Versuch 41: Chemischer Vulkan - Einleitung

„Vulkane sind geologische Strukturen, die entstehen, wenn geschmolzenes Gestein (Magma) an die Oberfläche von Planeten tritt.“ Dies ist das allgemeingebräuchlichste Verständnis von Vulkanen. Das Bild, das wir dabei im Kopf haben, von einem Berg mit Krater und explodierendem roten Inhalt, kann und wird noch auf andere Weise nachempfunden.

In der Grundschule findet man oft den Backpulvervulkan, bei dem eingefärbtes Natron oder Brausepulver den Berg zum Schäumen bringt. Um 1890 konnten interessierte Knaben in der wöchentlich erscheinenden Jugendzeitschrift „Der gute Kamerad“ neben spannenden Geschichten von Karl May von einfachen naturwissenschaftlichen Experimenten lesen. Eines dieser Experimente ist der „Vulkan im Wasserglas“, ein Versuch zum Thema Auftrieb und Dichte, bei dem Wein in einem Wasserglas in einem vulkanähnlichen Ausbruch aufsteigt.

Dichteunterschiede lassen sich auch durch unterschiedlich warme Flüssigkeiten darstellen – ein weiterer Ansatz für physikalische Vulkane ist also der alltägliche Latte macchiato.

In älterer Chemieliteratur und im Internet findet man unter dem Stichwort "Chemischer Vulkan" einen sehr beeindruckenden Versuch, der dem Aussehen eines Vulkanausbruches deutlich näher kommt, als die bislang genannten. Ammoniumdichromat wird dabei erhitzt und zersetzt sich unter Verwirbelung der Reaktionsmasse zu Chromoxid.

Ammoniumdichromat ist allerdings inzwischen als krebserregend ausgemacht und daher für einen modernen chemischen Vulkan ungeeignet. Ein neuer Vulkan muss also her! Der Kaliumpermangantvulkan ist dieser neue chemische Vulkan und macht dem Namen alle Ehre. Zu einem Haufen aufgeschüttet und mit Eisenpulver überdeckt sprüht er Funken und lässt Rauch aufsteigen.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Wasser-/Umweltgefährdend Leichtentzündlich Brandfördernd Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln.

Chemikalien

  • 10-15g Kaliumpermanganat
  • 2-5 ml Glycerin
  • Eisenpulver

Materialien

  • hitzebeständige Keramikplatte
  • Spatel
  • Reibeschale
  • Pipette

Durchführung

10-15g Kaliumpermanganat werden in einer Reibeschale fein zerrieben und auf einer hitzebeständigen Keramikplatte aufgehäuft. In die Mitte des Haufens formt man eine kleine Mulde. Um die Mulde herum gibt man Eisenpulver. Fertig ist der künstliche Vulkan.

Zum Zünden tropft man mit einer Pipette 2-5mL Glycerin in die Mulde und entfernt sich schnell. Alternativ können auch kleine Mengen Magnesiumpulver hinzu gegeben werden. Allerdings kann das zu übermäßiger Hitzeentwicklung und so zum Splittern der Keramikplatte führen.

Entsorgung

Der Rückstand wird in Wasser gelöst, mit Natriumcarbonat versetzt und einige Zeit stehen gelassen. Die Flüssigkeit wird danach abgegossen und ins Abwasser gegeben. Die abgesetzten festen Bestandteile werden in den Sammelbehälter für Schwermetalle gegeben.

Ergebnisse

Nach variierender Wartezeit fängt der chemische Vulkan an zu brodeln und zu knacken. Erste Rauchschwaden steigen auf. Kurz darauf zündet das Gemisch und verbrennt mit violetter Flamme und sprühenden Funken.

Das Glycerin reagiert mit dem Kaliumpermanganat unter starker Hitzeentwicklung. Je mehr Hitze sich entwickelt, desto schneller verläuft die Reaktion. Dabei wird das Glycerin zu Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Kaliumcarbonat oxidiert. Das Kaliumpermanganat wird zu einem Gemisch verschiedener Mangansalze reduziert: Kaliummanganat(VI), Braunstein, Mangan(III)oxid.

C3H5(OH)3 + KMnO4 → CO2 + K2CO3 + H2O + K2MnO4 + MnO2 + Mn2O3

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Hinweise

In manchen Fällen startet die Reaktion stark verzögert. Die längste Wartezeit im Labor betrug knappe 30 Minuten. Das Gemisch darf in diesem Fall nicht in den Abfall gegeben werden. Der Aufbau wird in einen Abzug in Abstand zu brennbarem Material gestellt und verbleibt dort bis zur Reaktion.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Chemischer Vulkan

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NEU

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