Lichtenbergschule Darmstadt 18. - 21. Juli 2005

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Projektwoche Sommer 2005 (18.-21. Juli 2005) – Lichtenbergschule Darmstadt – Thema: „Metalle“TU Darmstadt – Fachbereich Chemie – CHEMIE FÜR SCHÜLER – Dr. Klaus Jürgen WannowiusVersuch: Herstellen von Wismut-Kristallen 9Man schmilzt Wismut in einem Gefäß (möglichst aus Edelstahl) mit Brenner und Dreifuß. Wenn allesgeschmolzen ist, lässt man erkalten. Wenn sich eine Haut gebildet hat, lässt man in die Mitte der Schmelzeein Stückchen (salzkorngroß) festes Wismut fallen. Festes Wismut hat eine geringere Dichte alsgeschmolzenes. Der Kristall schwimmt deshalb auf der Schmelze und kristallisiert in die Schmelze weiter.Bevor die Schmelze ganz erstarrt ist (das kann man erkennen, wenn man den Schmelztiegel bewegt), gießtman sie in einen zweiten Becher um (gut greifende Zange verwenden!). Man erhält Kristalle, die in vielenFarben schimmern. Die Kristalle haben entweder Formen, die an eine Stufenpyramide erinnern, oder siebilden lange Stäbchen mit quadratischen Querschnitt aus.Man bewahrt sie am besten in einem geschlossenen Gefäß auf, damit sie ihren bläulichen Glanz behalten.aus 109 http://www.crystalgrowing.com/index_d_wismut.htm10 http://www.mindprint-coding.de/14
Projektwoche Sommer 2005 (18.-21. Juli 2005) – Lichtenbergschule Darmstadt – Thema: „Metalle“TU Darmstadt – Fachbereich Chemie – CHEMIE FÜR SCHÜLER – Dr. Klaus Jürgen WannowiusVersuch:Elektrolytisches Versilbern, Vernickeln und Vergolden("electroplating")Hintergrund:Die Oberflächenbearbeitung und -veredlung spielt in der heutigen Zeit eine große industrielle Rolle. So neigenviele Metalle dazu sich oberflächlich mit einer Oxidschicht zu überziehen. Durch Überziehen mit einerEdelmetallschicht (beispielsweise Gold) kann man die Korrosion verhindern.Ein Werkstück aus Kupfer oder Messing kann allerdings nicht direkt vergoldet werden. Hier muss man dasKupfer zunächst mit einer Nickelschicht "abdecken" bevor man es in ein Bad zum Vergolden eintaucht.Bei der Abscheidung von Metallen auf Oberflächen ist es wichtig, dass eine geschlossene und "dichte" Flächeentsteht. Je langsamer das Metall abgeschieden wird, um so schöner wird das Resultat. Im Metallbad solltedas abzuscheidende Metall in möglichst kleiner Konzentration vorliegen. Der Chemiker bedient sich hierbeieines Tricks. Man setzt der Metallsalzlösung Komplexbildner L zu. Nach Gleichung (1) bildet sich aus denfreien Metallkationen und dem Liganden L ein Metallkomplex.M z+ + n L ML nz+Je nach der Ladung des Liganden L (L kann ein neutrales Molekül wie zum Beispiel Thioharnstoff NH 2 –C(S)–NH 2 oder ein Anion wie zum Beispiel Cyanid, CN – sein) entsteht ein positiv oder auch negativ geladenerKomplex ML n . Bei großem Überschuss des Liganden L wird das Gleichgewicht (1) weit nach rechtsverschoben. Die Konzentration an Metallkation wird damit sehr klein gehalten.Im Falle des Goldbades verwendet man in der Regel K[Au(CN) 2 ] als "Goldsalz". In dieser Verbindung liegtGold in der Oxidationsstufe +I vor. In Lösung wird das komplexe Goldsalz in die Ionen K + und [Au(CN) 2 ] –gespalten. Das komplexe Ion [Au(CN) 2 ] – unterliegt dem Gleichgewicht (2).Electoplating--How It Works [3][Au(CN) 2 ] – Au + + 2 CN – (2)This page is intended for students, as a quick introduction. It explains the scientific principle behindelectroplating, but does not discuss the real-world industrial situation.In the real world, things like polishing, pre-treatment, and post-treatments are often more critical than theelectroplating step itself. In the real world, it is not often not possible to get bright and satisfactory platedcoatings without buying patented organic additives from the patent holders. In the real world, considerationmust be given to safety issues, proper waste treatment and disposal, and a host of other issues. Remember,this page explains some of the basic science of the electroplating, but is NOT a guide to doing practicalindustrial electroplating.What is electroplating?Electroplating is the deposition of a metallic coating onto an object by putting a negative charge onto theobject and immersing it into a solution which contains a salt of the metal to be deposited. The metallic ions ofthe salt carry a positive charge and are attracted to the part. When they reach it, the negatively charged partprovides the electrons to reduce the positively charged ions to metallic form.How does it work?Look at the figure below, and then follow the written explanation.(1)Imagine that we have an object that is made of copper or steel, and that it has been properly cleaned, andthat we now want to plate it with nickel. A wire is attached to the object, and the other end of the wire isattached to the negative pole of a battery (the wire is blue in this picture). To the positive pole of the batterywe connect the red wire; the other end of the red wire we connect to a rod made of nickel.15
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