2001
F: Während meiner Internetrecherche bin ich auf Ihre Website gestoßen. Ich habe vorher leider noch nie von ihrer Website gehört, bin aber vollauf begeistert. Allein das Beantworten der ganzen Fragen muss Sie Unmengen an Zeit kosten. Dass Sie diese Website trotzdem erhalten bewundere ich sehr.

Nun komme ich aber doch zu meinen eigentlich Anliegen. Ich bin zurzeit dabei meine Bachelorarbeit im Bereich der Beschichtung von Stahl mit Polyelektrolytmultischichten zu schreiben. Dabei bin ich auf das Problem gestoßen, dass die Adsorption der Polyelektrolyte (geladen) in sämtlicher von mir gelesener Literatur auch auf geladenen Substraten stattfindet. Deshalb habe ich mich nun gefragt: "Inwieweit sind meine Stahlsubstrate überhaupt geladen?". Ich habe in Hinsicht auf diesen Bereich leider keine großen Vorkenntnisse. Ich kann für mich nicht einmal genau sagen wovon das abhängig ist, also ob das was mit der Kristallstruktur zu tun hat bzw. mit der genauen Phase des Stahles. Oder ob die Ladungsdichte der Oberfläche mit der Oberflächenladung zu tun hat oder mit der Grenzflächenspannung korreliert.
Ich hoffe, dass Sie mir ein paar Ideen nennen könnten bzw. Anregungen, die mich in meinen Überlegungen weiterbringen.
Ich bedanke mich dafür jetzt schon einmal im Voraus !
Vielen Dank für Ihr gesamtes Engagement !

A: Danke für die netten Worte hinsichtlich meines Servers.

Nun zu Ihrer Frage: Ich bin zwar kein Spezialist auf dem Gebiet, das Sie beackern. Aber ich will meine Meinung dazu sagen.

Es geht um die Verteilung von Ladungsträgern, die im zu beschichtenden Material enthalten sind. Das ist leicht zu verstehen, wenn man Substanzen hat, deren Ladungsträger an relativ festen Orten liegen - wie die Ionen bei Keramiken oder speziellen Kunststoffen.

Sie wissen sicherlich, wie Metalle aufgebaut sind bzw. was das Wesen der metallischen Bindung ist. Zum Metallgitter haben wir diese Webseite:

http://www.chemieunterricht.de/dc2/kristalle/met-kris.htm

Das im Folgenden beschriebene Modell ist relativ einfach, beschreibt aber erst einmal die sichtbaren Effekte. Sie sollten aber noch nachlesen, was wir zur metallischen Bindung sagen:

http://www.chemieunterricht.de/dc2/kristalle/metal-bi.htm

Metalle bestehen nach dem einfachsten Modell aus positiv geladenen Metall-Ionen („Atomrümpfe“) und den von ihnen abgelösten Elektronen, die sich mehr oder weniger zwischen ihnen frei bewegen („Elektronengas“). Letztere halten das Metallgitter zusammen. Aufgrund der Bewegung der Ladungsträger kommt es im atomaren Bereich an der Oberfläche der Metallkristalle zu einem ständigen, punktuellen Ladungswechsel. Damit ist eine elektrostatische Wechselwirkung mit dem Polyelektrolyten möglich.

Die Wechselwirkung hängt natürlich auch stark von der Verteilung der im Vergleich zu den Elektronen eher an ihre Plätze gebundenen Atomrümpfe im Gitter ab, ist also eine Frage der Kristallstruktur und der nach außen weisenden Kristallflächen. Hinzu kommt auch, wie groß die Zahl der abgegebenen Elektronen pro Atom ist.

Die Wechselwirkung lässt sich sicherlich auch mit Hilfe der Quantenchemie (Stichwort: Leitungsbänder) quantitativ untermauern.

In diesem Zusammenhang erinnere ich noch an die van der Waals-Kräfte, die unpolare Substanzen wie die Kohlenwasserstoffe zusammenhalten. Auch hier kommt es bei der Bewegung der Elektronen in den Molekülen zu kurzfristigen Ladungsverschiebungen, die zu partiellen Aufladungen und damit zum Zusammenhalt der Moleküle untereinander zumindest im Sinne einer Nahordnung führen.

2002
F: Hallo Dr. Blume! Ich habe eine wichtige Frage für meine Seminararbeit (in der Schule):

Mein Thema sind die Inhaltsstoffe, oder besser gesagt Gerbstoffe im Tee. Zur Bestimmung der Gerbstoffe habe ich den Versuch von Bonifaci und Capt verwendet. Hierbei wird dem Tee zunächst Kupferacetat zugegeben und anschließend Essigsäure und Kaliumiodid. Anschließend wird dieses Gemisch mit Natriumthiosulfat titriert bis die braune Farbe in einen weißen Niederschlag umschlägt. Hierbei ist zu sagen, dass dieser Umschlag schwer zu erkennen ist. Dasselbe wird mit einer Blindprobe gemacht, die aus Wasser und Kupferacetat besteht und der ebenfalls Essigsäure und Kaliumiodid zugegeben wurde. Am Ende kann man mit einer Formel ausrechnen wie hoch der Gerbstoffanteil ist.
Bei der Formel muss man den Verbrauch der Natriumthiosulfat Lösung für die Teeprobe von dem für die Blindprobe abziehen. (Dieser Versuch ist aus der Zeitschrift Praxis der Naturwissenschaften, 6/46 Jg. 1997 S. 27)

Mein Problem: Ich brauche für die Blindprobe weniger Natriumthiosulfat als für die Teeprobe. Das kann ja schon mal nicht sein, weil dann in der Formel am Ende ein negativer Wert rauskommen würde und das geht ja nicht. Und außerdem hat mein Lehrer gemeint, dass dies ebenfalls nicht sein kann, weil in der Blindprobe mehr Kupferacetat ist als in der Teeprobe. Aber ich habe den Versuch mit der Blindprobe öfter gemacht und es kam immer ungefähr derselbe Wert raus. Also ist wahrscheinlich der Wert der Teeprobe falsch.
Die Frage ist nun, was dafür verantwortlich seinen könnte, dass man für die Teeprobe mehr Natriumthiosulfat braucht. Gibt es andere Inhaltsstoffe die dafür verantwortlich seinen könnten? Oder könnte etwas anderes daran schuld sein?

Haben Sie vielleicht eine Idee und können mir helfen? Weil mein chemisches Wissen ist wirklich nicht so groß... Ich wäre Ihnen sehr dankbar für schnelle Antwort.

A: Ferndiagnosen zu stellen ist immer schwierig. Ich gehe aber zunächst einmal davon aus, dass Ihre Chemikalien rein sind und in den Flaschen tatsächlich das drin ist, was drauf steht. Weiter sollten die Konzentrationen der Lösungen stimmen.

Das Problem bei quantitativen nasschemischen Experimenten mit Naturstoffen wie Tee ist, dass man wegen der möglichen Begleitstoffe Ergebnisse nur schwer interpretieren kann.

Weiter halte ich die Methode auch nicht für besonders gut. Als Grundlage des Nachweises gilt m. E., dass nur nicht durch die Tannine komplex gebundene Cu²⁺-Ionen als Oxidationsmittel für Iodid wirksam sind. Das anzunehmen halte ich für gewagt. Hinzu kommt, dass eine konstante und nicht zu hohe Temperatur der Lösungen eine wichtige Rolle spielt.

Ich empfehle Ihnen, die quantitative Bestimmung zunächst zu üben. Dazu nehmen Sie Gallussäure oder ein Diphenol wie Brenzkatechin. Sie können auch käufliche Tannine verwenden. Mit einer genau abgewogenen Probe/eingestellten Lösung führen Sie die Bestimmung wie vorgeschrieben durch. Dann sehen Sie, was Sie zu erwarten haben und wie genau Ihr Ergebnis ist.

Anschließend geben Sie einen Teil der Gallussäure-Lösung zu Ihrem Tee, den Sie titrieren wollen. Zumindest diesen zugesetzten Anteil müssen Sie wiederfinden, sonst taugt die Methode nicht.

2003
F: Wenn man eine Bananenschale über einen Bunsenbrenner hält, findet man einen schwarzen Fleck (Verkohlung). Um den Fleck ist ein heller Ring, darum wieder ein dunkler Ring. Warum gibt es Verfärbungen? Was für eine Rolle spielen dabei die Enzyme?

A: Die Frage kann ich schnell beantworten: Es handelt sich um die Wirkung von Phenoloxidasen, für deren hohen Gehalt die Bananenschale wegen ihrer raschen Bräunung bekannt ist. Ihr Experiment (das ich bisher nicht kannte...) ist in der Biologie unter der Bezeichnung Molischs Todesring bekannt. Klicken Sie hier und lesen Sie den Text unter Bild 6.

2004
F: Bei der Stellung einer Klausuraufgabe bin ich über ein Problem gestolpert, für das ich in meiner Literatur und im Internet leider keine Lösung gefunden habe:

Bei der Elektrolyse von Schwefelsäure an Platinelektroden entsteht an der Anode Sauerstoff. Betrachtet man aber die elektrochemische Spannungsreihe, so wäre das Potential zur Abscheidung von Sauerstoff bei pH = 0 bekanntlich 1,23 V plus der an Platin recht hohen Überspannung von Sauerstoff. Das Potential von Platin wird mit 1,20 V angegeben, also müsste demnach nicht das Wasser oxidiert werden, sondern das Platin. Warum reagiert Platin unter diesen Bedingungen nicht?

A: Die Überspannung von O₂ an Pt beträgt tatsächlich nur +0,77 V, so dass das Abscheidungspotential auf 1,23 + 0,77 = 2,0 V ansteigt.

Die Abscheidung von O₂ ist letztlich ein katalytischer Prozess. Im Verlauf der Reaktion wird tatsächlich schwerlösliches Pt-Oxid (z. B. PtO₂) gebildet. Dieses ist in frisch hergestellter Form hellgelb, so dass man die Abscheidung nicht erkennt. Es zerfällt rasch wieder unter Freisetzung von Sauerstoff. Gleichzeitig schützt die Schwerlöslichkeit des elektrisch leitenden Oxids die Pt-Elektrode vor fortschreitender Zersetzung, behindert aber nicht die Elektrolyse. Diese Vorgänge sind die Ursache für die Überspannung, die ja nichts anderes ist als zusätzlich aufzuwendende Energie. Dies ist ein Fall von Aktivierungsenergie.

Anders ist das bei der Elektrolyse von HCl-Lösungen. Hier bilden sich lösliche Platin-chlorokomplexe. Deshalb beträgt die Überspannung von Chlor an Pt nur +0,08 V. Die Bildung der Pt-Komplexe ist an der zunehmenden Gelbfärbung der Elektrolyselösung erkenntlich. Das ist ein deutliches Signal für die Zersetzung der Pt-Elektrode und für die Beendung der Elektrolyse....

Bei der Entladung von H₃O⁺ ist die Überspannung eher negativ (-0,07 V). Ursache ist, dass Pt mit Wasserstoff unter diesen Bedingungen keine Verbindungen bildet, so dass die Entladung nicht behindert wird. Der gebildete Wasserstoff wird sogar im Metall gelöst.

2005
F: Wir Schüler müssen Fragen ausarbeiten und dazu recherchieren. Ich habe die Frage: "Warum ist es nicht möglich bzw. zu gefährlich Versuche zum Thema verchromen im Unterricht durchzuführen?“ Da ich aber im Internet und auch mit Hilfe von Büchern nicht zu einem Ergebnis komme, und auf ihrer Plattform nur vermerkt ist dass man es auf keinen Fall im Unterricht machen sollte, hätte ich nun die Frage warum das so ist.
Ich hoffe sie können mir vielleicht ein bisschen weiterhelfen.

A: Zum Verchromen haben wir den ausführlichen Text „Verchromen nach dem Standardverfahren“. Klicken Sie den an. Dann brauchen Sie bloß bei den einzelnen Substanzen und Materialien nachzudenken, ob diese toxisch oder sonst wie gefährlich sind. Hilfreich ist eine Schadstofftabelle, die Ihnen Ihre Lehrerin sicherlich gern zur Verfügung stellen wird.

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