50. Experiment des Monats Februar 2002 Die chemische Ampel

Drei Lösungen in den Farben einer Verkehrsampel stehen in einem Glas übereinander. Auch durch Schütteln sind sie nicht mischbar, sie trennen sich nach kurzer Zeit wieder in die einzelnen Phasen. Durch geeignete Wahl der Lösungsmittel ist es möglich, drei nicht mischbare Phasen zusammenzustellen. Das Experiment beruht darauf, daß Methanol bzw. Ethanol zwar mit Wasser, nicht aber mit gesättigten Salzlösungen mischbar ist. Als dritte Phase wird ein unpolares organisches Lösungsmittel verwendet. Vor einer Präsentation können die Lösungen getrennt werden. Zuerst gibt man die grüne wässrige Lösung in ein hohes Gefäß. Nun die rote organische Lösung zugeben, sie schwimmt oben. (Wir haben nun eine Fußgängerampel.) Als letzte wird die gelbe Phase zugegeben. Diese sammelt sich zwischen der oberen roten und der unteren grünen Phase: Die chemische Ampel ist entstanden.

Geräte und Chemikalien:
Bechergläser, Standzylinder oder Weithalsflasche
Methanol oder Ethanol, Ligroin (Petrolether) (oder anderes unpolares Lösungsmittel, z.B. Toluol, Xylol), Wasser, Kaliumcarbonat, Kupfer(II)sulfat Pentahydrat, Kaliumdichromat (oder anderes Chromat oder Dichromat), Methylorange oder Methylrot, Sudan III

Durchführung:

1. Wasser und Alkohol (Methanol bzw. Ethanol) 1 : 1 mischen. Unter Rühren so lange Kaliumcarbonat zugeben, bis eine gesättigte Lösung (Bodensatz) entstanden ist. Dabei trennt sich die alkoholische Phasen von der gesättigten Lösung. Einen Spatel Kupfersulfat zugeben, die wässrige Phase färbt sich blau. Einige Körnchen Kaliumdichromat zugeben, als Mischfarbe erscheint die Lösung grün. (Organische gelbe Farbstoffe sind nicht geeignet, da sie sich in Alkohol besser lösen; Ni²⁺ und Fe³⁺ fallen als Hydroxide aus.)
2. Die alkoholische Phase mit einer Spatelspitze Methylrot anfärben.
3. Ligroin (bzw. Xylol etc.) mit Sudan III oder einem anderen unpolaren Farbstoff rot anfärben. (Naturfarbstoffe wie Alkanna sind hierfür nicht geeignet, da sie als Säure-Base-Indikator beim Kontakt mit der basischen Carbonat-Lösung nach blau umschlagen.) Das gelb-grüne Zweiphasensystem mit der roten Phase überschichten.

Die Lösungen können durch dekantieren oder - besser - mit einem Scheidetrichter getrennt werden. Sie halten sich mehrere Jahre.

Hinweise:
Für die Durchführung ist das System aus Salzlösung/Methanol/Xylol am besten geeignet. Statt Xylol kann auch Ligroin verwendet werden, allerdings lässt sich dieses nicht so gut mit Sudan III anfärben (man erhält dann keine tiefrote Lösung).
Der Versuch funktioniert auch mit Ethanol statt Methanol, wenn als unpolare Phase Ligroin verwendet wird. In diesem Fall Sudan III sparsam verwenden, da der Farbstoff bei Überschuß auch in Ethanol etwas löslich ist.

Gefahren:
Die verwendeten organischen Lösungsmittel sind leichtentzündlich, Chromate giftig.

Entsorgung:
Die wässrigen Lösungen kommen zum anorganischen Schwermetallabfall, die organischen Lösungen zum Lösungsmittelabfall (halogenfrei).

Literatur & Links:
Axel Schunk: "Die chemische Ampel"; Naturwissenschaften im Unterricht - Chemie, 14 (2003), 103-104
Axel Schunk & Stefan Lauterborn: "Chemische Versuche ...", Versuch 3.3, S. 9

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Seite erstellt am: Donnerstag, 31. Januar 2002, A. Schunk, CCC Univ. Erlangen.

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