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Chlorknallgas als Lehrexperiment
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Hallo Freunde des gepflegten Experimentes!

In der chemischen Grundvorlesung wird zum Thema "Radikalkettenreaktion" das Chlorknallgas als Beispiel für eine unverzweigte Kettenreaktion vorgeführt. Im Laufe der Zeit kamen da einige Varianten der Vorführung und Zündung zusammen. Allen gemeinsam ist, daß das zu zündende Gasgemisch zu gleichen Volumina aus Wasserstoff und Chlor zusammengesetzt ist. Die Gase werden meistens in der pneumatischen Wanne über einer gesättigten Kochsalzlösung abgemessen und das Reaktionsgefäß (dickes Reagenzglas oder dünnwandiger Kolben) wird meistens zerstört. Bis zur beabsichtigten Zündung muß das Gefäß unter Lichtabschluß gehandhabt werden, um eine frühzeitige Zündung zu verhindern.

In Vorlesungsunterlagen von 1960 fand ich drei Varianten der Zündung:

- Das Reagenzglas wird in einen dichen Lappen (Aufnehmer) gewickelt und erst kurz vor dem Zünden mit einem Glimmspahn entkorkt.

- Ein dünnwandiger Rundkolben (eher Christbaumkugel) hat die Möglichkeit, das Gasgemisch mit einem elektrischen Funken zu zünden und wird in einer Splitterschutzbox aus nicht zu feinem Drahtgewebe zur Explosion gebracht.

- Unter drei Weithalsflaschen aus weißem, blauem und braunem Glas werden drei gefüllte Reagenzgläser platziert und durch das Abbrennen eines Magnesiumbandes gezündet. Unter dem farblosen und dem blauen Glas kommt es zur Explosion, während das Braunglas kein ausreichend energiereiches Licht durchläßt.


- Es gibt die Möglichkeit, das Gasgemisch mit einer (Einweg-)Blitzlichtbirne zu zünden.

- In unserer Vorlesung zünden wir das Gasgemisch mit dem Licht einer Halogenglühbirne. (dauert etwas, bis genug Ketten parallel aktiv sind)

- Mit einem "Elektronenblitz" für Fotoapparate sollte die Zündung auch möglich sein (Xenon-Blitzlichtröhren haben ein stark blau- und UV-lastiges Spektrum).



Ich würde gerne mit Hilfe eines "Elektronenblitzes" und farbigen Filtergläsern die Wellenlängenabhängigkeit dieser Reaktion zeigen. Da ich weiß, daß diese Reaktion in ihrer Anfangsphase zunächst eine gewisse Mindestmenge an Licht braucht, bis die noch unbeteiligten Chlormoleküle auch thermisch dissoziieren, möchte ich den Blitz nicht zu klein dimensionieren, zumal ich ja noch Filtergläser dazwischen halten möchte. Ich weiß, daß die Bindungsenergie von Cl-Cl 242kJ/mol beträgt. Das entspricht einer Wellenlänge von 493nm (Blau, an der Grenze zu Grün).*

Bei den mit Cadmiumchalkogenid gefärbten Gläsern weiß ich, daß sie eine recht steile Absorptionskante haben, die ab einer gewissen Wellenlänge alles kurzwelligere Licht absorbiert. Da müßte ich nochmal nachsehen, ob bei gelbem Glas die Zündung schon gelingt. Mit Cobalt blau gefärbtes Glas ist im blauen bis ultravioletten Bereich transparent, für Färbungen mit Chrom, Kupfer, Mangan, Nickel und Eisen muß ich noch die typischen Absorptionsspektren suchen. Dazu könnten "Silbergelb" und "Goldrubin" noch interessant sein. Ob ich es schaffe, einen "Christiansen-Filter" zu bauen weiß ich noch nicht. Diese Filter sind recht empfindlich gegen Temperaturänderungen, da diese eine Änderung der Brechzahl der Flüssigkeit verursachen.


* =EDIT hat die Wellenlänge berechnet und ergänzt.
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Hallo Glaskocher,

anno dazumal habe ich das zweimal im großen Reagenzglas einfach nur wie beim normalen Knallgas über der kleinen Zündflamme des Bunsenbrenners angezündet - in dicken Aufnehmer-Lappen eingewickelt....

Effektvoll und weniger gefährlich, da keine Glassplitter entstehen, ist die Zündung des Knallgases in einer PET-Flasche.

Hier ein Video zur Demonstration mit farbigen Wechsel-LED´s:


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Das Experiment habe ich ein Mal life gesehen. Damals hat es der Chemie-Referendar an unserer Schule im Unterricht während seiner Lehrprobe vorgeführt und zur Zündung einen Fotoblitz verwendet, den er direkt vor dem mit Chlorknallgas gefüllten Reagenzglas postiert hatte. Hat hervorragend geklappt! (was er dafür für eine Bewertung von den Prüfern bekommen hat weiß ich aber nicht...)

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Die Idee mit den Schmalband-LEDs ist interessant. Das ist glatt ausbaufähig! Danke für diesen Tipp!

Diese LEDs sind noch besser als mit einer Kontinuum-Lichtquelle und dann Filtergläser davorhalten. Diese Gläser gibt es nicht in derart feiner Abstufung. Das müßte ich in der nächsten Saison glatt mal testen, ob das bei uns funktioniert, wie gewünscht. Im Thread "LED-basiertes UV-VIS-Photometer" müßte ich die richtigen LED-Empfehlungen dazu bekommen.
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Glaskocher hat Folgendes geschrieben:
Im Thread "LED-basiertes UV-VIS-Photometer" müßte ich die richtigen LED-Empfehlungen dazu bekommen.


Bezugsquellen sind angegeben, ich hab mir bei Roithner auch gleich nette Laserpointer gkauft in Rot (650) grün (530) und Blau (450) - das müsste mit blauem Laser vermutlich auch gehen (wenngleich merklich teurer als mit eriner LED)...
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Nachtrag:

Ein interessanter Link zur Geschichte des Experimentes mit verschiedenen modernen Varianten:
http://www.clb.de/ck2011rx52_files/CLB01-02-09.pdf
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Danke für dieses interessante "Paper"! Wink

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