Koperboom

Datum:  Januari 2019

Inleiding:

Experimenteren met koper en zink. Een leuk experiment om even tussen door te doen.

Materiaal:

  • Zink korrels
  • Kopersulfaat
  • Demi-water
  • Bekerglazen
  • Petrischaal
  • Filtreerpapier
  • Bekerglas
  • Druppelpipet
  • Dino-Lite AM4815ZT Digitale microscoop met PC en software

Uitvoering:

  • Knip een cirkel van filtreerpapier ter grootte van de petrischaal uit en leg deze in de petrischaal
  • Maak een verzadigde oplossing van kopersulfaat
  • Plaats enkele druples op het filtreerpapier zodat dit goed nat is
  • Plaats een brokje zink in het midden van het papier
  • Zet de deksel erop en observeer
  • Als de boom niet meer groeit draai dan voorzichtig de petrischaal om.
  • Observeer ook onder de digitale microscoop

Resultaten:

We kunnen zien dat zich koper vormt
Na enige tijd vormt zich een boomachtige structuur. Dat kunnen we op de achterkant nog beter waarnemen.
Onder de Dino-Lite kunnen we nog beter de fijnere details waarnemen.

Discussie en conclusie:

In dit systeem vindt een redoxreactie plaats. Zn is de reductor (-0.76 V) en Cu2+ de oxidator (0.34 V). De halfreacties die hier optreden zijn: 

Zn (s) <=> Zn2+ + 2 e-

Cu2+ + 2 e- <=> Cu (s)

 
In de literatuur kunnen we het volgende vinden.
Koper kristalliseert uit in de hexakisoktaëdrische klasse van het kubische stelsel in de vorm van octaëders, kubussen en rhombendodekaëders. Deze verdubbelen zich analoog aan de spinellen hebben de neiging evenwijdig in dendritsche of boomvormige aggregaten te vergroeien. Door hun weekheid verliezen de kristallen gemakkelijk hun sterke kanten zodat ze afgeronde vormen aannemen, ze zijn zwaar en hebben een diepe glans.
De dendritsche structuur ontstaat omdat de diffusie langzaam verloopt en de groei diffusiegelimiteerd verloopt (DLA).  Als de diffusie langzaam is groeit een kristal naaldvormig, om bij materiaal te komen dat nodig is voor de groei (groter oppervlak) en ontstaat een dendritisch of skeletaal kristal.

De groei van het dendriet uitgaande van een primair koperkristal is schematisch weergegeven in onderstaande figuur.

Opmerkingen:

  • Ik heb het filter niet geknipt maar heb gebruik gemaakt van een "circle cutter" die men in hobby zaken kan kopen.

Literatuur:

  • "BINAS"; 1977; Wolters Noordhoff; ISBN 900189354; blz. 80,100,101.
  • Font-Altaba, A. Macri; "Mineralogie - Wetenschap in Overzichten"; Van Goor Zonen; 1973; ISBN 9000018641; p. B1
  • Dr. F. Freese, Dr. W.E. van der Linden; "Elektrochemische Analysemethoden"; Agon Elsevier; 1971; ISBN 9010102408.
  • A. Morgan; "Op Avontuur in de elektrochemie"; Centrex; 1964.
  • Andrew Harrison; 'Fractals in Chemistry'; Oxford University Press; 1995; ISBN 0198557671; p. 39,40.
  • Ri Qiu, Hyun Gil Cha, Hui Bog Noh, Yoon Bo Shim, Xiao Li Zhang, Ru Qiao, Dun Zhang, Yeong Il Kim, Umapada Pal, and Young Soo Kang; "Preparation of Dendritic Copper Nanostructures and Their Characterization for Electroreduction"; J. Phys. Chem.; 113 2009; p. 15891-15896.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

04/05/2019