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pH-Abhängigkeit eines Gleichgewichts

von Lars Lichtenberg

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Ziel des Versuchs Der Versuch kombiniert das Säure-Base-Konzept mit Komplexgleichgewichtsreaktionen und zeigt, dass es Konkurrenzreaktionen zu Komplexbildungsreaktionen geben kann. Für ein besseres Verständnis des Versuchs sollten die SuS daher über das nötige Grundwissen zu Komplexen verfügen. Der Versuch liefert eindeutige Ergebnisse und ist schnell durchführbar.

Vorbemerkung

Der Versuch kombiniert das Säure-Base-Konzept mit Komplexgleichgewichtsreaktionen und zeigt, dass es Konkurrenzreaktionen zu Komplexbildungsreaktionen geben kann. Für ein bes- seres Verständnis des Versuchs sollten die SuS daher über das nötige Grundwissen zu Komplexen verfügen. Der Versuch liefert eindeutige Ergebnisse und ist schnell durchführbar.

Materialien

Becherglas (50 mL), Pasteurpipetten, Rührstab, Reagenzgläser

Chemikalien

Kupfer(II)-sulfat Pentahydrat, halbkonzentrierte Schwefelsäure, konzentrierte Ammoniaklösung, Destilliertes Wasser

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Kupfer(II)-sulfat-5-H2O H302, H319, H315, H410 P280, P273, P302+P352, P305+P351+P338, P309+P311 GHS07 GHS09
Ammoniaklösung konz. 25% H314, H400, H335 – GHS05 GHS09 GHS07
Schwefelsäure 10% H319, H315 P280, P302+P352, P305+P351+P338 GHS07

Durchführung

Es werden 10 mL einer 0,01 M Kupfersulfat-Lösung (m = 0,025 g) hergestellt und in 3 Reagenzgläser gegeben. In zwei Reagenzgläser wird die Kupfersulfat-Lösung tropfenweise mit konzentrierter Ammoniaklösung versetzt, bis die Lösung eine intensive blaue Färbung zeigt. Danach wird solange halbkonzentrierte Schwefelsäure hinzugegeben, bis diese Färbung verschwunden ist und anschließend erneut konzentrierte Ammoniaklösung hinzu getropft.

Beobachtung

Die hellblaue Kupfersulfatlösung färbt sich bei Zugabe von konzentrierter Ammoniaklösung dunkelblau und es entsteht ein hellblauer Niederschlag. Durch Zugabe von halbkonzentrierter Schwefelsäure entfärbt sich die Lösung. Bei erneuter Zugabe von Ammoniaklösung wird die Lösung wieder dunkelblau.

Abbildungen

  • Abb. 1: GGW der Komplexe
  • Abb. 2: GGW Ammoniak/Ammoniumionen
  • Abb. 3: Kupfersulfatlösung (links), Kupfersulfatlösung mit Ammoniak (mitte links), nach Zugabe von Schwefelsäure (mitte rechts) und erneute Zugabe von Ammoniak (rechts).

Deutung

Die hellblaue Farbe ist auf den Tetraaquakupferkomplex zurückzuführen. Beim Hinzugeben der Ammoniaklösung, findet ein Ligandenaustausch statt, wobei vier Wasser-Moleküle durch vier Ammoniak-Moleküle schrittweise ersetzt werden. Es entsteht der sehr stabile Tetraamminkupfer-Komplex (vgl. Abb. 1).

Durch die Zugabe der Schwefelsäure wird die Konzentration der H+-Ionen erhöht, sodass sich das Basengleichgewicht des Ammoniaks (vgl. Abb. 2) auf die Seite des Ammonium-Ions verschiebt. Somit wird die Konzentration des Ammoniaks verringert. Da beide Gleichgewichte miteinander gekoppelt sind, verschiebt sich durch die Konzentrationsabnahme des Ammoniaks das Komplexgleichgewicht auf die Eduktseite, sodass sich der blaue Tetraamminkupfer-Komplex auflöst und sich wieder der Tetraaquakupfer-Komplex bildet. Durch erneute Zugabe von Ammoniak (Edukt) verschiebt sich das Gleichgewicht wieder auf die Seite des Tetraamminkupfer-Komplexes.

Entsorgung

Die Lösungen können im Abfluss entsorgt werden.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Der Versuch sollte wegen des konzentrierten Ammoniaks im Abzug durchgeführt werden.

Literatur

Nach: D. Wiechoczek, http://www.chemieunterricht.de/dc2/komplexe/aust-gg.html, 06.04.2010 (Zuletzt abgerufen am 12.08.2015 um 12:40Uhr).