chemischer Farbwechsel (Reduktion von Kaliumpermanganat)

Geräte: Magnetrührer mit Rührfisch, Erlenmeyerkolben 300ml, kleines Becherglas


Chemikalien:
Kaliumpermanganat (C, N, O, Xi)


Natronlauge 5% (C)


Schwefelsäure 5% (C)


Bariumchlorid (T)


Natriumsulfit
destilliertes Wasser




Durchführung:
Vor Beginn der Vorführung fertigt man eine Bariumchlorid-Lösung an, indem man etwa 0,5g Bariumchlorid in 20ml destilliertem Wasser löst.
Man stellt den Erlenmeyerkolben (mit Rührfisch) auf den Magnetrührer und befüllt ihn mit 150ml destilliertem Wasser. Die Rührfunktion wird eingeschaltet. Nun kann die Vorführung beginnen.
Schritt 1: Man gibt ein paar Kristalle Kaliumpermanganat zu Wasser, welches sich darauf hin violett färbt. (erstmal nocht nichts besonderes)
Schritt 2: Nun gibt man etwa 20ml 5%ige Natronlauge und ein Spatel Natriumsulfit hinzu. Die Lösung färbt sich grün.
Schritt 3: Als nächstes tropft man so lange 5%ige Schwefelsäure hinzu bis sich die Lösung gelb färbt.
Schritt 4: Um die gelbe Lösung farblos zu machen tropft man weiter Schwefelsäure hinzu.
Schritt 5: Wenn man nun die zuvor hergestellte Bariumchlorid-Lösung hinzu gibt trübt sich die farblose Lösung weiß ein.


Entsorgung: Nach Neutralisation kann die Lösung ins Abwasser gegeben werden. Größere Mengen Kaliumpermanganat und Bariumchlorid dürfen so nicht entsorgt werden.


Erklärung:
Die einzelnen Reaktionsgleichungen für die Schritte 2-5 lauten wie folgt:

2. 2 KMnO₄ + Na₂SO₃ + NaOH --> 2 K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O grün

3. K₂MnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ --> MnO₂ + 2 Na₂SO₄ + H₂O gelb

4. MnO₂ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ --> MnSO₄ + Na₂SO₄ + H₂O farblos

5. Na₂SO₄ + BaCl₂ --> 2 NaCl + BaSO₄ weiß

Verantwortlich für die Färbungen (bis auf weiß) ist das MnO4^--Ion. Dieses Ion kann in mehreren Oxidationsstufen vorliegen und nimmt jeweils verschiedene Farbtöne an.
Verantwortlich für die weiße Färbung ist das Bariumchlorid welches mit dem Natriumsulfat in der Lösung reagiert und schwer lösliches Bariumsulfat bildet. Das Bariumsulfat fällt aus der Lösung aus und verursacht die weiße Trübung.


Bilder:

Nach Zugabe von Kaliumpermanganat.


Nach Zugabe von Natronlauge und Natriumsulfit.


Gelbfärbung nach zutropfen verdünnter Schwefelsäure.


Nach weiterer Zugabe von Schwefelsäure.


Weiße Färbung nach Zugabe der Bariumchlorid-Lösung.

Diese Farbspielerei ist immer wieder schön!

Allerdings haben sich einige Fehlerchen eingeschlichen: Die Reaktionsgleichungen sind recht unausgeglichen. Da entsteht mal Kalium und woanders wird es gar in Natrium umgewandelt... ein wirklich magischer Prozess! Hier hilft es, nur die an der Reaktion beteiligten Ionen zu nennen, da die anderen Ionen nur "da" sind, ohne an der Reaktion teilzunehmen. Das korrekte Aufstellen von Redoxgleichungen ist die Grundlage unseres Handwerkes. Außerdem liegen die Bilder alle auf der Seite (Computerproblem).

Zusatztipp zu den Bildern: Der Heizmagnetrührer dominiert die Abbildung und oben ist der Hals abgeschnitten. Kurz: Achte besonders darauf, was Du NICHT abbilden möchtest. Das ist einer der wichtigsten Tipps zu besseren Bildern.

Die Mengenangaben sind recht vage und die Konzentrationsangaben zu Natronlauge und Schwefelsäure fehlen auch. Das hilft aber dem Leser, das Experiment nachvollziehen zu können und eventuell zu reproduzieren. Meine Kollegen hatten einige Mühe in dieses Experiment gesteckt, um die richtigen Konzentrations- und Mengenverhältnisse herauszufinden. Als ich jetzt, ein Jahr danach, einige Fragen zu den Notizen hatte waren deren Erinnerungen daran schon völlig wertlos. Das soll Dir sagen, daß man viel Arbeit durch unzureichende Dokumentation mühelos vernichten kann.

Für einen Muggel schon mal ganz gut - eine farbenfrohe Vorstellung! Könnte ein nettes kleines Schauexperiment werden.

Auf ein paar Fehler hat Glaskocher ja schon hingewiesen. Ausserdem ist die Aussage
nicht richtig. Das MnO₄^--Ion ist violett und nichts anderes. Die anderen Farbtöne kommen durch andere Verbindungen zustande. Was die Oxidationsstufe wechselt ist nicht das MnO₄^- als ganzes sondern nur das ... aber das kriegst du selbst raus!

Dann müssen ein paar Formatierungen verbessert werden. Die Bilder sind alle horizontal. Das hatten wir hier schon öfter und wieso das so ist kann ich dir nicht sagen, weil das mit meinem Bildprogramm (irfan view) nie passiert (kommt scheinbar bei dem Windows-Bildprogamm vor). Ich habe dir das erste Bild mal gedreht.
Die tief- und hochgestellten Symbole in den Formeln macht man so: ensprechendes Symbol markieren und dann auf die Schaltfläche [Sub] bzw [Sup] klicken. dann werden die Steuerzeichen automatisch vor und hinter dem Symbol eingefügt. Sieht dann im Editor unübersichtlich aus, aber daran gewöhnt man sich schnell. Probier's einfach mal aus!

Ansonsten erstmal willkommen im Forum und es wäre nett, wenn du uns hier ein bisschen was über dich erzählen würdest!

Diese nette Farbenspielerei bietet sich als Show-Versuch an.... Der Kritik von den Kollegen schließe ich mich an. Mich interessiert ferner, wie Du zu diesem netten Versuch gekommen bist - per Literatur (bitte möglichst als Quelle angeben) oder eigene Idee ?

Ansonsten sei "blubbernd" willkommen hier im Forum und stell Dich bitte näher vor!

ok, dann muss ich mich da nochmal ein bisschen reinarbeiten. Den Versuch hab ich mal vor ein paar Jahren an so einem "Tag der offenen Tür" an der Uni gesehen. Der Dozent hat es zumindest so erklärt. Jedenfalls geht die Erklärung schon an die Grenze meines Wissen, da ich noch Schüler bin.

Wie dreht man eigentlich die Bilder? Habs versucht aber nicht geschafft.

Dann helfe ich mal nach...

Reduktion des Permanganat-Ions (violett) zum Manganat-Ion (Grün) in alkalischer Lösung mit Sulfit...

2 MnO₄^- + SO₃^2- + OH^- --> 2 MnO₄^2- + SO₄^2- + H₂O

Wie kommt man jetzt dort hin? Ich stelle die Redox-Gleichung mal in Einzelschritten auf:
a) MnO₄^- + e^- --> MnO₄^2- (Hier ändert sich die Oxidationszahl des Mangan-Atoms von +VII auf +VI, während der Rest vom Molekül erhalten bleibt)

b1) SO₃^2- --> SO₄^2- (Startpunkt ohne "Berechnung", Oxidationszahl des Schwefelatoms im Sulfit = +4; im Sulfat = +6)
b2) SO₃^2- --> SO₄^2- + 2 e^- (Auf der Seite der oxidierten Form werden Elektronen zugegeben, bis Oxidationszahlen + Elektronen-Ladungen auf beiden Seiten die gleiche Summe bilden)
b3) SO₃^2- + 2 OH^- --> SO₄^2- + 2 e^- (Die Ladung wird, da in alkalischer Lösung gearbeitet wird, mit OH^--Ionen ausgeglichen)
b4) SO32- + 2 OH- --> SO42- + 2e- + H2O (Jetzt noch die Stoffbilanz berichtigen)
____________


Da in der Teilgleichung a) ein Elektron transferiert wurde, in Gleichung b) aber zwei davon müssen wir zweimal die Gleichung a) zu einmal Gleichung b) addieren...

2 MnO₄^- + SO₃^2- + 2 e^- + 2 OH^- --> 2 MnO₄^2- + 2 e^- + SO₄^2- + H₂O (Jetzt noch auf beiden Seiten vorkommende Teilchen herazusrechnen...)

2 MnO₄^- + SO₃^2- + 2 OH^- --> 2 MnO₄^2- + SO₄^2- + H₂O (fertig, bitte nochmal die Atomanzahlen auf beiden Seiten überprüfen, ob die selben Anzahlen jeder Atomsorte links und rechts auftauchen)


Wenn Du das Ganze mit elektroneutralen Substanzen, also NaOH statt OH^--Ionen schreiben möchtest, dann mußt Du beachten, daß Du mit zwei Kaliumatomen (aus 2 Kaliumpermanganat) und zwei Natriumatomen (aus 2 Natriumhydroxid) auch rechts dann zwei verschiedene Manganat-Salze erzeugst (Natrium-manganat und Kalium-manganat). Aus diesem Grund, und weil sie an der eigentlichen Reaktion nicht teilnehmen, habe ich diese Gegenionen weggelassen.


Versuche mal, die Schritte 3 und 4 in ähnlicher Weise zu lösen, wie ich bei der Oxidation des Sulfit-Ions vorgegangen bin. Beachte aber, daß Du in saurer Lösung mit Hydroniumionen (H₃O⁺) den Ladungsausgleich machen mußt.
Zusatzinfo: Im Braunstein hat das Mangan die Oxidationszahl +IV und beim Mangan(II)-Ion ist sie gleich der Ionenladung, also +II.


Nebenbei: Das Mangan²⁺-Ion ist nicht farblos, sondern blassrosa. Aber es ist so blass, daß in der verwendeten Konzentration die Lösung farblos aussieht.____________