Simulation der „Zementation“ - Chemie und ihre Didaktik, Universität ...

Experiment 6
Simulation der Zementation
Simulation der „Zementation“
Zeitbedarf für die Versuchsdurchführung: ca. 30 Min.
Geräte:
Magnetrührer mit Magnetrührstäbchen und Heizfunktion
Thermometer
Becherglas (600 ml - Weithals)
Trichter mit Filterpapier
Reagenzglas
Nutschapparatur / Filter
Pipette
Spatel
Chemikalien:
Zinksulfat-Lösung aus Experiment 4
Zinkstaub,
Zn, R10-15, S7/8-43
Dimethylglyoxim,
C 4 H 8 N 2 O 2 , Xn, R22
Methanol,
CH 3 OH, F, T, R11-23/24/25-39/23/24/25, S7-16-36/37-45
Ammoniak,
NH 3 , T, N, R10-23-34-50, S9-16-26-36/37/39-45-61
tri-Natriumcitrat-Dihydrat,
C 6 H 5 Na 3 O 7 • 2 H 2 O
Versuchsaufbauskizze:
a) Reaktionsapparatur
Thermometer
Zinkstaub
pH-Elektrode
Becherglas
pH-Anzeige
Zinksulfat-
Lösung 1 14
(nach der Eisen-
Mangan-Fällung)
Magnetrührer
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Experiment 6
Simulation der Zementation
b) Nutschapparatur
Becherglas mit
Reaktionsgemisch
Büchner-
Trichter
Wasserstrahlpumpe
Saugflasche
Zinksulfat-
Fertiglauge
Durchführung:
Das Filtrat aus Experiment 4 wird auf 60-65°C auf der Heizplatte erwärmt und gerührt. Nach
Erreichen der Temperatur werden 7 g Zinkstaub zugegeben. Die Lösung wird 10 Minuten bei
60-65°C stark gerührt.
Danach werden weitere 3 g Zinkstaub zugegeben. Nach weiteren 10 Minuten wird eine Probe
(Volumen etwa 5 ml) für den Nickel-Nachweis gezogen und in ein Reagenzglas filtriert.
Zur Probe für den Nickel-Nachweis werden 3ml ammoniakalische Natriumcitrat-Lösung und
1,5 ml 1%ige methanolische Dimethylglyoxim-Lösung gegeben. Falls eine Rotfärbung zu
verzeichnen ist, müssen dem Reaktionsgemisch nochmals 3 g Zinkstaub zugefügt und nach 5
Minuten wieder eine Probe „analysiert“ werden.
Wenn die Probe keine Rotfärbung zeigt, wird das Reaktionsgemisch abgenutscht.
Das Filtrat wird für die folgenden Versuche verwendet.
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Experiment 6
Simulation der Zementation
Beobachtung:
Nach Zugabe des Zinkstaubes fällt sofort ein schwarzer Niederschlag aus und es ist eine
leichte Gasentwicklung zu verzeichnen.
Nach dem Abnutschen ist die erhaltene Lösung leicht weißlich trübe.
Deutung:
Der Zinkstaub reagiert in einer Redoxreaktion mit den Ionen von edleren Metallen, die sich
noch in der Lösung befinden. Außerdem wird Wasserstoff freigesetzt.
Es finden folgende Reaktionen statt:
Cu 2+ + Zn Cu ↓ + Zn 2+
Pb 2+ + Zn Pb ↓ + Zn 2+
Ni 2+ + Zn Ni ↓ + Zn 2+
Cd 2+ + Zn Cd ↓ + Zn 2+
Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 ↑
Der größte Teil der Pb 2+ -Ionen ist schon im Versuch „Simulation der Anteigrührwerke“ als
schwerlösliches Bleisulfat ausgefällt worden. Die aufgrund der Restlöslichkeit im
Reaktionsgemisch verbliebenen Pb 2+ -Ionen werden bei der Zementation zu elementarem Blei
reduziert (vgl. Experiment 2).
Überschüssiges Kaliumpermanganat, das sich von der Eisen-Mangan-Fällung noch in der
Lösung befindet, wird durch den entstehenden Wasserstoff zu Mangandioxid reduziert:
2 KMnO 4 + 3 H 2 + H 2 SO 4 2 MnO 2 ↓ + 4 H 2 O + K 2 SO 4
Die Nachweisreaktion mit Dimethylglyoxim findet wie folgt statt:
Ni 2+ + C 4 H 7 N 2 O 2 [Ni(C 4 H 7 N 2 O 2 ) 2 ] 2+
rot
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Experiment 6
Simulation der Zementation
Die Struktur des Nickeldimethylgyoxim-Komplexes sieht wie folgt aus:
) 1
Es handelt sich dabei um einen sogenannten Chelatkomplex (lat.: chelae = Scheren (von
Krebstieren)), bei dem das Zentralatom von einem mehrzähnigen Liganden aufgrund von
Wechselwirkungen mit einsamen Elektronenpaaren oder mit Elektronenlücken „scherenartig“
eingeschlossen wird.
Der systematische Name lautet „Bis(2,3-butandion-dioximato)nickel“.
Entsorgung:
Die Lösung muss, soweit sie nicht für die folgenden Versuche verwendet wird, dem
Schwermetallabfall zugeführt werden.
1 Aus: „CD Römpp Chemie Lexikon“, Vers. 1.0, Stuttgart/ New York: Georg Thieme Verlag, 1995, Stichwort
„Chelate“
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