Leh­rer­in­for­ma­tio­nen zum Ex­pe­ri­ment py­ro­pho­res Eisen

Als py­ro­phor (grie­chisch, von pyr ‚Feuer‘ und phor­ein ‚tra­gen‘, also feu­er­tra­gend) wer­den che­mi­sche Stof­fe be­zeich­net, die fein ver­teilt schon bei Raum­tem­pe­ra­tur und an der Luft hef­tig mit Sau­er­stoff re­agie­ren.

Größe der Ei­sen­par­ti­kel

Die beim Er­hit­zen von Ei­sen­oxa­lat ent­ste­hen­den Ei­sen­par­ti­kel lie­gen im na­nos­ka­li­gen Be­reich (ca. 300 nm). Ei­sen­pul­ver hin­ge­gen hat eine Korn­grö­ße von ca. 50 – 100 µm (50.000 – 100.000 nm). Bei na­nos­ka­li­gen Par­ti­keln ist das Ver­hält­nis der Atome, die sich an der Par­ti­kel­ober­flä­che be­fin­den und den Ato­men im In­ne­ren des Par­ti­kels etwa 1:1. Die Ober­flä­chen­ato­me sind im Ge­gen­satz zu den Ato­men im Par­ti­kel­in­ne­ren we­ni­ger stark im Git­ter fi­xiert. Da­durch wei­sen sie ein ver­stärk­tes Re­ak­ti­ons­ver­hal­ten auf.

Her­stel­lung der Eisen-Na­no­par­ti­kel durch Ther­m­o­ly­se von Ei­sen­oxa­lat

Eisen(II)-oxa­lat zer­setzt sich beim Er­hit­zen zu Eisen(II)-oxid (FeO), Koh­len­stoff­mon­oxid und Koh­len­stoff­di­oxid. Eisen(II)-oxid ist nur bei Tem­pe­ra­tu­ren über 560 °C sta­bil. Bei nied­ri­ge­rer Tem­pe­ra­tur kommt es zur Dis­pro­por­tio­nie­rung von Eisen(II)-oxid. Dabei wer­den Eisen (Fe) und Ma­gne­tit (Fe₃O₄) ge­bil­det. Fe₃O₄ ist ein Misch­oxid, da es Eisen(II)- und Eisen(III)-oxide ent­hält. Das Eisen(II)-Ion wird so­wohl re­du­ziert als auch oxi­diert. Es tritt also als Oxi­da­ti­ons­mit­tel und als Re­duk­ti­ons­mit­tel auf. Eine sol­che Re­ak­ti­on be­zeich­net man als Dis­pro­por­tio­nie­rungs­re­ak­ti­on. Das Eisen hat beim Eisen(II)-oxid eine mitt­le­re Oxi­da­ti­ons­stu­fe und liegt nach der Re­ak­ti­on in einer hö­he­ren (Fe₃O₄) und einer nied­ri­ge­ren Oxi­da­ti­ons­stu­fe (Fe) vor. Ins­ge­samt han­delt es sich um eine Re­dox­re­ak­ti­on, da Oxi­da­ti­on und Re­duk­ti­on statt­fin­den.

Die ent­stan­de­nen Ei­senn­a­no­par­ti­kel glü­hen bei Kon­takt mit Sau­er­stoff und ver­bren­nen zu Ma­gne­tit. Da das Eisen oxi­diert und der Sau­er­stoff re­du­ziert wird, han­delt es sich auch hier­bei um eine Re­dox­re­ak­ti­on.

Syn­the­se der Na­no­par­ti­kel:

Fe^II(C₂O₄) → Fe^IIO + CO + CO₂

Zer­fall der Na­no­par­ti­kel:

4 Fe^IIO → Fe⁰ + Fe^8/3₃O₄

Fe⁰ + 2 O₂ → Fe₃O₄

Ein­satz des Ex­pe­ri­men­tes im Un­ter­richt

Klas­se 8:

Oxi­da­ti­on von Me­tal­len, Zer­tei­lungs­grad

Kurs­stu­fe:

Re­dox­re­ak­tio­nen, Na­no­ma­te­ria­li­en

Quel­len

Dr. Mar­kus Herr­mann: Na­no­tech­no­lo­gie, Ma­te­ri­al der Ta­gung WiS, Aka­de­mie Bad Wild­bad

http://​www.​ex­pe­ri­men­te.​axel-​schunk.​de/​ed­m0712.​html

http://​www.​che​mieu​nter​rich​t.​de/​dc2/​auto/​a-​v-​ko02.​htm

 

Ex­pe­ri­ment: py­ro­pho­res Eisen: Her­un­ter­la­den [docx][206 KB]

Ex­pe­ri­ment: py­ro­pho­res Eisen: Her­un­ter­la­den [pdf][176 KB]

GBU py­ro­pho­res Eisen (edi­tier­bar): Her­un­ter­la­den [pdf][2 MB]

GBU py­ro­pho­res Eisen: Her­un­ter­la­den [pdf][415 KB]

 

Wei­ter zu Ex­pe­ri­ment: Syn­the­se von Gold-Na­no­par­ti­keln