Versuch 73: Flammende Aluvernichtung - Einleitung

Zum Verpacken von Butterbroten und anderer Lebensmittel verwendet man gern Alufolie, weil sie sehr reaktionsunfreudig ist. Auch saure Bestandteile, also Säuren, greifen Aluminium nicht an, was sich so sehr positiv auf den Geschmack des Butterbrotes auswirkt.

Betrachtet man Aluminium chemisch stellt man schnell fest, dass Aluminium gar nicht so passiv sein sollte. Aluminium ist eigentlich sogar so reaktionsfreudig, dass es schon an der Luft mit dem Sauerstoff reagiert. Das entstehende Aluminiumoxid bildet eine Schutzschicht, die nur schwer anzugreifen ist. Im folgenden Experiment gelingt der Angriff und führt zu flammender Aluvernichtung.

Wie sich zeigen wird ist das passivierte Aluminium durch Komplexe angreifbar. Ein solcher Komplex bildet sich schon im Kontakt mit einer Chloridsalzlösung. Chloridionen bilden einen leicht wasserlöslichen Komplex mit dem Aluminium. Wir müssen daher die Möglichkeiten des Aluminiums im Haushalt einschränken. Salzige und feuchte Lebensmittel können durch Alufolie regelrecht verdorben werden. Also für das Frühstücksbrot lieber Brotpapier verwenden und feuchte Lebensmittel nur im Abstand mit der Folie bedecken.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Gesundheitsschädlich Ätzend Wasser-/Umweltgefährdend Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln. Neutralisieren!

Chemikalien

  • Kupfer(II)sulfat
  • Kupfer(II)chlorid
  • Schwefelsäure 30%
  • Salzsäure 37%
  • Alufolie

Materialien

  • 2 Erlenmeyerkolben
  • 2 Pipetten
  • Holzspan
  • 2 Bechergläser

Durchführung

Man stellt eine 1 molare Kupfersulfatlösung und eine 1 molare Kupferchloridlösung her. 20mL dieser Lösungen gibt man in je einen Erlenmeyerkolben und säuert sie mit 10mL Säure an. Bei der Kupferchloridlösung benutzt man dazu die konzentrierte Salsäure, bei der Kupfersulfatlösung die ca. 30% Schwefelsäure.

Zu Versuchsbeginn gibt man in jeden Erlenmeyerkolben ein Stück zusammengeknüllte Alufolie. Die Reaktion startet in einem der beiden Erlenmeyerkolben. Der Raum kann verdunkelt werden und ein brennender Holzspan in den Erlenmeyerkolben mit der Reaktion gehalten werden.

Der Versuch kann auch ohne Säuren durchgeführt werden. Bei Beachtung der Konzentrationsgrenzen, kann so aus diesem Versuch ein Schülerversuch gemacht werden.

Entsorgung

Die Lösungen werden neutralisiert und mit Eisenspänen versetzt. Nachdem das gesamte Kupfer ausgefallen ist werden die Feststoffe abfiltriert und in den Abfall gegeben. Die Lösungen werden dann in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

Im Erlenmeyerkolben mit der schwefelsaueren Kupfersulfatlösung zeigt sich nach Zugabe von Aluminium keine Reaktion. Die salzsaure Kupferchloridlösung zeigt eine heftige Reaktion mit dem Aluminium. Rotgoldenes Kupfer fällt aus der Lösung aus. Hält man einen brennenden Holzspan in den Kolben verbrennt ein Gas mit grün/blauer Flamme.

Aluminium ist ein sehr unedles Metall, d.h., dass es im Zusammenhang mit anderen Metallen oder Säuren sehr leicht Elektronen abgegeben sollte. Warum also tut es das im ersten Fall nicht?

Aluminium ist passiviert, d.h. geschützt. Geschützt wird es durch eine Oxidschicht, die sich sofort an der Luft bildet und so eine weitere Reaktion verhindert. Selbst die starke Schwefelsäure im ersten Erlenmeyerkolben konnte die Oxidschicht nicht zerstören (oder zumindest nur so langsam, dass man es in der Zeit des Versuches nicht beobachten kann). Grund für die Reaktion im anderen Erlenmeyerkolben ist nicht die Säure, sondern vielmehr die Chloridionen.

Diese bilden mit dem schützenden Aluminiumoxid einen Komplex, der sehr gut wasserlöslich ist. Die Schutzschicht wird somit sprichwörtlich aufgelöst:

Al2O3(s) + 2Cl-(aq) + 3H2O → 2[Al(OH)2Cl](aq) + 2OH-(aq)

Das metallische Aluminium wird nun unter Anderem durch Kupferionen oxidiert:

3Cu2+(aq) + 2Al(s) → 2Al3+(aq) + 3Cu(s)

Gemeinsam mit dem metallischen Kupfer reagiert es aber auch mit der Säure unter Bildung von Wasserstoff:

2Al + 6H3O+ → 2Al3+ + 6H2O + 3H2

Cu + 2H3O+ → Cu2+ + H2O + H2

Kupferionen sorgen für die blau/grüne Flammenfärbung. Mit fortschreitender Reaktion geht die blaue Flamme aus, weil sich das Wasser der Lösung durch die Reaktionsvorgänge erhitzt und Wasserdampf entsteht, der die Flamme löscht.

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Hinweise

Konzentrierte Salzsäure bildet ätzendes Chlorwasserstoffgas. Der Versuch sollte in einem Abzug durchgeführt werden.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Flammende Aluvernichtung

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NEU

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