Schwrzer als schwarz Trennung von Stoffgemischen mit Hilfe

Schwärzer als schwarz Trennung von Stoffgemischen mit Hilfe der Papierchromatografie RABENSCHWARZ gegen Stand 11. 03. 2021

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Firma Rabenschwarz übernimmt den Schwarzmarkt Große Aufregung bei der Firma Kunterbunt. Die Produktionslinie des bei Lernenden sehr beliebten schwarzen Filzstifts geriet vergangenen Freitag ins Stocken. Spekulationen zufolge ist diese in der Firma mittlerweile als „schwarzer Freitag“ bekannte Katastrophe darauf zurückzuführen, dass die Zuliefer-Firma für die Farbe Pink pleite ist. „Jetzt ist unsere Chance gekommen, den Markt schwarzer Filzschreiber endlich zu übernehmen. Immerhin produzieren wir seit Jahren zuverlässig das schwärzeste Schwarz und haben uns diese Chance redlich verdient“, gab Roy Black, Pressesprecher der Firma Rabenschwarz, bekannt. 3

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Mit dieser Erfahrungskiste kannst du… … herausfinden, warum das Fehlen der Farbe Pink (was hat die im schwarzen Stift zu suchen? ) zu einem Produktionsstopp schwarzer Filzstifte führen kann. Dafür müsste man die schwarze Flüssigkeit untersuchen, die aus der Spitze des Stiftes beim Schreiben austritt. 5

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Überlegung Wenn du herausfinden möchtest, ob in einer der schwarzen Farben Pink dabei ist, müsste man sie untersuchen. Entwickle eine Idee, wie man das anstellen könnte. 7

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Schau dir die Materialien in der Kiste an. Du findest folgende Materialien, die dir dabei helfen, die Frage zu beantworten: • • Fineliner von Stabilo, schwarz Filzschreiber von Edding, schwarz 1 Erlenmeyerkolben 25 m. L 4 kleine Rundfilter, d= 55 mm 4 große Rundfilter, d= 70 mm 1 Flasche mit Alkohol (Brennspiritus) 1 Trichter Schere Führe zur Untersuchung der Stifte das auf den folgenden Seiten beschriebene Experiment durch. 9

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Aufgabe 1 von 7 1. Falte den großen Rundfilter wie folgt und schneide anschließend ca. 2 mm von der Spitze ab (rote Markierung). 2. Entfalte den Rundfilter und zeichne um das entstandene Loch mit dem Fineliner von Stabilo einen Kreis. Fahre die Kreislinie dreimal nach. 11

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Immer noch Aufgabe 1 3. Rolle den kleinen Rundfilter zu einem Röhrchen zusammen und stecke ihn durch das Loch des großen. Achte darauf, dass der Docht fest sitzt. 4. Fülle den Erlenmeyerkolben bis kurz unter den Rand mit Wasser aus der Leitung und lege den großen Rundfilter so auf, dass der Docht ins Wasser taucht. 13

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Aufgabe 2 von 7 1. Setze mit dem zweiten Satz Material dasselbe Experiment mit dem Edding-Stift an. 2. Beobachte ca. 5 Minuten lang und nimm dann den Rundfilter mit Docht heraus. Entferne den Docht. Notiere deine Beobachtungen in dein Labor-Tagebuch. 15

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Lösung Die nachfolgenden Abbildungen zeigen die Versuchsergebnisse nach einer Laufzeit von ca. 4 -5 Minuten: Firma Kunterbunt Firma Rabenschwarz In der schwarzen Farbe von Firma Kunterbunt zeigt sich (neben anderen Farben) auch eine pinkfarbene Komponente. 18

Aufgabe 3 von 7 1. Fertige jeweils eine Skizze der beiden großen Rundfilter mit ihrem Ergebnis an. 2. Beschreibe, wie die beiden Firmen die schwarze Farbe erzeugen. 19

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Lösung 1. Firma Kunterbunt mischt die Farben gelb, lila, hellblau und pink. 2. Firma Rabenschwarz produziert tatsächlich Stifte mit „reinem“ Schwarz. 22

Aufgabe 4 von 7 Finde eine mögliche Erklärung für das unterschiedliche Verhalten der beiden schwarzen Farben auf den Filterpapieren. 23

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Hilfe Das Wasser wird durch den Docht nach oben gesogen und wandert von innen in das Filterpapier. 26

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Lösung 1. Die Farben im Gemisch lösen sich unterschiedlich gut in Wasser. Je besser löslich ein Farbstoff ist, desto weiter wird er vom Wasser mitgenommen. Der hellblaue Farbstoff löst sich demnach am besten in Wasser. 2. Firma Rabenschwarz verwendet einen schwarzen Stoff, der mit Wasser nicht wandert. 28

Zusammenfassung zwischendurch 1. Die Untersuchungsmethode, die du angewendet hast, heißt Chromatografie. 2. Dafür braucht man ein Laufmittel (hier Wasser) und ein Material, dass dieses aufsaugt (hier ein Filterpapier). 3. Handelt es sich beim saugfähigen Material um Papier, so heißt die Methode Papierchromatografie. 4. Das Ergebnis heißt Chromatogramm. 29

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Aufgabe 5 von 7 Das Versuchsergebnis bestätigt offenbar die Aussage der Firma Rabenschwarz, reines Schwarz zu verwenden. Außerdem bestehe ein zusätzlicher Vorteil darin, behauptet der Hersteller, dass ihr schwarzer Farbstoff wasserfest sei. Nimm kritisch zu dieser Aussage Stellung. 31

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Lösung Die schwarze Farbe der Firma Rabenschwarz wird von Wasser nicht mitgenommen, weil sie sich nicht löst. Deswegen stimmt die Aussage, die Farbe sei wasserfest. 34

Aufgabe 6 von 7 „Reines Schwarz bedeutet, die Firma setzt einen Reinstoff ein. “ Nimm kritisch zu dieser Aussage Stellung. 35

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Lösung Es kann keine Aussage über die Reinheit der schwarzen Farbe abgeleitet werden, weil sie gar nicht mitgenommen wird. Ein reiner Stoff kann auch ein reines Stoff-Gemisch sein. 38

Aufgabe 7 von 7 Wenn das Laufmittel Wasser die schwarze Farbe nicht löst, sollte man vielleicht ein anderes Laufmittel probieren, das andere Stoffe löst. Fertige eine kurze Liste weiterer dir bekannter Lösemittel. 39

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Hilfe Alkohol bzw. Spiritus ist sicher auch auf deiner Liste. 1. Führe die Chromatografie der beiden Stifte mit dem Alkohol aus der Kiste als Laufmittel durch. 2. Vergleiche die beiden neuen Ergebnisse mit denen des Laufmittels Wasser. Diskutiere, inwieweit die neuen Ergebnisse den alten widersprechen oder diese ergänzen. 42

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Lösung 1. Der Stift der Firma Rabenschwarz • Die schwarze Farbe löst sich in Alkohol. Man erkennt es daran, dass er den Farbstoff mitnehmen kann. • Da keine Auftrennung erfolgt muss man schließen, dass es sich um einen Reinstoff handelt. • Das Chromatogramm zeigt, dass die Aussage der Firma zur Reinheit ihrer Farbe korrekt ist. 44

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Lösung 2. Der Stift Firma Kunterbunt: Abb. 1: Lösemittel Wasser • Das Versuchsergebnis bestätigt, dass die schwarze Farbe der Firma Kunterbunt ein Gemisch unterschiedlicher Farbstoffe ist. • Die Laufstrecken der gleichen Farben in den beiden Lösemitteln unterscheiden sich. So löst sich zum Beispiel der gelbe Farbstoff in Alkohol besser als in Wasser und wird daher weiter mitgenommen. Grundsätzlich ergibt sich aber kein anderes Ergebnis. 46 Abb. 2: Lösemittel Alkohol

Das sollte bleiben: Schwarze Farbstoffe können Reinstoffe, aber auch Gemische aus vielen anderen Farben (auch Pink) sein. Die Chromatographie ist ein Verfahren zur Auftrennung von Stoff-Gemischen. Sie funktioniert dann, wenn die Stoffe im Gemisch sich im Laufmittel unterschiedlich gut lösen. Das Ergebnis einer Chromatographie heißt Chromatogramm. 47

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Teste dich selbst Du hast nun mehrmals eine Chromatografie durchgeführt. Entscheide, ob du sie in den folgenden beiden Fällen erfolgreich einsetzen kannst: 1. Du glaubst, du hast gerade eine Zucker-Lösung und eine Kochsalz-Lösung aus Versehen vermischt und möchtesten, ob deine Vermutung richtig ist. 2. Du hast Blattgrün aus einem Blatt herausgelöst und möchtest entscheiden, ob es reines Grün oder eine Mischung (z. B. aus Blau und Gelb) ist. Begründe jeweils deine Entscheidung. 49

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Lösung 1. Zucker- und Kochsalz-Lösungen würden sich mit einem geeigneten Laufmittel trennen lassen, es nützt aber nichts, weil man die getrennten Bereiche nicht sehen kann, denn beide Stoffe sind farblos. 2. Blattgrün muss mindestens einen Farbstoff enthalten (den grünen), deswegen wäre Chromatografie anwendbar. Ergänzung zu 2: Blattgrün selbst ist an sich ein reiner Farbstoff, man würde einen grünen Ring erhalten. Aber bei der Trennung tauchen gelbe Farbstoffe auf, die im Gemisch mit Grün nicht zu sehen waren. 52

Selbsteinschätzung Ordne dich gedanklich einem Smiley zu. Wie sicher kannst du einen Stoff mit Hilfe der Chromatografie untersuchen? • Hast du ein grünes Smiley gewählt, freu dich, alles perfekt. • Hast du ein gelbes Smiley gewählt, schau dir nochmals die Seiten 5 bis 29 an (Seite 47 enthält die Zusammenfassung). • Hast du ein rotes Smiley gewählt, frag den Betreuer nach einem Rat. 53

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Das allerschwärzeste Schwarz… …war bis 2015 das sogenannte vantablack, ein Stoff aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Allerdings schwärzer noch als das allerschwärzeste Schwarz ist „dark chameleon dimers“ aus Gold-Nanopartikeln, Rekordhalter seit 2015. http: //www. guinnessworldrecords. com/worldrecords/darkest-manmade-substance/ [1] Vantablack auf Alu-Folie Bildquelle: https: //www. surreynanosystems. com/vantablack/faqs über Wikipedia. Unverändert nach: https: //creativecommons. org/licenses/by-sa/3. 0/ 55

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Entsorgung 1. Die Chromatogramme können nach dem Trocknen in das Chemie-Heft geklebt werden. 2. Der Alkohol wird mit Hilfe des Trichters in die Flasche zurückgefüllt. 3. Die Erlenmeyerkolben abtrocknen und mit den anderen Materialien zurück in die Kiste legen. 4. Dochte können in den Hausmüll. 57

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Diese Anleitung wurde gefertigt von Renate Kiesewetter, Silke Langenberger, Stefanie Schwind und Sebastian Neeb. Im Rahmen des AK Selbst Organisiertes Lernen (SOL) in der Abteilung für Didaktik der Chemie an der Universität Bayreuth. Bildquellen: [1] Vantablack auf Alu-Folie Bildquelle: https: //www. surreynanosystems. com/vantablack/faqs über Wikipedia. Unverändert nach: https: //creativecommons. org/licenses/by-sa/3. 0/ Alle Bilder und Grafiken, sofern nicht anders angegeben, wurden in der Abteilung Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth erstellt. 59