Das Liebig-Laboratorium Lehramt AC1 neu

darunterstehenden Redoxpaares mit höherem Potential reagiert, ist Ausdruck des Zusammenhangs zwischen der Potentialdifferenz ∆E und der
freien Reaktionsenthalpie ∆G. Eine Reaktion läuft freiwillig ab, wenn ∆G < 0. Wegen
∆G = −n F ∆E
gilt dies für ∆E > 0 (n ist die Zahl der übertragenen Elektronen, F die Faraday-Konstante).
Einen tieferen Einblick in diese Grundregeln erhalten Sie im Projekt „Elektrochemie“.
6.3 Vorversuche
In den Vorversuchen werden die typischen Eigenschaften des Kaliumpermanganats und vor allem des Wasserstoffperoxids untersucht.
Nachweisreaktionen für Wasserstoffperoxid
Wasserstoffperoxid kann über zwei gängige Nachweisreaktionen erkannt werden: mit Titanylsulfat als Peroxotitan-Kation oder mit Dichromat als
Chromperoxid.
Wasserstoffperoxid reagiert mit Dichromat-Ionen in schwefelsaurer Lösung unter Bildung von tiefblauem Chromperoxid CrO(O 2 ) 2 . Das Produkt
ist in wässriger saurer Lösung instabil, kann jedoch durch geeignete organische Verbindungen, zum Beispiel Ether, einige Zeit stabilisiert werden.
Versuch 6.1
Eine mit verdünnter H 2 SO 4 oder HNO 3 angesäuerte K 2 Cr 2 O 7 -Lösung wird mit einigen mL Ether überschichtet und anschließend gekühlt
(Eisbad). Dann läßt man 3%-ige Wasserstoffperoxid-Lösung behutsam an der Wand des schräg gehaltenen Reagenzglases einlaufen. An
der Phasengrenze zwischen dem Ether und der wässrigen Lösung bildet sich ein tiefblauer Ring. Befinden sich größere Mengen H 2 O 2 in der
Probe, so färbt sich die Etherphase vollständig blau. Nach einiger Zeit kann die Farbe in Grün oder Violett umschlagen.
Frage 6.1
Recherchieren Sie die Strukturformel des Chromperoxids wie sie in der Literatur angegeben wird und erläutern Sie, wozu mit Ether
überschichtet wird. (Beachten Sie, dass die lehrbuchübliche Strukturformel bislang nicht experimentell vollständig belegt worden ist.) Erklären
Sie anhand der üblichen Lewisformel und der Reaktionsgleichung, weshalb es sich bei der Umsetzung von Dichromat mit Wasserstoffperoxid zu
Chromperoxid nicht um eine Redoxreaktion handelt.
Frage 6.2
Erkären Sie den nach einiger Zeit stattfindenden Farbumschlag in der wässrigen Phase, für welchen eine Redoxreaktion verantwortlich ist.
Disproportionierung von Hyperoxid
Das Hyperoxid-Radikal ist ein besonders reaktives Teilchen. Es ist in wässriger Lösung instabil und disproportioniert bei der Umsetzung eines
Hyperoxids mit Wasser in Sauerstoff und Wasserstoffperoxid, das durch eine charakteristische Orangefärbung nach Zusatz von Titanylsulfat
nachgewiesen werden kann. „Titanylsulfat“ ist Titan(IV)-oxid-sulfat, TiOSO 4 .
Versuch 6.2
1 Spatelspitze Kaliumhyperoxid, KO 2 , bildet bei der Zugabe zu 25 mL Wasser sofort Sauerstoff und Peroxid. Das entstandene Peroxid wird
als Peroxotitanyl-Kation nachgewiesen. Hierzu werden 2 Tropfen der Lösung im Reagenzglas mit 2 Tropfen 3 M H 2 SO 4 angesäuert und mit
1–2 Tropfen 0,1 M Titanylsulfatlösung versetzt. Eine gelbe bis gelborange Färbung, die auf der Bildung von [Ti(O 2 )(H 2 O) n ] 2+ beruht, zeigt
H 2 O 2 an.
Frage 6.3
Formulieren Sie die Gesamt- und Teilgleichungen der Zersetzung von Kaliumhyperoxid. Wann wird eine Redoxreaktion als Disproportionierung
bezeichnet?
Durch eine Superoxiddismutase wird diese ohnehin rasche Reaktion um mehrere Größenordnungen beschleunigt, was die Brisanz des
Superoxids unterstreicht. Unter Berücksichtigung der Aciditäten (pK S -Werte: HO 2 4,8; H 2 O 2 12) kann die katalysierte Reaktion für den
physiologischen pH-Wert formuliert werden gemäß:
•− +
2 O + 2 H → O2 + H O
2
2 2
Katalase-katalysierte Zersetzung von Wasserstoffperoxid
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Katalasen zersetzen das Zellgift Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff. Katalasen finden sich in allen aerob lebenden Organismen.