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Chlor in der Schule (Teil 2)

Klassische Experimente im neuen Gewand
Viktor Obendrauf


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Nachdem im ersten Teil dieses Beitrags über Chlor in der Schule (siehe "Chemie & Schule Nr. 4/94) einige Anregungen zur dosierten Erzeugung von Chlor in Einwegspritzen vorgestellt bzw. Kleinstmengenversuche des giftigen Gases mit Natrium, Eisen und Wasserstoff beschrieben wurden, sollen im folgenden einige neu "gestylte" Versuche mit direktem Praxisbezug in Haushalt und Technik ebenfalls unter besonderer Berücksichtigung der Chemikalien- und Abfallminimierung aufgelistet werden:

Versuchsliste

Aus diesem Grund kommt es beim Vermischen von hypochlorithältigen Desinfektionsmitteln mit säurehältigen Haushaltsreinigern zur Chlorbildung.

Chlor ist ein stärkeres Oxidationsmittel als Iod und so in der Lage, aus Iodiden braunes Iod erzeugen:
I- + 0,5 Cl2 ------> 0,5 I2 + Cl-
Diese Reaktion wird zum Nachweis von elementarem Chlor verwendet. Material:

Säurehältiger Haushaltsreiniger
Hypochlorithältiges Desinfektionsmittel
250 ml Becherglas
100 ml Becherglas
Rundfilter
KI-Lösung (ca. 5%ig)
Stärkelösung 

Durchführung:
Das Filterpapier wird im 100 ml Becherglas mit KI-Lösung getränkt und etwas getrocknet. In das 250 ml Becherglas schüttet man säurehältigen Haushaltsreiniger und ein hypochlorithältiges Desinfektionsmittel. Das Becherglas wird mit dem präparierten Filterpapier zugedeckt. Das aufsteigende Chlor wird durch Bildung von braunem Iod am Papier nachgewiesen.
Eine viel empfindlichere Reaktion liefert das sogenannte KI-Stärkepapier, bei dem das Papier mit KI und mit Stärke präpariert wird. Bereits wenig Iod wird durch Blaufärbung der Stärke sichtbar.

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Versuch 3: Diaphragmaverfahren (Projektionsversuch)

Technisch wird Chlor durch Elektrolyse von Kochsalz gewonnen. Beim Diaphragma-Verfahren wird in den Anodenraum gesättigte Kochsalz-Lösung eingeleitet. Das Chlorid wird an der Anode als Chlor abgeschieden. Die Lösung gelangt durch das Diaphragma in den Katodenraum, wo aber nicht Natrium-Ionen zu Natrium werden, sondern Wasserstoff aus Wasser leichter reduzierbar ist:

Anode: 	2 Cl-  --------->   Cl2  +  2 e-
Katode: 	2 H2O + 2 e-  -----> H2  +  2 OH-

Material:

2 Rahmenlose Bilderhalter (10 mal 15 cm)
Plexiglasstreifen 4 mal 5 mm als Distanzhalter (ca. 50 cm Länge)
Silicon-Kleber (z. B. Aqua-Dicht von Knauf)
Schaumstoffstreifen als "Diaphragma"
2 Graphitelektroden (Bleistiftminen, mittels Stanleymesser vorsichtig aus Bleistift Nr.4 geschält)
Kochsalzlösung
Regelbare Gleichspannungsquelle
Verbindungskabel mit Krokodilklemmen
Spritze (inkl. Kanüle) mit Phenolphtaleinlösung zum Nachweis der Natronlauge
Spritze (inkl. Kanüle) mit KI-Lösung zum Nachweis von Chlor
Tageslichtprojektor
Schaumstoff-Stück zum Schrägstellen des Projektors
Sauger mit Haken (Haushaltsware) zum Fixieren der Küvette auf der schrägen Projektorplatte 

Durchführung:
Herstellung der Projektionsküvette:
Auf einer Glasplatte (rahmenloser Bilderhalter, Baumarktware) werden mit einem geeigneten Siliconkleber (erhältlich in Kartuschen zum Kleben von Aquarien) ca. 0,5 cm vom äußeren Rand schmale Distanzstücke aus Plexiglas aufgeklebt. Ein schmaler Schaumstoffstreifen (Stärke 1 mal 2 cm) wird mit etwas Kleber in der Mitte der Platte als "Diaphragma" positioniert.
Auf die Distanzstücke aus Plexiglas bzw. auf den Schaumstoffstreifen gibt man nun ebenfalls Siliconkleber, legt die zweite Glasplatte drauf und drückt diese fest. Nach dem ersten Aushärten des Klebers muß der ganze Rand der Küvette mit Silicon sorgfältig ausgefüllt werden. Die Bleistiftminen werden ebenfalls mit Kleber so in der Küvette fixiert, daß sie mittels Krokodilklemmen an die Stromquelle angeschlossen werden können. Das Silicon ist nach einem Tag bereits so fest, daß Wasser eingefüllt werden kann.
Die schmale Küvette ermöglicht das Arbeiten mit geringen Stoffmengen und hat zudem den Vorteil, daß trotz der schrägen Position in der Projektion noch kein störender Schatten des Flüssigkeitsspiegels beobachtbar ist.

Durchführung des Versuchs:<BR> Der Projektor wird mittels geeigneter Schaumstoffstücke leicht schräggestellt, sodaß die mit Kochsalzlösung gefüllte Küvette auf der Glasplatte des Projektors gelegt (!) werden kann, ohne daß die Salzlösung ausfließt. Der Spiegel des Projektors wird aus der Normalposition noch etwas weiter nach oben geklappt, damit das Projektionsbild wieder auf der Wand sichtbar wird. Das Abrutschen der Küvette auf der Glasplatte wird mit Saugern verhindert. Der feste Sitz der Sauger muß trotz einer eventuellen Erwärmung der Glasplatte während der Projektion gewährleistet sein (unbedingt Probe machen!).
Nach Anschließen der Stromquelle wird bei 10 bis 20 Volt elektrolysiert. Die Gasentwicklung ist deutlich sichtbar. Mit Phenolptaleinlösung und KI-Lösung (mittels Spritze in die Küvette injiziert), können während der Elektrolyse in den Elektrodenräumen Chlor und Natronlauge nachgewiesen werden.

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Versuch 4: Amalgamverfahren (Projektionsversuch)

Beim Amalgam-Verfahren, das in Hallein (Salzburg) und in Brückl (Kärnten) zur Anwendung kommt, nutzt man die große Überspannung von Wasserstoff an Quecksilber als Elektrode. Es wird an der Quecksilber-Katode kein Wasserstoff, sondern Natrium-Amalgam gebildet, das (getrennt von der Kochsalzslösung!) in einem Zersetzer mit Hilfe eines Graphitkatalysators zu chloridfreier Natronlauge und Wasserstoff zersetzt wird. Das Quecksilber wird theoretisch (!) zur Gänze wieder in die Elektrolysenzelle zurückbefördert.

Anode: 		2 Cl-    ----->    Cl2  +  2 e-
Katode: 		Na+  + e-  + Hg  ----->  Na/Hg
Graphitkontakt: 	Na/Hg   + H2O   ----->   Na+ + OH-  + 0,5 H2  +  Hg 

Material:

2 Rahmenlose Bilderhalter (10 mal 15 cm, Baumarktware)
Plexiglasstreifen als Distanzhalter (4 mal 5 mm), Länge ca. 1 m
Siliconkleber (z. B. Aqua-Stop von Knauf in Kartusche)
Eisendraht (ca. 10 cm)
Graphitelektrode (Bleistiftmine, siehe Versuch 3.1)
Graphitkontakt (Bleistiftmine, siehe Versuch 3.1)
Quecksilber
Glaswanne zum senkrechten Lagern der Amalgamzellen-Küvette
KI-Lösung in Kunststoffspritze (mit Nadel)                 
Phenolphtalein-Lösung in Kunststoffspritze (mit Nadel)
Gleichspannungsquelle regelbar
Verbindungskabel mit Krokodilklemmen
Voltmeter
Tageslichtprojektor
Schaumstoffstücke zum Schrägstellen des Projektors
Sauger (Haushaltsware) zum Fixieren der Küvette 

Durchführung:
Herstellen der Projektionsküvette: Siehe nebenstehendes Foto bzw. und Vorgangsweise bei Versuch 3. Der Schaumstoffstreifen als Diaphragma entfällt; dafür wird eine "Quecksilberschleuse" zum Zersetzer eingebaut. Sie besteht einfach aus einem Plexiglasstreifen, der zwischen zwei mit wenig Klebstoff fixierten Plexiglasstreifen als Führungen beweglich bleibt. Die Führungen enden ca. 3 mm über dem Boden der Küvette. Der etwas herausragende Eisendraht am Boden der Küvette bildet den Kontakt zum Quecksilber und muß besonders gut in Silicon eingebettet sein. Die Bleistiftmine stellt die Anode dar und wird ebenfalls seitlich eingebaut.
Nach dem Aushärten des Siliconklebers wird die Küvette in eine passende Glaswanne gestellt und mit Hilfe einer Kunststoffspritze (Kanüle 1,4mm) mit Quecksilber beschickt. Bei geschlossener Quecksilber-Schleuse soll der Hg-Spiegel einige mm über den Führungen liegen. Durch die geringe Schichtdicke der Küvette (ca. 4 mm) wird nicht sehr viel Quecksilber benötigt.
Die Kochsalzlösung im Elektrolysenraum und das Wasser im Zersetzer sollen (ebenfalls mittels Spritze) gleichzeitig eingefüllt werden, damit der Zersetzerraum möglichst chloridfrei bleibt.
Die Küvette wird auf dem schräg positionierten Projektor mittels Sauger gegen Abrutschen gesichert. Es ist unbedingt zu überprüfen, ob der sichere Halt der Küvette auch bei Erwärmung der Glasplatte gewährleistet ist.
Die Elektroden werden richtig gepolt an die Gleichstromquelle angeschlossen und die Spannung langsam erhöht, bis an der Anode eine deutliche Gasentwicklung feststellbar ist. Die mittels Spritze zugesetzte KI-Lösung zeigt durch Iodbildung das Vorhandensein von Chlorgas an.
An der Hg-Katode sieht man keine Gasentwicklung. Nach einigen Minuten wird die Hg-Schleuse etwas geöffnet, sodaß das Quecksilber teilweise in den Zersetzerraum abfließen kann. Der Stromkreis wird unterbrochen. An der Bleistiftmine als Graphitkontakt zum Amalgam ist eine Gasentwicklung feststellbar. Mittels Spritze zugesetztes Phenolphtalein zeigt Natronlauge an.
Nach Beendigung des Versuchs und vollständiger Zersetzung des Amalgams wird die restliche Kochsalz-Lösung und die gebildete Natronlauge über einer Hg-Auffangwanne vorsichtig abdekantiert. Die Küvette wird mit Wasser gut gespült, das Quecksilber mit Wasser überschichtet und die Öffnung der Küvette mit Klebeband gegen ein Verdunsten des Wassers verschlossen. Gelagert wird die Projektionsküvette senkrecht in einer eigenen Glaswanne.

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Kontakt mit dem Autor: Viktor Obendrauf





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