pdf-Protokoll (Scan) - ChidS

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eingesehen und heruntergeladen werden.
Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und
Staatsexamensarbeiten bereit.
Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

SS 1994
FR CHEMlEILEHRAMT
UNIVERSITÄT MARBURG
GUNTER GOEBEL
AM FELSENKELLER 24A
36100 PETERSBERG
TEL. 0661/64470
Chemie in der Schule: www.chids.de
UPFER
EXPERIMENTALVORTRAGIN
ANORGANISCHER CHEMIE
29. JUNI 1994

Einführung
Der Experimentalvortrag Kupfer gliedert sich in fünf Unterpunkte:
- Geschichte des Kupfers
- Vorkommen, technische Gewinnung
- Eigenschaften
- Kupferlegierungen
- Kupfer im Alltag
Der Vortrag hat das Element Kupfer zum Thema und ori.entiert sich
deshalb im besonderen an dessen charakteristischen metallischen
Eigenschaften. Sie sind Ursache für die Bedeutung von Kupfer in
Vergangenheit und Gegenwart. Nach einem kurzen Gang durch
Geschichte, Vorkommen und Darstellung (Versuche 1-3) möchte der
Experimentalvortrag in möglichst anschaulicher Weise die typischen
metallischen Eigenschaften des rötlichen Metalls aufzeigen: den
metallischen Glanz (Kupferspiegel - Versuch 4) I seine hervorragende
Wärmeleitfähigkeit (Versuch 5) und seine kristalline Struktur (Versuch
6). Der edle Charakter soll im Verhalten von Kupfer mit Säuren
demonsbdert werden (Versuch 7).
Eine große Bedeutung - früher wie heute - kommt den Kupferlegierungen
zu. Ihnen widmen sich die Versuche 8 und 9.
Ausgesuchte Beispiele aus der alltäglichen Anwendung von Kupfer stellen
die Versuche 10 und 11 dar. Stellvertretend für den Bereich der
Elektronik/Mikroelektronik steht das Platinenätzen in Versuch 10. Der
Frage I weshalb sich der typische rätliche Kupferglanz im Alltag meist
unter einer festen, grünen Patinaschicht verbirgt, geht der 11. Versuch
nach.
Die Reaktionsgleichungen sowie die Versuchsaufbauten sind im Anhang
den Vortragsfolien zu entnehmen. Sie enthalten die Chemie des Kupfers I
die den beschriebenen Versuchen zugrundeliegt.
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Zur Geschichte des Kupfers
Ob das gediegen gefundene Kupfer oder das Gold das erste Metall war,
mit dem unsere Vorfahren vor über 10000 Jahren in Kontakt kamen,
darüber streitet sich die Wissenschaft oder besser gesagt, es läßt sich
nicht mehr eindeutig klären.
Da sich die Verwendung von Gold aufgrund der geringen Härte überwie­
gend auf Schmuckgegenstände und Münzen beschränkte I kann man mit
Sicherheit von Kupfer als dem ersten Gebrauchsrnetall sprechen. Eine
ganze Epoche ist nach ihm benannt, die Kupferzeit von ca. 5000-3000
v. Chr.
Doch auch die darauffolgende Bronzezeit von 3000-1000 v.ehr. ist vom
Kupfer geprägt, da Bronze nichts anderes ist als eine Legierung aus
Kupfer und Zinn, später kam noch Blei hinzu.
Kupfer hat seinen Namen aus dem Spätlateinischen 'cuprum' , davor nann­
ten es die Römer 'aes cyprtum' - 'Erz aus Zypern', eine der bekannten
Hauptlagerstätten für Kupfer im Altertum.
War anfänglich nur das gediegen vorkommende Kupfer nutzbar, lernte
man etwa um 4000 v . Chr., Kupfer aus den kupferhaltigen Erzen zu
schmelzen, z. B. ab 3900 v.ehr. in Ägypten - dort in erster Linie aus
Malachit. Bis heute erhalten sind beispielsweise Teilstücke einer über
400m langen Wasserleitung aus Kupfer eines ägyptischen Tempels um 2500
v. Chr. (Pergamon-Museum Berlin) oder eine lebensgroße kupferverklei­
dete Statur des Königs Phios I. aus der 6. Dynastie um ca. 2300 v.Chr.
In der darauffolgenden Bronzezeit erkannte man, daß eine Legierung aus
Kupfer und Zinn einen niedrigeren Schmelzpunkt und zugleich eine hö­
here Festigkeit und Härte als Kupfer besitzt. Das Zinn machte in den
antiken Legierungen einen Massenanteil von 2% bis 10% aus.
Verhüttung von Kupfererzen
Die frühgeschichtliche Verhüttung von Kupfererzen beispielsweise in
Ägypten im 4. Jahrtausend v. ehr. ist durch verschiedene Ausgrabun­
gen auf der Sinai-Halbinsel belegt.
Kupfererze wurden mit Steinmörsern zerkleinert und das Pulver mit Holz­
kohle vermischt. Unter Beimischung von Zuschlägen zur Erniedrigung
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des Schmelzpunktes und von Schlackebildnern konnte nach dem Abstich
der Schlacke das Kupfermetall am Boden des Schmelzofens gewonnen
werden.
Die historische Verhüttung von Kupfererzen wird im 1. Versuch beispiel­
haft vorgestellt, indem Kupfer(II)-oxid mit Holzkohle zu Kupfer reduziert
wird. Malachit, das die alten Ägypter verwanden, ist ein basisches Kup­
fercarbonat (vgl. Folie), das nach dem Erhitzen unter Freisetzung von
Kohlendioxid in Kupfer(II )-oxid übergeht.
Vorkonunen und Gew-innung
Nur ein Teil des Kupfers kommt gediegen, d.h. elementar vor. Zwei
Beispiele von gediegenem Kupfer zeigt die Folie: einmal bäumchenartige
Ausbildungen, daneben flachtafelige Kristallverwachsungen, jeweils mit
einer Patinaschicht überzogen.
Der größte Teil des Kupfers liegt in Form von kupferhaltigen Erzen vor,
in denen der Kupfergehalt meist nur ein bis zwei Massenprozent aus­
macht. Kupferhaltige Erze sind in Deutschland selten. Vorkommen finden
sich in der Nähe von Goslar, im Siegerland und bei Mansfeld im Harz.
Die bedeutendsten Kupfervorkommen international befinden sich in Chile,
den USA, der GUS sowie Kanada I Sambia und Zaire.
Die wichtigsten Erze sind:
Kupferkies (CuFeS2)
Kupferglanz (Cu2S)
Cuprit (Cu20)
Malachit (Cu2(C03)(OH)2)
Azurit (Cu3(C03)2(OH)2)
Buntkupferkies (CuFeS4)
Die industrielle Kupfergewinnung erfolgt zu etwa 80% aus sulfidischen
Erzen und zu 20% aus oxidischen Erzen.
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Technische Gewirmurig
Die technische Gewinnung von Kupfer erfolgt in einem aufwendigen
Verfahren über mehrere Stufen:
1. Aus den nur schwach kupferhaltigen Erzen wird durch Flotation ein
Konzentrat mit einem Kupfergehalt von 25-35% erhalten.
2. Das Kupferkonzentrat wird abgeröstet und der Schwefel teilweise als
S02 ausgetrieben.
3. Nach Zugabe von Koks I Kalk und Quarzsand erhält man nach dem
Aufschmelzen den Kupferstein, den man grob mit der Formel CuS+FeS
umschreiben kann.
4. Durch Verblasen mit Luft wird der restliche Schwefel zu 802 oxi­
diert; das Eisen geht dabei in die Schlacke.
5. Das nun entstandene Rohkupfer muß mittels einer Raffinationselektro­
lyse in Feinkupfer überführt werden I da die elektrische Leitfähigkeit des
Rohkupfers durch Verunreinigungen mit einer Reihe von Edelmetallen
(u.a. Gold, Silber und Platin) stark beeinträchtigt wird. Metalle, die
einen edleren Charakter als Kupfer haben, setzen sich ungelöst als
Anodenschlamm ab.
Die Raffinationselektrolyse
Das Prinzip der Raffinationselektrolyse wird im 2. Versuch erläutert. Das
Prinzip der Raffinationselektrolyse beruht darauf, daß von der Op­
feranode zwar Kupfer und die als Verunreinigungen vorhandenen uned­
lere Metalle in Form von Ionen in Lösung gehen, sich aber nur die
Kupferionen an der Kathode zu elementarem Kupfer reduziert werden.
Unedlere Metallionen (laut Spannungsreihe) bleiben in Lösung, edlere
Metalle setzen sich in Form von 'Anodenschlamm' arn Boden unter der
Anode ab. Eine gleichzeitig einsetzende Wasserstoffentwicklung beruht
darauf I daß sich nicht alle Ionen, die von der Opferanode in Lösung
gehen I an der Kathode abscheiden. Diese Elektronendifferenz wird durch
die Wasserstoffentwicklung ausgeglichen.
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5

Die Zemerrtatfon
Versuch 3 demonstriert die Zementation von Kupfer als ein Verfahren der
Kupfergewinnung. Hier nutzt man den edlen Charakter von Kupfer I also
die Möglichkeit, Kupferionen aus einer Lösung mit unedleren Metallen zu
elementarem Kupfer zu reduzieren. Dazu wird in der Technik Kupfer mit
Säuren aus schwach kupferhaltigen Erzen ausgelaugt und durch Zugabe
von Eisenschrott wieder zu elementarem Kupfer reduziert und damit aus
der Lösung ausgefällt. Anschaulich kann dieses Verfahren mit einem
großen Eisennagel demonstriert werden I der in eine Kupfersulfatlösung
hineingestellt wird.
Metallische Eigenschaften
Im folgenden sollen die typischen metallischen Eigenschaften von Kupfer
vorgestellt werden:
Metallischer Glanz und ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit:
Der rötliche Glanz des Kupfers wird in Versuch 4 am Beispiel des Kup­
ferspiegels demonstriert; die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit wird in
Versuch 5 vorgestellt.
Beide Phänomene gehen auf dieselbe Ursache zurück, die in der metalli­
schen Bindung begründet liegt:
Bei der Erklärung der metallischen Bindung macht man sich das Modell
vom Elektronengas zunutze. Die Bausteine eines Metalls sind gitterförmig
angeordnete, positiv geladene Metallatomrümpfe. durch die Abgabe der
Valenzelektronen haben sie Edelgaskonfiguration; die Valenzelektronen
können sich in den Hohlräumen zwischen den Metallatomen nahezu frei
wie Gaspartikel bewegen, daher der Name Eletronengasmodell.
Metalle glänzen, weil ihre freibeweglichen Elektronen die Energie des
Lichts beliebiger Frequenz aufnehmen können und bei Zusammenstößen
mit anderen Teilchen wieder abgeben. Dadurch wird der größte Teil des
Lichts reflektiert. Diese Vorgänge finden an der Oberfläche bzw. unmit­
telbar unterhalb der Oberfläche statt; wir erkennen diese Reflexion des­
halb als Glänzen. Das kurzweilige Licht dringt tiefer in das Metall ein
und wird zum Teil absorbiert. Die rötliche Farbe des Kupfers rührt
daher I daß Kupfer schon bei der Wellenlänge des blauen und grünen
Lichts absorbiert, die Mischfarbe des reflektierten Lichts läßt Kupfer
rötlich erscheinen.
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6

Kupfer ist ein ungewöhnlich guter Wärmeleiter/ da es die Elektronenkon­
figuration [Ar] 3d10 4s 1 besitzt und nicht wie nach dem Periodensystem
zu erwarten [Ar] 3d 94s2. Der Energievorteil der vollständig gefüllten d
I O
-Orbitale ist so groß / daß Kupfer eines seiner äußeren s-Elektronen zum
Ausfüllen des letzten d-Orbitals benutzt. Dadurch ist das 4s-0rbital halb
leer und erleichtert die Bewegung der s-Elektronen durch das Metall.
Diese leichte Beweglichkeit der s-Elektronen sorgt für eine gute
Schwingungsübertragung der Metallatomrümpfe , die für die Wärmeleitfä­
higkeit verantwortlich sind.
Metalle bilden Gitterstrukturen aus. Bekannt sind drei verschiedene
Kristallgitterstrukturen, nach denen eigentlich alle Metalle des Perioden­
systems kristallisieren. Der Kristallgittertyp des Kupfers soll kurz
erläutert werden, da er auch wegen seines typischen Charakters oft als
fKupfertyp' bezeichnet wird.
Im Kupfertyp , der auch kubisch dichteste Kugelpackung genannt wird,
besitzt jedes Atom die Koordinationszahl 12, d , h , , jedes Atom hat 12
unmittelbare Nachbarn. Die Kugeln sind in jeder Schicht versetzt ange­
ordnet, also auf Lücke; jede Kugel hat in jeder Schicht 6 Nachbarn. Die
zweite Schicht rastet in den Lücken der ersten Schicht ein, und die
dritte Schicht ruht so auf der zweiten, daß sie nicht deckungsgleich mit
der ersten ist. Die Schichtfolge ergibt sich somit als a,b,c/a r ,bi .c",
Eine Folge dieser Gitterstruktur ist auch die leichte Verformbarkeit der
Metalle, beispielsweise bei Kupfer. Während bei den Salzkristallen durch
mechanische Einwirkung Ionen gleicher Ladung aufeinandertreffen und
sich folgerichtig abstoßen - es kommt zum Bruch der Bindung -, werden
bei Metallkristallen die Metallatomrümpfe quasi in einem Elektronensee
verschoben, ohne daß es zu einer Abstoßung kommt. Metalle, die in der
Kupferstruktur kristallisieren, sind besonders leicht verformbar r da sie
im Gegensatz zu den anderen Kristallstrukturen vier Kugelebenen besit­
zen I die jeweils senkrecht zu den vier Raumdiagonalen des Elementarwür­
fels verlaufen. Die Gleitebenen dieser Metalle können einer äußeren
Krafteinwirkung nach vier Richtungen des Raumes ausweichen, das Metall
läßt sich somit einfacher verformen (Beispiele für den Kupfertyp sind
auch so weiche Metalle wie Silber, Gold und Blei).
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7

Dendritisches Kupfer
Wenn man ein Metall betrachtet, fällt es sehr schwer, sich den kristalli­
nen Aufbau vorzustellen. Der 6. Versuch soll deshalb diese Vorstellung
erleichtern. Die Herstellung von dendritischem (bäumchenartigem) Kupfer
ist durch eine verzögerte Zementation möglich , die über mehrere Tage
läuft. Besonders schön sind an den Kupferbäumchen die kristallinen
Verwachsungen zu erkennen. Die Reaktion erfolgt analog Versuch 3 I nur
in erheblich verlangsamter Form. Der kristalline Aufbau läßt sich schon
mit bloßem Auge erkennen, noch besser allerdings mit einer stark
vergrößernden Lupe. Auf den Folien 12 und 13 sind rasterelektronen­
mikroskopische Aufnahmen in 60facher bzw. 220facher Vergrößerung zu
sehen, die die 'bäumchenartigenI ('dendritischenI) Kupferkristalle
deutlich aufzeigen.
Der edle Charakter von Kupfer
Kupfer steht in der elektrochemischen Spannungsreihe sehr weit oben
und besitzt sogar ein positives Normalpotential (+0,34 V). Häufig wird
Kupfer deshalb auch als Halbedelmetall bezeichnet. Es entwickelt auf­
grund seiner Stellung im Periodensystem mit nichtoxidierenden Säuren
keinen Wasserstoff. Durch oxidierende Säuren wird Kupfer jedoch ange­
griffen (Versuch 7). Besonders heftig läuft die Reaktion mit konzentrier­
ter oder halbkonzentrierter Salpetersäure ab, während konzentrierte
Schwefelsäure nur im heißen Zustand Kupfer anzugreifen vermag. Gegen
Salzsäure ist Kupfer resistent, allerdings ist nach einiger Zeit eine
Gelbfärbung der Salzsäure zu beobachten, die auf die Entstehung von
Chlorokomplexen zurückzuführen ist. Die Erklärung hierfür ist die dünne
Oxidschicht, mit der sich Kupfer an der Luft überzieht.
Kupferlegierungen
Große Bedeutung haben neben dem reinen Kupfer auch seine Legierun­
gen. Legierungen sind härter als das Reinmetall und weisen dazu noch
einen niedrigeren Schmelzpunkt auf, sind also leichter zu verarbeiten.
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8

Am bekanntesten sind die Legierungen Messing (Cu/Zn), Bronze
(Cu/Sn), Konstantan und Neusilber (beide Cu/Ni). Innerhalb dieser
Legierungsklassen gibt es wiederum eine breite Auffächerung je nach
Zusammensetzung der Legierung I die auch ihre Eigenschaften bestimmt.
Beispielsweise bei Messing: hier unterscheidet man zwischen Rotmessing
(Zn

VersuchsvorschrüXen:
Versuch 1: Reduktion von Kupfer mit Holzkohle
Geräte: Quarzrohr, 2 Stopfen (lx durchbohrt) I Waschflasche I Stativ­
material, Brenner I PVC-Schlauch
Chemikalien: 6g CuO, 0,6g Holzkohle, Ba(OH)2
Durchführung: Das Kupfer(II)-oxid und das Holzkohlepulver innig
vermischen und in das Quarzrohr füllen, an den Seiten mit je einem
Quarzglaswollebausch fixieren. Die eine Seite des Quarzrohres mit einem
Stopfen verschließen 1 die andere Seite des Quarzrohres wird mit der
Waschflasche verbunden, in die eine filtrierte wäßrige Lösung von
Bariumhydroxid eingefüllt wird. Am anderen Ende der Waschflasche wird
ein Schlauch in den Abzug geführt.
Nach kurzem Erhitzen mit dem Brenner beginnt das CuOjC-Gernisch im
Quarzrohr aufzuglühen und selbständig durchzuglühen. Dabei setzt eine
heftige Gasentwicklung ein (C02jCO) I die Bariumhydroxidlösung trübt
sich, es fällt Bariumcarbonat aus.
Versuch 2: Zementation von Kupfer
Geräte: Kleiner Meßzylinder (20ml), großer Eisennagel (ca. 15cm)
Chemikalien: CuS04-Lösung
Durchführung: Eine wäßrige Kupfersulfatlösung in dem Meßzylinder
vorlegen und den Eisennagel hineinstellen. Schon nach einigen Sekunden
überzieht sich der Eisennagel mit einer Schicht von elementarem Kupfer,
er 'läuft rötlich an1. Läßt man den Nagel längere Zeit in der Kupfersul­
fatlösung stehen, setzt sich ein schwammiger Belag an Kupfer auf dem
Eisennagel ab.
Versuch 3: Raffinationselektrolyse, demonstriert an der Elektrolyse einer
2 DM-Münze
Geräte: Voltmeter, Amperemeter, Stromquelle, Schiebewiderstand, 7
Strippen, 2 Krokodilklemmen I 250rnl-Becherglas (hoch), Stativmaterial,
Kohleelektrode, 2 DM-Stück, Magnetrührer, Rührfisch, Pipette, Rea­
genzglas
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Chemikalien: I-molare Schwefelsäure als Elektrolyt, verd. NH3-Lösung
Durchführung: Widerstandsschaltung wie auf der Folie im Anhang
beschrieben aufbauen, der Kohlestab wird als Kathode geschaltet, das
2 DM-Stück als Opferanode, die beide in die I-molare Schwefelsäure als
Elektrolyt hineintauchen. Nach Anlegen einer möglichst niedrigen Span­
nung (2-3V) sollte an der Kohleelektrode eine schwache Gasentwicklung
(Wasserstoff!) einsetzen. Falls sie zu stark ist, muß die Spannung
heruntergeregelt werden. Nach kurzer Zeit erkennt man deutlich bläuli­
che Schlieren am 2-DM-Stück, der Schwefelsäureelektrolyt färbt sich mit
der Zeit (10-20 min) bläulich. Nach ca. 20 min kann die Elektrolyse
abgebrochen werden, das 2 DM-Stück muß abgespült werden und kann
mit der Kohleelektrode herumgegeben werden. Auf der Elektrode ist eine
deutliche Ablagerung von rätlichem Kupfer zu erkennen, daß 2DM-Stück
ist an der Stelle, an der es in den Elektrolyten hineinragt, erheblich
dünner geworden.
Nimmt man einige Milliliter der bläulichen Elektrolytlösung mit einer
Pipette ab und gibt verdünnte Ammoniakläsung hinzu, bildet sich der
tiefblaue Kupfertetramindiaquakomplex.
Versuch 4: Kupferspiegel (Abzug 11 ! )
Geräte: Demonstrationsreagenzglas, Tiegelzange, Brenner, Becherglas mit
Eiswasser
Chemikalien: H202(2ml) ,Ameisensäure (Smi), Kupferspäne (O,02g)
Durchführung: Ameisensäure im Demonstrationsreagenzglas vorlegen,
Kupferspäne dazu, und H202 in zwei Portionen dazugeben, dabei leicht
erwärmen, ohne daß es zum Überschäumen kommt (notfalls im Becherglas
mit Eiswasser herunterkühlen) , Haben sich die Kupferspäne vollständig
gelöst, die Lösung einengen und kräftig weiter erhitzen, bis zum Ein­
dampfen. Dabei das Reagenzglas etwas schwenken, damit die Lösung vor
dem Eindampfen den unteren Teil des Reagenzglases benetzt. Beim Ein­
dampfen bilden sich zuerst blaugrüne Kristalle I nach weiterem Erhitzen
bildet sich der Kupferspiegel aus. Nicht zu lange weitererhitzen, sonst
wird der glänzende Kupferspiegel wieder durch Luftsauerstoff oxidiert
und läuft schwarz an!
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Versuch 5: Wärmeleitfähigkeit
Geräte: Brenner, Stativmaterial, 4 Metallstäbe gleichen Querschnitts
( Kupfer, Messing I 'Aluminium, Stahl), 4 kleine Tortenkerzen.
Durchführung: Metallstäbe so einspannen, daß sie sternförrnig von der
Stativstange weg I jedoch waagrecht zur Tischebene stehen (vgl. Skizze
auf Folie/Anhang). An den Enden werden jeweils mit einem heißen
Wachstropfen die Kuchenkerzen befestigt. Der Brenner wird so montiert,
daß er die zusammenlaufenden Enden der Metallstäbe gleichmäßig
erwärmt. Wird der Brenner angeworfen, kann man an dem Herunterfallen
der Kuchenkerzen die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit beobachten. Als
erstes fällt die Kerze von dem Kupferstab / nach einiger Zeit vom
Aluminiumstab , wiederum etwas später (jeweils 2-5 min, je nach Länge
und Querschnitt der Stäbe) vom Messingstab und als letztes vom Stahl­
stab.
Versuch 6: Reaktion von Kupfer mit Säuren (Abzug!)
Geräte, 3 Demonstrationsreagenzgläser, Demonstrationsreagenzglasstän­
der, Brenner, 3 Kupferblechstreifen von je 15 cm Länge und 0,5-1cm
Breite, Tiegelzange, Stopfen
Chemikalien: Konzentrierte Salzsäure, konz. Schwefelsäure und halbkonz.
Salpetersäure
Durchführung: Jeweils ca. lO-20ml der Säuren in den Demonstrationsrea­
genzgläsern vorlegen und die Kupferblechstreifen hineinstellen. Bei der
halbkonzentrierten Salpetersäure setzt eine starke Gasentwicklung (N02)
ein I während bei der Salzsäure bzw. Schwefelsäure keine Reaktion zu
beobachten ist. Erhitzt man die Probe mit der Schwefelsäure, setzt eine
Reaktion ein I es entweicht Schwefeldioxid. Bei der Salzsäure ist nach
einiger Zeit eine Gelbfärbung zu beobachten, die auf die Bildung von
Chlorokomplexen hindeutet, die auf eine Reaktion von Salzsäure mit dem
oberflächlich oxidierten Kupfer zurückgehen.
Versuch 7: Dendritisches Kupfer
Geräte: Demonstrationsreagenzglas, Erlenmeyerkolben 250ml mit weitem
Hals (dient als Ständer für das Demonstationsreagenzglas), Eisenplätt­
ehen, Filterpapier
Chemikalien: 5g CuS04, 15g NaCl, gesättigte wäßrige NaCI-Lösung
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Durchführung: 5g CuS04 in das Demonstrationsreagenzglas geben, mit
der gesättigten NaCl-Lösung anfeuchten, darüber die 15g NaCl und mit
der NaCl-Lösung anfeuchten. Aus dem Filterpapier ein rundes Plättchen
ausschneiden, das den Innendurchmesser des Reagenzglases besitzt und
in das Reagenzglas einbringen. Darauf wird das Eisenplättchen (z , B .
Kopf von einem großen (!) Nagel) gelegt und mit der gesättigten NaCl­
Lösung aufgefüllt, bis ein ca. 2cm hoher überstand über dem Eisenplätt­
chen erreicht ist. Im Laufe von 2-5 Tagen wächst aus dem Kupfersulfat
ein kristallines Kupferbäumchen hoch, dessen kristalliner Charakter nach
Versuchsabbruch schon mit bloßem Auge und noch besser mit einem Ver­
größerungsglas zu erkennen ist. .
Versuch 8: Herstellung einer Messinglegierung
Geräte: Becherglas 250rnl, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Tiegelzange,
englisches 2-Pence-Stück (zur Not geht auch ein 2-Pfennig-Stück)
Chemikalien: 2-molare NaOH, Zn-Pulver
Durchführung: Im Becherglas legt man die 2-molare Natronlauge vor,
gibt eine Spatelspitze Zinkstaub dazu und erhitzt. Dazu gibt man das 2­
Pence-Stück und wartet einige Minuten I bis es sich mit einer Zinkschicht
überzogen hat. Das nun verzinkte Geldstück entfernt man mit einer
Tiegelzange aus der heißen Natronlauge und reibt es mit einem Tuch ab:
die ursprüngliche Kupferfarbe ist verschwunden, das Geldstück glänzt
'silbern'. Bringt man es nun mit einer Tiegelzange in eine heiße Bren­
nerflamme, so 'vergoldet' sich das Geldstück; es entsteht Messing durch
das Ineinanderdiffundieren der Kupfer- und Zinkatome.
Versuch 9: Aluminothermie (im Freien1)
Geräte: Sandkiste, Tonblumentopf (klein), Hammer, Tiegelzange
Chemikalien: Termitzünder oder Magnesiumband, 24g CuO (trocken!),
5,4g Al-Gries, 1,5g Mg-Pulver als Zündkirsche
Durchführung: inniges Gemisch aus CuO und Al-Gries in Tonblumentopf
einbringen, Mg-Pulver als Zündkirsche daraufgeben und Termitzünder
einstecken. Das ganze in die Sandkiste stellen und im Freien entzünden.
Nach Ablauf der sehr heftigen Reaktion kann nach dem Abkühlen der
Tonblumentopf mit einem Hammer zerschlagen werden und die Aluminium­
bronze in Form von stecknadel- bis erbsengroßen Stücken erhalten
werden.
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Versuch 10: Platinenätzung
Geräte: Kupferbeschichtete Elektronikplatine, Becherglas 250ml, Edding­
Lackstift I Klammer, Magnetrührer I Lappen
Chemikalien: 150ml 2-molare Hel, 5ml H202, Aceton
Durchführung: Platine in Stücke sägen, die in das Becherglas hineinpas­
sen. Die Stellen, die auf der Platine nicht geätzt werden sollen, mit dem
Lackstift übermalen. Becherglas mit der verdünnten Salzsäure und dem
Wasserstoffperoxid auf der Heizplatte des Magnetrührers leicht erwärmen
und Platine an der Klammer in die Ätzlösung geben. An der Platine
bilden sich grünliche Schlieren, da das elementare Kupfer der Platine zu
Cu2+-Ionen oxidiert wird und als Kupferchlorid die charakteristische
grüne Farbe zeigt. Nach kurzer Zeit, wenn der ungeschützte Kupferbe­
lag durch die Ätzlösung vollständig abgetragen ist I kann die Platine aus
der Ätzlösung entfernt, und die Lackschicht mit einem mit Aceton
getränkten Lappen beseitigt werden. Die darunterliegende Kupferschicht
ist unberührt.
Versuch 11: Patinabildung
Geräte: Pinsel, Becherglas, Kupferblech
Chemikalien: Lösung aus NH4Cl und (NH4)C03 je 250g/1
Durchführung: Auf das Kupferblech wird dünn eine Schicht der wäßri­
gen Lösung von Ammoniumchlorid und Ammoniumcarbonat aufgetragen.
Nach 20-60 Minuten bildet sich ein bläulicher Überzug auf dem Kupfer,
der mit der Zeit sich immer mehr grünlich färbt.
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14

Literatur:
Dickerson, R. E., Geis, I., Chemie - eine lebendige und asnschauliehe
Einführung, Weinheim 1986
Gutmann, V., Anorganische Chemie, Eine Einführung, Weinheim u.a. ,
1990, S. 117f, 143-145, 489-503
Häusler, K., Pavenzinger, W., Metalle, Reihe: Unterricht Chemie Bd. 3,
K. Häusler, H. Schmidkunz (Hg.), Köln 1993
Keune, H., Filbry I W. (Hg.) I Chemische Schülerexperimente, Band 2,
Berlin 1976, S. 197-227
Kolditz I L. (Hg. ) I Anorganikum, Lehr- und Praktikumsbuch der
anorganischen Cherrtie, Berlin 131993, S. 400-418, 619-630
Riedel, E. I Anorganische Chemie, Berlin 21990
Römpp Chemie-Lexikon, Art.: Kupfer, 91990
Stapf/Rossa, Chemische Schulversuche, Teil 2: Metalle, Zürich­
Frankfurt/Main-Thun 1975, 97-117
Experimentelle Schulchemie, Bd. 3, Metalle, München 1978, S. 113-122
Zeitschriften:
NiU-P/C: Naturwisenschaft im Unterricht, Physik/Chemie
PRAXIS (Chemie): Praxis der Naturwissenschaften, Chemie
Full, R., Metalle und Metallbindung - Eine Unterrichtseinheit in der
Sekundarstufe I, in: PRAXIS (Chemie), Heft 11/1979 (28), S. 281-295
Fickenfrerichs,H., Peper, R., Jansen, W., Die Gewinnung von Kupfer,
in: NiU-P/C, Heft 8/1982 (30), S. 303-306
Full, R., Schmidt, S., Metalle und Legierungen im Anfangsunterricht,
in: NiU-P/C, Heft 5/19·85 (33), S. 153-168
Häusler, K., Schmidkunz, W. (Hg.), NiU-P/C, Themenheft 1: Metalle,
Heft 5/1980 (28)
Klie, H., Kupfer, das älteste Gebrauchsmetall, in: NiU-P/C, Heft 2/1985,
(33), S. 55-56
Weißenhorn, G.; PRAXIS (Chemie) I Themenheft: Unterrichtsbaustein:
Kupfer, Heft 4/1990 (39)
Chemie in der Schule: www.chids.de
15

Chemie in der Schule: www.chids.de

Verhüttung von Kupfererzen zum Metall
in frühgeschichtlicher Zeit
b
Chemie in der Schule: www.chids.de

Dendritische Kupferkristalle
(Vergrößerung 220fach)
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