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Fonds derChemischenIndustrie

2

Inhaltsverzeichnis

Fachliche Hintergründe zur Chemie in der Federtasche ............................................................ 3

Versuch 1: Graphitminen als Elektroden für die Leitfähigkeitsmessung............................. 9

Versuch 2: Ein Spitzer als Lokalelement............................................................................ 10

Versuch 3: Ein Spitzer als Batterie ..................................................................................... 11

Versuch 4: Bestimmung der Dichte eines Spitzerblocks.................................................... 12

Versuch 5: Verbrennen eines Spitzers ................................................................................ 13

Versuch 6: Nachweis des Wasserstoffs bei der Reaktion eines Spitzers mit Salzsäure ..... 14

Versuch 7: Herstellung von schwarzer Gallustinte aus Tee ............................................... 15

Versuch 8: pH-Abhängigkeit der Farbe von Tinten ........................................................... 16

Versuch 9: Viele einfache Rezepte für Geheimtinten ........................................................ 17

Versuch 10: Bekannte und unbekannte Tintenkiller ............................................................ 19

Versuch 11: Papierchromatografische Trennung von Faserstiften....................................... 20

Versuch 12: Runge-Bilder mit Faserschreibern ................................................................... 21

Versuch 13: Fluoreszenz der Textmarkerfarben................................................................... 22

Laufzettel zum Schülerpraktikum ............................................................................................ 23

Verzeichnis der Abbildungen

Abbildung 1: Gallussäure und Ellagsäure.................................................................................. 5

Abbildung 2: Anilinblau............................................................................................................. 5

Abbildung 3: Kristallviolett ....................................................................................................... 6

Abbildung 4: Darstellung von Fluorescein ................................................................................ 7

Abbildung 5: Grundgerüst der Rhodamine ................................................................................ 7

3

Fachliche Hintergründe zur Chemie in der Federtasche

Die ältesten bekannten Zeichnungen sind steinzeitliche Fingerritzungen in der Höhle Pech

Merle bei Cabrerets in Frankreich und stammen aus einer Zeit circa 23.000 vor Christus. Sie

wurden in die dünne Lehmschicht einer Höhlendecke geritzt. Die ersten "Schreibgeräte" wa-

ren die Finger. Daneben nutzte man Hölzer, Steine, Grasbüschel und Farbklumpen.

Früheste Bilderschriftzeichen stammen aus Mesopotamien, Ägypten und China aus einer Zeit

etwa 3000 v. Christus. Das wichtigste Schreibgerät der alten Ägypter war die Binse. Die Bin-

se wurde getrocknet und dann an der Spitze angekaut, damit sie Tinte aufnehmen konnte.

Man schrieb damit ähnlich wie mit einem "Filzschreiber". Die Tinte wurde meist aus Ruß her-

gestellt. Für rote Tinte nutzte man Eisenoxiderden.

In der Antike wurden Rohrfeder und Griffel als Schreibgeräte eingesetzt. Die Rohrfeder wur-

de aus Schilfrohr gewonnen. Man schrieb damit auf Papyrus, Pergament oder auf geweißten

Holztafeln. Griffel bestanden aus Elfenbein, Glas, Knochen, Holz oder Metall und wurden

zum Beschreiben von Wachstafeln verwendet. Griffel und Wachstafeln wurden bis ins Mittel-

alter genutzt.

Vogelfedern werden seit etwa 500 n. Chr. als Schreibgeräte eingesetzt und waren bis in die

Mitte des 19. Jahrhunderts das vorherrschende Schreibgerät.

Gegen Ende des 18. Jahrhunderts kamen holzgerahmte Schiefertafeln als Übungstafel für den

Schreibunterricht auf. Im Vergleich zu Papier und Feder waren sie auf Dauer wesentlich billi-

ger, weil die mit dem Griffelschiefer aufgetragene Schrift leicht wieder abgewischt werden

konnte. Kritisiert wurden Schiefertafel und Griffel jedoch, weil sie leicht zerbrechlich waren

und man beim Schreiben mit Druck führen musste. Ein "flüssiges" Schreiben war dadurch

kaum möglich.

Der Füllfederhalter wurde gegen Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt. Er beendete das lästi-

ge Eintauchen der Feder, was den Schreibfluss unterbrach und darüber hinaus leicht zu Ver-

schmutzungen führte. Die ersten Füllfederhalter wurden mit Pipetten gefüllt. Im 20. Jahrhun-

dert erst kam die Füllung mit einer eingebauten Kolbenpumpe auf den Markt, um 1950 die

Patronenfüllung. Kugel- und Faserschreiber wurden in der Mitte des 20. Jahrhunderts entwi-

ckelt.1

1 http://www.paed1.ewf.uni-erlangen.de/ka_500.htm

4

Vorläufer der Bleistifte gab es schon in der Antike. Diese Blei-, Silber- oder Zinnstifte hatten

nur eine sehr blasse Schreibspur. Sie wurden schon im Spätmittelalter durch den holzgefass-

ten Bleistift mit Graphitmine abgelöst. So bestehen auch heute die Bleistiftminen aus Graphit

und Ton. Graphit, eine blättchenförmige Modifikation des Kohlenstoffs, wird als Farbmittel

verwendet. Er ist weich und fühlt sich bei Berührung fettig an, glänzt metallisch und hinter-

lässt auf Papier einen schwarzen Strich. Ton wird der Mine zugesetzt, um ein bestimmte Här-

te zu erzielen. So steigt mit wachsendem Tongehalt die Härte der Mine. Der Tongehalt käufli-

cher Bleistiftminen variiert zwischen 15 % und 60 %. Es sind jedoch auch so genannte „All-

Graphitstifte“ (100 % Graphit) erhältlich, die sich durch besonders hohes Adhäsionsvermögen

auszeichnen und damit auch auf Kunststoff- oder Metalloberflächen schreiben. Bei der Her-

stellung von Bleistiftminen werden Graphit und Ton fein zerkleinert, mit Wasser vermahlen

und bei 1000-1200°C gebrannt. Bleistiftfeinminen für Druckbleistifte werden hergestellt, in-

dem Graphit mit einem thermoplastischen Kunststoff bzw. Lignin versetzt wird, welcher/s un-

ter Hitzeeinwirkung pyrolysiert wird und so ein Kohlestoffskelett bildet, das den Graphit bin-

det. Diese Minen sind besonders bruchfest. Die Schreibmine wird zum Schutz häufig in einen

Holzschaft eingeleimt. Hierfür werden bestimmte weiche Holzarten verwendet: Rotzeder, Er-

le, Linde und Kiefer, die mit Cellulosenitrat- oder Celluloseacetatlacken glanzlackiert werden.

Radiergummis bestehen aus Gummi, Weich-PVC oder so genannten Faktissen (kautschuk-

ähnliche Stoffe, die aus fetten Ölen hergestellt werden). Das Radieren von Bleistiftstrichen ist

eine mechanische Arbeit. Die Graphitspur wird mit Hilfe des Radiergummis abgeschabt. Spe-

zielle Radiergummis oder Radierstifte für Tinten- oder Schreibmaschinen enthalten zusätzlich

Glas- und / oder Bimssteinpulver.

Buntstifte werden ähnlich wie Bleistifte hergestellt. Für die Mine werden Kaolin und anorga-

nische Pigmente (z.B. Berliner Blau, Eisenoxide, Chromgelb, Chromgrün, Ultramarin) oder

organische Buntpigmente (z.B. Eosin, Helioechtrot) verwendet. Die Pigmente werden mit

dem Kaolin nass vermahlen, mit Traganth-Schleim (Exsudat aus Stämmen u. Zweigen von

Astragalus-Arten) oder anderen Bindemitteln durchgeknetet, zu Strängen gepresst, getrocknet,

in Stücke geschnitten und dann in den Holzschaft geleimt. Als Gleit- und Haftstoffe werden

häufig noch Fette, Wachse oder Paraffine zugesetzt.

Besonders interessant für den Chemieunterricht sind Bleistiftspitzer aus Metall. Der Spitzer-

block besteht nicht wie häufig vermutet aus Aluminium sondern aus einer Magnesium-

Legierung mit 97-98 % Magnesium. Die Spitzerklinge zum Anspitzen der Bleistiftmine ist

5

aus Stahl. Aus der Kombination des edleren und des unedleren Metalls ergeben sich interes-

sante Experimentiermöglichkeiten: Ein Spitzer als Lokalelement, ein Spitzer als Batterie.

Tinten sind wässrige Lösungen und Suspensionen von Farbstoffen. Im Mittelalter wurden

Gallustinten verwendet, die aus einer Lösung von Eisen(II)-sulfat und einem Aufguss von

Galläpfeln hergestellt wurden. Die von bestimmten Eichen-Arten stammenden Galläpfel ent-

halten hohe Konzentrationen an Gerbstoffen: Neben Gallus- und Ellagsäure bis zu 70 % Tan-

nine (Polyphenole).

HO

COOH

OH

OH

HO

HO

O

O

O

O

OH

OH

1

3

5

10

Abbildung 1: Gallussäure und Ellagsäure

Das zweiwertige Eisen wird durch Luftsauerstoff zu Eisen(III) oxidiert, welches mit den

Gerbstoffen im Gallussud einen schwarzen, weitgehend licht- und luftbeständigen Nieder-

schlag bildet, der auf dem Papier wie ein waschechter Farbstoff fixiert ist. Diese schwarzen

Tinten haben heute noch als dokumentechte Tinten für Urkunden und Verträge Bedeutung.

Üblicherweise werden für Tinten heutzutage aber vor allem wässrige Lösungen von Triphe-

nylmethan- und Azofarbstoffen eingesetzt. So gehören das häufig verwendete Tinten- oder

Wasserblau und das Anilinblau zur Gruppe der Triphenylmethanfarbstoffe. Tintenblau wird

durch Sulfonierung von Anilinblau gewonnen und wird z.B. auch als Blaufarbstoff zum Fär-

ben von Baumwolle eingesetzt.

NH C6H5

CH3

C6H5NHNHH5C6

Cl

+

-

Abbildung 2: Anilinblau

6

Farbtinten enthalten entsprechende Farbstoffe: Eosin beispielsweise kann Bestandteil von ro-

ten, Malachitgrün von grünen und Kristallviolett von violetten Tinten sein.

(H3C)2N

H3CN+

C

CH3

N(CH3)2

Cl -

Abbildung 3: Kristallviolett

Die Tinten benötigen nur wenig Bindemittel (Gummi arabicum), welches für eine bessere

Haftung auf dem Papier zugesetzt wird. Weiterhin können sie Verdickungsmittel (z.B.

Dextrine), Konservierungsmittel und Feuchthaltemittel (Bsp. Glycerin) für bessere Fließei-

genschaften und zur Verhinderung des Ankrustens an der Feder enthalten. Eventuell werden

Tenside zugesetzt, um durch eine Verringerung der Oberflächenspannung eine bessere Ver-

schreibbarkeit zu erzielen.

Sympathetische Tinten, auch Zauber- oder Geheimtinten genannt, hinterlassen eine zunächst

unsichtbare Schrift, die durch geeignete chemische oder physikalische Mittel sichtbar ge-

macht werden kann. Zahlreiche einfache Rezepte können im Chemieunterricht ausprobiert

werden.

Tintenkiller enthalten eine Tintenentfernerlösung, die die Tintenfarbe oxidativ (Natriumhy-

pochlorit- oder Chlorkalklösung) bzw. reduktiv (wässrige Lösung von Oxalsäure und Natri-

umdithionit) bleicht.

Der Begriff Tusche leitet sich vom französischen „toucher“ (= berühren, auftragen) ab. Als

Tuschen werden die wässrigen Pigmentsuspensionen schwarzer und farbiger Pigmente be-

zeichnet, die hauptsächlich zum Zeichnen und für Zierschriften verwendet werden. Grund-

stoff der schwarzen Tinten ist Ruß (eine Erscheinungsform des Kohlenstoffs, die sich bei un-

vollständiger Verbrennung bildet). Zinkweiß ZnO wird für weiße, Ultramarinblau (ein schwe-

felhaltiges Natriumaluminiumsilikat) für blaue Tuschen eingesetzt. Die Tuschen werden dar-

über hinaus mit Gummi Arabicum, Schellackseife oder Kunstharzen angedickt. Im Vergleich

zu den Tinten haben sie einen größeren Anteil an Bindemitteln. Die ersten Tuschen gehen bis

auf die Zeit 2700–2600 v. Chr. zurück und wurden in China erfunden. Es waren Auf-

7

schwemmungen von Ruß, Mennige Pb3O4 oder Zinnober HgS, gelöst in Leimen oder Blutse-

rum.

Faserschreiber und Filzstifte, moderne Varianten der altägyptischen Binse, kamen 1959 von

Japan nach Europa. Es handelt sich hierbei um Stifte, in denen flüssige Farbstofflösungen

durch Kapillarkräfte in die aus Filz oder Chemiefasern bestehende Schreibspitze dringen. Das

Farbstoffreservoir ist entweder eine Patrone oder ein Faserbündel, das mit der Lösung vollge-

sogen ist.

Textmarker sind ähnlich wie Faserschreiber und Filzstifte aufgebaut. Als Farbstoffe werden

hier jedoch fluoreszierende Verbindungen eingesetzt. Es handelt sich dabei z.B. um Uranin

(Dinatriumsalz des Fluoresceins) oder rote Rhodamine (Xanthenfarbstoffe). Beide Farbstoffe

sind nur mäßig lichtecht, weshalb sie mit der Zeit verblassen.

Abbildung 4: Darstellung von Fluorescein

O

R

R

RR

N

C2H5

RN

C2H5

R

1

2

3

4

3

4 +

Abbildung 5: Grundgerüst der Rhodamine

Folienstifte eignen sich zum Beschreiben von nichtsaugenden Oberflächen wie Folien,

Kunststoffen (allgemein), Glas oder Metallen. Die Farbstoffe werden bei diesen Stiften in

mehr oder weniger flüchtigen organischen Lösungsmitteln gelöst. Wässrige Tinten sind hier

nicht geeignet, da Wasser aufgrund seiner großen Oberflächenspannung diese Stoffe nur

schlecht benetzt. Es kann sich kein zusammenhängender Farbstofffilm ausbilden. Als Lö-

8

sungsmittel werden vorwiegend Ethanol und andere Alkohole, Glykolether und -ester oder

Toluol eingesetzt. Manchmal sind Harze zur Verbesserung der Filmbildung, Haft- und Ab-

riebsfestigkeit zugesetzt.

Die Kugelschreiber wurden erst um 1940 als Schreibgerät entwickelt. In Kugelschreibern ist

das Farbmittel pastenförmig angedickt. Die Schreibspitze der Mine ist eine bewegliche Kugel

aus Stahl, Rubin oder harter Keramik. Sie dreht sich beim Schreiben und wird dadurch mit der

Farbpaste überzogen. Das andere Ende der Mine ist mit einem luftdurchlässigen Stöpsel ver-

schlossen, um ein Auslaufen der Farbe zu verhindern. Als blaue Farbstoffe werden zum Bei-

spiel Astralblau, Brillantblau oder Victoriablau verwendet. Die Viskosität der Paste, deren

Verschreibbarkeit und die Abriebfestigkeit auf dem Papier werden mit einem in Benzylalko-

hol oder einem höherem Glykol gelösten Kunstharz (Harze sind ein Sammelbegriff für flüssi-

ge bis feste organische Produkte, für die eine bestimmte Verteilung der Molmassen charakte-

ristisch ist) und Polyvinylpyrrolidon als Verdickungsmittel erreicht.

Ist ein Radieren (Abschaben) oder „Löschen“ (in einer Redoxreaktion) eines Farbstriches

nicht möglich, so kann er mit Hilfe von Korrekturlacken überdeckt werden. Korrekturlacke

sind in flüssiger Form im Handel und werden häufig mit einem Pinsel aufgetragen. Es handelt

sich hierbei um Suspensionen von weißen Pigmenten wie Kreide oder Titanoxid TiO2 versetzt

mit Bindemitteln (Gummi Arabicum, Celluloseglycolat) in wässriger Alkohollösung. Es gibt

jedoch auch Korrekturblättchen, die als ein deckender Pigmentfilm auf einer Trägerfolie auf-

gebracht sind und durch Andruck auf das Papier übertragen werden.

Stifte auf Basis fettlöslicher anorganischer und organischer Pigmente, die in Bienen-, Japan-,

Carnaubawachs oder Paraffin gelöst sind, bezeichnet man als Wachskreiden (Fettstifte,

Wachsstifte). Sie werden auch in der Kosmetik eingesetzt. Wachs ist ähnlich wie Harz oder

Metall eine phänomenologische oder warenkundliche Bezeichnung für eine Reihe natürlicher

und künstlich gewonnener Stoffe, die in der Regel folgende Eigenschaften aufweisen: Sie sind

bei 20 °C knetbar, sind fest bis brüchig hart, durchscheinend bis opak, sie schmelzen bei T >

40 °C und sind schon wenig oberhalb ihres Schmelzpunktes verhältnismäßig niedrigviskos.

Ihre Konsistenz ist stark temperaturabhängig, unter leichtem Druck sind sie polierbar.

9

Versuch 1: Graphitminen als Elektroden für die Leitfähigkeitsmessung Chemischer Hintergrund Graphit wird auch als metallischer Kohlenstoff bezeichnet, da er metallisch glänzt und im Unterschied zum Diamant den elektrischen Strom gut leitet. Jeweils ein Kohlenstoffatom ist mit drei Nachbaratomen im Graphit verbunden. Damit ist ein Außenelektron pro Kohlenstoffatom ungebunden und verantwortlich für die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoffmodifikation. Graphit wird deshalb als Elektroden-material verwendet wie zum Beispiel im Hoffmanschen Zersetzungsapparat (als Alternative zu Platinelektroden) oder im Leclanché-Element. Bleistiftminen aus Graphit können natürlich ebenfalls zu Elektroden umfunktioniert werden. Aufgrund der einfachen Handhabung eignen sich besoners dicke Bleistiftminen; weiche Minen haben einen geringen Tongehalt. Im Bastelladen und bei Künstlerbedarf erhält man z.B. All-Graphit- oder Pure-Graphit-Stifte mit Ø = 7mm, die aus 100 % Graphit bestehen. Dauer: 5-10 Minuten Geräte: Filmdose

Leitfähigkeitselektrode aus 2 Graphitminen in einer Korkhalterung Kabel Krokodilklemmen Netzgerät Glühlampe (8V) mit Fassung Chemikalien: verd. Salzsäure, verdünnte Natronlauge, Kochsalzlösung, destilliertes Wasser Durchführung:

1. Fülle die Filmdose zur Hälfte mit der zu untersuchenden Lösung und verschließe sie mit dem Korken.

2. Verbinde die Bleistiftminen über Krokodilklemmen und Kabel mit dem Netzgerät (Gleichspannung mit U = 8 V) und einer Glühlampe. Ein Aufleuchten der Lampe zeigt die elektrische Leitfähigkeit der Lösung an.

3. Die Lösungen werden anschließend zurück in die Vorratsgefäße gegeben. 4. Spüle die Elektroden mit destilliertem Wasser ab. 5. Führe die Schritte 1. bis 4. mit den anderen Lösungen durch.

Die Kabel dürfen nur an das Netzgerät, keinesfalls direkt an die Steckdose angeschlossen werden!

10

Versuch 2: Ein Spitzer als Lokalelement Chemischer Hintergrund Metallspitzer bestehen aus einer Stahlklinge und einem Metallblock aus einer Magnesiumlegierung mit einem hohen Magnesium-Anteil. Beide bilden in einer Elektrolytlösung ein elektrochemisches Lokalelement. Lokalelemente sind z. B. elektrisch kurzgeschlossene Kombinationen von unterschied-lichen Metallen Folgende Reaktionen laufen ab: Block (Anode): −+ +→ e2MgMg 2

Klinge (Kathode): −− +→+ OH2He2OH2 22 Die im Magnesium gebildeten Elektronen werden auch zum Eisen (Stahlklinge) transportiert und rea-gieren mit den Wassermolekülen. Dauer: 5 Minuten Geräte: Petrischale Metallspitzer

Spatel Pipette Chemikalien: Kochsalz Wasser Phenolphthalein-Lösung Durchführung:

1. Fülle die Petrischale zur Hälfte mit Wasser. 2. Löse einen Spatel Kochsalz in dem Wasser und gib 4 Tropfen Phenolphthalein-

Lösung dazu. 3. Der Metallspitzer wird so in die Petrischale gelegt, dass Klinge und Block das Wasser

berühren. Nach einiger Wartezeit kann folgendes Bild beobachtet werden:

4. Spüle den Spitzer gründlich ab und reinige die Petrischale.

11

Versuch 3: Ein Spitzer als Batterie Chemischer Hintergrund: Die in der Batterie ablaufenden Reaktionen wurden bereits bei Versuch 2 dargestellt: Block (Anode): −+ +→ e2MgMg 2 Klinge (Kathode): −− +→+ OH2He2OH2 22 Im Unterschied zum Versuch 2 sind die beiden verschiedenen Metalle diesmal nicht kurzge-schlossen. D. h., der Elektronentransport erfolgt über die Drähte und den Motor. Gemessene Spannung: U = 1,1 V Dauer: 10 Minuten Geräte: Metallspitzer (Klinge und Magnesiumblock) Krokodilklemmen Kabel kleiner Motor

Filmdose Spatel Chemikalien: Kochsalz Wasser Durchführung:

1. Fülle die Filmdose zu ¾ mit Wasser und löse darin 2 Spatel Kochsalz. 2. Die Klinge und der Magnesiumblock des Spitzers dienen als Elektroden der Batterie.

Sie werden mit Hilfe von Krokodilklemmen in der Filmdose fixiert und mit Kabeln mit einem kleinen Motor verbunden.

Die Kabel dürfen nur an die Spitzerbatterie, keinesfalls an eine andere Spannungsquelle angeschlossen werden!

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Versuch 4: Bestimmung der Dichte eines Spitzerblocks Chemischer Hintergrund Magnesium gehört zu den Leichtmetallen. Es handelt sich dabei um eine Gruppe metallischer Elemen-te geringer Dichte, vielfach werden auch die Legierungen dieser Metalle dazu gerechnet. Die Abgren-zung gegenüber den Schwermetallen ist undeutlich: als Grenze findet man Dichten zwischen 3,5, 4 oder auch 5 g/cm3. Zu den Leichtmetallen gehören die Alkali- und Erdalkalimetalle, Aluminium und Scandium, gelegentlich werden auch (mit Dichten um 4,5 g/cm3) Yttrium und Titan hinzugerechnet. Dauer: 5 Minuten Geräte: Block eines Metallspitzers

Messzylinder 25 ml Waage

Chemikalien: Wasser Durchführung: Die Dichte des Magnesiumblocks kann sehr einfach bestimmt werden.

1. Man bestimmt die Masse des Blockes mit der Waage. 2. Anschließend füllt man einen Messzylinder mit 10 ml Wasser und legt dann den Block

hinein. 3. Man ermittelt das verdrängte Wasservolumen an der Eichskala. 4. Aus dem Quotient m/V wird die Dichte ρ (bei 20°C) ermittelt.

(Die Dichte von reinem Magnesium liegt bei 1,738 g/cm3).

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Versuch 5: Verbrennen eines Spitzers Chemischer Hintergrund An der Luft überzieht sich Magnesium mit einer dünnen Oxidhaut (Passivierung), schon oberhalb von 500°C entzündet es sich aber und verbrennt mit blendend hellem Licht zu einem feinen, weißen Rauch bzw. Pulver von Magnesiumoxid. Diese Reaktion wird in Leuchtsätzen genutzt. Bei höheren Tempe-raturen wird mit dem Luftstickstoff Magnesiumnitrid Mg3N2 gebildet. Magnesium brennt auch in Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid und entzieht diesen den Sauer-stoff. Da brennendes Magnesium 2400 °C erreichen und Wasser zersetzen kann, löscht man Magnesi-umbrände am besten mit Sand oder Eisenfeilspänen. Sand soll als Vorsichtsmaßnahme für den Ver-such bereitgestellt werden. Dauer: 10 Minuten Geräte: Teile eines Metallspitzers Becherglas

Bunsenbrenner Tiegelzange pH-Indikatorpapier Chemikalien: Wasser Durchführung:

1. Eine Scheibe des Metallspitzers wird mit der Tiegelzange in die Bunsenbrennerflam-me gehalten, bis sie sich entzündet.

2. Das Magnesium brennt mit einem gleißend weißen Licht. Vorsicht: Nicht direkt in die Flamme sehen!

3. Das brennende Magnesiumscheibchen wird auf der Keramikplatte abgelegt und mit einem Becherglas abgedeckt.

4. Nach Abklingen der Verbrennung wird der weiße Rückstand vorsichtig aufgebrochen. In der Kegelmitte wird ein grünlichgelbes Produkt (Mg3N2) sichtbar.

5. Gib einige Tropfen Wasser dazu und halte ein feuchtes Stück Indikatorpapier darüber.

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Versuch 6: Nachweis des Wasserstoffs bei der Reaktion eines Spitzers mit Salzsäure Dauer: 10 Minuten Geräte: Teile vom Block eines Metallspitzers Reagenzglas mit seitlichem Ansatz Reagenzglas gebogenes Glasrohr Schlauchverbindung Pipette mit Stopfen Stativmaterial Chemikalien: Salzsäure mit der Konzentration c = 1 mol/l Durchführung:

1. Die Apparatur wird, wie in der Skizze dargestellt, zusammengebaut. 2. Man gibt die Scheibe des Magnesiumblockes in das untere Reagenzglas. 3. Mit der Pipette werden etwa 2 ml Salzsäure aufgenommen und das Reagenzglas mit

dem Stopfen und der Pipette verschlossen. 4. Nun tropft man die Salzsäure auf das Magnesium und fängt den entstandenen Wasser-

stoff in dem zweiten Reagenzglas durch Luftverdrängung auf. 5. Der Wasserstoff wird mittels Knallgasprobe nachgewiesen.

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Versuch 7: Herstellung von schwarzer Gallustinte aus Tee Chemischer Hintergrund Im Durchschnitt enthält schwarzer Tee 19 % Catechine und Catechin-Gerbstoffe sowie etwa 4 % an-dere Gerbstoffe (weitere Polyphenole). Diese Gerbstoffe werden dem Tee erst bei längerem Kochen oder Stehen entzogen, sie wirken beruhigend auf den menschlichen Organismus, geben dem Tee aber auch seinen bitteren Geschmack. Die Tannine im Tee werden für dessen antioxidative und dadurch an-timutagene Wirkung verantwortlich gemacht. Die Gerbstoffe im Tee geben einen feindispersen schwarzen Niederschlag mit Eisen(III)-Ionen, was für die Herstellung einer Tinte ausgenutzt werden kann. Das Rezept lehnt sich an die Herstellung der klassischen Gallustinte aus einem Sud von Galläpfeln an. Eisen(II) wird vom Luftsauerstoff zu Ei-sen(III) oxidiert. Dauer: 10 Minuten Geräte: Becherglas 200 ml

Waage Spatel

Messzylinder (100 ml) Bunsenbrenner Glasstab

Dreifuß Papier und Schreibfeder Chemikalien: schwarzer Tee Eisen(II)-sulfat Gummi arabicum Wasser Durchführung:

1. Ein Teebeutel schwarzer Tee wird in 70 ml Wasser 5 Minuten lang gekocht. 2. Zu der braunen Lösung fügt man unter Rühren 3 g Eisen(II)-sulfat und 2 g Gummi

arabicum zu. 3. Die entstandene schwarze Suspension kann man als Tinte verwenden und mit einer

Schreibfeder auf Papier schreiben. Ist die Tinte zu dünnflüssig, so lässt man durch vorsichtiges Erhitzen etwas Wasser verdampfen.

16

Versuch 8: pH-Abhängigkeit der Farbe von Tinten Chemischer Hintergrund Als Farbstoffe für Tinten werden vor allem Triarylmethan- und Azofarbstoffe verwendet. Ihre Farbig-keit ist vom pH-Wert einer Lösung abhängig. Dauer: 5 Minuten Geräte: Reagenzgläser

Reagenzglasständer Pipetten Chemikalien: Farbtinten destilliertes Wasser Natronlauge NaOH mit der Konzentration c = 1 mol/l (pH = 14) Salzsäure HCl mit der Konzentration c = 1 mol/l (pH = 0) Durchführung: Einfache pH-Skala: Für jede Tinte bereitet man drei Reagenzgläser vor.

1. Man füllt je ein Reagenzglas 2 cm hoch mit a) Salzsäure, b) destilliertem Wasser und c) mit Natronlauge.

2. Nun gibt man je einen Tropfen Farbtinte dazu und beobachtet die Farbveränderung im stark basischen bzw. sauren Milieu.

Tinte Farbe pH-Wert Pelikan brillant-grün orange

olivgrün grasgrün brillant-grün brillant-grün gelb

0 1 2 3

13 14

Pelikan türkis grün grasgrün türkis

0 1 2

M & M königsblau blau violett (Farbe verblasst) rot (Farbe verblasst)

10 11 12

Pelikan brillant-grün pH 0 – 3 und pH 13 – 14

Pelikan türkis pH 0 – 3

M & M königsblau pH 10 – 12

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Versuch 9: Viele einfache Rezepte für Geheimtinten Dauer: 15 Minuten Geräte: Reagenzgläser Föhn

Reagenzglasständer Pinsel Heizplatte Spatel

Petrischale Papier Chemikalien: Salicylsäure, Eisen(III)-chlorid, Ammoniaklösung, Phenolphthalein, Milch Durchführung:

1. Man löst einen Spatel Salicylsäure in 3 ml Wasser (etwa 3 cm) in einem Reagenzglas.

Die Lösung wird mit dem Pinsel auf das Papier aufgetragen und mit dem Föhn ge-trocknet. Anschließend löst man eine Spatelspitze Eisen(III)-chlorid in 5 ml Wasser in einem Reagenzglas und bestreicht die Schrift mit dieser Lösung.

2. Man schreibt mit Phenolphthalein-Lösung auf das Papier und trocknet mit dem Föhn. Für die Behandlung mit Ammoniak wird eine Petrischale mit einigen Tropfen konz. Ammoniaklösung gefüllt, das Papier anschließend auf den Glasrand aufgelegt und die Petrischale verschlossen.

3. Man schreibt mit Milch auf das Papier und trocknet mit dem Föhn. Nach dem Trock-nen wird die Schrift durch Auflegen auf die Heizplatte sichtbar gemacht.

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Die folgende Tabelle stellt verschiedene Geheimtinten vor, die in der Schule einfach her-gestellt werden können. Milch oder Säfte werden ohne Verdünnung verwendet. Feste Be-standteile werden zunächst in Wasser gelöst (Herstellung konzentrierter Lösungen). Die Geheimtinten werden mit dem Pinsel auf Papier aufgetragen, getrocknet (Föhn) und an-schließend nach den Vorgaben der Tabelle behandelt. So werden die Papiere auf die Heizplatte aufgelegt, mit wässrigen Entwicklerlösungen bestrichen oder besprüht bzw. mit einer UV-Lampe beleuchtet. Für die Behandlung mit Ammoniak wird eine Petrischale mit einigen Tropfen konz. Ammoniaklösung gefüllt und das Papier anschließend auf den Glasrand aufgelegt.

Bestandteil der Geheimtinte Chemische/physikalische

Sichtbarmachung Schriftfarbe

KNO3 oder KClO4 Wärme Oxidation des Papiers

braunschwarz

Milch Wärme Zersetzung der Milch

braunschwarz

Zitronen-, Zwiebelsaft Wärme Zersetzung des Safts

braunschwarz

KSCN FeCl3

Reaktion zu Fe(SCN)3 rot

Salicylsäure FeCl3

Reaktion zu Komplexsalz blauviolett

Tannin (aus Tee) FeCl3

Reaktion zu Fe(III)-tannat schwarz

Lauge Phenolphthalein Farbumschlag im Basischen

rot

Phenolphthalein Ammoniak-Gas Farbumschlag im Basischen

rot

Obstsaft, Milch UV-Licht Fluoreszenz

schwach blau, gelb oder braun

19

Versuch 10: Bekannte und unbekannte Tintenkiller Chemischer Hintergrund Tintenkiller bleichen die Tintenfarbe oxidativ bzw. reduktiv. Ein Hausmittel zur Entfernung von Tintenflecken ist Milch. Sie enthält das Enzym „Reduktase“, welches Anilinfarbstoffe zur farblosen Form reduzieren kann. Dauer: 5 Minuten Geräte: Reagenzgläser

Reagenzglasständer Pipetten

Chemikalien: blaue Tinte Tintenkiller Klorix Wasser Durchführung:

1. Man füllt zwei Reagenzgläser 2 cm hoch mit Wasser. 2. Nun fügt man je einen Tropfen blaue Tinte hinzu. 3. Zu der einen Lösung gibt man einen Tropfen Klorix, ein Reinigungsmittel auf Basis

von Hypochloritionen (OCl-). 4. In die andere Lösung taucht man einen Tintenkiller ein.

20

Versuch 11: Papierchromatografische Trennung von Faserstiften Chemischer Hintergrund Farbige Filzstifte und Faserschreiber enthalten häufig keine einzelnen Farbstoffe, sondern werden aus verschiedenen Farbkomponenten zusammengemischt. Die einzelnen Farbstoffe können mit Hilfe der Papierchromatographie einfach aufgetrennt und damit nachgewiesen werden. Dauer: 10 Minuten Geräte: Becherglas

Streifen Filterpapier Lineal Faserschreiber (rot, orange, blau, grün, schwarz)

Chemikalien: Wasser Durchführung:

1. Ein Filterpapier- oder Löschpapierstreifen wird 2 cm über dem unteren Rand mit 0,5 cm langen Strichen verschiedener Faserstifte versehen.

2. Das Becherglas füllt man 1 cm mit Wasser. 3. Dann wird der Papierstreifen in ein Becherglas gehängt. Das Papier soll in das Wasser

eintauchen, so dass es sich damit voll saugen kann. Die Farbstriche dürfen jedoch nicht das Wasser berühren, da sie sonst ausgewaschen werden.

Die Farbflecke wandern mit der mobilen Phase Wasser und trennen sich dabei in verschiede-ne Komponenten auf. Bei einigen Stiften wird sich jedoch auch zeigen, dass sie lediglich ei-nen Farbstoff enthalten.

21

Versuch 12: Runge-Bilder mit Faserschreibern

Dauer: 10 Minuten

Geräte: Petrischale Filterpapier Schere Faserschreiber Pipette

Chemikalien: Wasser Salatöl Durchführung:

1. Man schneidet in die Mitte eines Rundfilters ein kleines Loch. 2. Aus einem zweiten Filterpapier schneidet man einen etwa 3 cm breiten Streifen aus

und rollt ihn eng zu einem Docht zusammen. 3. Das erste Filterpapier bemalt man mit einigen Farbstrichen, Kreisen oder beliebigen

Mustern ringförmig um das Loch. 4. Man tropft einige kleine Tropfen Öl auf das Papier, um die Fließrichtung des Wassers

zu beeinflussen. 5. Nun führt man den Docht in das Loch ein. 6. Die Petrischale wird mit etwas Wasser gefüllt. Das Filterpapier wird auf den Rand des

Glases gelegt und der Docht wird so positioniert, dass er in die Flüssigkeit taucht. 7. Das Aufsteigen und Wandern des Wassers und der Farben ist sofort zu beobachten.

Das Verlaufen der Muster wird unterbrochen, indem man das Filterpapier von der Schale abhebt.

Variationsmöglichkeit: Verwendung mehrer Dochte.

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Versuch 13: Fluoreszenz der Textmarkerfarben Chemischer Hintergrund In Textmarkern werden fluoreszierende Farbstoffe eingesetzt. Diese Tatsache kann einfach mit Hilfe einer UV-Lampe nachgewiesen werden.

Dauer: 5 Minuten

Geräte: Reagenzgläser und -ständer UV-Lampe Papier Textmarker Pinzette

Chemikalien: Wasser Durchführung:

1. Ein kleiner Papierstreifen (etwa 2 x 1 cm) wird mit einem Textmarker bemalt. 2. Nun taucht man ihn in ein Reagenzglas mit etwa 2 cm Wasser. Der Farbstoff ist gut

wasserlöslich. Das Wasser färbt sich schnell in der entsprechenden Farbe an. 3. Man entfernt das Papierstück mit Hilfe einer Pinzette. 4. Der Raum wird verdunkelt (Licht aus!) und das Reagenzglas mit Hilfe einer UV-

Lampe beleuchtet. Achtung: Nicht direkt in die Lampe sehen! Die Lösungen fluores-zieren stark.

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Versuch 1: Graphitminen als Elektroden für die Leitfähigkeits-messung

Notiere deine Beobachtungen in der Tabelle!

Worauf sind die einzelnen Beobachtungen zurück zu führen? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Versuch 2: Ein Spitzer als Lokalelement Welche Ionen werden mit der Phenolphthalein-Lösung nachgewiesen? ___________________________________________________________________________ Beschreibe deine Beobachtungen! _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Versuch 3: Ein Spitzer als Batterie Zeichne den Schaltkreis für diesen Versuch auf!

Stoff Beobachtung

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Versuch 4: Bestimmung der Dichte eines Spitzerblocks Masse des Blocks: Volumen des Blocks: Berechnung der Dichte: Vergleich mit dem vorgegebenen Wert und Begründung des Unterschiedes: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Versuch 5: Verbrennen eines Spitzers Stelle die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Magnesium auf! ___________________________________________________________________________ Färbung des Indikatorpapiers: __________________________________________________ Welche Ionen werden damit nachgewiesen? _______________________________________

Versuch 6: Nachweis des Wasserstoffs bei der Reaktion eines Spitzers mit Salzsäure

Notiere deine Beobachtung: ____________________________________________________ Stelle die Reaktionsgleichung für den Nachweis des Wasserstoffs auf! ___________________________________________________________________________

Versuch 7: Herstellung von schwarzer Gallustinte aus Tee Schreibe mit der selbst hergestellten Tinte auf dieses Blatt!

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Versuch 8: pH-Abhängigkeit der Farbe von Tinten Beschreibe die Farbe einer Tinte im sauren, im neutralen und im basischen Bereich! _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Versuch 9: Viele einfache Rezepte für Geheimtinten Welche Farbe hat die Geheimtinte nach dem Sichtbarmachen bei

a) _____________________________________________________________________

b) _____________________________________________________________________

c) _____________________________________________________________________

Versuch 10: Bekannte und unbekannte Tintenkiller Welcher Tintenkiller wirkt schneller? _____________________________________________

Versuch 11: Papierchromatografische Trennung von Faserstiften Klebe den Filterpapierstreifen nach dem Trocknen unten auf das Blatt!

Versuch 12: Runge-Bilder mit Faserschreibern Klebe das Filterpapier nach dem Trocknen unten auf das Blatt!