b)SO2 als Konservierungsmittel 2 Reagenzgläscr, Reagenzglasgestell, 2 Stopfen (18D mit 1 Kanüle 1,2/40 mm), 2 20-ml-Spritzen (mit Gummidichtung, mit Silicon-Öl geschmiert), Rosinen, Hefe, lauwarmes Leitungswasser. SO2 in Spritze
Versuchsbeschreibungen:
b)SO2 als Konservierungsmittel
2 Reagenzgläscr, Reagenzglasgestell, 2 Stopfen (18D mit 1 Kanüle 1,2/40 mm), 2 20-ml-Spritzen (mit Gummidichtung, mit Silicon-Öl geschmiert), Rosinen, Hefe, lauwarmes Leitungswasser. SO2 in Spritze
Durchführung:
Na2SO3 + 2 HCl ---> 2 Na- + „H2SO3" ->H2O + SO2
Die ganze Apparatur wird während des Zutropfens in der Hand gehallen, um einen etwaigen Überdruck abfangn zu können. Wenn sich die 20-ml-Spritze mit Gas gefüllt hat, wird sie von der Kanüle genommen und durch eine leere 20-ml Spritze oder durch eine Aktivkohle-Adsorptionsröhrchen ersetzt. Leichtes Erhitzen des Reaktionsgemisches erhöht die Ausbeute an Schwefeldioxid.
Auf diese Art können gleich mehrere bereitgelegte Spritzen mit reinem Schwefeldioxid gefüllt werden. Die erste, noch lufthältige Fraktion kann durch Einleiten in Natronlauge (lange Kanüle!) entsorgt werden.
Sicherheitshinweise:
Schwefeldioxid ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, 2,3 mal schwerer als Luft und sehr giftig (MAK-Wert 5 mg/m3 = ca. 2ml/m3). Eine Mischung von 0,04% in der Luft (4 m1 SO2/10 Liter Luft!) kann noch Vergiftungserscheinungen (Hornhauttrübung, Atemnot, Entzündungen der Atemwege) hervorrufen. Das Einatmen von SO2 muß somit auf jeden Fall vermieden werden. Im Gasentwickler nachentwickeltes SO2 wird am besten durch ein auf die Kanüle aufgesetztes Aktivkohle-Röhrchen vernichtet.
Überschüssiges SO2 in der Spritze vernichtet man einfach durch Einleiten (lange Kanüle!) in Natronlauge (w = 10%)
2 20-ml Spritze gefüllt mit je 12 ml SO2 (siehe Versuch 1) 1 lange Kanüle (0,8/120 mm).
Low Cost Gasentwickler für Sauerstoff: Material siehe Gasententwickler für SO2, dazu:
5 Braunstein-Tabletten (aktives Braunsteinpulver mit Zement im Massenverhältrns 2:1 mit Wasser angeteigt und in leeren Tablettenverpackungen verfestigt) , Wasserstoffperoxid-Lösung
(w=10%);
1 Reagenzglas 16/160 , Brenner, Reagenzglashalter, Reagenzglasgestell, Indikator-Lösung (Methylrot o.ä.), Ba Cl2-Lösung, Salpetersäure
Durchführung (Abb. 2):
Durch Auftropfen von H202-Lösung auf selbst fabrizierte Braunstein-Katalysator Tabletten (s. o.) wird im Low Cost Gasentwickler Sauerstoft erzeugt. Die erste (lufthältige) Fraktion wird verworfen, bzw. zum Nachweis von Sauerstoff verwendet. Wenn sichergestellt ist, daß reiner Sauerstoff aus der Kanüle des Gasentwicklers entweicht, setzt man die mit 12 ml Schwefeldioxid gefüllte Spritze (siehe Versuch 1) auf den Sauerstoff-Entwickler auf und dosiert gemäß der beabsichtigten Reaktion
SO2 + 1/2 02 -- > SO3
6 ml Sauerstoff zum Schwefeldioxid dazu.
Die Spritze mit dem Gasgemisch wird mit der 12 cm langen Kanüle versehen. Man hält die Spritze nun so, daß die Öffnung der Kanüle etwas in ein schräg gehaltenes Reagenzglas ragt. Nun wird die Kanüle in der Mitte mit dem Brenner kräftig bis zur Rotglut erhitzt und das Gasgemisch ganz langsam (!) durch die glühende Kanüle gedrückt. Im Reagenzglas sammeln sich schwere, weiße Nebel von SO3 die nun durch kräftiges Schütteln in wenig Wasse
r absorbiert werden. Zur Erhöhung der Ausbeute empfiehlt es sich, im Reagenzglas nochmals so SO3 zu sammeln und nochmals zu absorbieren. Längeres Schütteln ist angebracht, weil SO3 im Wasser schlecht löslich ist.
Der saure Charakter der Lösung wird mittels Indikatorlösung demonstriert. Die Existenz der Sulfat-Ionen ist nach Ansäuern mit HNO3 durch Bildung einer schwachen, allerdings immer eindeutigen BaS04-Trübung mit BaC12-Lösung nachweisbar.
Hinweise: SO2 und SO3 nicht einatmen! Vernichtung von überschüssigem SO 2 siehe Versuch 1.
Reagenzglas, Reagenzglasgestell, Reagenzglashalter, Glasstab, Spatellöffel, Brenner
Schwefeldioxid (gesammeit in 20-ml Spritze siehe Versuch 1)
Sauerstoff (gesammelt in 20 ml Spritze siehe Versuch 2), lange Kanüle (0,9/120mm)
Low Cost Gasentwickler für CO2 Material siehe Gasentwickler für SO2, dazu noch:: Natriumcarbonat (s) und Salzsäure (w= 10%), "Klares Kalkwasser" ( gesättigte Lösung von Ca(OH)2 , BaC12-Lösung
Drchführung:
Im Gasentwickler für CO2 erzeugt man durch Auftropfen von Salzsäure auf 2 Spatellöffel Natriumcarbonat (Waschsoda) reines Kohlendioxid (erste Fraktion verwerfen!) und sammelt es in einer mit Siliconöl leichtgängig gemachten 20-ml-Spritze. Ein Reagenzglas(16/169) wird mit „Klarem Kalkwasser“ gefüllt. Mittels langer Kanüle wird durch Einleiten von genau 20 ml Kohlenstoffdioxid in das "Klare Kalkwasser" fein verteilter Kalk abgeschieden. Ein Überschuß an Kohlendi
oxid ist zu vermeiden.
In diesen fein verteilten Kalk leitet man wiederum langsam (!) mittels langer Kanüle 20 ml reines Schwefeldioxid (Gewinnung siehe Versuch 1). Der Kalkniederschlag löst sich unter Bildung von Ca-Hydrogensulfit und Ca-Sulfit gerade auf (Schütteln!). Ein Überschuß an Schwefeldioxid ist zu vermeiden.
In diese Lösung, die leicht erwärmt wird und nicht sauer sein soll, leitet man wiederum unter Verwendung der langen Kanüle langsam 20 ml reinen Sauerstoff (Gewinnung siehe Versuch 2). Nach kurzem Anreiben mit einem Glasstab kann im Reagenzglas gemaß der Bruttoreaktion:
CaCO3 + SO2 + ½ O2 --> CaSO4 + CO2
eine leichte Trübung von (bekanntlich schwer kristallisierbarem) Gips beobachtet werden, der sich beim Ansäueren mit HNO3 nicht auflöst. Durch Zusatz von BaCl2-Lösung ist die Existenz von weiteren gelösten Sulfat-Ionen nachweisbar (Trübung wird intensiviert).
Hinweise:
Die Oxidationskraft von elementarem Sauerstoff ist im sauren Milieu nicht so stark ausgeprägt, deshalb ist ein Überschuß an SO2 beim Zudosieren zum Kalkniederschlag zu vermeiden.
Durchführung:
Durch langsames Auftropfen der Salzsäure aus der 2-ml-Spritze auf das zerkleinerte Eisen-(II)-sulfid im Reagenzglas wird Schwefelwasserstoff gebildet,der sich in der mit Siliconöl leichtgängig gemachten 20 ml Spritze sammelt.
Reaktionsschema:
FeS + 2 HCl --> Fe+ 2 + H2O + H2S
Erhitzen des Reaktionsgemisches beschleunigt die Reaktion und erhöht die Ausbeute. Auf diese Weise können mehrere 20-ml-Spritzen mit Schwefelwasserstoff gefüllt werden. Nach Beendigung der Reaktion wird der Gasentwickler mit dem Aktivkohle-Adsorptionsröhrchen verschlossen.
Entsorgung:
Vor dem Öffnen des Gasentwicklers wird durch die Kanüle etwas Natronlauge zugesetzt und das darin befindliche Gas durch Schütteln gebunden. Nicht umgesetztes Eisen-(II)-sulfid wird mit Wasser gewaschen und wieder gesammelt. Überschüssige Salzsäure wird wieder in das Vorratsfläschchen (100-ml-Steilbrustflasche) zurückgegeben.
Variante II:
Material und Chemikalien:
Reagenzglas Fiolax 16/160, Weichgummi Stopfen 18D mit Kanüle (1,2/40 mm), mehrere 20-ml-Spritzen (mit Gummidichtung, z. b. HSW Softject, geschmiert mit Siliconöl), Aktivkohle-Adsorptionsröhrchen, Reagenzglashalter, Brenner
Sulfidogen ' (Paraffin-Schwefel, Merck Nr. 7996) oder Paraffn-Schwefel selbst hergestellt (Gleiche Raumteile Schwefelblume und Paraffin werden vorsichtig zusammengeschmolzen)
Durchführung:
Im Reagenzglas mit aufgesetztem Stopfen inkl. Känüle und 20-ml Spritze werden 3-5 g Sulfidogen erhitzt. Es bildet sich Schwefelwasserstoffgas, das in mehreren 20-ml-Spritzen für diverse Reaktionen gesammelt wird.
Reaktionsschema:
CnH2n+2 + (n+ 1)S -> (n+ 1) H2S + nC.
Die Gasproduktion kann durch Unterbrechen der Wärmezufuhr einigermaßen gesteuert werden. Überschüssiges H2S-Gas wird durch Aufsetzen eines Aktivkohle-Adsorptionsröhrchens entsorgt. Das Sulfidogen beläßt man für weitere Versuche einfach im Reagenzglas.
Hinweise: H2S hat einen MAK-Wert von 15 mg/m3 (ca. 10 ml/m3) und ist fast so giftig wie die berüchtigte Blausäure (Cyanwasserstoff). In größeren Konzentrationen kann H2S nicht mehr wahrgenommen werden, weil der Geruchssinn blockiert wird. Einige % H2S in der Luft führen in wenigen Sekunden zur Bewußtlosigkeit und zum Tod.
Durchführung:
Variante 1:
Das Filterpapier wird mit der Cu (II)-Salzlösung getränkt. Aus der 20-mlSpritze wird wenig Schwefelwasserstoff direkt auf das feuchte Papier gedüst.
Variante 2 (Abb. 4):
Eine Proberöhre wird mit der zu fällenden Metallsalzlösung gefüllt. Es wird der Gummistopfen mit den 2 Kanülen aufgesetzt. Auf der kurzen Kanüle wird das Aktivkohle-Adsorptionsröhrchen fixiert, durch die lane Kanü leitet man aus einer 20-ml-Spritze Schefelwasserstoffgas.
Hinweise:
Für analytische Fällungsreaktionen darf in die zu untersuchende Lösung keine Metallkanüle eintauchcn. Als Ersatz dafür verwendet man zur Gaseinleitung eine passende, auf eine kurze Kanüle aufgesteckte ca. 10 cm lange PVC Kabelummantelung (z. B. geteiltes, 2poliges Kabel), aus der man die Cu-Litzen ausgezogen hat.
Durchführung:
Auf die mit Schwefetwasserstoff gefüllte 20 ml-Spritze wird die lange Nadel aufgesetzt. Man drückt das Gas in einem gleichmäßigen Strom aus der Spritze und entzündet es an der Nadelspitze. Nun führt man die Nadelspitze mit dem blauen Flämmchen in ein waagrecht gehaltenes Reagenzglas und sammelt darin das gebildete Schwefeldioxid, bis das Flämmchen verlischt (Abb. 5).
Das Schwefeldioxid wird durch Schütteln in wenig Wasser absorbiert. Die gebildete Schwefelige Säure wird wie unter Versuch 1 beschrieben nachgewiesen.
Durchführung:
Gemäß der Gleichung
2 H2S + SO2 ---> 3S + 2H2O
dosiert man zu 10 ml Schwefelwasserstoff in der 20-ml Spritze aus dem SO2-Gasentwickler genau 5 ml Schwefeldioxid. Sofort scheidet sich in der Spritzenwand gelber Schwefel ab.
Hinweis:
Bei dieser Reaktion wirkt feuchtes SO2 als Oxidationsmittel für Schwefelwasserstoff. Diese Reaktion führt in der Natur zur Bildung von Schwefel, wenn in Vulkangasen freiwerdendes H2S-Gas teilweise zu SO2 verbrennt und dann mit diesem in feuchter Luft reagiert.
Das bei der Entschwefelung von Kohlenwasserstoffen in der Raffinerie gemäß dem Reaktionschema:
S-hältige KW + H2 -> S-arme KW + H2S
anfallende Schwefelwasserstoff-Gas wird großtechnisch (Claus Verfahren) mit SO2 an Al2O3-hältigen Katalysatoren umgesetzt, was sich mit so einfachen Mitteln nicht darstellen läßt [6].
Literatur: [1] N.Greenwood, A.Earnshaw, Chemie der Elemente, Verlag Chemie, 1990, 841 [2] V.Obendrauf, Chemie & Schule, 1994, 4, 2-6 [3] V.Obendrauf, Chemie & Schule, 1995, 1, 10-14 [4] V.Obendrauf, Chemie & Schule, 1995, 3, 1 - 5 [5] V.Obendrauf, Chemie & Schule, 1992, 3, 5 - 8 [6] F. Bukatsch, W. Glöckner, Experimentelle Schulchemie, Aulis- Deubner 1977, 1, 170Viktor Obendrauf ist Professor an der Pädagogischen Akademie des Bundes, Hasnerplatz 12, A-8010 Graz