SSL (?): an | aus

Bitte die Forenregeln und die Hinweise zu den Versuchen lesen!

Neue Antwort erstellen
Red Bottle
Pok
Illumina-Mitglied

Anmeldedatum: 19.08.2013
Beiträge: 1390
Artikel: 34
Red Bottle

Ein bekannter Schauversuch zum Thema Redoxreaktionen ist die sogenannte Blue Bottle. Mit anderen Farbstoffen lässt sich in vergleichbarer Weise die weniger bekannte "Red Bottle" durchführen. Es gibt mehrere Variationen, die sich mit unterschiedlichen Chemikalien durchführen lassen. Zwei Varianten werden hier vorgestellt.


Geräte:

Erlenmeyerkolben (200 und 300 ml) mit Stopfen, Bechergläser, Messzylinder, Heizplatte, Pipetten


Chemikalien:

Safranin (C)


Benzoin

Benzil (Xi)


Natriumhydroxid (C)



Ethanol (F, Xi)


Aceton (F, Xi)


Wasser


Durchführung:

Variante 1: Safranin + Benzoin

In 200 ml dest. Wasser werden 1,8 g Natriumhydroxid gelöst. Man fügt 0,5 bis 1 ml Safranin-Lösung (0,1-prozentig) und 4-5 ml einer Benzoin-Lösung (0,1 g in 10 ml Aceton) hinzu, verschließt mit einem Stopfen und schüttelt, bis die Flüssigkeit rot wird. Lässt man den Kolben ruhig stehen, wird die Lösung nach 10-30 Sekunden wieder farblos. Der Versuch lässt sich etwa ein Dutzend Mal wiederholen. Wenn sich die Lösung beim Stehenlassen nicht mehr entfärbt, gibt man erneut Benzoin-Lösung hinzu, wodurch weitere Zyklen möglich sind.


Variante 2: Benzoin + Benzil

0,3 g Benzoin und 0,3 g Benzil werden unter Erwärmen in 100 ml Ethanol gelöst. Zur wieder erkalteten Lösung gibt man einige Tropfen konzentrierte Natronlauge, sodass eine rote Farbe entsteht, verschließt den Kolben und schüttelt, wodurch sich die Flüssigkeit gelb färbt. Beim Stehenlassen wird sie wieder rot. Auch dieser Versuch kann mehrmals wiederholt werden.


Erklärung:

Variante 1: Safranin + Benzoin

Das rot gefärbte Safranin wird durch Benzoin entfärbt. Dabei dient Benzoin als Reduktionsmittel und wird zu Benzil oxidiert. Die reduzierte Form des Farbstoffs, das Leuko-Safranin, wird durch den beim Schütteln eingetragenen Sauerstoff wieder zur farbigen Verbindung oxidiert.



Die römischen Ziffern (blau) geben die sich verändernden Oxidationszustände der Kohlenstoff- und Sauerstoffatome an. Die Bruttoreaktion besteht aus einer Oxidation von Benzoin durch Sauerstoff zu Benzil und Wasser. Das Safranin wirkt als Katalysator.

Statt Benzoin kann, wie bei der Blue Bottle, auch Glucose als Reduktionsmittel verwendet werden. Die Dauer bis zur Entfärbung dauert dann aber viel länger (siehe 3. Literaturquelle). Neben Safranin eignet sich auch eine Reihe weiterer Redoxindikatoren für den Versuch, wie z.B. Resazurin oder Phenanthrenchinon. Bei dem letzten Farbstoff erfolgt der Farbumschlag umgekehrt, d.h. in Ruhe entsteht eine orange-farbene Lösung, während Schütteln zur Entfärbung führt.


Variante 2: Benzoin + Benzil

Anders als beim vorherigen Beispiel beruht die rote Farbe des Benzoin-Benzil-Systems nicht auf einem konjugierten π-Elektronensystem des Ausgangsstoffs. Aus Benzil und dem unter alkalischen Bedingungen vorliegenden Benzoin-Dianion entstehen zwei Benzoin-Radikalanionen, die durch Mesomerie stabilisiert werden. Das ungepaarte Elektron ist über alle Sauerstoff- und Kohlenstoff-Atome delokalisiert und kann so bereits durch blaues Licht angeregt werden, weshalb die Lösung rot (Komplementärfarbe) erscheint. Durch Sauerstoff wird das Radikal-Molekül zerstört, wodurch die rote Farbe verschwindet und das Gelb des Benzils wieder hervortritt.



Unterm Strich wird bei diesem Experiment Benzoin durch Sauerstoff im alkalischen Medium zu Benzoat und Wasser oxidiert. Benzil katalysiert die Reaktion.


Entsorgung:

Die Lösung aus dem ersten Versuch kann nach Neutralisation mit verdünnter Salz- oder Schwefelsäure über das Abwasser entsorgt werden. Das Ethanol aus dem zweiten Versuch wird durch Destillation wiedergewonnen und der Rückstand über den Hausmüll entsorgt.


Bilder:


Für den Versuch mit Safranin und Benzoin benötigte Chemikalien: Benzoin und Safranin (beides auf dem Objektträger), dazu noch Natriumhydroxid, Wasser und etwas Aceton (nicht abgebildet)


Für Variante 2 wird Ethanol statt Wasser benötigt, außerdem Benzoin (fast weißes Pulver), Benzil (gelb) und Natriumhydroxid (auf Objektträger)


Videos:






Literatur:

Variante 1: U. Rajchakit, T. Limpanuparb (2016) Rapid Blue Bottle Experiment: Autoxidation of Benzoin Catalyzed by Redox Indicators. Journal of Chemical Education, 93, 1490-1494. doi: 10.1021/acs.jchemed.6b00018

Variante 2: M. Gerwig (2007) Red-Bottle-Versuch. Philipps-Universität Marburg (Praktikumsprotokoll, pdf-Dokument). Originalquelle: H. Brandl (1998) „Red-Bottle“-Versuch. Praxis der Naturwissenschaften-Chemie, 47 (7), 6.

Safranin + Glucose: M. Holfeld (2017) Das Blue-Bottle-Experiment einmal anders. In: M. Holfeld, H. Kekule, D. Müller (Hrsg.) Magie der Chemie. S. 11-13. (pdf-Dokument). Originalquelle: M. Holfeld (2000) Das Blue-Bottle-Experiment einmal anders. Praxis der Naturwissenschaften-Chemie, 49 (3), 39-40.

_________________
Removing barriers in the way of science: Sci-Hub.
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von Pok anzeigenPrivate Nachricht senden
NI2
Illumina-Moderator

Anmeldedatum: 19.08.2008
Beiträge: 5383
Artikel: 85
Geschlecht: Geschlecht:Männlich
Sehr schön! Very Happy

_________________
I OC

There is no sadder sight in the world than to see a beautiful theory killed by a brutal fact. [T. Huxley]

But just because we live does not mean that we’re alive. [E. Autumn]

The pursuit of knowledge is hopeless and eternal. Hooray! [Prof. H. J. Farnsworth]
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von NI2 anzeigenPrivate Nachricht senden
IllumiNobel-Gewinner 2012

Anmeldedatum: 06.01.2012
Beiträge: 3117
Artikel: 54
Geschlecht: Geschlecht:Männlich
Alter: 54
Moment mal! Wenn im ersten Versuch Benzoin zu Benzil oxidiert wird und Benzil (s. 2. Versuch ) gelb ist - wieso wird die Lösung im 1. Versuch nicht im Laufe der Zeit gelb statt farblos.
Und wenn Benzil das Oxidationsprodukt von Benzoin ist, wieso entsteht dann in 2. Versuch Benzoesäure, im ersten aber nicht? Wieso muss für Verscuh 2 überhaupt Benzil zugegeben werden, wenn es sowieso aus Benzoin gebildet wird?

_________________
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher."(A. Einstein 1871-1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von lemmi anzeigenPrivate Nachricht senden
Pok
Illumina-Mitglied

Anmeldedatum: 19.08.2013
Beiträge: 1390
Artikel: 34
Ich vermute, dass nur ethanolische Benzil-Lösungen gelb sind, aber nicht wässrige.

Im 1. Versuch entsteht keine Benzoesäure, weil das Benzoin-Molekül dafür gespalten werden müsste. Dafür sind die Reaktionsbedingungen m.E. zu milde. Wenn man allerdings bedenkt, dass beim Blue-Bottle-Versuch auch eine krassere Oxidation stattfindet als man bisher dachte, könnte das hier ebenfalls der Fall sein. Vermutest du das?

Benzil muss im 2. Versuch zugegeben werden, weil das zusammen mit dem Benzoin-Dianion erst das Radikal bilden kann laut Reaktionsschema. Dafür wären vermutlich auch geringere, also katalytische Benzilmengen nötig. Aber laut Quellen soll man 1 g Benzil und 1 g Benzoin entsetzen. Dabei wurde die Lösung bei mir aber viel zu dunkel, weshalb ich auf je ca. 0,3 g umgestiegen bin.

Edit: nach ein bisschen Lesen scheint mir die Möglichkeit doch nicht mehr so unwahrscheinlich, dass sich auch in der 1. Reaktion Benzoesäure bildet. Möglich wäre auch die Bildung von Benzilsäure, wie sie durch alkalische Oxidation von Benzoin gewonnen werden kann.

_________________
Removing barriers in the way of science: Sci-Hub.
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von Pok anzeigenPrivate Nachricht senden
Illumina-Mitglied

Anmeldedatum: 08.08.2010
Beiträge: 1063
Artikel: 4
Wohnort: Berlin-Pankow
Geschlecht: Geschlecht:Männlich
Alter: 58
Schöner Versuch!

_________________
"Der einfachste Versuch, den man selbst gemacht hat, ist besser als der schönste, den man nur sieht." (Michael Faraday 1791-1867)

Alles ist Chemie, sofern man es nur "probiret". (Johann Wolfgang von Goethe 1749-1832)

„Dosis sola facit venenum.“ (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus 1493-1541)

"Wenn man es nur versucht, so geht´s; das heißt mitunter, doch nicht stets." (Wilhelm Busch 1832 -1908)
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von Uranylacetat anzeigenPrivate Nachricht senden
IllumiNobel-Gewinner 2012

Anmeldedatum: 06.01.2012
Beiträge: 3117
Artikel: 54
Geschlecht: Geschlecht:Männlich
Alter: 54
Pok hat Folgendes geschrieben:
Ich vermute, dass nur ethanolische Benzil-Lösungen gelb sind, aber nicht wässrige.

Im 1. Versuch entsteht keine Benzoesäure, weil das Benzoin-Molekül dafür gespalten werden müsste. Dafür sind die Reaktionsbedingungen m.E. zu milde. Wenn man allerdings bedenkt, dass beim Blue-Bottle-Versuch auch eine krassere Oxidation stattfindet als man bisher dachte, könnte das hier ebenfalls der Fall sein. Vermutest du das?

Benzil muss im 2. Versuch zugegeben werden, weil das zusammen mit dem Benzoin-Dianion erst das Radikal bilden kann laut Reaktionsschema. Dafür wären vermutlich auch geringere, also katalytische Benzilmengen nötig. Aber laut Quellen soll man 1 g Benzil und 1 g Benzoin entsetzen. Dabei wurde die Lösung bei mir aber viel zu dunkel, weshalb ich auf je ca. 0,3 g umgestiegen bin.

Edit: nach ein bisschen Lesen scheint mir die Möglichkeit doch nicht mehr so unwahrscheinlich, dass sich auch in der 1. Reaktion Benzoesäure bildet. Möglich wäre auch die Bildung von Benzilsäure, wie sie durch alkalische Oxidation von Benzoin gewonnen werden kann.


ad 1.: das mit der Farbe könntest du doch durch einen einfachen Versuch prüfen.

ad 2. und 4.: soweit ("vermutest du das?") hatte ich gar nicht gedacht. Mir war nur aufgefallen, dass bei ähnlcihen Ansätzen beidesmal völlig verschiedene Rekationen ablaufen sollen. Vielleicht müssen wir da wie bei der blue bottle noch ein paar Jährchen warten, bis eine Arbeitsgruppe dem detailliert nachgeht. Wink

Ad 3.: ich fände es interessant, zu erfahren was passiert, wenn man eine viel kleinere Menge Benzil als Benzoin einsetzt (z.B. 0,03 g und 0,3 g). Da Benzil im Laufe der Reaktion entsteht, könnte es doch sein, dass sich das System autokatalytisch "hochschaukelt".

_________________
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher."(A. Einstein 1871-1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von lemmi anzeigenPrivate Nachricht senden
Pok
Illumina-Mitglied

Anmeldedatum: 19.08.2013
Beiträge: 1390
Artikel: 34
Ich hab eine 1%ige Lösung von Benzil in Aceton zu Wasser, Natronlauge (0,8%ig) und Ethanol gegeben:



Blick von oben:

links Ethanol-Reagenzglas, rechts Aceton-RG

Nach Erhitzen klarten die wässrigen Lösungen auf, nach Erkalten wurde nur die Lösung ohne Natronlauge wieder trübe:


In beiden Fällen schieden sich oben aber Tropfen einer konzentrierten Benzil-in-Aceton-Lösung ab:


Im Safranin-Versuch ist die Konz. des entstehenden Benzils am Schluss so hoch wie bei den Versuchen hier (0,025 %).
Die Konz. von Benzil im Benzil-Benzoin-Versuch liegt schon zu Beginn 12x höher (0,3 %). Das könnte erklären, warum im 1. Versuch die Lösung nicht gelb erscheint. Selbst Ethanol wird bei nur 0,025 % Benzilgehalt nicht gelb gefärbt, wie man hier sieht. Außerdem ist die gelbe Farbe im Benzil-Benzoin-Versuch ja auch nur schwach.

Ein neues Problem taucht durch die Trübung auf. Benzil löst sich offenbar schlechter in Wasser (bzw. stark verdünnter Natronlauge) als Benzoin. Dass beim Safranin-Versuch keine Trübung entsteht, müsste dann mit einer Übersättigung des gebildeten Benzils zu erklären sein. Vielleicht hilft das enthaltene Hydroxid irgendwie, das Ausfallen zu verhindern.

Was sich nun bildet (Benzil, Benzoat oder Benzilsäure), ist damit nicht geklärt. Die Trübung spricht m.E. gegen Benzil. Ich halte Benzilsäure (bzw. Natriumbenzilat) als Produkt für am wahrscheinlichsten. Da die Quelle aber explizit von Benzil spricht (natürlich ohne experimentelle Prüfung), lasse ich das in der Erklärung lieber so stehen.

_________________
Removing barriers in the way of science: Sci-Hub.
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von Pok anzeigenPrivate Nachricht senden
Illumina-Mitglied

Anmeldedatum: 08.05.2017
Beiträge: 785
Artikel: 25
Wohnort: Wien
Pok hat Folgendes geschrieben:
Im Safranin-Versuch ist die Konz. des entstehenden Benzils am Schluss so hoch wie bei den Versuchen hier (0,025 %).
Die Konz. von Benzil im Benzil-Benzoin-Versuch liegt schon zu Beginn 12x höher (0,3 %). Das könnte erklären, warum im 1. Versuch die Lösung nicht gelb erscheint. Selbst Ethanol wird bei nur 0,025 % Benzilgehalt nicht gelb gefärbt, wie man hier sieht. Außerdem ist die gelbe Farbe im Benzil-Benzoin-Versuch ja auch nur schwach.


das war - schon alleine mit Blick auf die Bilder der Edukte - auch mein erster Gedanke.

Im übrigen - sher hübsches Demonstrationsexperiment, mal etwas weniger Bekanntes!
Gibt's denn noch andere bunte Bottles? Statt mit Safranin müsste die Redox-Übertragung auch auf andere Farbstoffe funktionieren...
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von mgritsch anzeigenPrivate Nachricht senden
IllumiNobel-Gewinner 2012

Anmeldedatum: 06.01.2012
Beiträge: 3117
Artikel: 54
Geschlecht: Geschlecht:Männlich
Alter: 54
Na klar. Was mir am besten gefällt ist der Ansatz mit Indigokarmin (chemische Ampel).

_________________
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher."(A. Einstein 1871-1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von lemmi anzeigenPrivate Nachricht senden
Pok
Illumina-Mitglied

Anmeldedatum: 19.08.2013
Beiträge: 1390
Artikel: 34
Schön wäre aber noch eine weitere Kombination aus Farbe/Farblos. Smile Sowas gibts m.W. nur in den Farben Blau und Rot. Für eine richtige Green Bottle (grün/farblos) z.B. kenne ich keine Anleitung.

Anscheinend sind Thiazin- und Phenazinfarbstoffe am geeignetsten. Von denen hab ich leider nix in Grün. 3 grüne Triphenylmethanfarbstoffe wurden bei mir in Tests sofort entfärbt und durch Schütteln nicht mehr grün (Methylgrün, Malachitgrün, Brillantgrün). Grüne Lebensmittelfarbe blieb grün und wurde nicht farblos beim Stehen. Mit blauer Lebensmittelfarbe soll es angeblich klappen (Brillantblau FCF). Ist aber auch nur ein weiteres Blau.

Es gibt allerdings auch noch "fluoreszierende Bottles" mit Resazurin oder Kresylviolett.

_________________
Removing barriers in the way of science: Sci-Hub.
Benutzer-Profile anzeigenAlle Beiträge von Pok anzeigenPrivate Nachricht senden
Red Bottle
Du kannst keine Beiträge in dieses Forum schreiben.
Du kannst auf Beiträge in diesem Forum nicht antworten.
Du kannst deine Beiträge in diesem Forum nicht bearbeiten.
Du kannst deine Beiträge in diesem Forum nicht löschen.
Du kannst an Umfragen in diesem Forum nicht mitmachen.
Alle Zeiten sind GMT + 1 Stunde  
Seite 1 von 1  



Vorheriges Thema anzeigen :: Nächstes Thema anzeigen  
  
   
  Neue Antwort erstellen