Versuch 64: Reaktion von Kupfer mit Iod - Einleitung

Verbrennt man ein Stück Papier und wiegt es vor und nach dem Vorgang, erscheint das Papier nach dem Verbrennen leichter. Gehen bei einer chemischen Reaktion wie der Verbrennung also Atome verloren? Natürlich nicht! Beim Verbrennen sind Gase entstanden, die in die Luft entwichen sind.

Das Gewicht des Gases ist nun das Gewicht, das dem verbrannten Papier fehlt. In einem geschlossenen System, wie im folgenden Versuch, lässt sich zeigen, womit sich schon 1803 John Dalton befasste: Die Erhaltung der Masse. (Wenn wir ehrlich sind, kommt der berühmte Massenerhaltungssatz eher dem Russen Lomonossow und dem Franzosen de Lavoisier zu Ehren, doch dies nur am Rande.)

Dalton experimentierte mit Chemikalien und stellte eine erste rein auf Experimenten basierende Atomtheorie auf. Er definierte Atome, Elemente und Verbindungen indem er postulierte, dass Atome bei Reaktionen untereinander erhalten bleiben. Kein Atom verwandelt sich in ein anderes. Die Hoffnungen der Alchemisten, die aus Blei Gold machen wollten, waren damit endgültig dahin.

Bei chemischen Reaktionen entstehen aus Atomen Verbindungen der teilhabenden Atome. Die Masse der Verbindungen entspricht, der Summe der Massen aus denen sie entstanden sind. Weiterhin erkannte Dalton, dass Atome verschiedener Verbindungen in immer gleichen Mengenverhältnissen reagiert haben müssen.

Im Experiment mit Kupfer und Schwefel reagieren diese im Mengenverhältnis 1:1. Bei der Knallgasexplosion reagiert ein Anteil Sauerstoff mit den doppelten Anteilen Wasserstoff zum Wassermolekül. Kupfer und Iod reagieren 1:1, also ein Kupferatom mit einem Iodatom. 1 Gramm Kupfer und 1 Gramm Iod ergeben aber nicht 2 Gramm Kupferiodid, da in den Mengen der Elemente nicht immer die gleiche Anzahl Atome vorhanden sind (verschiedene Atomsorten wiegen verschieden viel).

In 127 Gramm Iod sind die gleiche Anzahl an Atomen, wie in gerade mal 63 Gramm Kupfer vorhanden. Man braucht also einen Anteil Iod und einen Anteil Kupfer für die Reaktion, 12 Gramm Iod und 6 Gramm Kupfer ergeben also 18 Gramm Kupferiodid.

Man sagt, das Massenverhältnis ist hier nicht gleich dem Mengenverhältnis von 1:1 sondern entsprechend den Massen 2:1. Dank an John Dalton, der mit solchen Erkenntnissen den Weg zum modernen Atombegriff geebnet hat.

Sicherheitssymbole

Als Schülerversuch geeignet. Schutzbrille tragen! Gesundheitsschädlich Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln. Neutralisieren!

Chemikalien

  • Kupfer
  • Iod

Materialien

  • Reagenzglas
  • Reagenzglashalter
  • Stativ
  • Ballon
  • Bunsenbrenner
  • Waage

Durchführung

Man gibt einen kleinen Iodkristall in ein Reagenzglas und legt, etwas entfernt dazu, ein gefaltetes Kupferblech hinein. Nun verschließt man das Reagenzglas mit einem Ballon, der etwas aushalten sollte.

Das Reagenzglas wird präpariert gewogen und danach in ein Stativ eingespannt. Das Iod wird mit einem Brenner erhitzt. Erreichen die entstehenden Dämpfe das Kupferblech wird das Blech erhitzt.

Nachdem die Reaktion abgeklungen ist wird das Reagenzglas wieder gewogen. Anstatt des Kupferbleches können auch Kupferspäne verwendet werden. Allerdings verläuft die Reaktion bei feinerer Verteilung heftiger.

Entsorgung

Überschüssiges Iod mit einer Natriumthiosulfatlösung in Iodide umwandeln und in den Ausguss geben. Kupferiodid wird in den Behälter für Schwermetalle gegeben oder mit Eisenspänen zu elementarem Kupfer umgesetzt.

Ergebnisse

Durch das Erhitzen des festen Iodkristalls entsteht violettes, gasförmiges Iod. Trifft das Gas auf das erhitzte Kupferblech reagiert es mit dem Kupfer. Es ist zu erkennen, dass der Ioddampf um das Kupferblech verschwindet.

Wiegt man das entstandene Produkt nach der Reaktion erhält man ein fast identisches Ergebnis, wie beim Wiegen vor der Reaktion (37.72g bzw. 37.71g). Kleine Veränderungen können auf die Genauigkeit der Waage zurückgeführt werden. Schon kleinste Verunreinigungen oder Luftstöße verändern die Messungen in der letzten Stelle. Undichte Stellen im Ballon können das Ergebnis ebenfalls verfälschen.

Generell gilt bei einer chemischen Reaktion das Gesetz von der Erhaltung der Masse:

Masse der Eingangsstoffe (Edukte) = Masse der Ausgangsstoffe (Produkte).

Das Kupfer reagiert bei diesem Versuch mit dem Iod zu Kupferiodid.

Oxidation: Cu → Cu2+ + 2e-

Reduktion: I2 + 2e- → 2I-

Gesamt: Cu + I2 → CuI2

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