheia = Zuneigung

• Nutzung bereits 50 n. Chr. (aus der Thithymallus- Pflanze)

• sehr beliebt im 17. bis Anfang des 19. Jh.

• Verwendung: Übermittlung geheimer Botschaften

• nicht sichtbar oder verändert nach einiger Zeit ihre Eigenschaften

8

2. Hausgemachter Feuerlöscher

Versuch 1

9

2. Reaktion von Säuren und Salzen

(Klasse 10.3.1)

) ( 3 2

) ( )

( )

(

3 s H C l a q N a C l a q H C O a q

N a H C O   

0, 7 )

( H C l  

p K _S p K _S ( H ₂ C O ₃ )  6 ,3 5

Säurestärken:

HA A O

H

S c

c K c ^  ^

 ³ O

H

HA  ₂ H₃O^  A^ pKS  lg KS

2.1

2.2 H2CO3(aq) CO_2(g)  H₂O

10

3. Chemical fog Versuch 2

11

3. Chemical fog

O H N a C l

N H N a O H

C l

N H _{4 ( s )}  _{( a q )}  _{3 ( g )}  _{( s )}  ₂ 3.1 Vorreaktionen:

) ( )

( 4 4

) ( 4 2

) (

4Cl s H SO aq NH HSO s HCl g

NH   

12

3.2 Gleichgewicht einer Säure- Base-Reaktion

(Klasse 10.3.1)

fog - smoke

S₂-B₁-Addukt S₁

B₂

) 2 (

) 1 (

S S

K

K  K pK  pK_S (1)  pK_S (2) Gleichgewichtskonstante

) ( )

(

3 g HCl g

NH 

25 ,

16

 pK

) ( 4Cl s

NH

13

3.3 Aggregatzustände

(Klasse 8.1)

Nebel

flüssig/gasförmig

Heterogene Gemische

Rauch

fest/gasförmig

AEROSOL

14

4. Bau eines Sprengsatzes-

oder die Reaktion eines unedlen Metalls mit Wasser (Versuch 3)

(Klasse 11.1)

4.1 Reaktionsmechanismus

Normalpotential Natrium Normalpotential Wasser Potentialdifferenz

 = -2,713 V

 = -0,828 V

ΔE = 1,885 V

kJ H

H OH

Na O

H

Na _s 2 _aq 2 _aq 2 _{aq g} 285,5 2 _{( )}  _{2 ( )}  ₍^ ₎  ₍^ ₎  _{2( )}  ^  

kJ H

O H O

H _{g g} 2 _g 241,98

2 _{2( )}  _{2( )} ^ _{2 ( )}  ^  

0 +I -II +I -II +I 0

0 ₀ +I -II

15

4. Anwendung der Reaktion Natrium mit Wasser

Versuch 3

16

5. „Primitivbatterie“ zu Zeiten Arthurs

Versuch 4

17

5.1 Das Daniell-Element

(Klasse 10.1.)

Halbzellreaktionen

Summe beider Zellreaktionen:

Reduktion:

Oxidation:

+II 0

0 +II

Gesamtreaktion

V E

E E

E _{Kathode Anode}

1 ,

1









+II 0 0 +IICu₍²_aq₎  Zn_(s)  Cu_(s)  Zn₍²_aq ₎

V Zn

Zn E

e Zn

Zn

V Cu

Cu E

Cu e

Cu

aq s

s aq

76 , 0 )

/ ( 2

34 , 0 )

/ ( 2

2 2

) ( )

(

2 )

( 2

) (

































18

5.2 Nernstsche Gleichung

(Jg. 13.2 Elektrochemie Wahlthema)

allgemein:

für Daniell-Element:

) (

) ln (

) 2 /

( )

/ (

) (

ln 1 ) 2

/ (

) (

ln 1 ) 2

/ (

ln

2 2 2

2

2 2

2 2





















































Cu a

Zn a F

Zn RT Zn

E Cu

Cu E

E

E E

E

Zn a F

Zn RT Zn

E E

Cu a F

Cu RT Cu

E E

zF Q E RT

E

Anode Kathode

Anode Kathode

19

6. a) Farben der Komplexe des

Vanadiums Versuch 5

6. b) Elektrolyse Versuch 6

6a) 1. Oxidationsstufen des Vanadiums

O H V O

U O

K ( ₂ ) ( ) ₄ 1 5. ₂

] [

) , (

) ,

( A l V ₂ O H F ₂ A l S i₃O _{1 0} K

C l V O

P b ₅ ( ₄ ) ₃

Vorkommen:

Vanadinit Roscoelit Carnotit Vanadium:

Erstentdeckung 1802 Andrés Manuel del Rio Zweitentdeckung 1830 Niels Gabriel Sefström

Elementhäufigkeit: 0,013 (Gew.-% bezogen auf die Erdkruste)

21

6a) 2. Farbigkeiten der Komplexe

(Jg. 13.2 Wahlthema Komplexchemie)

22

6a) 3. Physiologisches

• essentiell für Menschen (täglich 1-2 mg), Tiere und Pflanzen

• längere Einnahme von überphysiologischen Mengen führt zu:

- grünschwarzer Verfärbung der Zunge - Asthma

- Übelkeit - Krämpfen

- evtl. Bewußtlosigkeit - (toxisch)

VANADISMUS

www.muez.de

23

6b) Elektrolyse

(Klasse 11.1. Redoxreaktionen der Elektrolyse)

Kathode (Eisenelektrode)

Anode (Graphitelektrode) Gesamtgleichung

6b).1 Reaktionsgleichungen



 

 _{3 ( ) ( )} 2H2 O H O _aq OH _aq

+I -I +I –II 0 0 +I -II +I







 )  ( )  2  2( ) 2( ) _{( )}  _{( )}

( 2 2 2 2

2Na aq Cl aq H O H g Cl g Na _aq OH _aq



  Cl  e

Cl _aq ^g 2 2 -I 0_{( )} ^{2( )}





 )   2( ) _{( )}

3O(aq 2e H g O H _aq

H+I –II 0 –II +I

24

6b) 2. Strukturen des Phenolphthaleins

(Klasse 10.3.1.)

C O O

O H

OH

COO O

O Na⁺ Na⁺

- -

Phthalid-Form Chinoide-Form

+2NaOH O H₂

2

25

7. Laser

Demonstration 2

7. Laser

(Physikalische Chemie)

LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung)

Stimulierte Emission:

Ein Photon induziert in einem angeregten Atom eine weitere Emission eines Photons

w w w . i r s . u n i - s t u t t g a r t . d e / l e h r e

27

• monochromatisch

• hohe räumliche Kohärenz

• kleine Strahlendivergenz

7.1 Eigenschaften eines Laserstrahls

28

7.2 Streuung am Laserstrahl

L a s e r