Een klein oerwoud in een bekerglas

Datum: april 2005

Principe:

Complexvorming a la chemische tuin

Materiaal:

  • bekerglas
  • water
  • geel bloedloogzout (K4Fe(CN)6)
  • kopersulfaat (CuSO4.5H2O)

Uitvoering:

  • Los in een bekerglas met water enkele spatelpunten geel bloedloogzout op.
  • Zet het bekerglas op een rustige plaats neer.
  • Strooi vervolgens enkele kristallen kopersulfaat, regelmatig verspreid over het wateroppervlak uit.
  • Observeer.

Resultaten:

11:10 u 11:11 u
11:12 u 12:13 u

Het kopersulfaat veranderd onmiddellijk van kleur, van blauw naar bruin. De bruine kristallen zwellen op en "vloeien" in elkaar over. Een mini-oerwoud wordt gevormd dat wel wat op een chemische tuin lijkt. Het effect is echter minder spectaculair als bij de chemische tuin die in waterglas wordt uitgevoerd.

 12:14 u

Discussie en conclusie:

Het kopersulfaat veranderd onmiddellijk van kleur, van blauw naar bruin, als het in de oplossing valt. Hierbij vormt zich de verbinding koperhexacyanofereraat (II). Na ca. 20 minuten heeft zich op de bodem vanuit elk kristal een soort "plant" ontwikkeld. Het lijkt er net op alsof de bodem van het bekerglas planten groeien. De oorspronkelijk slechts met een laagje koperhexacyanoferraat (II) bedekte kopersulfaat kristallen hebben zich omgezet in een bruine verbinding. 

De reactie die plaats vindt is de volgende:

2Cu2+ + Fe(CN)6 <=> Cu2Fe(CN)6 (i)

Het koperferrocyanide is het roestkleurige neerslag dat onmiddellijk gevormd wordt op het oppervlak van de kopersulfaat kristallen. Deze laag gedraagt zich als een semi-permeabel membraan. Door het concentratieverschil binnen en buiten het membraan stroomt water naar binnen waarop zich kleine blaasjes bedekt met het koperferrocyanide vormen. Alhoewel ze groeien breken ze ook snel kapot omdat het membraan zeer fragiel is. De vloeistof die uit de blaasjes breekt wordt weer bedekt door een nieuw membraan waarop het proces zich herhaalt totdat zich koraal-achtige groeisels vormen (de zgn "Traube vesicles"). 

Opmerkingen:

  • Men kan de reactie ook omgekeerd laten verlopen door kristallen geel bloedloogzout toe te voegen aan een verdunde oplossing van kopersulfaat. 
  • Op het internet spreekt men dan van een "Traube vesicle" als een eenvoudig osmotisch systeem (vesicle = blaasje). Het eenvoudige experiment dat we hier uitvoeren heeft de basis gelegd voor de theorie die de werking van membranen verklaart.
  • Deze reactie (de vorming van een rood-bruin neerslag) wordt ook gebruikt voor het aantonen van Cu2+ ionen. Men zuurt de te testen oplossing eerst aan met zoutzuur omdat het neerslag niet gevormd wordt in een basisch milieu.

Literatuur:

  • Schuco, Chemie Anleitungsbuch A,B; p. 66.
  • Nils Wiberg; Holleman-Wiberg - Lehrbuch der Anorganischen Chemie; Walter de Gruyter; 91-100 ste druk; 1985; ISBN 3-11-007511-3; p. 1142.
  • Dr. H. Rompp; Chemie der dagelijksche dingen; Roskam ; 12de druk; 1944; p.29,30.
  • Julyan H. E. Cartwright, Juan Manuel Garc´ıa-Ruiz, Mar´ıa Luisa Novella, and Ferm´ın Ot´alora; "Formation of Chemical Gardens"; J. Colloid Interface Sci.; 256; 2002; p. 351–359.
  • S. Thouvenel-Romans, W. van Saarloos and O. Steinbock; "Silica tubes in chemical gardens: Radius selection and its hydrodynamic origin" ; Europhys. Lett.; 67 (1),2004;  p. 42–48.

Relevante websites

Achtergrondinformatie:

Kalium ferrocyanide (K4Fe(CN)6·3H2O), is een complex verbinding  die gele monokliene kristallen vormt bij kamertemperatuur en ontleedt bij zijn kookpunt. Het is onoplosbaar in alcohol maar in 1 l water kan ca. 300 g kristallen opgelost worden. Als zuur toegevoegd wordt ontstaat het zeer giftige blauwzuur gas (HCN).

Geel bloedloogzout = kalium hexacyanoferraat(II) = K4Fe(CN)6

Rood bloedloogzout = kalium hexacyanoferraat(III) = K3Fe(CN)6

Fe(CN)63- + e- in rood bloedloogzout  <=>  Fe(CN)64- in geel bloedloogzout     E0 = 0,36 V
Moritz Traube (1826-1894), was een Berlijns handelaar en amateur wetenschapper die een elementaire maar historisch belangrijke ontdekking deed. Als een druppel kopersulfaat oplossing in contact gebracht wordt met een druppel kalium ferrocyanide oplossing vormt zich een dunnen laag rood-bruin koper ferrocyanide neerslag dat het hele oppervlak bedekt en daardoor verdere neerslagvorming belemmert. Een dunne laag neerslag belemmert dus het transport van ionen hetgeen geldt voor zowel het koper als het ferro cyanide ion. Een koper ferrocyanide memebraan heeft semi-permeabele eigenschappen. Nadat deze ontdekking gepubliceerd was gingen andere wetenschappers (bv Wilhelm Friedrich Philipp Pfeffer (1845-1920))  er mee aan de slag en werd zo de membraantheorie en osmotische systemen ontwikkeld.

16-01-2017