Alles Gold was glänzt - Messing als Legierung

von Carolin Schilling

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Ziel des Versuchs Der Versuch bietet eine Anleitung zum Überziehen einer Kupfermünze mit Messing

Vorbemerkung

Legierungen wie Messing werden im technischen Bereich überall dort eingesetzt, wo gleichzeitig gute elektrische Leitfähigkeit und mechanische Stabilität eine Rolle spielen, wie es bei Antennen der Fall ist. Wegen seiner guten korrosionschemischen Eigenschaften wird Messing zudem im sanitären Bereich für Armaturen und Formstücke verwendet.

Materialien

mittelgroßes Becherglas, Dreifuß mit Drahtnetz, Gasbrenner, Feuerzeug, Tiegelzange, Petrischale, Kupfermünzen, Pasteurpipette mit Hütchen

Chemikalien

verdünnte Salzsäure, Zinkpulver, Natriumhydroxidplättchen

Gefahrstoffe

Gefahrstoff	H-Sätze	P-Sätze
Salzsäure 1 M	H290, H315, H319, H335	P261, P305+P351+P338
Natriumhydroxid	H314	–
Zink Pulver	H410	–

Durchführung

Die Kupfermünzen werden in der Petrischale vorsichtig mit verdünnter Salzsäure gereinigt. Im Becherglas wird die wässrige Suspension aus wenigen Natriumhydroxidplättchen und einer Spatelspitze Zinkpulver erhitzt. Die Kupfermünzen werden zur Lösung gegeben und bis zum Einsetzen des Siedens erhitzt. Sobald die Münzen mit einer silbrigen Schicht überzogen sind, können sie mithilfe der Tiegelzange aus der Suspension entfernt und vorsichtig abgetrocknet werden. Im Anschluss werden die Münzen vorsichtig in der nicht-leuchtenden Gasbrennerflamme erhitzt, bis ein Farbumschlag erkennbar wird.

Beobachtung

Bei der Reinigung mit verdünnter Salzsäure erhalten die Münzen ihr glänzendes Aussehen zurück. Beim Erhitzen in der Natriumhydroxid-Zinkpulver-Suspension bildet sich ein anthrazit-silberfarbener Überzug. Beim anschließenden Erhitzen über der Gasbrennerflamme zeigt sich ein Farbumschlag zu gelb-gold.

Abbildungen

Abb. 1: Farben der Münzen im Prozess

Deutung

Zink wird mit einer sehr dünnen, sehr festen Oxidschicht überzogen, die das Zink passiviert. Damit die Zinkoxidschicht an der Oberfläche in Lösung gehen kann, muss in einem alkalischen Milieu gearbeitet werden. Es entsteht der Tetrahydroxidozinkat(II)-Komplex.

ZnO_(s) + H₂O_(l) + 2 OH^-_(aq) → [Zn(OH)₄]^2-_(aq)

Die in Folge dessen auf der Oberfläche der Münze befindlichen Zinkatome ergeben mit den Kupferatomen der Münzen die Legierung Messing. Es entsteht ein typisches Metallgitter aus verschiedenen Metallionen (Zn und Cu) und freibeweglichen Elektronen. Durch das Erhitzen der Münzen wird die Messingbildung beschleunigt.

Schülererklärung (die Komplexbildung wird didaktisch reduziert):

Durch die alkalische Zinkpulver-Suspension wird die Münze mit einer Zinkschicht überzogen. Diese reagiert zusammen mit der Kupferschicht durch Energiezufuhr der Brennerflamme zu der Legierung Messing.

Cu_(s) + Zn_(s) → ZnCu_(s)

Entsorgung

Die alkalische Zinkpulver-Suspension abkühlen lassen, das Zink-Pulver abfiltrieren (kann nach Trocknung wiederverwendet werden). Die Natronlauge wird mit verdünnter Säure neutralisiert und mit viel Wasser im Abfluss entsorgt.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Beim Aufkochen der Suspension besteht die Gefahr von Siedeverzügen, was schwere Verätzungen durch die heiße Natronlauge zur Folge haben kann. Als Alternative bietet sich die Verwendung einer Zinkchloridlösung an, bei der die Gefahr von Siedeverzügen deutlich geringer ist.

Literatur

Fachportal Chemie Baden-Württemberg, https://lehrerfortbildung-bw.de/faecher/chemie/bs/6bg/fb2/download/html/vergolden_einer_muenze_versuchsanleitung.pdf , 30.07.2016 (Zuletzt abgerufen am 30.07.2016 um 18:53Uhr).