Synthese von Kupfer(I)oxid
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Synthese von Kupfer(I)oxid
Synthese von Kupfer(I)oxid Eleonore Schmidt, Felix Raps 16/04/2013 1 Einleitung In Schritt 1 reagieren Natriumsulfit (1), Natriumchlorid (2) und Kupfersulfat (3) im Lösungsmittel Wasser zu einem Kupferchlorid-Komplex 4. In Schritt 2 reagieren der entstandene Kupferchlorid-Komplex 4 und Borax (5) zu Kupfer(I)oxid (6) und Borsäure (7). 2 Formelschema 2.1 N a2 SO3 + 1 2.2 Reatkionsgleichung Schritt 1 8N aCl+ 2 2CuSO4 3 → 2N a2 [CuCl3 ]+ 4 6N a+ + 3SO42− + 2H + + 2Cl− Reaktionsgleichung Schritt 2 2N a2 [CuCl3 ]+ 4 N a2 B4 O7 + 5 6H2 O → 1 Cu2 O+ 6 6N a+ + 6Cl− + 4B(OH)3 7 2.3 Eingaben Schritt 1 N a2 SO3 ∗ 7H2 O 1 252. g ∗ mol−1 6.00 g 23.8 mmol 2.4 eq. 2.4 CuSO4 ∗ 5H2 O 3 250. g ∗ mol−1 2.50 g 10.0 mmol 1.0 eq. N a2 [CuCl3 ] 4 215. g ∗ mol−1 2.16 g (theoretisch) 10.0 mmol 1.0 eq. Eingaben Schritt 2 N a2 [CuCl3 ] 4 216. g ∗ mol−1 2.16 g(theoretisch) 10.0 mmol 1.0 eq. 3 N aCl 2 58.4 g ∗ mol−1 5.00 g 85.7 mmol 8.6 eq. N a2 B4 O7 ∗ 7H2 O 5 381. g ∗ mol−1 10.1 g 26.2 mmol 2.6 eq. Cu2 O 6 95.6 g ∗ mol−1 0.72 g(theoretisch) 5.00 mmol 0.5 eq. B(OH)3 7 61.8 g ∗ mol−1 1.24 g(theoretisch) 20.0 mmol 2.0 eq. Redoxgleichung Reduktion: Cu2+ + 1e− −→ Cu+ /*2 Reduktion: SO32− + H2 O −→ SO42− + 2H + + 2e− Redoxgleichung: 2Cu2+ + SO32− + H2 O −→ 2Cu+ + SO42− + 2H + 4 Experimentelle Durchführung N a2 SO3 ∗ 7H2 O (1, 6.00 g, 23.8 mmol, 2.4 eq.) und N aCl (2, 5.00 g, 85.7 mmol, 8.6 eq.) wurden in 50 ml Wasser gelöst und erhitzt. Dieser Lösung wurde CuSO4 (3, 2.50 g, 10.0 mmol, 1.0 eq.) zugegeben. Die entstandene farblose Flüssigkeit enthählt nun das komplexe Salz des Kupfers (4, 2.16 g, 10.0 mmol, 1.0 eq.), welches als Kirstalle ausgefallen ist. Die erkaltete Lösung wurde zu einer erhitzten Lösung aus N a2 B4 O7 ∗ 7H2 O (10, 10.1 g, 26.2 mmol, 2.6 eq.) in 200 ml Wasser gegeben. Am nächsten Tag wurde die Lösung filtriert und mit Wasser und wenig Aceton gewaschen. Das rötliche Filtrat ist Kupfer(I)oxid Cu2 O (0.45 g, 63 % d. Th., Lit[1] .: 97 %) und wurde am Vakuum getrocknet. 2 5 Beantwortung der Fragen Borax Was ist Borax?[2] Borax ist ein natürlich vorkommendes Mineral, welches heute zur Herstellung von z.B. Borsäure genutzt wird. Welche Rolle spielt Borax bei der Herstellung von Cu2 O ?[2] Borax liefert in diesem Kontext die Hydroxid- Ionen die notwendig sind um mit dem Kupferkomplex zu reagieren. Hoher Gehalt an Kochsalz N aCl wird im Überschuss benötigt, um im Zwischenschritt den Kupferkomplex zu bilden. Wenn zu wenig zugegeben würde könnte es passieren, dass das Kupfer(I) in wässriger Lösung disproportioniert würde. Vergleich mit Fehling Test Was ist der Fehling Test?[3] Der Fehling Test ist ein Nachweisverfahren für Alkanale. Dabei wird einem Alkanal eine Probe aus Fehling I und Fehling II zugegeben. Fehling I ist eine Lösung aus Wasser und Kupfer(II)sulfat Lösung und Fehling II eine Lösung aus Wasser und Kaliumnatriumtartrat. Reatkion des Fehling mit einem Aldehyd[4] : Was ist ähnlich zur Synthese des Kupfer(I)oxid?[3] Die Kupfer- Kationen und die Tartrat- Anionen bilden einen Komplex der die Lösung blau färbt. Der Komplex verhindert, dass die Kupfer- Kationen mit den Hydroxid Anionen reagieren, wodurch die Nachweisreaktion nicht mehr stattfinden könnte. Analog muss bei der Synthese des Kupfer(I)oxid erst ein Komplex gebildet werden. 3 Zwischenprodukt N a2 [CuCl3 ] Cu(I) dissoziiert in Wasser: Cu+ −→ Cu0 + Cu2+ Aufgrund dessen wird das Zwischenprodukt benötigt. 6 Quellen [1 ] ”Chemisches Praktikum”, 2013, 119. [2 ] http : //www.seilnacht.com/Chemie/chb orax.html (16/04/2013) [3 ] Vollhardt K. P. C., Organische Chemie, 4. Auflage, WILEY-VCH, Weinheim, 2009, 894. [4 ] http : //www.chempage.de/theorie/f ehling.html (16/04/2013) 4