Schülerdeutungen: Kupfer und Schwefel quantitativ

Lässt man Kup­fer und Schwe­fel in den ent­spre­chen­den Schul­ver­su­chen mit­ein­an­der reagie­ren, so fällt auf, dass das Kup­fer in der Regel nicht den gesam­ten Schwe­fel auf­nimmt. Tat­säch­lich sind es im Ver­hält­nis zum Kup­fer nur sehr gerin­ge Stoff­por­tio­nen, die not­wen­dig sind, um z.B. ein Kup­fer­blech voll­stän­dig zu Kup­fer­sul­fid umzu­set­zen.

Mei­ne SuS der 7. Klas­se hat­ten dazu eine aus­ge­zeich­ne­te Idee auf Basis ihres Wis­sens über das Kugel­teil­chen­mo­dell. In Anleh­nung an die Volu­men­kon­trak­ti­on bei der MIschung von Was­ser und Brenn­spi­ri­tus for­mu­lier­ten sie fol­gen­de Hypo­the­se:

Kupfer und Schwefel: Theorie 1

Kup­fer und Schwe­fel: Theo­rie 1

Zwi­schen den Kup­fer­ku­gel­teil­chen befin­den sich Lücken, deren Anzahl begrenzt ist. Sind alle Lücken von den Schwe­fel­teil­chen besetzt, so kann das Kup­fer kei­nen wei­te­ren Schwe­fel mehr auf­neh­men – eine abso­lut logi­sche Hypo­the­se, die gar nicht so ein­fach mit dem Kennt­nis­stand einer 7. Klas­se zu wider­le­gen ist.

Ich habe mich fol­gen­der­ma­ßen her­aus­ge­re­det:

Wenn die Hypo­the­se gilt, so dürf­ten sich die Eigen­schaf­ten von Kup­fer- und Schwe­fel­teil­chen dabei nicht ändern, da ja ledig­lich eine Art Gemisch ent­steht. Also müss­te das End­pro­dukt eine Misch­far­be aus Rot­braun (Kup­fer) und Gelb (Schwe­fel) auf­wei­sen. Außer­dem ist schwer zu erklä­ren, war­um Ener­gie bei die­ser Reak­ti­on frei wird (und das ist sicht­bar). Dann habe ich eine ande­re Theo­rie prä­sen­tiert:

Kupfer und Schwefel:Theorie 2

Kup­fer und Schwefel:Theorie 2

Kup­fer­teil­chen kön­nen nur eine begrenz­te Anzahl an Schwe­fel­teil­chen (oder umge­kehrt) auf­neh­men. Dabei ent­steht ein neu­er Stoff mit neu­en Eigen­schaf­ten, also eine Ver­bin­dung.

Die SuS haben berech­tigt ange­führt, dass sich ja auch hier die jewei­li­gen Teil­chen nicht ver­än­dern und die Far­big­keit so gese­hen auch nicht stimmt. Da sie es so genau wis­sen woll­ten, muss­te ich dann doch ein­räu­men, dass sich die Teil­chen sehr wohl ver­än­dern, wenn sie sich ver­bin­den und dadurch die Ener­gie­er­schei­nun­gen und die ande­ren Eigen­schaf­ten zu erklä­ren sind.

Das Gesetz der kon­stan­ten Pro­por­tio­nen erklä­ren jedoch bei­de Hypo­the­sen hin­rei­chend gut. Und wenn man sich die Orga­ni­sa­ti­on der Ionen im Kup­fer­sul­fid genau anschaut haben die SuS so Unrecht nun auch wie­der nicht.Ganz davon abge­se­hen: Metho­disch haben sie her­vor­ra­gend gear­bei­tet.

Der Über­gang vom Mas­sen- auf den Teil­chen­be­griff ist eben doch nicht so ganz ein­fach…

Schülerversuch: Reaktion von Kupfer und Schwefel quantitativ

Dies ist ein sehr bekann­ter Ver­such zum Nach­weis vom Gesetz der kon­stan­ten Pro­por­tio­nen. Dazu lässt man ein Kup­fer­blech mit bekann­ter Mas­se mit Schwe­fel reagie­ren und wiegt das Pro­dukt erneut. Dabei ist das Mas­sen­ver­hält­nis von Kup­fer und Schwe­fel im Ide­al­fall kon­stant, da fol­gen­de Reak­ti­on abläuft:

2Cu + S → Cu2S

Es reagie­ren also 32u Schwe­fel  mit ca. 2x63,5u Kup­fer (127u) (alle Wer­te gerun­det), sodass man auf ein Mas­sen­ver­hält­nis von ziem­lich genau 4:1 ( m(Cu):m(S) ) kommt.

Dazu spannt man ein Reagenz­glas mit wenig Schwe­fel­pul­ver leicht schräg in ein Sta­tiv ein. Jede Ver­suchs­grup­pe (je mehr Grup­pen, des­to bes­ser), erhölt ein unter­schied­lich gro­ßes Kup­fer­blech. Die­ses wird gewo­gen und so in das Reagenz­glas ein­ge­führt, dass es etwa 4–5cm über dem Schwe­fel zu lie­gen kommt. Dann wer­den sowohl der Schwe­fel als auch das Reagenz­glas erhitzt. Man soll­te den Ablauf die­ses Expe­ri­men­tier­teils ein­mal vor­her mit den SuS üben (Vor­stun­de).

Durch eine vor­be­rei­te­te Schü­ler­hand kann der span­nen­de Teil des Ver­su­ches so ablau­fen:

Wei­ter­le­sen