Kolloidales Gold und Silber

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Kolloidales Gold und Silber

Stoffe Tetrachlorogold(III)-säure-Lösung 0,1%, Silbernitrat-Lösung 1%, Zinn(II)-chlorid-Dihydrat-Lösung 1% (nur frisch angesetzt!), ungefärbter Baumwollstoff

Geräte Reagenzgläser und Reagenzglasgestell, Reagenzglashalter, Brenner mit Dreifuß, Becherglas 250 ml, Pinzette, Klebeband, Laserpointer

Sicherheit Die verwendeten Stoffe können schwere Reizungen oder Verätzungen auf der Haut und in den Augen verursachen. Potenziell besteht bei allen Arbeiten mit kolloidalem Silber und Gold die Gefahr der Knallgold- oder Knallsilberbildung. Bei der Herstellung der Lösungen und bei allen Versuchen, sowie bei der Entsorgung sind Schutzbrille und Schutzhandschuhe zu tragen. Die kolloidalen Lösungen dürfen nicht aufbewahrt werden, da sich durch die langsame Reaktion mit Luftstickstoff oder mit anderen Stickstoffverbindungen explosives Knallgold Au₃N oder Knallsilber Ag₃N bilden können. Es darf nur mit kleinsten Mengen und den stark verdünnten Lösungen gearbeitet werden. Die Produkte dürfen den Schülern nicht mit nach Hause gegeben werden. Die stark verdünnten, kolloidalen Lösungen, die nur wenige Milligramm der Gold- oder Silber-Kolloide enthalten, können im Abguss entsorgt werden (vgl. Entsorgung von Silbernitrat).

Herstellen der Lösungen

Tetrachlorogold(III)-säure 0,1%: 0,1 g Tetrachlorogold(III)-säure werden in 99,9 g Wasser gelöst.
Silbernitratlösung 1%: 1 g Silbernitrat in 99 g Wasser lösen.
Zinn(II)-chlorid-Lösung 1%: 1g Zinn(II)-chlorid-Dihydrat in 99 g Wasser lösen (frisch ansetzen, Lösung nicht haltbar!).

Besondere Hinweise: Die Lösungen werden in Polyethenflaschen mit Tropfverschluss abgefüllt (kein Glas!). Die Flasche mit der Silbernitratlösung muss dunkel lackiert oder mit Alufolie ummantelt werden, damit kein Licht einfällt. Beim Herstellen der Tetrachlorogold(III)-säure-Lösung darf kein Spatel aus Metall, sondern nur ein Glasspatel verwendet werden. Das Metall eines Spatels kann die Goldverbindung vorzeitig reduzieren.

Tetrachlorogold(III)-säure bildet mit Wasser eine gelbe Lösung

Alternativ könnte man die Goldverbindung durch Lösen einer Folie Blattgold in Königswasser herstellen. Das Königswasser erhält man durch das Mischen von 5ml 65%iger Salpetersäure mit 5 ml 37%iger Salzsäure im Reagenzglas. Das Königswasser kann nach dem Auflösen des Blattgoldes mit viel Wasser verdünnt werden. Die gelbe Lösung enthält die Tetrachlorogold(III)-säure. Die Herstellung mit Königswasser darf nur im Abzug und keinesfalls von Schülern durchgeführt werden. Königswasser darf man auch nicht in Flaschen aufbewahren, da sich daraus Chlor freisetzt, das die Flasche zersprengen kann. Zur Vernichtung können Kleinmengen mit sehr viel Wasser verdünnt und in den Abguss gegeben. Bei der Herstellung der Tetrachlorogold(III)-säure aus Königswasser müssen alle Produkte sofort verarbeitet werden. Daher wird empfohlen, maximal 1 Gramm Tetrachlorogold(III)-säure (nicht mehr aus Sicherheitsgründen!) aus dem Chemikalienhandel anzuschaffen. Daraus kann man einen Liter der 0,1%igen Lösung herstellen.

Versuch 1 Herstellen von kolloidalem Gold

Vor dem Versuch sollten die Reagenzlösungen in den Flaschen kurz umgeschüttelt werden. Ein Reagenzglas wird danach 2cm hoch mit destilliertem Wasser gefüllt. Dann tropft man 10 Tropfen der 0,1%igen Tetrachlorogoldsäure-Lösung hinzu und schüttelt kurz um. Die Zugabe von einem oder zwei Tropfen der 1%igen Zinnchloridlösung erzeugt eine orangegelbe Lösung mit kolloidalem Gold (auf dem Bild unten: RG ganz links). Leuchtet man mit einem Laserpointer durch die Lösung, zeigt sich der Tyndall-Effekt. Erhöht man in einem zweiten Versuch die Konzentration und nimmt 20 oder 30 Tropfen Tetrachlorogoldsäure-Lösung, bleibt die kolloidale Lösung nach der Zugabe der Zinnchloridlösung nur kurzzeitig erhalten, es flocken rote Flitter von rotem, kolloidalem Gold aus der Lösung aus (2. RG von links). Durch die Dosierung der Tropfen und durch Erhitzen mit der Brennerflamme kann die Entstehung der Kolloide, die Färbung und die Ausflockung variiert oder beschleunigt werden (3. RG von links).

Kolloidales Gold (Au) und kolloidales Silber (Ag),
verschiedene Stadien der Ausflockung (Koagulation)

Versuch 2 Herstellen von kolloidalem Silber

Ein Reagenzglas wird 2cm hoch mit destilliertem Wasser gefüllt. Dann tropft man 3 Tropfen der 1%igen Silbernitrat-Lösung hinzu und schüttelt kurz um. Die Zugabe von einem oder zwei Tropfen der 1%igen Zinnchloridlösung verursacht einen rotbraune, kolloidale Lösung, aus der nach einiger Zeit braunes, kolloidales Silber ausflockt. Diese Lösung darf nicht längere Zeit aufbewahrt werden, da sich schon mit dem Luftstickstoff Knallsilber Ag₃N bilden kann.

Ausgeflocktes, kolloidales Gold (links) und Silber (rechts) im Vergleich

Versuch 3 Färben von Textilien mit Cassius'schem Goldpurpur

Beizen des Stoffes
Aus ungefärbtem Baumwollstoff wird ein 15 × 200 mm langer Streifen ausgeschnitten, so dass dieser in ein Reagenzglas passt. In ein 250ml-Becherglas werden danach 100ml Wasser und ein Spatel Zinnchlorid gegeben. Dann erhitzt man bis zum Sieden und legt den Baumwollstreifen für eine Minute in das Bad. Das Beizen macht die Stoff-Faser aufnahmefähig für die Färbung und dient gleichzeitig als Reduktionsmittel bei der Reaktion mit Tetrachlorogoldsäure. Man nimmt den Stoff mit einer Pinzette heraus und wäscht ihn unter kaltem Wasser aus.

Färben des Stoffes
Ein Reagenzglas wird 2 cm hoch mit destilliertem Wasser gefüllt, 30 Tropfen 0,1%ige Tetrachlorogoldsäure-Lösung werden hinzugegeben. Dann hängt man den vorgebeizten, noch feuchten Stoff-Streifen in das Reagenzglas und befestigt ihn an der Öffnung mit einem Klebeband. Das Stoff-Stück sollte etwa einen Zentimeter in die Lösung tauchen. Beim Erhitzen des Reagenzglases über der Brennerflamme färbt sich der Stoff purpurfarben. Aus Sicherheitsgründen dürfen keine größeren Mengen an Gewebe gefärbt oder aufbewahrt werden. Man wäscht das Produkt gut mit Wasser aus und entsorgt es danach.

Färben von Baumwolle mit Cassius'schem Goldpurpur

Erläuterung

Der Goldpurpur ist nach Andreas Cassius benannt, der das Pigment um 1676 in Leiden herstellte. Vermutlich war die rote Färbung aber schon den Alchimisten im Mittelalter bekannt, da sie ausgiebig mit Gold experimentierten und das Königswasser zum Auflösen des Goldes aus Salpetersäure und Ammoniumchlorid herstellten. Als Reduktionsmittel eignen sich auch andere Stoffe wie Natriumcitrat oder Gerbsäure und Natriumcarbonat. Die alten Römer verwendeten zum Färben von Glas kolloidales Gold und kolloidales Silber. Das Geheimnis der roten Glasfenster in den Kirchen und Kathedralen beruht auf der Zugabe von fein verteiltem Gold bei der Glasherstellung. Kolloidales Gold erscheint rot, wenn die Partikel etwa 20 Nanometer groß sind. Je nach Herstellungsbedingung entstehen auch größere Goldpartikel, so auch bei der oben beschriebenen Textilfärbung. Das purpurfarbene Gold auf dem Textilstück enthält Partikel von bis zu 100 Nanometer Größe.