Hallo und herzlich willkommen zu diesem Lehrvideo zu dem anschaulichen Demonstrationsexperiment Reduktion von Kupfer-2-Oxid mit Wasserstoff. Während der Durchführung des Versuchs sollten Sie hinter einer Schutzscheibe im Abzug oder am Pult arbeiten. Bei diesem Experiment kann die chemische Reaktion und die Entstehung neuer Stoffe mit eigenen Eigenschaften sehr gut beobachtet werden.

Zudem kann das übergeordnete Konzept einer Donator-Acceptor-Reaktion gut thematisiert werden. Zur Durchführung des Experiments benötigen Sie zwei Stative mit Klemme und Muffe, ein Reaktionsrohr, zwei dazu passende Durchbohrte stopfen, zwei gebogene Glasrohre, eines davon mit einer Spitze am Ende,

ein Porzellanschiffchen, einen Bunsenbrenner, ein feuerfestes Reagenzglas, Eisenwolle als Rückschlagsicherung, ein Stück Schlauch, ein Feuerzeug, Kupfer-2-Oxid und eine Druckgasflasche mit Wasserstoff. Das Experiment kann auch mit rotem Kupfer-1-Oxid durchgeführt werden.

Allerdings ist die Veränderung der Eigenschaft Farbe bei schwarzem Kupfer-2-Oxid deutlicher. Zu Beginn des Experiments werden die zwei Stative so platziert, dass die Stativfüße in die Richtung zeigen, in der auch Klemme und Muffe befestigt werden. Nur so erhalten Sie einen sicheren Stand Ihrer Apparatur.

Dann wird das Reaktionsrohr in die Stative eingespannt. Ein Porzellanschiffchen wird vollständig mit Kupfer-Oxid gefüllt und in das Reaktionsrohr geschoben. Anschließend werden zwei Stücke Eisenwolle als Rückschlagsicherung an die beiden Öffnungen in das Reaktionsrohr gegeben. Die Eisenwolle-Stücken sollten luftdicht und nicht zu dicht gepackt sein

und vom Durchmesser an etwa so groß sein wie der Durchmesser des Reaktionsrohres. Anschließend wird das gebogene Glasrohr mit Spitze ebenfalls mit einem kleinen Stück Eisenwolle als Rückschlagsicherung bestückt. In einem weiteren Video zur Glasbearbeitung zeigen wir Ihnen, wie Sie ein solches Glasrohr herstellen können.

Auch hier in dem gebogenen Glasrohr mit Spitze darf die Eisenwolle nicht zu dicht sein, denn das Wasserstoffgas soll später noch gut hindurchströmen können. Nun wird das Glasrohr mit Schlifffett versehen und in einen durchbohrten Stopfen gesteckt. Das Schlifffett erleichtert das Einführen des Glasrohres und dichtet zusätzlich ab.

Achten Sie darauf, das Glasrohr nicht mit Gewalt in den Stopfen zu drücken, denn sonst kann es brechen und Sie verletzen. Auf der linken Seite wird das Reaktionsrohr mit einem durchbohrten Stopfen mit Glasrohr und einem Stück Schlauch daran verbunden. An diesem Schlauch wird später mit einer Schlaucholive die Wasserstoffflasche angeschlossen.

Denken Sie auch hier daran, beim Verbinden von Glasgeräten und Materialien aus Gummi wie Schläuchen oder durchbohrten Stopfen Schlifffett zu verwenden. Das gebogene Glasrohr mit Spitze wird nun mit Hilfe des durchbohrten Stopfens auf der rechten Seite mit dem Reaktionsrohr verbunden. Am Ende der Glasspitze wird später das austretende Wasserstoffgas entzündet.

Bauen Sie das Experiment am besten so herum auf, wie in diesem Video gezeigt, denn dann können Ihre SchülerInnen das Experiment von links nach rechts entsprechend unserer Lesrichtung verfolgen. Dies verbessert die Wahrnehmbarkeit des Experiments. Nun wird die Gasflasche in Betrieb genommen. Wenn Sie unsicher beim Bedienen einer Druckgasflasche sind,

dann schauen Sie sich unser Video dazu an. Wie bereits angesprochen, wird auf der linken Seite der Apparatur die Gasflasche über ein Schlauch und eine Schlaucholive angeschlossen. Nun wird der Gashahn vorsichtig geöffnet. Achten Sie dabei darauf, den Hahn nicht zu stark aufzudrehen, denn dann könnte die Glasspitze am Ende der Apparatur abfliegen.

Nun warten Sie einige Zeit, vielleicht eine halbe Minute, und halten dann ein kaltes, feuerfestes Reagenzglas kopfüber über das Glasrohr mit Spitze. Ein feuerfestes Reagenzglas erkennen Sie daran, dass es einen Aufdruck namens Schott oder Schottduran hat. Verschließen Sie das Reagenzglas mit dem Daumen,

entfernen Sie sich etwas von der Apparatur, bzw. verlassen Sie den Abzug, falls Sie in einem Abzug arbeiten, und führen die Knallgasprobe durch. Dazu entfernen Sie Ihren Daumen und entzünden das austretende Gas. Wenn Sie ein Ploppgeräusch hören, bedeutet dies, dass die Apparatur vollständig mit Wasserstoffgas gefüllt ist

und Sie das austretende Gas am Ende der Apparatur nun entzünden können. Wenn das Geräusch eher so pfeifend ist, dann müssen Sie noch einige Zeit abwarten und die Knallgasprobe dann erneut mit einem kalten, feuerfesten Reagenzglas außerhalb des Abzuges mit Abstand zu Ihrer Apparatur durchführen.

Das austretende Gas darf erst entzündet werden, wenn Sie bei der Knallgasprobe ein Ploppgeräusch erhalten. Andernfalls befindet sich in Ihrer Apparatur noch ein Knallgasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn Sie das austretende Gas dann entzünden, kann es explosionsartig reagieren.

Wir haben nun das Ploppgeräusch bei der Knallgasprobe erhalten und entzünden das austretende Wasserstoffgas am Ende der Apparatur. Der Gasstrom sollte nun so geregelt werden, dass nur noch eine kleine Flamme am Ende der Apparatur vorhanden ist. Das Anzünden des austretenden Wasserstoffgases und somit das kontrollierte Abrennen des überschüssigen Wasserstoffgases

ist notwendig, weil im weiteren Experimentierverlauf das Kupferoxid mit dem Brenner erhitzt werden muss. Würde dann Wasserstoffgas aus der Apparatur unkontrolliert austreten, würde es mit dem Sauerstoff aus der Luft ein Knallgasgemisch bilden. Durch den Bunsenbrenner würde dieses gezündet werden und es käme zu einer heftigen Reaktion bzw. zur Explosion.

In unserem Experiment wird das austretende Wasserstoffgas nun kontrolliert am Ende der Apparatur abgebrannt. Nun kann der Bunsenbrenner entzündet werden und das Kupferoxid in dem Porzellan-Schiff bis zum Glühen erhitzt werden. Denken Sie daran, mit der rauschenden Flamme zu arbeiten

und den Brenner nicht unterhalb des Reaktionsrohres an bzw. auszuschalten. Andernfalls erhalten Sie Rußablagerungen auf dem Reaktionsrohr und das Beobachten der Reaktion im Reaktionsrohr wird erschwert. Sobald das Kupferoxid aufglüht, können Sie den Bunsenbrenner entfernen und ausschalten. Es kann beobachtet werden, dass im Porzellan-Schiffchen ein roter Feststoff entsteht,

am rechten Ende des Reaktionsrohres kondensiert als weiteres Reaktionsprodukt Wasser. Nach Beendigung der Reaktion wird der Wasserstoff noch kurz weiter laufen gelassen, um die Apparatur zu kühlen. Nach kurzer Zeit wird dann die Gasflasche zugedreht und aus der Apparatur entfernt.

Anschließend werden die Durchbohrtenstopfen entfernt und das Porzellan-Schiffchen kann nun mithilfe eines Spatels oder ähnlichem aus dem Reaktionsrohr herausgeholt und genauer betrachtet werden. Wie ist der Versuch zu erklären? Bei dem roten Feststoff, der entsteht, handelt es sich um elementares Kupfer.

Schwarzes Kupfer-2-Oxid wird also zu elementarem orangenrotem Kupfer reduziert. Es nimmt dabei zwei Elektronen auf. Diese Elektronen stammen vom Wasserstoff, welches zu Wasser oxidiert wird. Wasserstoff fungiert also als Elektronendonator, als Elektronenspender und gibt Elektronen ab, welche vom Kupfer als Elektronenakzeptor aufgenommen werden.

Die Elektronenabgabe kann nur stattfinden, wenn ein entsprechender Reaktionspartner vorhanden ist, der die Elektronen aufnimmt und umgekehrt. Daher laufen Oxidation und Reduktion immer gemeinsam und zeitgleich ab. Das bei der Reaktion entstehende Wasser

kondensierte am kalten Ende des Reaktionsrohres. Wir sind nun am Ende dieses Lehrvideos angelangt und wünschen Ihnen viel Freude beim Vorführen dieses schönen Versuches.