Experiment des Monats April 2009 Oszillation an Kupfer

Eine oszillierende Verbrennung läßt sich nicht nur an einer Platin-Spirale erzeugen, es funktioniert auch mit Kupferdraht.

Geräte und Chemikalien:
500 ml Weithals-Erlenmeyerkolben, Kupferdraht, Aluminiumblech, Heizplatte und Brenner.
Methanol.

Durchführung:
Den Erlenmeyerkolben etwa 5 mm hoch mit Methanol füllen. Die Kupferspirale so formen und aufhängen, daß sie die Flüssigkeitsoberfläche nicht berühren kann. Mit dem Blech wird die Luftzufuhr reguliert, es bedarf unter Umständen einiger Probeläufe, um die Anordnung zu optimieren.
Die Kupferspirale entnehmen und den Alkohol im Kolben leicht erwärmen (nicht bis zum Sieden!). Die Kupferspirale mit dem Brenner bis zur Rotglut erhitzen und in den Kolben hängen. Es erfolgt ein Wechsel zwischen dem Aufglühen der Spirale und Flammenerscheinungen.
Die Oszillation läuft oft bis zu 30 Minuten - durch Zugabe von weiterem Alkohol auch länger.

Erklärung:
An der Kupferoberfläche erfolgt eine katalytische Oxidation von Methanol zu Methanal (Formaldehyd):
   2 CH₃OH + O₂ 2 CH₂O + 2 H₂O
Diese Reaktion ist exotherm, in der Umgebung des Kupferdrahtes erhitzt sich das Alkohol-Luft-Gemisch. Sobald die Zündtemperatur überschritten ist, läuft eine vollständige Verbrennung ab:
   2 CH₃OH + 3 O₂ 2 CO₂ + 4 H₂O
Die Flamme erlischt nach 1-2 Sekunden, sobald der im Kolben befindliche Sauerstoff verbraucht ist. Luftsauerstoff diffundiert langsam ein und unterhält die katalytische Oxidation an der Kupferspirale, bis wieder ein zündfähiges Gemisch vorhanden ist und die Zündtemperatur erreicht wurde usw. ...

Hinweis:
Wird statt der Kupferspirale ein Platindraht verwendet, kann der Versuch auch mit Ethanol statt Methanol durchgeführt werden.

Gefahren:
Methanol ist giftig und leichtentzündlich. Bei der Reaktion entsteht u.a. giftiger Formaldehyd (Methanal). Das Experiment muß in einem Abzug durchgeführt werden!

Literatur & Links:
K. Häusler u.a.: Experimente für den Chemieunterricht - S. 259
I. E. Wachs, R. J. Madix; Journal of Catalysis  53 (1978), 208-227
M. Bowker, R. J. Madix; Surface Science  95 (1980), 190-206
J. Salzner, A. Schunk: Reaktionskinetik; Lehrerfortbildung am LFBZ Frankfurt/Main, 2007-2009

Herrn Dr. Jens Salzner, Institut für Didaktik der Chemie, Goethe-Universität Frankfurt am Main, danke ich sehr herzlich für die Unterstützung.

März 2009: Oxalsäure-Nachweis

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Seite erstellt am: Dienstag, 31. März 2009, A. Schunk, Charité - Universitätsmedizin Berlin.  

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