Versuch 38: Die chemische Ampel - Einleitung

Freie Fahrt durch die Chemie! Mit Hilfe des Farbstoffes Indigocarmin lassen sich die drei Signalfarben einer Ampel nachbilden. Fachlich eingeordnet passt die chemische Ampel dabei in die Themenbereiche Redoxreaktionen oder organische Farbstoffe.

Redoxreaktionen werden, da sie eine grundlegende Basis der Chemie sind, schon zu Hauf an anderer Stelle behandelt. Kümmern wir uns also um das andere, viel sinnlichere Thema des Versuchs – die Farbe! Ein kleiner Exkurs in die Farbstoffkunde gefällig?

Die Physik lehrt, dass das natürliche Licht unserer Welt, das weiße Sonnenlicht aus verschiedenen Farbanteilen besteht. Schon Sir Isaac Newton fand Wege Sonnenlicht mit einem Prisma in seine farbigen Bestandteile zu zerlegen. Diese Dispersion genannte Aufspaltung des Lichtes kommt durch unterschiedliche Laufzeiten der einzelnen Lichtwellen zu Stande.

Farbstoffe haben nun auch die Eigenschaft das Licht in seine Farben zu zerlegen. Hier geschieht dies aber auf eine andere Weise. Doch vorher noch ein Wort zu den Farbstoffen. Was sind Farbstoffe? Wir finden zwar eine Stoffgruppe, die industrielle zur Herstellung von Farben und farbigen Stoffen verwendet wird, generell sind aber alle Stoffe um uns herum Farbstoffe! Jegliche Materie hat eine Farbe, sonst würden wir sie nicht sehen. Ausnahmen sind viele Gase und manche Flüssigkeiten und Fluide. Ansonsten hat jeder Stoff die Eigenschaft eine Farbe zu haben. Die Stoffe nehmen dazu bestimmte Anteile aus dem Licht auf. Nicht verwendete Anteile des Lichtes ergeben miteinander vermischt ihren typischen Farbton.

Komplexe Bindungssysteme in denen sich Elektronen freier bewegen und angeregt werden können, sorgen für diesen Effekt und die farbige Erscheinung. Manch organische Farbstoffsysteme sind leicht anfällig für Reaktionen, die sie ändern. Ein anderes System bedeutet eine andere Farbe. Die chemische Ampel aus Indigocarmin reagiert mehrfach und zeigt sich so in unterschiedlichem Gewand.

Sicherheitssymbole

Als Schülerversuch geeignet. Schutzbrille tragen! Ätzend In den Ausguss geben.

Chemikalien

  • 14g Glucose in 700ml Wasser
  • 200ml 3%ige NaOH Lösung
  • 0.04g Indigocarmin

Materialien

  • Becherglas (1 Liter)
  • Becherglas (2 Liter)
  • Wärmeheizplatte
  • Rührstab
  • Thermometer
  • Schutzbrille

Durchführung

Man setzt eine Lösung von 6g Natriumhydroxid in 200mL Wasser und eine Lösung von 14g Glucose in 700mL Wasser an. Das 1L-Becherglas wird mit der Glucoselösung gefüllt und auf 35°C erwärmt.

Nach Zugabe von 0.04g Indigocarmin wird die nun blaue Lösung mit der NaOH-Lösung versetzt.

Die Farbe schlägt von blau nach grün. Nach kurzer Zeit wird die Lösung rot und dann gelb.

Gießt man nun aus ca. 60cm Höhe die gelbe Lösung in das leere 2L-Becherglas, verfärbt sie sich erneut.

Dieser Vorgang kann einige Male wiederholt werden, wobei die Farben langsam verblassen.

Entsorgung

Die Lösung wird in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

Die blaue Indigocarminlösung färbt sich nach Laugenzugabe grün. Nun findet ein ständig wiederkehrender Ablauf statt. Die grüne Lösung wird nach einiger Zeit rot und danach gelb. Kippt man die Lösung nun in ein anderes Becherglas färbt sie sich wieder grün und der Farbwechsel beginnt von neuem.

Das Indigocarmin sorgt in diesem Versuch für die Farbe. In zwei Stufen wird es im alkalischen Milieu durch die Glucose zum Leukoindigocarmin reduziert. Die Glucose liefert dabei die Elektronen. Zwei Doppelbindungen an Sauerstoffatomen des Indigocarmin brechen auf, was zum Farbwechsel führt.

Mit Sauerstoff aus der Luft reagiert ein Teil des Leukoindigocarmins wieder zu Indigocarmin. Die Mischung aus gelben Leukoindigocarmin und blauen Indigocarminanteilen ergibt die grüne Farbe. Die Reaktion läuft ab, so lange Glucose als Elektronenspender vorhanden ist.

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