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HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.

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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

tJ U L F G A N G W I l LING

\n h al t s v er z e i ~ h n i s

( 0 ) Vo rbe merkung

(1) Einl eit ung

(2 ) Hi st o r isches

(3 ) Ein c hemisches Pe rDe tum mo hi l e

(4 ) Vo ra uss e t z un ue n f Ur oszi l l i Er en d e

ReAktionen

(5 ) Auf der ~uche na ch we i t e r en o s

z i l l i e r e n d en Re a kti on en

(6 ) Sc h l uObe t r a c h t ung

(7 ) Vo r s ch r if te n de r de mons t rie r t en

ve rs uche

( 8 ) Literat u r

(9 ) Noc h ein e che mis ~h e Oszi l l ~tion

@Js . 2

S . 1

'-J . 4

S . 5

S . 7

c; 7

R

S . 9

s . 11

12

E x per i m e n t a l v or t r a 9 2

Anh a ng : - Abb i l rtunqen de r ne z e ir, t e n Fo l i en

E x 0 t e n d e r eh e m i e(0 ) Vo r be mer kung

o s z i 1 1 i e r en d e R e a k t io n e n

i m Okto ber 198 3

Di e s er Vo r tr a g wu r d e ~ m 27.10 .1 981 i n M ~ r b u r Q i n dp r Zei t vo n

16.1 5 bi s 17. 00 Uhr im R~ hmen de r Ver ,·n sl;dt un Q "irbun oan im

Exper i me n t ? l vortr a Q f iir Le h r a mt c; k" n n i d ,.,t e n " oe h", l t Pn .

Diese s Pr o t o kol l Qi bt den un Q e f ~ hr en Wo r t l "'u t d e s Vo r tr~ n p s

wied er . Di e vo r q e f ü h r t an Ve r such e s i nd ~ u fl1 e l i c; t F t. I h re \ln rsr. h r i f

t en fi nden s i c h a u f Se i t e 9ff , die be n u t z ten Fo l ip a uf 5e i t e 14ff .

Z u s~ t zli ch i n das Pr o t ok o l l a ufoeno mmen wu rde unt er ( q) a u f

Seite 12 ei ne nic ht demon st riert e Reaktion .

Die Lit era tur zu de n ei n zelne n Ver suc hen habe i r.h opc;a mme1t

unt er ( 8 ) a uf g e l is t e t . Me i s t i st j e d o c h bereits ~ n d en Tit eln

de r Aufs ätz e ,e s ha n d e l t s ich a usn Ahms l os um Ze it~c h r i f t r · n ,., uf s · : t z e ,

zu e rke nnen ,um we lchen Ver s uc h es g e h t .A l s wichti ue r Ube r c; i c htc;

a r t i ke l ist 15 . z u empf ehlen !

- 2-Chemie in der Schule: www.chids.de

Ve r s uc h 1 : ~ u s b l e i ch e n von Tee

I~ i s c h t man chemische Substanzen, so kann eine neue f arbe auf

tret en. Sie en ts pr icht d em st a bilen Zustand,in den die Mischung

ii be rg e ga n ge n i s t und b l e ib t no rmalE r weis e s o la nge he s t eh en ,

wi e ma n di e Mi s c h ung s i c h s e l bs t ü be r l ~ ß t .

Im a llg eme i nen j e d o c h wird d ie Farbe von selbst nicht wied e r

ve r s c hwi nd e n . Ein Beisp i El a us d e m t gglichen Leb en ka nn da s

verd eut l ichen:

(1) Ein leitun g)

(2) Hi sto ri 'es/

Da di e os z i l lie r ende n c hemi s c hen Rea kti on e n s ch e i n ba r d ie

be steh en d en Nat u rg e s e t ze verl e tz ten, wur d en s ip i mm e r a l~ St iF f

kind der Che mi e be t r Ach te t. Dhwohl ma n be r e i ts l B? B pin R e r i ~ h t

von Fechn er ü be r e l ek t r o ch e mis c he Os zi ll ati onen i n dp r Li t e r ? t u r

f i nde t , e r s c hei n t e rs t 19 10 von Lo t ka ei ne e r s t e , .I i ~ h t i op ~ u h

l ik a ti on , wel che s i c h mit d e m th e oret i s ch en rlin te r a r un d rl ip~ p r

Ph3 nome ne bef ;,ßt.

Trotz d .is s e r ~' ub lik a t i o n s töß t .Ji l Li a m C. i"l r a y ;·u <: r'e r k l rv i n

d e n USA 1921 a u f we i t ue h e nd e s De<:i n t e r es <:c , ;l s e r f ol opn de

Re a kt ion verHf f e n t l i c h t e:Gi e ßen wir i n r o t bra un ge f, r bt e n Te e Zit r on e n s aft , h 1eicht de r

Te e a us s Ndenari n wü r d e e rwa r te n , d a ß der Tee von s e l bs t wie der

rotb ra un wi r d. I m ~e ye n t e i l : ~e nn da s g e s ch g h e , w~ r e n wir ~ u ß eT s t

ve r b lü f f t , und ~er a dezu a n Za u bere i wü rd e n wi r g lauben ,wen n

de r Te e anf i nge , s ei ne Fa rh e oe r i oo i s c h z ~ is c h e n hel l und dunkel

zu wech seln.

~ n d do c h g i bt e s ~ i s c h unye n von Che mikalie n, di e s i c h s o un

ge wö hn l i c h ver hal t en.

Ver s uch 2 : Di e Jo d-Uh r

Fo lie l: uf d i es e r Fo l i e wi r d d ip n r u t t o r p~ k t i o n d e rtJr '"y re ak t io n r;e z I i lJ t c, 0 ' ./ i e . r I ~ u t Por t • \,/ B 1rh pOsz i l l ? t i o ne n z u e rw ~r t p n <: i nd .

Ve rsuch ~ : BrAy - Rea k t i on ( O ~ z i l l a t i o n de r od -Ko n z en t r ~ t i o n )

Vers uch 4 : Br a y- Re ak t i on ( Os z i l l ? t i on d e r Sa u p r <: t o f f -. e l1 t wick l unq )

Fo li e ,? : [)i e s e Fo l i e ze i nt d a s [ r ueb'l i" , I,le l c he s i nVe r s u c h 1 i n d e n Vo r ve r quch en pr h ~lt p n wur dp .Oi e Oia~ r ~mm e sinn je we i l <: vo n r Fc h t s n a c hl i n ks zu l e s e n .

Ver s u c h 5: be l o us o v- Re Rk t i on

folie 5: Er kl "run g d e s Zust Rnde ko mm en s der ~ e z e i c h n u n o

'F~N-Theorie' f ü r de n R e? k t i o nsm e c h ~ nismu '" .der Be l o us o v- Re Rkt i on .Er l ijuterun g zwe i er Ab l Au f e nde r Pr o ze s c e , we l c heü be r d i e Br omi d - I onenkon zent r ;> ti on ..e korme Ltsi nd .

Do c h a n s t At t d e m h i e r ? uf g e f un n en e n ~ roblem ~ u f rlen f r un n z u

ge hen , ve rsuch t e n u i e weni LJen ;\ bh;-.n d l un ye n , d i e ii be r hc un t z u

Bra y ' s Ber i c h t e r s c h i e n e n , es hi nwe g zu d i s k uti e r e n - ? l s vnn

~ta u b p R r t i ke l n un d Rn d e r e n Ver un reini yun uen ver ur ' ~ ch t e Er

s che i n ung .

Den St a r t s cnuß z u r mod e rn e n Är " i n d e r Lr f o r s c ' un q o s z i 11 i e r e n

der c hemi sche r Re",kt ion en gil b ei ne z u f ~ l l i c e ' n t de c kun q d e s

ru s si schen Che mi ker s 8 . P .Bel o u so v i m J Ahre 19 5B . k l s e r Zit r o

nen s~ure und 5chwefels~ure ZUSAmmen Init K H liumhrom ~ t unrl p i nRm

Cer- Sa lz in Wass e r l ö ste,e rhi e l t e r e i n eri ne r i o o i s c f .e n Fa r b

umsc hl a g de r Lös ung z wi sch e n g ~l b un d f a r b lo s .

Dazu:

Fol ie 1: Di es e Fo li e ze i gt d i e ei nge setzten Che mi ka lie ns owi e d ie a uf t r e t e nde n Osz i l l ?tionen.

Fo l ie 2 : Hie r wer de n die Os z i l l a t i on de r Jod i di one nKonz en t r a ti on , wel c he j a das Auf t r e t e n de s 10 dJ t l r ke - Komp l e xe s e rmn g li ch e n ,Q uan ti t a t i v ~e

le g t .

So lc he rleaktionen nennt man oszillierende chemi sche Reaktion en

( Von Us z i l lati on(l a t . ) : das .c ha u ke l n ) . Ei ne e xa ktere De f i n i t i on

wi r d s pg t er no ch ge gebe n .

Oszi l lierende oder per i odisch e Vorg~nge s i nd i n Physik, Astro

nomie und Bi o l og i e al lt , g lic he Er s ch e i nunge n . I hr ~ p e k t r um

reic ht von de r vp r t r a u t e n l e ndelbewe gung bis hin zu d e n Ba hn en

d e r P lan e t e n .~ i s vor n icht a l l z u l a ng e r Zeit a ber me i n t en di e

Che mik e r , di e rle a k t i on en i n i hren Heagen z- und Bec he r gl , s e rn

se i e n in ei n z i gar ti ge r we is e ge f e i t ge ge n j e ne s perio d i s che

Verhalten,das in a nde r e n Zweigen der Wissenschaft ga n g und

gl be i s t .Ja die me i s t e n der vo r 1950 a us ge bildeten Che mi ke r

h~tten wa h r scheinl ich behau pt e t , e i n e Re ak t i on z wischen ei n f a ch e n

ano r ga n i s c he n Substanzen, welche sichtbar oszi lliert, ver stoß e

~ e g e n un a blnderlic he Na t u r g e s e t z e .

Fol i e 4 : Di e s e Fo l i e z n i g t de n ~ n q ~ n o m~ Sn p n R e n k t i o n ~-

rnec ba n i smu s de r , r ily - Re ",.. t Lon i u i c n t i n i s t URSAu f t r e t e n d e r ( r ote n ) a u to k a t~ l y t i s c he n Re ? kti on .

- 3-- 4-Chemie in der Schule: www.chids.de

Fol i e 6 : Er k l'3 r ung de s er sten Pro zes ses ')Folie ~ Erkl 'irung de s zweiten Prozes se s

Fa lie B: Vereinf Achte Da r s t e l l un g de s Reaktions-a b l au f e s bei de r Belousov -Rea ktio n

J etzt , ann o 195B , w"ren .. i.n ig e Phys i kochem iker z umi n de s t bereit,

d e n Bericht vo n Be l o uso v ern st z u nehmen.Ein Gru nd daflir war ,

daß s ich d ie Be l o us o v- Re a k t i on we s en tlich l e i chter r e pr oduzieren

l ä ß t a ls d i e Br a y- Re " kti on ; hi n z u a be r kam , d aß a u c h d i e AUS dem

19. J ahrhun dert Ube r l ie f e r t e n Id e en de r Therm ody n"m i k in d e n

Ja h r e n nac h de. zwei t e n Wel tkr ieg be t r'i ch t l i c h er we iter t und

ver feinert worde n war en .

Ein pa ar Ja hr e sp~te r weckt e Re l o us o vs Rea kt i on d"s I nt e re s s e

von A.['I. Zhabo t i :l sky . Di e se r uan ria l t e Re l o us o vs Rezept e t_JAS a h ,

i nd e m e r beis p i e l s weise die Ce r - dur ch e in e Eise n ve rh i ndun n

e r s e t z te ,di e e i n en sp e kt akul , re r e n Farbumsc h l a g vo n ro t n Ach

bl au e rg a b .

Ver s u ch 6: Be l o us o v/ Zh a bot i n s ky- Re a kt i on

Folie 9: ~ tr uktur und F" r be de s Ferroi n/Ferr i in( Tris( 1 , 1ü - oh enan th r o li n ) -eise n ( I I hzw. II I)

Komplex)

Diese Zusammen st e l lun g i st a ls Be l ouso v- Zhabo t ins kv - Reak t i on

i n die Li t e ra t u r ein ge gan ge n.Fol ie 10 zei gt einen Versu c h s a u f

ba u , wi e man de n Fa rb ums c h l ag der Lö s ung a n Hand de s Lich t du rch

l a s s es quan ti t a tiv unt er s uc hen ka nn . Das l rg e bn i s i st Auf Folie 11

dar gestellt.Di e be i ae r Bel ou s ov / Zhaboti n sky - Reak ti on verwendet en Ln s un gen

s i n d a uf v iel f 'ilti ye We ise zu va s r Lde r en s Dde Mö g lichk e ite n be i

de r Wahl der ReAk ta nde n wi r d ; uf Foli e 12 ge z ei gt. Di e qriin

hervor ~ eho ben en V"ri a n ten wu r uen bzw. werde n vo n mi r demons t r ie r t .

Fo l ie 12 : ~ o d i f i k " t i o n s mö g l i c h k e i t e n de r Re a kt a n de n be ide r Be l ou s o v/ Zhaboti n sky - Reakti on

~ i ne besonders eindruck svo l le Möglichkeit werde ich nachher

noch demo n s tr ieren.

( 3 ) Ein c h e mis c h es Pe r pet um mob i l e ?!

Das Wide r s t r eb e n der Che miker,die Exi st enz oszi llierender

Rea ktionen a n z ue rk e n n e n , ha t s e i n e Urs ache im zweiten Haupts"tz

d e r Thermody nami k.Danach gi l t :

In einem homo genen ,abgeschlos senen Sys t e m (p,T:

- 5-

con s t. \ n i mm t bei all en f re i wi l l io ve r la uf enden c he mi s c h . ~ r o z e s s e n d i e frei e lnt hAlp i e Ab .

Al s Fol gerun g da ra u s gi l t :

Ei n c he misch e s oy t e rn e r r eicht ne i ko o s t a n t r.m Dr u c kun d Kons ta n t e r Te mpe r a t ur de n GIBich r e ~ich t cz u stAnd

im Al Lqe me i n a n mono to n - Ili er hat d i e f r a i e " t h ;> l n i E'i h r I'Hn i . um e r r e i cn t j e s wi rd 'l i ch t iihe r ihn h i nAus sr h i e s sen und zu r lic kk e hren.

( Der zwei te "" up t s a t z und d i e Fnlge r un g be fi n d e n ~ic h Auf

Fo lie 13 ) .

Geht Also Sys t e m A in de n z us t a o d B ü re r , s o m'Jß es da s s te ti 0

t un,d .h. oh n e zwischen ze i t l i ch e I e h r t '.le n r1 ' !'H;e n z urt c k n ,.wh .,

denn wenn d i e fr ei e Lnt ha ln i e in de r e i n e n ~ i ch t u n ~ ( O _ ~R ) a h

n Lmm t j s o i s t es unrnö,! l i c h , d rtB s i e a u cb i n rler "nrle ren Rich t.ung

(B- 711 ) a bn i mmt . ",i" f'ol ge a us d i e s e o iie t r"r tl tunqen i st , n"r~ (·s

z il la ti one n um e t n e n e nri qii lt. t l an 61s i r h ne r,li cht.s Z'Jst. ;>n rl - '.d e

ma n e s z , ,~ . i n d e r , 'h vs i k he i m f Enn el heot '"r ht.e n kAnn - n i c r-t

v or l i e gen krin n e n .

Fol i e 14a: \le r ho t e n e us z i l La t i no e ri---- --We nn Rea k t i onen n i e s s ,IHrJe l s c h " i nf) " r vsr t e t z t en v.nu n t en j so

nah m man a n , s chl e c h t kon to ll i e r t f e x o e r i men t e l l p ~ e d i nu u n q p n

ode r s o ga r be wuß te T ~u s c hun q e n rl~h i n t R rrl~ckp n ; s o l c h e RFRkti o

nen , h ~ t t. e es s i e qe qebe n ,wi r en schl i pß l ic h ei n e Ar t che~ isc h ps

Pe r ret um moh i l e Qe we s e n .

Ers t d i e Er we i t e r un g un d Ve r fe i ner uno d e r kl Rss i nch e n Irl FPn

der Thermod yn Amik n ~ c h de m z we it en ~el tkr i p q ZFi r.tp e i n e n nu c

we g rtUS dem Di lemmA . Ei n Be l 'ie r Wiss e nsch Rf t lp r n " mpn D Pr i no o i n e

erk a nn te , da ß d i e k lass is c he Th e r mo rlvn Ami k nu r f iir S " s te~E' o i 1 t ,

d ie s owo h l von ih re r umoe buno ~ h O p. s c h l o s s e n , A \ S Ru c h n Ah e Rn

ihr em Gl eich ue wi c ht. szu st Rnd s i nd. Fii r Svs t e mp weit we q vom ~ l e i c h

ge wi ch t - sei e s , d aß es s i c h um Ke;>k t i onen i m ~nf R n os D t ;> d ium

ha n d e l t oder um o f f en e Sy s tem e ,d i e s o woh l Fn e r oi e ~ l s " u e h

Mat erie mi t i hre r Umqe bun y a us t Ru sc hr n - , wur d e von Pri oo o in e

d a s Konze Dt de r irr e ve r si b l e n Tbe r mo dv o a.ni k pnt "' ir k p ll . ( r :"r

d i es e Lei stun g e r h ie l t e r 197 7 rle n No be l n r e i s f 'ir r h e m i~ . )

Fo l ie 14 b : Er l au bt e Os z illatio n e n

In Sys te men , d ie s i ch weit weq vo m Gl eic hgE'I.o1etlts z us t Rnd I,e

finden,k bn nen e i n e Re ih e neu e r l rs c he i n unLe n "uf t re t e n . DR zu

ge hö re n auch periodi sch e Kon zen t r nti on s' nde run oe n bei 7wi s che n

pro du kt en ch e mi s c her Reak t ion en ;d i e Au s gAn g s s t o f f e und " n d

p r o duk t e s i nd je do c h ' l i c h t von s o l ch e n üs z i l l e t i on e n bet ro f

fen.

- 6-Chemie in der Schule: www.chids.de

Aus die s er Er kenntn i s l ei te t s i ch der f o lgend e Sa ' p b ,den

man als Oe f i n i t i on f ür o s zi l l i erende c he mi s c he Rea kti one n ~n

sehen ka nn ( Siehe a uc h Folie 15):

Che mi sc he R e~ k t i o n e n nennt man osz i l l i er e nd,wen n die Konzentr~ti onen von ZW IS CH ENP RODUK TENoe r i od is c hen Änd e r un ge n unt er wo r f e n s in d .

Der ~ a r s c h ~ ) d e r wi ss ensc haf t le r s a h wie f ol n t a u s :

finde ein au t ok eta lyti s che s Sy st p. m

- f ü h r e d ie Rea kti on i n ei ne m Ou r ch f lu ß r eak t o r du r c h

- va r Li a r e die Be o in gung e n ,b i s e i n b i s t a b i l s r ' ,e r e i c l 1 ~ef u n -

de n i st

gib ein e weitere ou bs t a n z z u , oie a uf o i e he i rten Z,.,,,, i" B de rBis ta bili t 'it un t e r s ch i e o l L cu ui r k t und s o d i e ü s z i I ' " tin nena usl Ms t.

(4) Vor ~u s ~etzun ~en f ü r oszil lier e nd e Rea kti one n

Das ~ y s t e m muß f Dr d en Ene r gie- und S t of f ~ us t~ug c h off e ns e i n , wei l s on s t d ie us z i Ll a t Lo na n n i c t i t un g ed 'imoft ve r la u fe n u.i r d e n ,

Das Syste m muß s i ch weit vo m Gle i c hg e wich ts z us ta nd en t f ernt be f i nd en .

Zusa mm enf Assend s o l l en f ol gende Pun kt e e rwd hnt we r d e n , wel ch e

n >ch oem Ma t he'lla tike r Fie l d not wend i ge , a be r n i c l1 t h i n r e i ch e nde

Be din gun ge n f ür d ~ A Z u s t Andeko~me n ei nes o sz i l l ier e ~ den ~v F t e

mes d ~ rs t e l l p n .Na t w e n d i g bedeutet,d~ ß jed e s oszi l l i e ren de

Sys t em d i es e " e di ngunge n e r f'ü l Lt c Ni ch t hi n r e i chen d t J e S ~ L; t j e

do c h , daß Er f ül lun g d~ r H e d i ng un~ e n durch ei n ~ ys t e m n i c h t ~ u t o

ma t i sch bede ute t ,daß di e s e s ~ ys tem oszi l l iert.E s knn ne n noc h

e i ne o der me hr e r e L; e d i ny un ue n feh len .

(Die Ue d i nq ung~n s i n d e oenfal ls ~ u f Fo li e 17 for mu l i ert ! )

ue i der Reakti on ,wel ch e d i e u s z i l l ~ t i o n a n t r e i bt , mußgie f r ei wer den .

Das Sy s t ~m muß e i ne n Rü c ~ ~ oppl u ng s sc h r i t t e nthalten( ~utokataly se od er Auto inhi biti on )

Ene r -

( Der ~la r s ch pl il n fi ndet s i ch ehen fa lls .vu f Fo l i e 19 ! ) Fs '.'u rO e

ei ne Re a kt i on Lwi s c he n J od nt un o Ar se n it ne w ~ hlt . n ie ses ..v s t e m

fi n g na c h Zugabe von Ch lo r i t n r a k t L s cn so fo r t :'1 n z u os z i l li e r e n .

Oe r b r s t e Ve r s uc h , s ys te ma t is c h e i n e n neuen Us z il ! tor z u f in

de n hatte s i c h a ls Vol ltreff e r erwie s e n .

I n zwi s ch e n wurde n vi e l e weit ere s o l ~ h e r Rp ~k tio n en 0 e f ll , rle n ,

s o da ß man e i nen rich t i ge n ~til ""n t-> a um rte r o s zil lie re nrle n r he

mi s c he n R e ~ kti o nen ilu f s t e l l e n k ~ n n .

Fo l i e 20 : ~ t a u m haum o sz i l l ie r e nd e r c he mis c he r Sv s t e me

Oor t fi nde n s i ch Ruch die Rr Ry- und rli e Ael ous o u! Zha t-> o t ln s ky

Re a kt i on wie de r.

Ap r op o 8el o us o v!7 hilh o t i ns ky- Reak t i o n . l cn hn t t e ja nn ~ h d i e

Demonst rati on ein e r VAr ian t e d ie s e r Re ilk t i on v p. r s n r o c hen . Die se s

Ver s pre ch e n mö c n t e i ch nun e r f ' ; l Lan ,

Ve rsu ch 7 ; Bel o u s o v/Zila hoth i ns ky - Rei'lk t i o n mi t demTr is(2 , 2 ' -h i ovri di n ) ru tn e nium( II ) -To n

Fo li e 21 : :it ru k t u r d e s Iris (2 , 2 ' - binyr id i n ) r ut he n i um( I I ) - \ o n s

( 6 ) Sch l uß be t r a chtun g

( 5 ) Auf de r Suc he nach wei t e r en oszill i e r en den Reak tionen

Die me i s ten der bi sh e r be ka n n t en o s zill i er enden c hemisc hen

Reakt ion en wur den nu r dur ch Zufa ll ent d e ckt . Doc h es wa r nu r

e in e Fr a ge de r Zeit,bi s de r Ve r s uch ge s t arte t wurd e , sys t emati sch

na ch ne uen Chemisc he n Osz il l a t o r en zu s uc hen.

197 9 war es da nn s o we i t . Vi er Wissens ch af tl e r mach ten sich i n

~ m e r i ka a n die s e Auf ga be . Si e entwickelten ei ne n Ver s uc h s auf

ba u ,we lcher di e vo rhi n erwä hn ten Vor a us setz un gen f Ur osz i l l ierende

Reak t i onen zu ließ.

Fo li e 18: Versuc hsaufba u mi t Durch fl uß -R ührk e ss el- Reak to r

- 7-

Am Schl uß e i ne s Vo r t ra l,e s (Hie r c herni s c he [lsz i l l a t i oo en ,.d r d

ma n sich f r a ge n, we l c he Be d e ut un9 s o l c h e Rpak ti one n in d en ue r

s chi ed e nen Bereichen de r Natu rwi s s en s c ha f te n , ins t-> e s nnd e re i n

de r Chemie ,h a ben. ~in d s i e nu r ei ne zuf ~ lli ~ Auftre tend e ~ i n e t j s r h p

Ku r i osi t ~ t , d eren Zustandekom~en mR n me n r AUS a ka d e mi s ch e n ~ ls

au s pra kt is c hem I nt er e s se ver s t e hen mö c n t e c ode r s i n rt s ie f öi r

be s t Lmn t e na t u r wi s s en s c haf tl i ch e ode r techni sch e ' J o rn :; n~f 110 r.1,

essent iell er ue d e u t un g?

I n de r Theorie der Thermody na mi k irreve rsi h ler n l e i r hn e w i~r t A

f e rn e r Pro ze sse si nd o s z i l l a t o ris che Reaktio n s il h l , u f e he sond e r s

markan t e und in te res san t e ~ h Hnomene , di l ' nur von d i es e r 7u r Ze i t

erst weni g e rschlossenen The orie e r f aß ba r s i n rn u i e r l i e qt vo r

- B-Chemie in der Schule: www.chids.de

Ver s uch 3: r ' y - R e ~ k t i o n

Es werden Z w_ ~ 100ml-[r l en "" ye r ko l be n un d rte r un te n a t... ., l·hi 1det e ve r s u ch sauf b tl ~ be nö ti Gt . I n den Erl e n me yer ko l be n s t ell eman sich fo l ge nde Lö sun ge n he r :1 . 7 ,5ml H ~O t a uf ~oo m l HtO2. 10 ,95g Na I 0 3 und 15 0ml 0,151"1 H 2.S 0 ~ auf " OOml " u f f ii l 18nZirka e i ne hal be ~ t un d 8 vo r d e r ,Je mnn s t r a t i on n ih t man n ls i rhpMe ng e n der hei den Liis ung e n z us a-una n IInn er ,.''i ron t ( am he " fe n rni tHilfe d e r He iz p l at t e e i nes ~l a g net r ; 'l hr e r s) ;> u f CR. 65 °C . '1a h e iwird d i e bi s her k l a r e Ui s un'J tJrilUn , I.lw · ;,u f n i r: fl i lr un r' " nn 1n"s ch l i e ßen I:iß t .U i e s e b r a un e I ii su n n . Lbt !Tl;,n rum in rli p. Ki ; lIpt tFun d mi ß t de n Licht rJurc hgR';' u . URbe i sol l t e rlp r V'H ''l w h p ine l "n ne r eZei t ( mi nd . 5 Mi nut en) 1 8 uf ~n . .

Ver s u c hs Ru f hau z u I/e r s uc h \:

Vers uch 4 : Bra y- Re Akt i on

Wu r d e i n Ver su c h 1 d i e Us zil la t io n rJ e r J n rJ - ~n n z 8ntr Rt i nn s i c h t bBr , so ge h t ES i n Mi esem Ver s u cn um rli p Os z i l l Rti o n rle r " ? U8 r s to f f en tw ic klung .uaz u h r i ng t m" n in e i n n e ue s Re A u en z ~ l ? s 4 - 5ntl P e rhy d ro l . ~ a ch

Zugabe von 1 ml e ine r Lö s un o a u s 2(Jf.J un d 1(] Il i n ~ O G m l '.lAs s e run d e i n e r kurz en In rJukt io n s [leri o de,.ii r c rli ~ he o h? cht et e ~ R U8 r

s t o f f e n t u i c kLu n q p e. r Lorti s ch v c i e s i s t ,, :n ' ,e he n un r' ' ,e n ke n de sd u r c h di e Gasen twi cklun a ne h i lde te n J r ha ume s Z l J Erke nn e n .Um das Ph ijnomen e i n e m g iii de r e n AurJ i t o r i um s i c htha r zu ma c h e n ,emp f ehl e ic h d i e Ver wen d ung ei n es He RL18nz ul ;; s nrn ir-k t o r s c Dabe Is o l l t e man a her e inen St a n d des S~hHumes a uf d e r Le i n wand mar k i e r en , dami t di e Zu s c ha ue r rJ i e i n rt e r " n f " nl ls nh;> s e de r Re ;> kt i nnn och ge r i ng e n Sc hwanKu nge n a n hRnd d ieses Fixnunk tes he obAc h t e nkö nn e n .

Versuch 5: Bel ous o v- Re ak t i on

Ma n benö ti ~ t s e c hs 100 ml - Er l e nmeve r ,e i ne n 100 Dml - [ r l pn me ye rund e i n e n Rühr mot or mi t Fis ch .u ann s te ll e ma n s i c n f o l ye nde Liis un ije n he r :1. 12 , 07 g Na Br0:l mi t Was s e r auf 16 U!Tl12 . 31, 2g Ma lon s 3ure mit Wa s s e r a u f 28 0ml3 . 53 , 2ml konz . Ht SO, mi t Wa s s er Huf 2UUm l4 . 140 ml Wass e r5 . 2,47 g Na8 r mit Wass e r auf BUml6 . 0 , 65g C e ( S O~ ).l. mit Wa ss e r Ru f 16 0mlUnt e r RU hr en ve rmi s ch e ma n i n d e r e ng en eh e ne n Rei henf n l ne d ieLö s un ge n 1. -5 . .r a ba i bi l rre t s ich Hro m, L'e 1ch e s a n ei ne r Hi a unf ärbung de r Liisun g zu er ke nne n i st . So ha l d d ie Liis un Q wi e d e rk lar i st, gibt man l ö s unq 6 h i n z u cv a r h ku r z er- Ln du k t i nn s ru- r i o rtebeginn en die Os z i ll a t i on e n v on Gel b na c h f a r b l o s u n d z u r ü r i- •(Hinwe is : Di e Ls z i ll a t i on e n be gin ne n r e ch t la n n5R~. ne r zwei teZyklu s ist a be r be re i t s s ch nel l er a ls 0p.r e r s t~ und mit n e llldr i tte n od er v i e r t e n Zykl us wi rd di, r i c h t i ne Os z i l l ~ t i o n 5n e -

s chwindi ~ ke it errei cht.) -

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~ r, p .-.i:':tJ-+

La.'''P~

Ver su c h 2 : Di e J o d-U h ree nö t i g t we r o e n ein 2l - Erle nmeyer ,3 600ml - Erlenmeyer und einRührmotor mi t Fi sch .Ma n st elle sich fol gende Lö sun gen he r :1 . 15 7 ,5 ml HJ.01 a u f 60 0 ml 8 uffü ll ~ n2. 19 , 95 g Na I 03 in 600 ml Wa s s e r l o s en + 4 ,~ ml H~SO~ ko nz.3 . 7 ,8 g MAl o ns ä u r e , 1 , 5 9 Mn S O~ und e twas Stqrke i n 60 0 ml WAsser

löse n .Zur De mo n s t r Atio n ~ e be ma n ~ l e i ch e Volumina der Lö s un gen 1:-1 .in c e n l rl enmey e r ( un t e r Rü hren ) . Nac h ku r ze r I ndu kt ion sp er ~ ode

be g i n ne n die beschrie be nen Oszillation en .

( 7) Vor sch ri ft en ,de r demo n st r i e r t e n Vers uc he

Ver such 1 : Ausb l e i c hen von s ch war ze m Tee

~e nb ti g t wer de n z wei Tee ~ l~ser ,s c h w a r z e r Tee, Zitronen s aft unde i n e ent s pre c he nde Men ge Was s e r . "Oi e be i den T e e gl ~ se r wer de n mi t d e r g l e i c he n ~ e n q e Tee gefullt.In e i n es de r G13 ser wir d Zitro ne n s aft ge g e be n . Du r c h di e Ve r s c h i e bung de s eH- We r t es b le i c h t d e r Tee a us . Um zu ze i gen,daOde r Eff e kt nicht nur au f d e r Ve r dün nu ng os ru n t , gi bt ma n zu de ma nd e r e n Te e Was s e r .

a l l em das In teres se d e r the ore t is ch e n Phys ik an d e n ~re m is c h e n

Os z i l la t i one n . l n d e r c he mi s c he n Ver f a h re nst e chn i k t te n c he

mis c he und e l e ktr och emi ~ c h e O ~ z i l l a t i o n e n gel e g ent l i ch a uf ,

z. B. be i m El e ktropo lieren von S t~ h l i n Oxals~u re -Wa~ se r s t off

ns r o xL c , bed e u t en hie r a b e r me hr ei ne nicht gewi i n~ c h t e Komp li

kAti on .

Vö lli q " n rle r" i st rt i e 5it u:> t i on be züg li c h der ' i gn i f i k;,nz che

mis c he r u s z Ll t ot Lone n i n der t.L o l o qLe s n Ll e m c n s c ns Ln n a ch bie t e t

d i e R h vtmiz i t ~ t de r ~ r o ze O;q b l ~ u f e i n de r 'Pi oni k' ,d . h . in rle r

"Ve r f a h r en st e c hni k rle r _e be wes e n " , we s e n t l i c he Vo r t p i l e 9 p ne n

ii be r ni ch t e r i o d i s c h ~ n Vo r g ~n 0 6 n . Die Orien t ie r unq rle r Lebe we

s e n i n rle r Ze it , n ie s ic h b er eit ~ be i Ei n zel l e r n n Ac hwe ise n

1"ißt , i 5t n u r i n Fo r m r vt tuni . e he r c hemisc her r' r o zess e re " l i s i er

ba r ;mi t 8n de re n u o r t e n : die " b i o l o ~ i scne Uh r " h"t rn-r n s i c h ,~ l l p r

w;,h rs ch e i n l icnk e i t n Ac h Ml s e i ne n komo le xe n o ~z i ll ;> t ori s c h e n

che mis chen Me ch" ni smu ~ vo r z ustell e n. Sol c h F Me c h? n i s me n s i nd im

be re i c h e n zy mAt i sche r Vorq~ nLP ,we qe n d e r vi e l s e i t i o en Kon n lun

ge n im ~ t o f f w e c hs e l de r l e ben rle n Ze l l e , o hne wei t e re s mn g l ich .

Oi e für Le bewes e n a l~ o o f f en bAr es s en t i e l l e ch e mi s c he Rhv th mi -

z i tx t wir d man in i n r e n 1Il;O", n :, i g f a l t i.;. e n Ers c he i n unge n und Wi r

kun ge n nur a u f k l~ rE n khnn e n , we nn die Ki ne t i k dp r c h ~ mi s c h e n

Ls z i l l a t i one n in ih r en e le mhn t Are n Formen ver st nn rlen i s t . "ie r i n

li e et wohl der e i gen t l iche Lr und , da ß die se s Ge bi e t i n jü nq s te r

Zei t ein s o l e bhafte s I nter e s se fi nde t .

- 9- - 10-Chemie in der Schule: www.chids.de

Versuch 6: BelousovjZhabotinsky-Reaktion I

f'1an benö t i gt zwe i 500m 1 Er lenmeyer, einen 1DOm 1 Er 1&... llsyer, einenRührmotor mit Fisch,sowie ein Reagenzglas.Dann stelle man sich folgende Lösungen her:1. 27,5g NABr03 + 11ml konz.H~SOy + 373ml Wasser2. 6,4g \"\a l nn s au r e + 64ml Wasser3. 3,2g ~a8r + 32ml Wasser4. In dem Reagenzglas bereite man ca. Sml Ferroinlösung vor

tdas ferroin muß unbedingt Chloridfrei sein !!!)Unter Hiihren vermischt man die Lösungen 1.-3.Erst nach Verschwinden der bromfarbe (Dies dauert hier l~nger als bei Versuch S.BeiVersuch 6 ist mit ca. 1Minuten zu recAnen!) wird soviel von derFerroinlösung zuyegeben,dRß eine satte F8rbung der LMsunq zuerkennen ist.WRrnung!Nicht zuviel Ferroin zugeben,da d~nn dieFarben nicht mehr so schön zu erkennen sind. Bei rlen oben Angegebenen Mengen reichen 3-4 ml!

Versuch 7: 8elousov/Zhribotinsky-Reaktion 11

Man benötiat einen 250ml Erlenmeyer,zwei 100ml Erlenmeyer,einenRührmotor mit Fisch sowie eine UV-Lampe(LRngwelliges UV !)Man stelle sich folgende Lnsungen her:1. 4g M310ns:;ure in BOml Ua ss e r Lö s en s Darin 10ml konz.H,L SOC( zu

geben und mit WRsser auf 100ml 8uffUllen.2. Lösung von 1,4y KBr01 in 100ml Wasser'3. Zwei ('t'1illiliter des Redo x i n d i ka t o r s Tris-(2," '-bipyridin)

ruthenium(II)-chlorid.Oie Konzentration liegt in eioenemErmessen.

Man vermischt unter Rühren in einem 8boedunkeltem R8um die Lnsungen 1.-3.N8Ch kurzer Induktionsperi~de ctr~hlt die Lnsunqein orRnges Fluoreszenzlicht Rus,wenn sie mit UV-Licht 8nge-s t r ah I t L: i r d • 0i e se:"us s t r 8 h 1un ~ en wec hs p Ins ich mit PhFl sen vonDunkelheit ab.OieFrequenz der Öszillationen kAnn erhnht werden,indem man noch fEstes KBrUj zugibt.

(8) Liter~tur

1. Protokoll des Lehramtsvortraqes Gber "Oszillierende chemischeReRktionen" von Elke Conradi,Marburg,Dezember 1982

2. Brig~s/Rauscher,An oscil18ting Iodine Clock,Jour.chem.Educ.197),5eite 496

). LiesegRng,Geschichtete Strukturen,Z.anorg.Chem.40(1904),126f

4. Lefelhocz,The color blind traffic light,Jour.chem.Educ.1972,Seiten 31'2- 31,1&

5. Degn,Oszillating chemiC21 reaktions in homogeneous phase,Jour.chem.Educ. 1972,302-307

6. Bray/Liebhafsky,Reactions involvig hydrogen peroxide,iodineand iodate ion,J.Am.Chem.Soc.1931,Seit~n39-41

7. Bray,A periodic reaction in homogeneous solution and itsrelation to catRlysis,J.Am.Chem.Soc.1921,Seiten 1262-1267

8. Demas/Diemente,An oscilating chemical reaction with aluminescent indicator,Jour.chem.Educ. 1973,1S7f

9. Bornmann/8usse/H8ss,Oscillatory Oxidation cf Malonix Acidby Bromate,Z.Naturforsch.197',93-97

10. Oszillierende Reaktionen,Nachr.Cham.Techn.1970,479f

-11-

11. ".G.Wink' ~,Reaktionsgeschwindigkeitund Massenwirkungsqpsptz,Pr ax i s l Ct. .i i e ) 1981,1-6

12. G.Sextl,Chemische Oszil18tionen-kHtAlysierte 8romierung vonMalonsäure,Praxis(Chemie) 1980,97-108

13. R.J.Field,A reaction periodic in lirne and space,Jour.Chem•Educ.1972,308-311

14. FieldjKärös/Noyes,Oscillations in chemical ~ystems,J.Chem.

Am.Soc. 1972,8649-8664

15. H.Brandl,Oszillierende biologische und rhemische Systeme,Praxis(Chemie) 1981,65-74

16. J.Walker,Oszillierende r;hemi~r;he Re8ktionen,SrektrLJm rlerWissenschaft 1980,131-137

17. R.J.Field,Eine osz~llierende Reaktion,Chemie in unserer Zejt1973,171-176

18. U.F.Franck,Chemische Oszil1ationen,Angew.Chemie 1978,1-16

19. Epstein/Kustin/D8 KepreriOrh~n,Oszillierenrlerhemisr;he Reaktionen,5pektrum der Wissen~chaft 1981,MRi,gB-107

(9) Noch eine r-hemische Oszi]l~tion

An dieser Stelle soll von einer chemischen ReRktion herirht~

werden,welche eine Oszillation vMllin neupn Tvrs rlRrstel1t.

In der Literatur erschien der Rerir.ht ijher rliese Re?ktion erst

im Sommer 19B3,so daß es mir n i nn t mnqlich LJRr,rliese f ü r eine

~emonstration in meinem Vortrag aufzuarheiten.Dies sei einem

späterem Vortrag ü ba r dieses Thema vorhehalten.

Im folgenden ~ebe ich in einer Ühersetzung d e r enolischen Textes

die Versuchsvorschrift,so wie ich sie mehrere Male erfolgreirh

ausprobiert h~be.Oer Grund w~rum ich diese Re8ktion nirht in

meinen Vortrag aufgenommen habe, liegt in der ~rhwipriDkeit,welche

das Timing der richtigen Luftzufuhr im Vortraf} hedputete.

~us J.Am.Chem.50c.105,2639fF,1983:

Der Farbwechsel kann demonstriert werden,indem m~n die Reanenzien in einem Becher auf einer heißen ~latte erhitzt und ~it

ein B m Magne t r ü h re r . r lj h r t • Ja zum i s c h t mC1 r) 5 0m1 0, 026M Co( 0Ac).l . '! ": ()

in 90/10(w/w) Essigs::iure;'Wasser und 10 ml O,C126 M NARr im qleichenLösungsmittel.Diese LHsung bringt man Ruf 7L °C,wohei l.uft ZU08

führt werden muß.Nach Zugabe von Sml Benzaldehyd 5chl~Qt die LHsun~ von rOS8 narhbraun um,und beginnt nach einer Induktionsperiode zu oszillieren.Die Luft sollte sauoend über eine Fritte z urie f i i n r t lJerden.rla8Rühren muß lebhaft ~ein und die Konzentrationen mr~ss8n Rufrerhterhalten werden,indem das Lösungsmittel ko~densiert wird.

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-12-Chemie in der Schule: www.chids.de

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