Weihnachtsvorlesung 2020

Was sehe ich?

Sie sehen Spiritusbrenner, deren Flamme farbig brennt.

Warum sehe ich das?

In den Spiritusbrennern befindet sich Methanol, in welchem Natriumchlorid (gelbe Flamme), Lithiumnitrat (rote Flamme), Borsäure (grüne Flamme) oder Indiumchlorid (indigoblaue Flamme) gelöst würde. Durch die hohe Temperatur während der Reaktion des Methanols mit dem Sauerstoff der Luft (also der eigentlichen Verbrennung) werden die Außenelektronen der Metallkationen thermisch angeregt und geben beim Übergang in den Ausgangszustand die zuvor aufgenommene Energie in Form eines für das jeweilige Element charakteristisch gefärbten Lichts wieder ab. Borsäuretrimethylester bildet sich aus der Borsäure und dem Methanol verbrennt mit grüner Flamme.

\begin{align} 2 CH_3OH + 3 O_2 &\rightarrow 2 CO_2 + 4 H_2O + \Delta T (mit~ \Delta T = Wärme)\\ NaCl + \Delta T &\rightarrow Na\cdot + Cl\cdot\\ InCl_3 + \Delta T &\rightarrow In\cdot + 3 Cl\cdot\\ 2 LiNO_3 + \Delta T &\rightarrow 2 Li\cdot + 2 NO_2 + O_2\\ M\cdot + \Delta T &\rightarrow M\cdot ^* \rightarrow M\cdot + h\cdot \nu \\ (mit~M = Metall, & ^* = angeregter~Zustand~und~h\cdot \nu = Licht)\\ B(OH)_3­ + CH_3OH &\rightarrow B(OCH_3)_3 + 3 H_2O\\ 2 B(OCH_3)_3 + 9 O_2 &\rightarrow B_2O_3 + 6 CO_2 + 9 H_2O \end{align}

Verweise auf Literatur bzw. Interessantes

Durch die photometrische Analyse des emittierten Lichts einer Sphalerit-Probe (Zinksulfid) aus dem Freiberger Revier konnten Ferdinand Reich und Hieronymus Theodor Richter 1863 an Bergakademie Freiberg das Indium aufgrund seiner intensiven Indigoblauen Spektrallinie als neues Element identifizieren.

Die Reaktion von Borsäure mit Alkoholen wurde früher als Nachweis für Methanol genutzt, da der sich ergebende Borsäuretrimethylester eine komplett grüne Flamme bei der Verbrennung zeigt. Die Borsäureester von Alkoholen mit einem größeren Kohlenstoffanteil (zum Beispiel der Trinkalkohol Ethanol) zeigen bei der Verbrennung eine gelbliche Flamme mit grünem Saum, da der Kohlenstoff nicht vollständig zu Kohlenstoffdioxid oxidiert wird und die Rußpartikel in der Flamme gelb glühen. So kann Methanol in gepanschtem Trinkalkohol nachgewiesen werden.

Was sehe ich?

Sie sehen eine helle, grelle Lichterscheinung sowie eine starke Rauchentwicklung im Inneren eines Blockes Trockeneis.

Warum sehe ich das?

Magnesium ist ein sehr unedles Metall und reagiert mit nahezu allen sauerstoffhaltigen Verbindungen unter starker Wärmeentwicklung. Dazu zählt auch das -78 °C kalte Trockeneis (festes Kohlenstoffdioxid), welches durch die starke Wärmeentwicklung mit Pfeifen und Rauchen sublimiert (es geht in den gasförmigen Zustand über, ohne den flüssigen zu durchlaufen). \[ 2 Mg + CO_2 \rightarrow 2 MgO + C \]

Verweise auf Literatur bzw. Interessantes

In der chemischen Synthesetechnik sowie der Festkörper- und Oberflächenphysik wird Trockeneis als Kühlmittel verwendet, da es sich beim Erwärmen als gasförmiges Kohlenstoffdioxid verflüchtigt. Magnesium wird aufgrund seiner ausgeprägten Oxophilie (dem Drang Sauerstoff zu binden) als Reduktionsmittel für zahlreiche Verbindungen, wie zum Beispiel Bor, eingesetzt.

Was sehe ich?

Sie sehen die tiefblaue Färbung von flüssigem Ammoniak nach Zugabe eines metallisch glänzenden Stückes Natrium.

Warum sehe ich das?

Das weiche Alkalimetall Natrium reagiert in flüssigem Ammoniak unter Bildung von getrennt solvatisierten Natrium-Ionen und Elektronen. Letztere verleihen der Lösung eine intensiv blaue Färbung. \[ Na + (x+y) NH_3 -> [Na(NH_3)_x]^+ + [e(NH_3)_y]^- \]

Verweise auf Literatur bzw. Interessantes

Derartige „blaue Lösungen“ werden als Reagenzien für Reduktionsreaktionen genutzt, da Natrium als starkes Reduktionsmittel so relativ genau dosiert und kontrolliert eingesetzt werden kann.

Was sehe ich?

Sie sehen die Bildung einer schwarzen Schlange aus einer Mischung von Haushaltszucker und konzentrierter Schwefelsäure.

Warum sehe ich das?

Zucker werden deshalb als Kohlenhydrate bezeichnet, weil sie chemisch gesehen aus Kohlenstoff und Wasser bestehen. Konzentrierte Schwefelsäure hat die Neigung, sich durch Wasserbindung selbst zu verdünnen, wobei eine starke Wärmeentwicklung auftritt. Der Zucker wird also durch die Schwefelsäure entwässert und es bleibt schwarzer Kohlenstoff zurück. Durch die auftretende Wärme verdampft das Wasser und bläht den Kohlenstoff zu einem festen Schaum auf. \[ C_{12}H_{22}O_{11} \rightarrow 12 C + 11 H_2O \]

Verweise auf Literatur bzw. Interessantes

In der chemischen Synthese wird Schwefelsäure aufgrund ihrer ausgeprägten Hygroskopie (der Fähigkeit, Wasser zu binden) gerne als Trockenmittel verwendet, um andere Stoffe (Gase, Lösungen und Feststoffe) zu trocknen.

Was sehe ich?

Sie können die Bildung einer blutroten Lösung beobachten.

Warum sehe ich das?

Der Versuch zeigt die Reaktion zwischen Eisen(III)-Ionen und Thiocyanat-Ionen. In Wasser wird der tiefrote Komplex des hydratisierten Eisen(III)-thiocyanat-Ions gebildet. \[ Fe^{3+} + 3 SCN^- + 3 H_2O \rightarrow [Fe(SCN)_3(H_2O)_3] \]

Verweise auf Literatur bzw. Interessantes

Diese Verbindung findet sowohl in der Schauspielindustrie als auch als Scherzartikel Verwendung als Kunstblut. Dabei wird sie meistens in Form einer Stärke-haltigen dickflüssigeren Lösung verwendet.