Chemische Experimente    

Experiment des Monats
Januar 2006

Kaltes Feuerwerk


Experiment des Monats   
Chemikum Marburg

"Kaltes Licht" fasziniert nicht nur die Chemiker bereits seit Jahrhunderten. Es entsteht bei chemischen Reaktionen, bei der die Energie nicht als Wärme, sondern in Form von sichtbarem Licht ausgesendet wird. Der als Chemilumineszenz (Chemolumineszenz) bezeichnete Effekt wurde zuerst bei weißem Phosphor beobachtet. Phorphor wird durch Luftsauerstoff langsam oxidiert, wobei fahlgrünes Licht ausgesendet wird. Phophor ist jedoch sehr giftig. Die Chemilumineszenz des Luminols läßt sich dagegen ohne größere Gefährdung vorführen.

Geräte und Chemikalien:
Luminol, Natronlauge, Kaliumhexacyanoferrat(III) oder Hämin, Wasserstoffperoxid, Fluorescein, Rhodamin B
Rundkolben oder Erlenmeyerkolben, Bechergläser, ggf. Schlangenkühler, Trichter.

Durchführung:
Zunächst werden zwei Lösungen hergestellt:
Lösung A: 1 g Luminol werden in 450 ml Wasser + 50 ml 10%ige Natronlauge gelöst.
Lösung B: 3%ige Lösung von Kaliumhexacyanoferrat(III) = rotes Blutlaugensalz
   [alternativ: eine Spatelspitze Hämin in 15 ml verd. Ammoniaklösung lösen und in 100 ml Wasser geben]
Der Raum sollte nun abgedunkelt werden. Je 50 ml der Lösungen A und B in 700 ml Wasser werden gegeben und 3 ml 30%ige Wasserstoffperoxid-Lösung zusetzen. Es beginnt sofort eine intensive blaue Lumineszenz.
Besonders effektvoll wird der Versuch, wenn diese blau leuchtende Lösung durch einen Schlangenkühler in einen zweiten Kolben gegossen wird. Befindet sich im Auffanggefäß ein Fluoreszenzfarbstoff, leuchtet dieser in einer anderen Farbe. Besonders geeignet sind Fluorescein (gelbgrün) und Rhodamin B (rotviolett).

 

Erklärung:
Luminol (3-Aminophthalsäure-hydrazid) wird durch Wasserstoffperoxid oxidiert, wobei bestimmte Metallionen (z.B. Fe(III) im Hexacyanoferrat) als Katalysator wirken. Als Zwischenstufe tritt ein cyclisches Peroxid auf, bei dessen Zerfall Licht emittiert wird. Die Lösung erwärmt sich nur geringfügig; die freiwerdende Energie wird überwiegend in Form von Licht abgegeben.
Die Energie kann von Luminol auf Fluoresfarbstoffe übertragen werden; dadurch kann Licht anderer Wellenlänge (und damit Farbe) entstehen.

Luminol-Reaktion

Bei der Oxidation des Luminols entsteht zunächst ein cyclisches Peroxid. Aus diesem wird N2 abgespalten, wobei ein elektronisch angeregtes Zwischenprodukt entsteht. Beim Übergang in den Grundzustand wird Energie in Form von Licht ausgesendet. Die dabei freiwerdende Energie kann auch auf andere aromatische Moleküle übertragen werden. Handelt es sich dabei um Fluoreszenzfarbstoffe, werden diese angeregt und es wird Licht mit der für die Farbstoffe charakteristischen Wellenlänge emittiert.
Ohne Katalysator ist die Reaktion relativ langsam, es erscheint nur eine schwache Lumineszenz. Komplexierte Eisen(III)-Ionen wirken als effektive Katalysatoren, die zu einer deutlichen Verstärkung der Leuchterscheinung führen. Geeignet ist u.a. Hexacyanoferrat(III). Häm-Komplexe sind aber wesentlich aktiver. Hämin ist ein Porphyrin-Eisen-Komplex, wie er beispielsweise auch im Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff, enthalten ist. Die Katalyse durch Häm-Komplexe ist so empfindlich, daß diese Chemolumineszenz auch zum Aufspüren kleiner Blutmengen eingesetzt wird.

Gefahren: ätzend gesundheitsschädlich
Wasserstoffperoxid und Natronlauge sind stark ätzend, Kaliumhexacyanoferrat(III) ist gesundheitsschädlich.

Entsorgung:
Die Loesungen kommen zum anorganischen (wässrigen) Abfall.

Literatur & Links:
F. Bukatsch, O. Krätz, G. Probeck, R. Schwankner: "So interessant ist Chemie" - Versuch 105, S. 109-111
F. R. Kreißl, O. Krätz: "Feuer und Flamme, Schall und Rauch" - Versuch 15.1+15.2, S. 136-138
H. W. Roesky, K. Möckel: "Chemische Kabinettstücke" - Versuch 65, S. 160-162
G. Wagner: "Chemie in faszinierenden Experimenten" - V. 74, S. 87-91
Dr. Robert Opferkuch, Universität Ulm, persönliche Mitteilung
 

Den Herren Harald Donath, Fritjof Schmock und Henning Thuleweit, Philipps-Universität Marburg, danke ich sehr herzlich für die Unterstützung und die Hinweise, Herrn Michael Marsch herzlichen Dank für das Foto (weiter weitere Fotos).


Dezember 2005: Grüne Flammen

Archiv

Register



<- zurück zum aktuellen Experiment

Seite erstellt am: Samstag, 31. Dezember 2005, A. Schunk, GDCh, Frankfurt/Main.

Für den Inhalt externer Seiten wird keine Verantwortung übernommen!