benötigt. Zum Dosieren von Feststoffen wird ein Spatellöffel, von Flüssigkeiten werden Plastikpipetten (3 ml), zum Umrühren beim Erhitzen ein Glasstab (oder Kaffeelöffel) verwendet. Für Filtrationen wird ein kleiner Plastiktrichter (Durchmesser 5 cm) mit Kaffeefilterblättern (94 mm) eingesetzt. Diese Geräte werden in der Beschreibung der Experimente unter „Materialien“ nicht mehr aufgeführt. Werden darüber hinaus spezielle Gefäße wie z. B. eine Porzellanschale benötigt, so sind diese unter „Materialien“ genannt.
Reagenzlösungen
Für viele der einzelnen Experimente werden einige Lösungen immer wieder als Reagenzlösungen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird ihre Herstellung und Bedeutung an dieser Stelle beschrieben.
A. Rotkohlsaft – als pH- und Redoxindikator
Historisches
Leonhard Thurneysser zum Thurn (1530–1596) aus Basel, gelernter Goldschmied und Anhänger des Arztes und Naturforschers Paracelsus (1493–1541), entdeckte die Eignung von Veilchensaft zur Unterscheidung von schwefliger Säure (Schwefeldioxid) – Entfärbung – und Schwefelsäure – Rotfärbung. Dem Chemie-Nobelpreisträger Richard Willstätter (1872–1942) gelang es ab 1913, auch die Zusammensetzung und die Struktur der Anthocyane, welche die Eigenschaften eines Chamäleons haben, näher zu erforschen.
| Materialien | Ein Blatt von einem Rotkohlkopf, sauberer Sand, 100 ml-Glasflasche, Porzellanschale |
| Herstellung | Ein Blatt eines Kopfes Rotkohl (etwa 40 g) wird zerkleinert und mit drei Spatellöffeln voll Sand sowie etwa 20 ml Wasser verrieben. Nach 10 min wird der wässrige Extrakt durch das Filterpapier im Trichter in die Glasflasche filtriert. Insgesamt wird fünfmal auf diese Weise eine Extraktion durchgeführt, sodass man etwa 100 ml des Rotkohlsaftes erhält. Die Flasche wird im Kühlschrank aufbewahrt. Haben sich Kolonien von Schimmelpilzen gebildet, so können diese entfernt werden; die Lösung ist trotzdem weiterhin verwendbar und muss nur nach dem Auftreten einer deutlichen Trübung neu hergestellt werden. |
| Erläuterungen | Rotkohlsaft eignet sich als pH-Indikator aufgrund der pH-abhängigen Eigenschaften der Anthocyane (Abb. 1.1). Weitere Einzelheiten zur Chemie der Anthocyane siehe in Kap. 4 „Obst und Gemüse: Konserven und Säfte“. (UV/Vis-Spektren von Rotkohlsaft siehe Abb. 1.2) |
| Verwendung | Es lassen sich anhand der Farbänderungen folgende pH-Werte unterscheiden: 2: rot – 4: pink – 6: violett – 7: blau – 8: grau(stahl)blau – 9: türkis – 10: grün – 12: gelb. Darüber hinaus kann mit diesem Pflanzensaft auch die Wirkung von Reduktions- und auch Oxidationsmitteln erkannt werden. |
Abb. 1.1 Grundstruktur der Anthocyane (1), mit R1 und R2 = H im Rotkohlsaft als Rubrobrassin (Cyanidin-3-triglucosid) und pH-abhängige Strukturen (2).
B. Iodlösung – zum Stärkenachweis und als Oxidationsmittel
| Materialien | Betaisodona®-Lösung (aus der Apotheke), 100 ml-Glasflasche, destilliertes Wasser (aus dem Supermarkt) |
| Herstellung | 2,5 ml der Iodlösung werden in der Glasflasche auf 100 ml mit destilliertem Wasser verdünnt. |
| Erläuterungen | Bei der Betaisodona®-Lösung handelt es sich um den Wirkstoff Povidon-Iod, d. h. um eine etwa 11%ige Lösung von Iod in Polyvinylpyrrolidon (mittleres Molgewicht 40 000; (C6H9NO)x ⋅ xI). Deklariert sind als sonstige Bestandteile: Glycerol, Nonooxinol 9, Natriummonohydrogenphosphat, Citronensäure, Natriumhydroxid, Kaliumiodat, gereinigtes Wasser. |
| Verwendung | Diese ethanolfreie Iodlösung wird sowohl für Redoxreaktionen als auch vor allem für die Iod-Stärke-Reaktion (s. Abschn. 2.3, Experiment 15) eingesetzt. |
C. Eisenlösung – zum Nachweis von Komplexbildnern und Reduktionsmitteln
| Materialien | Eisennagel (rostfrei), Feile, 100 ml-Flasche, Essigessenz |
| Herstellung | Der Boden eines 25 ml-Becherglases wird mit durch Feilen des Eisennagels hergestelltem Eisenpulver bedeckt. Dann fügt man etwa 10 ml Essigessenz hinzu, erwärmt bis sich deutlich sichtbar Gasblasen entwickeln und lässt dann das Eisenpulver ohne weiteres Erwärmen bis zur Verringerung der Wasserstoffentwicklung noch einige Zeit reagieren. Dann filtriert man in die 100 ml-Flasche, schüttelt gut durch und lässt die Lösung 1–2 Tage stehen. Es bildet sich eine rötliche Lösung, die schließlich auf etwa 100 ml mit Wasser verdünnt wird, wobei die Farbe einen Gelbton annimmt. |
| Erläuterungen | Beim Lösen von Eisenpulver in der Essigessenz entsteht zunächst eine farblose Lösung von Eisen(II)-Ionen. Durch den Luftsauerstoff werden diese langsam oxidiert (zunächst schwache Gelbfärbung) und schließlich bildet sich ein Eisen(III)-acetato-Komplex mit roter Farbe. (Polarogramm einer Fe2+∕Fe3+-Lösung in Abb. 1.3) |
| Verwendung | Die Eisen(III)-Ionen-Lösung wird zur Prüfung von Reduktionswirkungen (-mitteln) und auch für Experimente zur Eisenchemie eingesetzt. |
Abb. 1.2 UV/Vis-Spektren eines Rotkohlsaftes bei verschiedenen pH-Werten: (a) pH 2, (b) pH 7, (c) pH 10.
Abb. 1.3 Polarogramm einer Eisenlösung in Essigessenz mit Fe(II)- und Fe(III)-Ionen Methode: Differenzielle Pulse-Polarografie mit Quecksilbertropfelektrode, U(start): –50 mV, U(end) –1600 mV, Elektrolyt: 0,1 mol/l Na4P2O7 × 10 H2O, pH 10,3.
D. Kalkwasser – zum Nachweis von Carbonat, Phosphat und Oxalat