Experiment des Monats September 2004 Oxidierte Kobalt-Komplexe

Kobalt(II)-Ammin-Komplexe sind sehr leicht, auch durch Luftsauerstoff, oxidierbar. Die Reaktionsprodukte sind sehr viel intensiver gefärbt, als der zu Beginn vorliegende Aqua-Komplex. Die Reaktion läßt sich aufgrund dieser Farbveränderung gut beobachten und ist auch als Projektionsversuch geeignet. Man kann dadurch auch zeigen, daß in wässrigen Lösungen Sauerstoff gelöst ist. Infolge von Diffusionsprozessen treten interessante Muster auf.

Geräte und Chemikalien:
Kobalt(II)chlorid-hexahydrat, 25%ige Ammoniak-Lösung
Bechergläser, Petrischalen.

Durchführung:
2 g CoCl₂·6H₂O in 100 ml Wasser lösen. Diese Lösung zu 30 ml 25%iger NH₃-Lösung gießen. Die entstandene hell-bräunliche Lösung auf drei Petrischalen verteilen. (Die Schalen ggf. vorher auf den Projektor stellen.) Die erste Schale ganz abdecken, die zweite teilweise mit einer ausgeschnittenen Folie. Die dritte Schale bleibt offen stehen. In allen drei Schalen bilden sich dunkle Muster, wobei sich die Lösung in der offenen Schale als erstes dunkel-rotbraun färbt.

Erklärung:
Beim Vereinigen der Ammoniak- und der Kobaltsalz-Lösung (in letzterer liegt der hell-rosa gefärbte [Co(H₂O)₆]²⁺-Komplex vor) bilden sich verschiedene Komplexe, vor allem [Co(NH₃)₅(H₂O)]²⁺. Das Wassermolekül kann durch ein Sauerstoffmolekül ausgetauscht werden, wobei O₂ an zwei Kobaltzentren binden kann. Es entstehen dadurch zweikernige Peroxo-Komplexe:
[(NH₃)₅Co-O-O-Co(NH₃)₅]⁴⁺. Über mehrere Zwischenreaktionen erfolgt der Zerfall zu Kobalt(III)-Komplexen, die oft nach einiger Zeit auskristallisieren. Die Peroxo-Komplexe sind olivbraun gefärbt, die resultierenden Co(III)-Ammin-Komplexe überwiegend dunkelrot-violett.
Da in Wasser (sofern Luftkontakt vorlag) kleine Mengen Sauerstoff gelöst sind, bilden sich bereits beim Zusammengiessen der Ausgangslösungen Peroxo-Komplexe und es entsteht eine bräunliche Lösung. Wird die Schale vollständig abgedeckt, bleibt ein Restvolumen Luft zurück, die Oxidation kann fortschreiten, wenn auch deutlich langsamer als in der offenen Schale. Dabei bilden sich durch Diffusionseffekte hervorgerufene interessante Strukturen. Wird die Flüssigkeitsoberfläche durch eine Folie teilweise abgedeckt, so kann an diesen Stellen kein Sauerstoff direkt eindringen und die Lösung bleibt hell. Diese Lösung (in der Abbildung unten links) farbt sich ausgehend von den offenen Stellen dunkel - auch hier werden verschiedene Muster beobachtet.

Gefahren:
Kobalt(II)chlorid ist giftig, Ammoniak wirkt stark reizend.

Entsorgung:
Die Lösungen werden zum Schwermetallabfall gegeben.

Literatur & Links:
S. M. Jörgensen: J. Prakt. Chem. 23 (1881), 229
S. M. Jörgensen: J. Prakt. Chem. 30 (1884), 2
R. Demuth, F. Kober: "Komplexchemie - experimentell"
Prof. Dr. Ulf Thewalt, Univ. Ulm, persönliche Mitteilung

Herrn Prof. Dr. Ulf Thewalt, Sekt. Röntgen- und Elektronenbeugung der Universität Ulm, danke ich sehr herzlich für die Anregungen und die Unterstützung.

August 2004: Das pulsierende Sektglas

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Seite erstellt am: Montag, 30. August 2004, A. Schunk, SROEL Univ. Ulm.

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