Gymnasium Ohmoor                           Versuchsprotokoll: Die Wirkung von Salzsäure                                             (Klasse 5 / 9 / 12, Mai 2010)   

Durchführung:

 

In 9 Reagenzgläser werden jeweils 5 Milliliter Salzsäure (10%ig, Vorsicht ätzend!) gegeben. Wir untersuchen die Wirkung auf verschiedene Materialien indem wir Proben dazugeben: 3cm Gummischlauch-Stück, mit dem Spatel etwas Soda (Na2CO3), Kalksteinstücke, schwarzes Kupferoxid-Pulver (umschütteln), Zink-Granalien, Eisennägel, 3cm Magnesiumband, Kupferspäne, Nickelkugeln. Während einer Einwirkzeit von ca. 15 Minuten werden die Beobachtungen notiert.

Beobachtung:

 

 

geordnet

nach der

Heftigkeit

der Reaktion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Soda bewirkt eine heftige Gasentwicklung bis zum Überschäumen.
2. Auch Kalkstein löst sich bei intensiver Gasentwicklung
3. Magnesium löst sich in kurzer Zeit. Ein farbloses Gas entweicht. Das Reagenzglas wird sehr heiß.
4. Auf Zink bilden sich sofort Gasblasen. Die Intensität der Gasentwicklung nimmt langsam zu.
5. Nach kurzer Wartezeit sind feine Gasblasen auf den Eisen - Nägeln erkennbar.
6. Erst nach längerem Warten setzt an  Nickel eine schwache Gasbildung ein.
7. Wenige Minuten nach dem Umschütteln setzt sich Kupferoxid langsam ab. Oben befindet sich eine grüne Lösung.
8. An den Kupferstücken ist keine Veränderung erkennbar.
9. Auch nach längeren Warten hat das Schlauchstück nicht reagiert.
 


Deutungen:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Klasse 5: Die ätzende Wirkung der Salzsäure zeigt sich darin, dass einige Metalle, Kalkstein und Sodapulver mehr oder weniger schnell gelöst werden. Auch Kupferoxid wird angegriffen und langsam gelöst. Es gibt aber auch Stoffe, die gegenüber Salzsäure beständig sind, wie z.B. Kupfer oder Gummi.
Klasse 9: Chlorwasserstoff bildet im Wasser gelöst Säureionen  (Hydroniumionen, H3O+), die zwei verschiedene Wirkungen zeigen:

I. Die Protolyse, das heißt Säureionen können Protonen auf andere Stoffe übertragen.

Na2CO3   +    2H3O+   +    2Cl-  ==>     3H2O   +    CO2^    +    2Na+    +    2Cl-
Aus Soda (1) entwickelt sich die schwache, in Kohlendioxid und Wasser zerfallende Kohlensäure, zurück bleibt Kochsalzlösung

CaCO3   +    2H3O+   +    2Cl-  ==>    3H2O   +    CO2^    +   Ca2+    +    2Cl-
Auch aus Kalkstein (2) entsteht Kohlensäure, zurück bleibt Calciumchlorid.

CuO + 2H3O+    +   2Cl- ==> 3 H2O   +   Cu2+  +   2Cl-
Oxidionen im Kupferoxid (7) bekommen zwei Protonen und werden zu Wassermolekülen. Zurück bleibt grünes, wasserlösliches Kupferchlorid.


II. Die Oxidation. Wasserstoffionen haben auch ein Elektronen anziehendes Potential. Unedle Metalle wie Magnesium (3), Zink (4), Eisen (5) und Nickel (6) werden oxidiert. Reines Wasserstoffgas sprudelt dann heraus. Schema: Säure + unedles Metall  reagiert zum Salz und Wasserstoff wird frei.

Mg + 2H3O+ + 2Cl- ==> Mg2+   +  2 Cl- + H2^ + 2H20 In der Lösung bleibt Magnesiumchlorid.
Zn + 2H3O+ + 2Cl- ==> Zn2+   +  2 Cl- + H2^ + 2H20 (Zinkchlorid)
Fe + 2H3O+ + 2Cl- ==> Fe2+   +  2 Cl- + H2^ + 2H20 (Eisen(II)chlorid)
Ni + 2H3O+ + 2Cl- ==> Ni2+   +  2 Cl- + H2^ + 2H20 (Nickelchlorid)

Das edle Metall Kupfer (8) und der Gummischlauch (9) aus organischem Material (Kohlenwasserstoffverbindung) werden nicht angegriffen.

Klasse 12: Salzsäure ist mit einem negativen pKs - Wert eine starke Säure, praktisch vollkommen dissoziiert. Carbonationen und Oxidionen haben hohe pKs-Werte, sind starke Basen, nehmen als Akzeptor Protonen auf. Das Reaktionsgleichgewicht liegt weit rechts auf der Seite der Endstoffe. Die Hydroniumionen bilden die schwache, konjugierte Säure "Wasser". Aus Carbonationen entsteht Hydrogencarbonat und Kohlensäure, beides mit höherem pKs-Wert. Oxidionen bilden die konjugierte Base Hydroxid, die erneut protoniert und damit zu Wasser wird. Beide Stoffe haben niedrigere pKs Werte, also geringere Basizität. Die frei werdenden Kupfer-(II) Ionen aus Kupferoxid bilden mit Chloridionen eine grünen Chloro-Komplex, der Licht selektiv absorbieren kann.

Hydroniumionen haben ein  Standardelektrodenpotential von Null Volt. (Hier etwas mehr, weil die Säure mehr als ein molar stark ist) Alle Stoffe der Spannungsreihe mit negativen Potential, also die unedlen Metalle werden oxidiert. Die reduzierten Protonen entweichen als Wasserstoffgas. Das Oxidationspotential von Kupfer ist mit +0,35Volt zu hoch für Säureionen. es ist ein Edelmetall, daher keine Umsetzung.

Kohlenwasserstoffbindungen, wie im Gummischlauch sind sehr stabil, lassen sich durch Protonen oder hohes Redoxpotential gar nicht angreifen. Da braucht es stärkere Mittel, in der Chemie "Radikale" genannt, die in Salzsäure aber nicht vorhanden sind.

Ergebnis

 

Salzsäure hat keine pauschal alle Stoffe ätzende Wirkung. Das kann schon im Chemie-Technik Unterricht der Klasse 5 erkannt werden. Mit fortschreitenden Kenntnissen bieten die einfachen Versuche bis zur Oberstufe immer anspruchsvollere Möglichkeiten der Deutung der chemischen Hintergründe.

© C.-J.Bautsch 10.05.2010