Der Bleibaum und Anderes im Kieselgel

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immi07
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Der Bleibaum und Anderes im Kieselgel

Beitrag von immi07 »

Der Bleibaum für die Kristallsammlung
und andere Schönheiten im Kieselgel


Planmäßig sollte nur ein Bleibaum für die Kristallsammlung entstehen. Optisch ansprechend, mechanisch und zeitlich stabil sowie gegen die Umwelt abgeschlossen, also gefahrlos handhabbar, sollte er sein. Eigentlich ganz einfach, aber Diffusion braucht Zeit und so bleibt Zeit für Un- und Zufälle und neue Ideen.
P1160658.JPG
P1160658.JPG (94.84 KiB) 658 mal betrachtet
Meditation in Blei


Geräte:

Becherglas 200 ml, Messzylinder 100 ml, Magnetrührer, Petrischalen (Kunststoff), Pinzette, Reagenzgläser, Spatel, Spritze 10 ml, TwistOff-Glas 110 ml, Waage
Für Kristallsammlungsdauerpräparate erscheinen mir "Kulturröhrchen" mit GL18-Gewinde am sinnvollsten.

Chemikalien:

Ammoniumsulfat
Blei Warnhinweis: nWarnhinweis: xnWarnhinweis: attn
Blei(II)-acetat Warnhinweis: nWarnhinweis: t
destilliertes Wasser, nachfolgend Wasser genannt (demineralisiertes Wasser ist genauso verwendbar)
Eisen (in Form vom Normteilen)
Essigsäure Warnhinweis: c
Kaliumiodid Warnhinweis: xn
Natriumchlorid
Natronwasserglas
Tetraaquakupfer(II)-sulfat-Monohydrat Warnhinweis: nWarnhinweis: attn
Zink (in Form vom verzinkten Normteilen und Bruchstücken von Zinkdruckgußteilen möglich)
Blei Warnhinweis: nWarnhinweis: xnWarnhinweis: attn
Blei(II)-iodid Warnhinweis: nWarnhinweis: xnWarnhinweis: attn
Blei(II)-sulfat Warnhinweis: nWarnhinweis: xnWarnhinweis: attn
Eisen(II)-acetat Warnhinweis: attn
Kupfer


Hinweis:

Blei und Bleiverbindungen sind giftig und potenziell krebserregend. Beim Umgang mit ihnen ist entsprechende Vorsicht geboten.(Handschuhe, ggfs Schutzmaske um keine Stäube einzuatmen, im Abzug oder im Freien arbeiten!)


Durchführung:


Das handelsübliche, konzentrierte Wasserglas wird im Volumenverhältnis 17:83 mit destilliertem Wasser verdünnt. Dadurch entsteht verdünntes Wasserglas mit einer Dichte von 1,06 g/ml. Die Zieldichte kann man mit einer Spritze 10 ml kontrollieren. (10,6 Gramm nach Tara) Mein Verdünntes Wasserglas hatte eine Dichte von 1,07 g/ml. Dann bereitet man eine 1,2 mol/l Essigsäure vor (72 g/l), indem man 90 g der 80 % igen Essigessenz (84,2 ml) mit destilliertem Wasser auf 1 Liter verdünnt. Schon vor der Herstellung des Gels wird ein Reaktionspartner in der Essigsäure gelöst. Auf Details wird weiter unten eingegangen. Das Gel besteht zur Hälfte aus verdünntem Wasserglas und zur anderen Hälfte aus 1,2 mol/l Essigsäure. In das 200 ml Becherglas wird das Wasserglas vorgelegt und auf dem Magnetrührer bei mittlerer Geschwindigkeit mit der langsam zugegebenen "beladenen" Essigsäure vermischt. Kleinere Ansätze gestalten sich schwierig, weil eine schnelle, gleichmäßige Verteilung der Säure kaum zu realisieren ist. Dieses ist aber wichtig, um eine vorzeitige, unkontrollierte und inhomogene Gelbildung zu vermeiden. Das Gemisch wird umgefüllt (Reagenzglas, Petrischale, Schraubdeckelglas) und unter Verschluss die Gelbildung abgewartet. Das kann einige Zeit dauern. Die Prüfung der Festigkeit des Gels durch Ankippen des Gefäßes ist nicht aussagekräftig genug. (Bild [1]) Es sollte ganz vorsichtig mit einem Glasstab o.ä. die Stabilität der Oberfläche geprüft werden.
Meine Ansätze waren frühestens nach 10 Stunden und spätestens nach 30 Stunden ausreichend geliert.
Mit Blei(II)-acetat in der Essigsäure kann man einen stabilen Bleibaum erzeugen. Wenn kein Blei(II)-acetat vorhanden ist, kann es nach dieser Anleitung synthetisiert werden. Für ein 110 ml Schraubdeckelglas benötigt man ca. 3 g Blei(II)-acetat, welches in 60 ml der 1,2 mol/l Essigsäure gelöst wird. In der Literatur werden zwischen 0,5 mol/l (19 g / 100 ml) und 0,01 mol/l (0,38 g / 100 ml) für die Blei(II)-acetatkonzentration angegeben. Ich habe mit 3 g je 100 ml Säure und 6 g je 100 ml gearbeitet. Beides funktionierte bei mir ohne signifikante Unterschiede. Nach Gelieren wird für den Bleibaum ein Stück Zink aufgelegt und wieder gegen Verdunstung verschlossen. Das Wachstum beginnt sofort. In meinen Versuchen entstanden regelmäßig Wasserstoffblasen am Zink. (Bild [2]) Aus diesem Grund ist dringend anzuraten, das Wachstum mit oben liegendem Zink durchzuführen und das Zink vor der Versiegelung des Reaktionsgefäßes für die Präsentation zu entfernen. Eine einzelne Gasblase kann das Ergebnis "optisch vernichten". Genauso vernichtend ist das ständige Entfernen des beschlagenen Deckels der Petrischale zur Fotodokumentation / Wachstumskontrolle. Zum einen wird dem Gel Wasser entzogen und zum anderen wird ein Fussel seinen Weg auf die große Oberfläche finden. (Bilder [3] und [4]) Eine Lagerung kopfüber, wie in der Mikrobiologie üblich, gestaltet sich bei aufgelegten Zinkstücken und vorhandener Schwerkraft schwierig. Wenn das Zinkstück ins Gel gedrückt wird, ist es aber durchaus praktikabel. Dann könnte man im Deckel, mit Filterpapier fließgehemmt, einen Wasservorrat anlegen, um den Wasserverlust beim Öffnen auszugleichen. Anderenfalls hat sich eine kleine Pumpsprühflasche mit Wasser als brauchbar erwiesen.
Wenn der Bleibaum das Reaktionsgefäß den Vorstellungen entsprechend gefüllt hat, wird das Zinkstück entfernt und das Gefäß mit Heißkleber versiegelt. Von der Versiegelung mit Epoxidharz ist abzuraten, weil oberhalb 70 % Luftfeuchte keine vollständige Aushärtung mehr stattfindet.
Auch mit Magnesium und Eisen lässt sich ein Bleibaum antreiben, mit Magnesium etwas schneller und mit Eisen deutlich langsamer als mit Zink. Da Eisenacetat eine rotbraune Farbe annimmt, tritt es auch optisch in Erscheinung.
Mit Blei(II)-acetat in der Essigsäure und Überschichtung des Gels mit Kaliumiodid kann man einen stabilen Blei(II)-iodid Goldregen herstellen. Dazu verwendet man Bleiacetatkonzentrationen wie beim Bleibaum und überschichtet mit Kaliumiodidlösung ca. 0,3 g auf 10 ml Wasser. Nach 30 min sind die ersten Kriställchen zu sehen.
Um in einem Bleibaum einen Herbstblättersturm zu erzeugen, bricht man das Wachstum durch entfernen des Zinkstücks ab und überschichtet mit Kaliumiodidlösung wie oben. (Bild [12])
Auch der Habitus des Bleibaums ist beeinflussbar. Nach Überschichten eines noch wachsenden Baumes mit Ammoniumsulfatlösung 1 g auf 100ml Wasser wurden Bleisulfatkristalle erwartet. Es entstand aber nur weißer Nebel. Und der Bleibaum bildete nur noch kurze, büschelige Triebe. (Bilder [7] und [8])
Mit 5 g Tetraaquakupfer(II)-sulfat-Monohydrat in 100 ml 1,2 mol/l Essigsäure erhält man nach Mischen mit dem verdünnten Natronwasserglas ein hellblaues Gel. Durch Auflegen eines Bleistückes entsteht etwas Wasserstoff, ein Kupferbaum und kristallines Blei(II)-sulfat. (Bilder [9][10][11])
Man kann Bleibäume auch umlagern. (Bilder [14][15][16][17][18]) Als erstes wurde eine verzinkte Mutter ins Blei(II)-acetatgel gedrückt. Innerhalb einiger Minuten entstand unter Wasserstoffentwicklung ein Bleiigel um die Mutter. Nachdem Zink vollständig zu Zn2+ umgesetzt war, hörte das Wachstum auf. Nach einem Tag war die rotbraune Farbe des Eisenacetat zu erkennen und der Bleiigel verschwand. Das Blei wurde in drei Ästen wieder abgeschieden. Im anderen Fall wurde eine verzinkte 20 mm Unterlegscheibe auf das Gel gelegt. Die Bleiabscheidung setzte sofort ein und stagnierte nach 60 s. Eine Kontrolle nach 11 min ergab eine völlig entzinkte Unterlegscheibe und einen Bleiabdruck der Scheibe im Gel. Innerhalb 48 Stunden bildete sich ein zarter Schleier von Eisenacetat, aber kein weiteres Blei. Die Unterlegscheibe wurde durch eine rostige 30 mm Unterlegscheibe ersetzt. Bereits nach einer Stunde entstanden am Rand der Scheibe Bleibaumstrukturen. Sie erreichten innerhalb 24 Stunden eine Länge von 15 mm. Eisen hatte aber bisher immer nur 2-3 mm Bleibaumwachstum in 24 Stunden geschafft. Unter der zur Kontrolle entfernten 30 mm U-Scheibe war der Bleiabdruck der 20 mm Scheibe verschwunden. Ein Teil des Gels unterhalb der Bohrung der Scheibe hatte sich zudem aufgelöst und ist bei Überkopflagerung abgetropft. Nachdem auch die U-Scheibe "abgestürzt" ist, wurde die Petrischale versiegelt und der Kristallsammlung unter Nummer 123 hinzugefügt.Die Eisenacetat-Front, welche um die große U-Scheibe entstanden war, breitete sich weiter in der Petrischale aus. Im Bereich der Bleistrukturen ist die Konzentration des braunen Eisenacetat deutlich geringer.


Entsorgung:

Alle Abfälle incl. Spülwasser sind zum Schwermetallabfall zu geben. Kupfer- und Bleiverbindungen können Wasserorganismen schädigen, das ökologische Gleichgewicht in Gewässern sowie die Mikrobiologie in der Kläranlage sind dadurch gefährdet. Abfälle dürfen keinesfalls ins Abwasser gegeben werden.


Erklärung:

Die Entstehung eines Bleibaumes ist hier ausführlich erklärt. Und hier findet man die Hintergründe zum Blei(II)-iodid. Beidem kann man in einem Gel Stabilität verleihen. Ein Gel ist ein Stoff, der wegen seines Zustandes zwischen fest und flüssig einen Transport der Komponenten durch Diffusion ermöglicht und weich genug ist, um an den Stellen, an denen Kristalle entstehen, durch diese verdrängt zu werden. Die organischen Gelbildner sind wegen ihrer "biologischen Abbaubarkeit" für Dauerpräparate ungeeignet. Natronwasserglas (Natriumorthosilikat) ist ein wasserlösliches Silikat. Kieselsäure ist eine sehr schwache und praktisch nicht wasserlösliche Säure - versetzt man eine konzentrierte Lösung von Wasserglas mit einer starken Säure so fällt die Kieselsäure als gallertige Klumpen aus, die unter Bildung von hochmolekularen Polykieselsäuren und in letzter Konsequenz SiO2 rasch das molekular gebundene Wasser nach:
Si(OH)4 --> SiO2 + 2 H2O und weiter SiO2 + n H2O --> SiO2⋅n H2O abgibt.
Bei geeigneter Verdünnung und Einsatz schwacher Säuren erfolgt dieser Prozess jedoch so langsam, dass es zu keiner Ausflockung kommt sondern sich ein komplexes Netzwerk mikroskopischer Hohlräume ausbildet - es entsteht ein Gel. Mit welchen Konzentrationen an Wasserglas und welchen Säuren dabei gute Ergebnisse erzielt werden können, hat unter anderem H.N. Holmes[1] schon 1916 experimentell genauer untersucht. Die besten Ergebnisse konnten mit Essigsäure erzielt werden, mit Schwefelsäure kam es je nach Konzentration teils zu gar keiner Gel-Bildung (Kieselsäure bleibt als Sol in Lösung).
Die Einhaltung der Dichte von 1,06 g/ml ist wichtig. Geringere Dichten ergeben labilere Gele und unterhalb 1,02 bleibt es flüssig. Höhere Dichten ergeben steifere Gele und kleinere Kristalle.[2]
Wegen
Schritt 1 - Abscheidung von Blei durch Eisen: Pb2+ + Fe --> Pb + Fe2+ (hellgrün, kaum sichtbar)
Schritt 2 - Oxidation des Fe(II) zu Fe(III) durch Luft: 4 Fe2+ + O2 + 2 H2O -->4 Fe3+ + 4 OH- (kräftig gelb-braun)
Schritt 3 - Oxidation und Auflösung des Blei: 2 Pb + Fe3+ --> 2 Pb2+ + Fe2+ (hellgrün, kaum sichtbar)
Schritt 4 - erneute Oxidation des Fe(II) zu Fe(III) durch Luft: 4 Fe2+ + O2 + 2 H2O -->4 Fe3+ + 4 OH- (kräftig gelb-braun)
ist Eisen zur Erzeugung eines Dauerbleibaumes ungeeignet. Die Bleistrukturen lösen sich wieder auf.

Keine Erfolge brachte Blei(II)-acetat-Lösung über Kupfer(II)-sulfatgel. Das ergibt Blei(II)-sulfatniederschlag in der Lösung. Mit Zink und Magnesium im Kupfer(II)-sulfatgel entstand jeweils kein Kupferbaum sondern nur viel Wasserstoff und etwas matschiges Kupfer. Ebenso unergiebig ist die Überschichtung eines Bleibaumes mit Kupfer(II)-sulfat-Lösung 1g / 100 ml Wasser. Es entsteht Kupferpampe in der Lösung und ein zarter weißer Schleier von Blei(II)-sulfat im Bleibaum. Kupfer(II)-sulfat-Lösung über Blei(II)-acetatgel gibt Blei(II)-sulfatniederschlag in der Lösung.

Bilder:

P1160607.JPG
P1160607.JPG (60.47 KiB) 658 mal betrachtet
[1] Bei ungenügender Festigkeit versinkt das Zinkstück im Gel.

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P1160650.JPG (59.73 KiB) 658 mal betrachtet
[2] Gasblase

P1160651.JPG
[3] 15 min alt und schon...

P1160655.JPG
[4] 2 Stunden alt mit Fussel in Großaufnahme

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[5] nach 22 Stunden wird der Fussel "überwachsen"

P1160691.JPG
[6] die 3 getesteten Gefäße im Überblick - Der Sockel am Reagenzglas ist einem Unfall geschuldet und wurde mit Heißkleber vergossen.

P1160698.JPG
[7] Zwergwuchs durch Konkurrenz mit Bleisulfat nach Überschichten mit Ammoniumsulfat.

P1170501.JPG
[8] 10 Tage später

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P1160845-01.jpg (48.95 KiB) 354 mal betrachtet
[9] Kupferstrauch auf Blei mit Bleisulfatkristallen 3 Tage alt

P1170537.JPG
P1170537.JPG (52.47 KiB) 354 mal betrachtet
[10] Bleisulfat 2.Versuch, 2 Tage alt, schöne einheitliche Front, zwischen Blei und Kristallfront ist das Gel farblos

P1170549.JPG
P1170549.JPG (29.95 KiB) 354 mal betrachtet
[11] Bleisulfat 11 Tage alt immer noch unter 0,5 mm Größe

P1170555.JPG
P1170555.JPG (46.77 KiB) 354 mal betrachtet
[12] Herbststurm im Bleiwald mit "Blättern" aus Blei(II)-iodid

P1170534.JPG
P1170534.JPG (45.85 KiB) 354 mal betrachtet
[13] Kupferbaum am Eisennagel, 2 Tage alt

P1160766.JPG
P1160766.JPG (39.92 KiB) 354 mal betrachtet
[14] Mutter verzinkt M6 mit Bleiigel nach 5 min

P1160846-01.jpg
P1160846-01.jpg (57.8 KiB) 354 mal betrachtet
[15] nach 3 Tagen

P1160880-01.jpg
P1160880-01.jpg (45.42 KiB) 354 mal betrachtet
[16] nach 4 Tagen

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P1160899.JPG (47.7 KiB) 354 mal betrachtet
[17] Zink von der U-Scheibe hat einen "Bleiabdruck" im Gel erzeugt

P1170512.JPG
P1170512.JPG (43.81 KiB) 354 mal betrachtet
[18] Das Blei aus dem vorherigen Bild wurde umgelagert


P1160866.JPG
[19] Bleistruktur an einer zinklosen Schraube M3 nach 3 Tagen




Literatur/Links:
[1] https://doi.org/10.1021/j150180a001
[2] K. Wilke, J. Bohm (Hrsg.), Kristallzüchtung, Verlag Harry Deutsch 1988
weitere Fotos und Diskussion
Synthese von Opalen - GKS Müllheim (PDF) ab Seite 235 Natronwasserglasgel mit Weinsäure
Metallbaum
Natriumsilicate
Klaus Beneke: Luise Holzapfel Dozentin der Chemie, sowie zur Geschichte der „klingenden“ Gele (ringing gels) und der Gelkristallisation (Bleibaumanleitung von 1913 und mehr) (PDF 3,9 MB)
H. Lohninger Anorganische Chemie Kieselsäuren
H. Lohninger Anorganische Chemie Wasserglas
H. Lohninger Anorganische Chemie Kieselgel
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immi07
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Nachtrag: 02.04.2021

Die Zugabe von Ammoniumsulfat um zusätzlich zum Bleibaum noch Bleisulfat zu erzeugen, ist nicht anzuraten.

P1170758.JPG
Die Bleibaumstrukturen haben sich innerhalb 8 Wochen aufgelöst.

Kunststoffpetrischalen sind ungeeignet für Dauerpräparate. Sie sind empfindlich gegen Kratzer. Bei Temperaturschwankungen bildet sich Kondenswasser. Die Deckel verformen sich. Es scheint ein Unterdruck entstanden zu sein.

P11706871.jpg
Kaliumiodidlösung auf Tetraaquakupfer(II)-sulfat-Monohydrat-Gel

P1170686.JPG
helle Kristalle = Kupfer(I)iodid, (wenige) dunkle Kristalle = Iod, mit 2 Cu2+ + 4 I- ---> 2 CuI + I2

P1170697.JPG
Ammoniumdihydrogenphosphatlösung auf Tetraaquakupfer(II)-sulfat-Monohydrat-Gel im Alter von drei Tagen
Hier können prinzipiell verschiedene Kupferphosphate ausfallen. Neben dem Cu3(PO4)2 können auch basische Phosphate wie Pseudomalachit und Libethenit ausfallen, wenn der pH-Wert der Lösung ihrem Bildungsbereich entspricht. Da das System aber recht sauer ist vermute ich das "einfache" Kupferphosphat.

P1170689.JPG
gesättigte Calciumacetat-Lösung auf Tetraaquakupfer(II)-sulfat-Monohydrat-Gel im Alter von drei Tagen
Hier fällt Gips = Ca(SO4) * 2 H2O aus.

P1170699.JPG
Kupfer an Eisenbohrspan im Alter von drei Tagen

P1170759.JPG
8 Tage später, metallisch glänzender Kupferbaum in der Wasserstoffblase

P1170623.JPG
CuSO4 im Gel, dann mit der Spritze eine Lösung 0,5 g vom Gelben Blutlaugensalz in 100 ml Wasser mit zu viel Druck...
nach 5Tagen Blutlaugensalzlösung entfernt und mit Natriumdisulfitlösung überschichtet. Die braunen Kristalle sind Kupfer-hexacyanoferrat.
P1170785.JPG
P1170794.JPG
nach 14 Tagen

P1170760.JPG
CuSO4 im Gel, aufgelegten Zink nach 3 Tagen entfernt und mit Natriumdisulfit überschichtet, 5 Tage alt
P1170761.JPG
P1170764.JPG
P1170773.JPG


Gruß Thomas
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Glaskocher
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von Glaskocher »

Der Artikel ist schön geworden. Der anfängliche Ble-igel ist ja noch zum eleganten farnähnlichen Baum geworden. Kleiner Tipp aus der Mikrobiologie: Die Petrischale besser kopfstehend lagern, damit das Kondenswasser keine Tropfen auf der Geloberfläche bliden kann. Dann könnte man im Deckel einen Vorrat an Wasser einbringen (im Filterpapier fließgehemmt), um das Gel immer mit frischem Wasserdampf zu versorgen, wenn man kurz geöffnet hatte.

Die Gasblasen können in der Tat lästig werden. Ohne größere Schäden im Gel wird man sie aber auch nicht entfernen können. Im nachhinein kommt mir die Idee, das Zinkstück mit der Pinzette abzulegen, damit es nicht im Fallen ins Gel "geschossen" wird. Eventuell war das Gel auch noch zu jung in dem Moment.

Bei der Konkurrenzreaktion mit Sulfat hatte ich schon irgendwelche Beeinträchtigungen des Kristallwachstums befürchtet. Bin mal gespannt, wie es sich weiter entwickelt.

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immi07
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Hallo Glaskocher,

es war definitiv zu jung. Ich hatte das Glas waagerecht und das Gel kam nicht geflossen. Und dann hat Johanna aus 5 cm Höhe mit der Pinzette den Krümel fallen lassen. 1 Stunde später war bei den anderen Gläsern alles stabil genug.

Gruß Thomas
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Hallo,

ein paar Sätze zum Gel selber würden der Erklärung: noch gut tun, ich finde im Netz aber nichts. Wollt ihr helfen?
Könnte man mit verd. Schwefelsäure als Gelbildner und 2 Bleibäumen im Glas eigentlich eine BleigelShowBatterie bauen?

Gruß Thomas
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von mgritsch »

Ich finde es gut aufbereitet - über die verlinkten anderen Artikel ist es eine schöne Ergänzung.

Erklärung zum Kieselgel kann ich gerne beisteuern, wenn du magst auch direkt einfügen um den Weg abzukürzen.

Die theoretische Chemie dahinter ist sehr simpel (freisetzen der schwachen Kieselsäure), in Praxis gibt es aber offenbar einiges was man nicht so einfach erklären kann - wann sich tatsächlich ein Gel bildet oder nicht. Das ist sehr sensibel davon abhängig welche Säure und in welcher Konzentration man einsetzt, mitunter bleibt es einfach flüssig oder braucht Wochen oder „flockt“ bzw klumpt.

„Bleigel-Akkus“ gibt es kommerziell, weiß nicht welches Mittel da zum Gel-bilden eingesetzt wird. Kannst ja mal recherchieren...

Als Versuch mit Kieselgel dürfte es eher unergiebig sein - für einen einigermaßen funktionierenden Akku braucht es eine kräftige Säure, das ist mit Kieselgel eher nicht kompatibel. Ebenfalls nicht so kompatibel ist Bleibaumbildung vs. Schwefelsäure (du weißt warum?) - keine Ahnung ob man die nachträglich rein bekommt...? Und man wird auch nicht viel sehen, außer dass sich die Elektroden verfärben. Kristallwachstum ist ja tunlichst zu vermeiden bzw spielt sich die ganze Reaktion nur im Feststoff ab (PbSO4 / PbO2 / Pb). Noch was zum nach-suchen, wenn es Verständnisprobleme gibt helfen wir gerne :)

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immi07
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,
mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 7. Februar 2021, 10:58
Erklärung zum Kieselgel kann ich gerne beisteuern, wenn du magst auch direkt einfügen um den Weg abzukürzen.
ja bitte - Danke!

Gruß Thomas
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Glaskocher
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von Glaskocher »

[Der Bleibaum-Akku] Antwort von Radio Erewan: Im Prinziep ja, aber man müßte nach dem Wachstum der Bleibäume die komplette Flüssigkeit im Gel gegen 30%-ige Schwefelsäure tauschen und für eine ordentliche Kontaktierung sorgen.

Ich vermute, daß durch mehrere Sachen den Wirkungsgrad des Akkus erheblich gesenkt wird. Je weniger Fremdionen in der Schwefelsäure sind, desto geringer sind die störenden Entladungen. Durch das Gel werden die Ionen in ihrer Diffusion gebremst, also der Innenwiederstand erhöht. Zuletzt weiß ich nicht, wie dick die galvanisch aktive Schicht auf den Platten ist. Ich befürchte, daß die gesamte Dicke des Bleibaumes weniger als das Doppelte der aktiven Schicht ist. Dann würde der Baum komplett "aufgeladen" und müßte sich beim Entladen wieder zusammenfinden. Nebenbei kann es passieren, daß Ästchen an dünnen Stellen einfach abbrechen (weil zuerst oxidiert) und der Rest vom Ast dann elektrisch abgetrennt und damit unwirksam ist.

Das klassische Modell eines Bleiakkus verwendet mindestens 1mm dicke Bleiplatten, die so in einem Becherglas mit Säure stehen, daß sie einander nicht berühren. Feladen wird mit ca. 2,5 Volt (Eilige nehmen höhere Spannung und erzeugen nebenbei etwas Knallgas. Zur Demonstration, daß der Strom auch wieder "heraus kommt" verwenden wir einen kleinen Motor mit Propeller, der einen sehr geringen Innenwiederstand hat. Ein Voltmeter ist immer dabei, um den Betriebszustand des Aufbaus beobachten zu können. Im Ruhezustand überziehen sich die blank geschnirgelten Platten mit einer hellgrauen Schicht Bleisulfat. Beim Laden färbt sich die Anode dunkelbraun und die Kathode wird kaum heller. Während des Entladens verschwindet die dunkelbraune Schicht Blei(IV)-oxid und weicht wiederr der hellen Schicht Bleisulfat, die in der Farbe der anderen Elektrode immer ähnlicher wird.

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lemmi
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von lemmi »

Sehr schön und nachvollziehbar beschrieben. Eine Erklärung zur Bildung des Kieselsäuregels fände ich auch noch wichtig.

Ich hatte beim kursorischen Drüberlesen in dem anderen thread zunächst gedacht, du hättest in Gelatine gearbeitet. Aber das geht wahrscheinlich nicht, denn Gelatine ist ein Eiweiß und dürfte mit Bleisalzen zu Fällungen führen, mindestens undurchsichtig werden.
... vernichtend ist das ständige Entfernen des beschlagenen Deckels der Petrischale zur Wachstumskontrolle. Zum einen wird dem Gel Wasser entzogen und zum anderen wird ein Fussel seinen Weg auf die große Oberfläche finden.
Daher stellt man - wie schon von glaskocher angemerkt - in der Bakteriologie die Petrischalen kopfüber in den Brutschrank und auf die Arbeitsfläche und arbeitet zur Entnahme von Proben und zum Beimpfen bevorzugt in speziellen Werkbänken, mindestens mit ausgestrecktem Arm (und Mundschutz) in "fusselfreier" Umgebung :D
"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)

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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Hallo,
nochmal umgestellt und die Mikrobiologentricks eingepflegt.
Danke und Gruß Thomas
Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann rufe nicht die Menschen zusammen, um Pläne zu machen, Arbeit zu verteilen, Werkzeug zu holen und Holz zu schlagen, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer. Dann bauen sie das Schiff von alleine. Antoine de Saint-Exupéry

Du hast eine Handvoll Brombeeren und wirfst sie zur Erde. Sie verbinden sich mit der Erde zu Erdbeeren. Und Brom wird frei.

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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von mgritsch »

Btw, das mit dem Sockel am RG mag einem Unfall geschuldet sein, ich nehme an das ist mit epoxy vergossen? Eine super Methode es dauerhaft zu versiegeln und den Baum nach oben zu richten!

Bei der Petrischale hätte ich intuitiv das Zn in die Mitte gelegt damit der Baum unbehindert (soweit das in 2D halt geht...) in alle Richtungen kann...

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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,

es ist Heißkleber, ich war feige und wollte keine nichthärtende Epoxipampe, weil sie vielleicht Essig nicht verträgt oder was anderes oder eine Kombination. Epoxi nicht nach Schema F verarbeitet ist eine Diva.

Wir haben überlegt und Johannas Argument war: "Das ist ein Baum und ein Baum steht auf der Erde. Wir können noch mal eine Bleisonne machen, die muß dann in die Mitte."

GrußThomas
Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann rufe nicht die Menschen zusammen, um Pläne zu machen, Arbeit zu verteilen, Werkzeug zu holen und Holz zu schlagen, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer. Dann bauen sie das Schiff von alleine. Antoine de Saint-Exupéry

Du hast eine Handvoll Brombeeren und wirfst sie zur Erde. Sie verbinden sich mit der Erde zu Erdbeeren. Und Brom wird frei.

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lemmi
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von lemmi »

Nochmal zum Thema Gasbildung (ist ja wohl Wasserstoff):
Gasblase, vermutlich entstanden durch Magnesium in der verwendeten Zinklegierung
Ist das wahrscheinlich? Wird Zink überhaupt mit Magnesium legiert? Und wenn ja, spielt das eine Rolle? Ich würde eher vermuten, dass sich das Zink mit überschüssiger Essigsäure umsetzt, wenn diese nicht vollständig durch das Wasserglas (das verschiedene Zusammensetzungen haben kann) neutralisiert wurde. (Andererseits darf sie nicht ganz neutralisiert werden, weil sonst basische Bleisalze ausfallen ... verzwickt!)

@immi07: kannst du dazu von deinen Ansätzen was sagen? Hast du verschiedene Fabrikate Wasserglas genommen oder die Essigsäure verschieden verdünnt? Spielt die Konzentration an Bleisalz eine Rolle bei der Gasbildung ? Bilden sich die Gasblasen am Zinkstück - oder an dem wachsenden Bleibaum? (Führt Johanna ein Laborbuch, in dem sowas aufgezeichnet wird? :wink: )
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mgritsch
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von mgritsch »

lemmi hat geschrieben:
Montag 8. Februar 2021, 23:23
Nochmal zum Thema Gasbildung (ist ja wohl Wasserstoff):

Ist das wahrscheinlich? Wird Zink überhaupt mit Magnesium legiert? Und wenn ja, spielt das eine Rolle? Ich würde eher vermuten, dass sich das Zink mit überschüssiger Essigsäure umsetzt, wenn diese nicht vollständig durch das Wasserglas (das verschiedene Zusammensetzungen haben kann) neutralisiert wurde. (Andererseits darf sie nicht ganz neutralisiert werden, weil sonst basische Bleisalze ausfallen ... verzwickt!)
Druckgusslegierungen: https://de.wikipedia.org/wiki/Zamak-Legierung

Das Gel-Rezept ist (titrimetrisch) so ausgelegt dass genau die doppelte Säuremenge enthalten ist wie zur Neutralisation erforderlich. Die Zusammensetzung der kommerziellen Wasserglas-Produkte ist (für die Zwecke) hinreichend identisch. Du hast somit schön einen 0,6 M Acetat-Puffer pH 4,7 vorliegen, schwach sauer. Auch bei gewissen Abweichungen wird es dank Pufferwirkung nicht großartig anders ausfallen.

Und wie das mit pH, Potenzial und Überspannung so ist hatten wir ja unlängst ;) kannst ja gerne testen ob sich reines Zn in so einem Acetatpuffer auflösen lässt - ich sage „wohl kaum“ :) Bei den Legierungen dürften komplizierte Verhältnisse vorliegen - sei es wegen Abbau der Überspannung (Cu) oder unedler Bestandteile (Al, Mg), Bildung von Lokalelementen,...

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immi07
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Re: Der Bleibaum für die Kristallsammlung

Beitrag von immi07 »

Hallo lemmi,

Johanna führt kein Laborbuch. Ich hab ein Heft mit sehr sparsamen Einträgen. :oops:
wir haben nur Flamingo Natron Wasserglas unverdünnt, davon haben wir einen 1 Liter 17:83 Ansatz hergestellt. Solldichte 1,06 Ist-Dichte 1,07 und für alle bisherigen Gelansätze verwendet
wir haben nur 1 x 1 Liter 1,2 mol Essigsäure hergestellt, sie ist in einer dunklen Glasflasche gelagert und wurde für alle bisherigen Gelansätze verwendet
wir haben haben 1 x 6 g Bleiatzetat auf auf 100 ml 1,2 mol Essigsäure und 1 x 3,6 g Bleiatzetat auf auf 100 ml 1,2 mol Essigsäure verwendet. Die Bleiatzetatmenge im 110 ml Schraubglas wurde nicht gewogen. Es ging ja nur um die prinzipielle Möglichkeit von all in one.
Die Gasblasen entstehen am Zink und wurden bei allen Bleiatzetatmenge beobachtet. Beim kleinen Igel in Glasmitte und bei Nr 121 seit sie auf dem Sockel steht. In der Petrischale mit 3,6 g auf 100 ml können Blasen entweichen und das 110 ml Schraubglas wölbt leicht den Deckel. Der mit Sulfat wachstumsbeschränkte Ansatz (3,6 g auf 100 ml) hat auch Blasen und ein zweites Bild bei Lieseg. Ringe.
Ich glaube mal was gehört zu haben von Mg in Zn und mgritsch fand es plausibel und ich habe nicht weiter drüber nachgedacht.

Gruß Thomas
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Du hast eine Handvoll Brombeeren und wirfst sie zur Erde. Sie verbinden sich mit der Erde zu Erdbeeren. Und Brom wird frei.

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