Gymnasium Ohmoor

 Versuchsprotokoll: Eigenschaften von Kristallviolett bei pH-Wert - Änderungen
 

 Durchführung:

Leistungskurs Chemie 2008

20 Milligramm Kristallviolett werden in 500ml ein molarer Salzsäure gelöst. Je 100ml davon werden mit 1m Natronlauge bis zu den pH-Werten 1, 1,35, 2,2, ca. 11 und 13 titriert. Die Mischung ist wieder auf 100ml mit Wasser aufzufüllen. In einem 6. Becherglas löst man eine große Spatelspitze (ca. 100mg) Kristallviolett direkt in 100ml 15%iger Salzsäure. Das Milieu wird mit einem pH-Meter bestimmt. Die Farbe wird vor einer Milchglasscheibe mit Halogenlampen-Hintergrund und nach erfolgtem Weißabgleich mit einer DSLR-Kamera dokumentiert. Ein digitales Spektralfotometer ermittelt die Extinktionskurve.
 Achtung: Die konzentrierten Säuren und Laugen sind sehr ätzend!

 

 Beobachtungen bei Zugabe von Natronlauge ==>        

Kolben: I II III IV V VI
Konzentration: ca. 2,5 mmol/l 0,1 mmol/l 0,1 mmol/l 0,1 mmol/l 0,1 mmol/l 0,1 mmol/l
Milieu: extrem sauer stark sauer schwach sauer bis schwach basisch stark basisch
gemess. pH: -1,10 1,00 1,35 2,20 11,7 13

Foto

 

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Sichtbare Farbe

 orange
(bei 0,1mmol / und  pH 0: gelb!)		 grün blaugrün blau violett farblos

VIS
Spektrum

 

Messwerte
hier als
Excel-File

      
Maxima
im Fotometer		 420   425 + 625   590  

Absorbierte Farbe

  violett  (+ blau) rot + violett  rot  (+ violett) gelb gelbgrün UV-Bereich

 

 Deutung:

Struktur der Teilchen:

 

 

 

 

 

 

 

gleichwertige Grenzstruk-
turbereiche
sind gelb hinterlegt

 

 

Gemisch

Gemisch

Effekte:

     Bathochromie                ===========================================>        Hypsochromie                   ===========================================>
  Alle drei Auxochome sind durch die Protonierung deaktiviert. Die Mesomerie begrenzt sich auf das zentrale C-Atom und die Phenylringe. Das Gelb hat ein breites Absorptionsband und wirkt bei hoher Konzentration durch Hyperchromie orange!

Gemisch aus Struktur
 I und III

Der pKs-Wert liegt
 laut Literatur* bei 0,8

 Die tiefste, denkbare Farbe wird von diesem, relativ kleinen Molekül erzeugt.
Zwei gleichwertige Grenzstrukturen (ein T-Chromophor) und ein kaum vom unteren Phenylring beeinflusstes, zentrales C-Atom bilden eine besonders geringe Differenz zwischen bindenden (HOMO) und antibindenden (LUMO) Pi-Orbitalen.

Gemisch aus Struktur
 III und IV

Der pKs-Wert liegt
 laut Literatur* bei 2,6

 Das System enthält noch ein weiteres, wirksames Auxochrom, die NN-Dimethylaminogruppe unten (ein Y-Chromophor). Trotzdem steigt die Farbe wieder an. Das wird mit der Elektronendichtewirkung des unteren Systems auf das zentrale C-Atom gedeutet. Die Delokalisation der Pi-Elektronen ist jetzt auf die Benzolringe beschränkt, da das zentrale C-Atom ein Hydroxidion addiert hat (Carbinolbase). Die sp3-Hybridisierung hier verhindert den Verbund der delokalisierten Pi-Elektronensysteme. Die Absorption elektromagnetischer Wellen liegt außerhalb des sichtbaren Bereichs im UV.

Ergebnis:
  Kristallviolett zeigt bei der Protolyse ein Kaleidoskop von Farben. Ursache sind drei Auxochrome Gruppen, die das delokalisierte Pi-Elektronensystem in seinem Energieniveau beeinflussen. Gibt das Trikation ein Proton ab kommt eine farbvertiefende Gruppe mit positiv-mesomeren Effekt dazu, entsteht ein sehr energiearmes blaugrünes System. Wird durch erneute Deprotonierung ein weiteres Auxochrom aktiviert, ergibt sich eine intensive, violette Farbe. Im stark basischen Bereich zerstört die Anlagerung von Hydroxidionen die Wechselwirkung mit sichtbarem Licht. 

Fotos: W.-L. Hellweg / Y. Wencke, Formeln: S. Zeller / T. Hinz, Fotometrische Messungen: B. Stiller / S. Räther (Gy. Bondenwald), pH-Wert Messungen: N. Jansen / T. Heydecke / J. Lüder

*) W. Kratzert, R. Peichert.
 Farbstoffe. Heidelberg 1981
© C.-J.Bautsch 5.10. 2008