Chemolumineszenz von Singulettsauerstoff

Versuch: AC 005
Zeitaufwand: 60min
   
 Geräte:

● 500mL Saugflasche

● durchbohrter Gummistopfen

● 500mL Dreihalskolben

● Erlenmeyerkolben

● Schläuche

● Wasserstrahlpumpe

● 20mL-Spritze

   
 Chemikalien:

● Natriumhydroxid (50g)

● Wasserstoffperoxid 10%ig (70ml)

● destilliertes Wasser (250ml)

● Kaliumpermanganat

● konz. Salzsäure

   
Sicherheitshinweise:
Natriumhydroxid (NaOH) C R: 35 S: 26-36/37/39-45
Wasserstoffperoxid (H2O2) C O R: 34 S: 3-26-36/37/39-45
Kaliumpermanganat (KMnO4) O Xn N R: 8-22-50/53 S: 2-60-61
Salzsäure (HCl) C R: 34-37 S: (2-)26-45
   
 Durchführung:

Zunächst wird die Saugflasche mit durchbohrtem Gummistopfen an der Nutsche über einen PVC-Schlauch und ein Gaseinleitungsrohr an dem Dreihalskolben verbunden. Am Dreihalskolben schließt man noch eine Wasserstrahlpumpe an. Im Kolben legt man eine Lösung aus 50g Natriumhydroxid und 250ml Wasser vor und versetzt diese mit 70ml der Wasserstoffperoxid-Lösung. In einem Erlenmeyerkolben bedeckt man den Grund mit Kaliumpermanganat und versetzt dieses mit der konzentrierten Salzsäure. Hierbei entsteht Chlor das durch den beim Anstellen der Wasserstrahlpumpe entstehenden Unterdruck in die Lösung im Dreihalskolben geleitet wird.

   
Entsorgung
Die Abfälle werden neutralisiert und in einem Behälter für wässrige Schwermetall-Lösungen entsorgt.
   
 Beobachtung:
Beim Einleiten des Chlorgas in die Lösung des Dreihalskolben ist ein rotes Leuchten zu beobachten.

Video: Singulettsauerstoff

   
 Erläuterung:

Normalerweise liegt ein Sauerstoff-Molekül als Diradikal vor, bei dem die beiden Valenzelektronen in verschiedenen Molekülorbitalen vorliegen. Durch die Reaktion von Chlor mit Wasserstoffperoxid und Natriumhydroxid entsteht im Dreihalskolben energetisch angeregter Singulettsauerstoff. Beim Singulettsauerstoff liegen beide Valenzelektronen in einem entarteten Molekülorbital vor. Dieser Zustand ist energetisch so ungünstig, dass er nur eine Lebensdauer von 10-9s hat. Unter Abgabe von Lichtenergie geht der Singulettsauerstoff in den energetisch günstigeren Triplettsauerstoff über.

Cl2 + H2O2 + 2 OH- → 2 H2O +2 Cl- + 1O2

1O23O2 + Licht

Das für die Reaktion benötigte Chlor hergestellt indem man Salzsäure mit Kaliumpermanganat reagieren lässt. Dabei entsteht Chlor, Wasser und Kaliumchlorid und Manganchlorid:

                    2KMnO4 + 16HCl → 5Cl2 + 8H2O + 2MnCl2 + 2KCl      

   
 weiterführende Informationen:
Versuchsskript