20 Jahre Experiment des Monats Januar 2018 Sauerstoff-Nachweis 'mal anders

Der Nachweis von Sauerstoff erfolgt meistens durch die Glimmspanprobe. Als Alternative kann auch eine Farbreaktion dienen. Diese hat den Vorteil, insbesondere in Unterichtsräumen besser erkennbar zu sein und ist auch als Projektionsversuch einsetzbar.

Geräte und Chemikalien:
Bechergläser, Einweg-Spritzen (1 ml, 5 ml, 20 ml), Dreiwegehahn, Adapterstück (f-f, oder passendes Stück PVC- oder Silikonschlauch).
Ostereierfarben mit Indigocarmin = E 132 (blaue Tablette, z.B. Kaltfarben von Fa. Heitmann), Entfärber auf Dithionit-Basis (z.B. Heitmann Power-Entfärber)

Durchführung:
½ blaue Färbe-Tablette in 300 ml Wasser lösen (diese Lösung ist lange Zeit haltbar).
1 g Entfärber in 500 ml Wasser lösen (Lösung muss frisch angesetzt werden).
Die 20 ml Spritze mit 5 ml Farbstoff-Lösung füllen und am Dreiwegehahn anschliessen (vgl. Schemazeichnung). An der gegenüberliegenden Seite des Hahns eine mit Entfärber-Lösung gefüllte 5 ml Spritze ansetzen. Gerade so viel Entfärberlösung zur blauen Farbstoff-Lösung geben, dass die Farbe in hellgelb umschlägt. Die Lösung ist nun zur Untersuchung von Gasen einsatzfähig.
An der mittleren Position des Hahns eine 1 ml Spritze mit der Gasprobe ansetzen und den Hahn so drehen, dass das Gas in Kontakt mit der gelben Farbstofflösung kommt und das Gas einspritzen. Etwas schütteln.
Sauerstoff: die Farbstofflösung schläg nach blau um, kein Restgasvolumen.
Luft: Die Farbstofflösung wird grün; Restgas ca. 0,8 ml
Stickstoff: keine Farbänderung (Lösung bleibt hellgelb); Restgas ca. 1 ml
Kohlendioxid: keine Farbänderung (Lösung bleibt hellgelb); (fast) kein Restgas
Sollte ein Farbumschlag erfolgt sein, muss mit Enfärberlösung wieder auf "gelb" gestellt werden.

Erklärung:
Indigocarmin kann durch Reduktion in eine hellgelbe Leuko-Form überführt werden:

Im Experiment wirkt der Entfärber als Rektionsmittel. Durch Sauerstoff kann eine Reoxidation erfolgen. 1 ml reiner Sauerstoff genügt in dieser Anordnung für eine vollständige Reduktion. Da der Sauerstoff dabei vollständig umgesetzt wird, bleibt kein Restgasvolumen zurück. Luft enthält etwa 20% Sauerstoff: die Reduktion erfolgt nur teilweise, als Mischfarbe erscheint grün, 80% der Gasprobe (weitgehend Stickstoff) bleiben zurück.
Stickstoff und Kohlendioxid wirken nicht als Reduktionsmittel, unterscheiden sich aber in der Löslichkeit (der Entfärber wirkt basisch, CO₂ löst sich weitgehend, Stickstoff nicht).
Auch ausgeatmete Luft enthält noch etwa 15% Sauerstoff: es erfolgt teilweise Reduktion, Restgasvolumen etwa 0,85 ml.

Gefahren:
Dithionit-Entfärber wirken reizend.

Entsorgung:
Die Lösungen können zum Abwasser gegeben werden.

Literatur & Links:
Marco Rossow, Axel Schunk: "Ein alternativer Sauerstoffnachweis". Chemkon, 22 (2015), 91-92

Herrn Dr. Marco Rossow (Gymnasium Johanneum Lüneburg) danke ich sehr herzlich für die Ausarbeitung der Anleitungen und die Fotos.

Dezember 2017: Kupferrhodanid

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Seite erstellt am: Freitag, 12. Januar 2018, A. Schunk, Charité - Universitätsmedizin Berlin.  

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