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Katalytische Säurekorrosion

von Ann-Kathrin Röver

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Ziel des Versuchs In diesem Versuch wird ein Rückbezug zu der elektrochemischen Spannungsreihe vorgenommen, indem sich elementares Kupfer innerhalb des Aluminiumschälchen bildet und das Schälchen selbst porös wird.

Materialien

5 Teelichtbehälter aus Aluminium, Leitungswasser, Spatel, Glasspatel, 2 Bechergläser

Chemikalien

Wasser, Kupferchlorid-Dihydrat, Kupfersulfat-Pentahydrat, Natriumchlorid, Petrolether

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Wasser – – –
Petrolether 50-70°C H225, H304, H315, H336, H411 P210, P243, P280, P273, P301, P331, P302+P352, P304+P340, P309+P310 GHS07 GHS02 GHS08 GHS09
Natriumchlorid – – –
Kupfer(II)-chlorid-2-H2O H302, H319, H315, H410 P280, P273, P302+P352, P305+P351+P338, P309+P311 GHS07 GHS09
Kupfer(II)-sulfat-5-H2O H302, H319, H315, H410 P280, P273, P302+P352, P305+P351+P338, P309+P311 GHS07 GHS09

Durchführung

Vor Beginn des Versuchs müssen die Aluminium-Schälchen mithilfe von Petrolether von den Wachsrückständen befreit werden. Dabei sollten Handschuhe getragen werden. Dies geschieht durch die Lehrkraft. Im Anschluss werden sowohl 0,1 mol/L von 30 mL CuSO4·5H2O als auch 30 mL CuCl2·2H2O hergestellt. In das erste Teelicht wird normales Wasser, in das zweite CuSO4·5H2O-Lösung und in das dritte ebenfalls CuSO4·5H2O, welches mit NaCl-Lösung versetzt wird. In die beiden letzten Aluminiumschalen befinden sich eine CuCl2- und eine mit NaCl versetzte CuCl2-Lösung.

Beobachtung

In den ersten beiden Teelichterschalen ist keine Veränderung erkennbar. In den Aluminiumschälchen drei bis fünf setzt kurz nach Beginn des Versuches eine Gasentwicklung ein. Bereits nach 15 Minuten ist ein bräunlicher Feststoff zu erkennen. Nach einer Stunde ist das Aluminiumschälchen so instabil, dass etwas von den Lösungen auf das Blatt Papier läuft. Mittlerweile haben sich bei der Schale, die nur CuCl2-Lösung enthält, große braune Feststoffstücke am Boden abgesetzt. In der Schale drei und fünf sind diese Feststoffreste feiner.

Abbildungen

  • Abb. 1: Teelichtbehälter mit Salzlösungen nach 0 Min.
  • Abb. 2: nach 15 Min.
  • Abb. 3: nach einer Stunde

Deutung

Das Aluminium der Teelichtbehälter ist mit einer Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid umgeben, weshalb zunächst keine Reaktion stattfindet. Durch Zugabe von Chloridionen, die hierbei als Katalysator agieren, beschleunigt sich die Reaktion zwischen Kupferionen und Aluminium. Die Chloridionen katalysieren die Kupferabscheidung aus einer Kupfersalz-Lösung auf das Aluminium. Die Chloridionen diffundieren durch das Kristallgitter des Aluminiumoxids, woraufhin die folgende Redoxreaktion abläuft:

3Cu2+(aq) + 2Al(s) + Cl-(aq) ⇋ 2Cu(s) + 2Al3+(aq) + Cl-(aq)

Der Katalysator beschleunigt somit die Reaktion, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Dass es sich bei dem Katalysator um die Chloridionen handelt, verdeutlicht die Vergleichslösung CuSO4. Bei dieser findet durch Abwesenheit der Chloridionen erst nach einigen Stunden eine langsame Ausfällung des Kupfers statt. Nach fünf Stunden waren kleine, elementare Kupferstücke am Behälterboden zu erkennen.

Entsorgung

Die Lösungen werden in den Schwermetallabfall gegeben.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Der Versuch sollte an die elektrochemische Spannungsreihe anschließen bzw. diese sollte bereits bekannt sein. Im Anschluss an diesen Versuch können die SuS weitere, ungeladene Katalysatoren kennenlernen, damit der Entstehung der Fehlvorstellung, dass Katalysatoren nur geladene Ionen sein können, vorgebeugt wird.

Literatur

[5] R. Blume, http://www.chemieunterricht.de/dc2/katalyse/vkat-053.htm, 04.01.2005 (zuletzt aufgerufen am 02.08.2016)