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Das Erhitzen eines Kupferbriefs



Stoffe 
Kupferblech ca. 5x12cm; evt.: Kupferpulver, Wasser, Kaliumnitrat, Glaswolle...
Geräte
Schutzbrille, Brenner und Streichhölzer, Tiegelzange, Uhrglasschale 10cm, Scheren, genaue Waage (0,01g) auf dem Lehrertisch; evt.: Reagenzgläser, Petrischalen...

Schutzbrille aufziehen!  
Heißes, erhitztes Blech nicht anfassen!
 
 
Das Experiment empfiehlt sich nach der Einführung der chemischen Reaktion zur experimentellen Erarbeitung oder zur Vertiefung des Oxidationsbegriffes. Während des Experimentierens darf der Raum nicht zu hell beleuchtet sein! Lesen Sie auch die Informationen zu Kupfer(II)-oxid!
 
 
Initiation
 
Den Schülerinnen und Schülern wird gezeigt, wie man das Kupferblech zu einem Brief faltet. Zuerst wird es einmal quer in der Mitte gefaltet, dann werden die drei offenen Ränder umgefaltet, so dass das Innere des Blechs luftdicht verschlossen ist. Die Experimentierenden erhalten diese Arbeitsaufträge:
  • Wiegen des Briefes vor dem Erhitzen auf einer empfindlichen Waage. Hier können an der Tafel die Ergebnisse aller Gruppen tabellarisch protokolliert und die Summen addiert werden.
  • Der Brief wird mit der Tiegelzange in der nicht leuchtenden Brennerflamme drei Minuten lang unter ständigem Wenden kräftig erhitzt. Alle Beobachtungen werden notiert (auch während dem Abkühlen!).
  • Nach dem Abkühlen wird der Brief erneut gewogen. Dabei sollen alle Teile, die evt. abgefallen sind, mitgewogen werden.
  • Der Kupferbrief wird aufgefaltet und das Innere mit dem Äußeren tabellarisch verglichen.
  • Die Schüler notieren Fragen, die auf weitere Experimente hinführen oder schreiben sich erste Erklärungsversuche auf.
  • Durch eigene Variationsexperimente sollen die Schüler ihre Fragestellungen beantworten.
 
Von Schülern entwickelte Variationsexperimente
  • Das Blech wird anders gefaltet, beispielsweise zu einer offenen oder geschlossenen Röhre; in die geschlossene Röhre wird mit dem Spitzer ein kleines Loch gestochen.
  • Das Blech wird erhitzt, ohne dass es zu einem Brief gefaltet wird. Hier kann an der unteren Kante beobachtet werden, wie die "Flamme das Blech frisst", bzw. wie das Blech verbrennt. Ist die Flamme heiß genug, bildet sich evt. eine kleine Kugel aus geschmolzenem Kupfer.
  • Das Blech wird zu einem Schiffchen oder einem Hut geformt und Wasser eingefüllt. Nun erhitzt man von unten kräftig. Das Blech bleibt solange blank, bis das ganze Wasser verdampft ist. Der Versuch zeigt auch, dass eine bestimmte Temperatur der Flamme notwendig ist, denn anfangs oxidiert das Blech auch unten noch nicht.
  • Kupferblech wird in einem Reagenzglas erhitzt. Dabei kann zuerst auch Wasser hinzugefügt werden. Beim Erhitzen im Reagenzglas kommt das Blech nicht direkt in Kontakt mit der Flamme und trotzdem oxidiert das Kupfer.
  • Kupferpulver wird in einem Reagenzglas (mit und ohne Wasser erhitzt). Verteilt man das Pulver über die gesamte Länge des Reagenzglases und erhitzt das Glas liegend, erhält man unterschiedliche Farben (die Aufschluss über den Oxidationsgrad des Kupfers ergeben).
  • Kupferpulver wird mit einem Stoff, der beim Erhitzen Sauerstoff liefert, zusammen im Reagenzglas erhitzt. Dabei erkannte ein Schüler, dass die Zugabe des Stoffes den Effekt erheblich beschleunigt. Achtung: Es dürfen nur geringste Stoffmengen verwendet werden (max. Spatelspitze)!
  • Der sauerstoffliefernde Stoff wird in den Brief eingeschlossen. Auch hier sollten nur geringste Mengen verwendet werden.
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Fotografische Dokumentation
 
 
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Das Bild ganz links zeigt, wie die "Flamme das Blech frisst" und das Blech oxidiert. Die Flamme färbt sich dabei grün. Auf dem Bild daneben ist zu erkennen, dass die Flamme den Vorgang der Oxidation wieder rückgängig machen kann. Dieses Phänomen wird durch nicht verbranntes Butangas, das eine Reduktion verursacht, ausgelöst. Allerdings ist dies zu diesem Zeitpunkt für die Schüler nicht einsichtig. Es genügt daher die bloße Wahrnehmung des Phänomens. Die Vergrößerung des erhitzten Briefs von außen zeigt (Bild ganz rechts), wie die oxidierte Schicht beim Abkühlen allmählich abplatzt. Dabei bilden sich Röllchen. Außerdem ist ein Farbspiel sichtbar (das die verschiedenen Oxidationsstufen des Kupfers darstellt).
 
 
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Nach dem Auffalten des Briefs zeigen sich innen und außen deutliche Unterschiede. Während innen das Kupfer nur gering angelaufen ist, kann man außen eine deutliche Veränderung der Blechstruktur erkennen. Das Bild rechts zeigt einen Kupferbrief, den ein Schüler wochenlang (zufällig) neben seinem verwesenden Pausenbrot aufbewahrte. Wahrscheinlich bildete sich unter dem Einfluss von Kohlenstoffdioxid, Luft und Wasser aus dem vergärenden Brot eine blaugrüne Patina. An der Luft auf einer Fensterbank würde dieser Prozess noch wesentlich länger dauern.
 
 
Copyright: T. Seilnacht