Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Bleistiftanspitzer sind offensichtlich aus der Mode. Denn man schreibt heute mit Filzstiften, Kugelschreibern ("Tintenkulis") oder PCs.

Wenn kaum noch jemand mit Bleistiften schreibt oder mit Buntstiften malt, ist das vielleicht fortschrittlich. Aber eigentlich ist es schade. Denn mit Stiften kann man toll malen und gestalten, man kann (anders als mit Filzschreibern) fein schattieren und Akzente setzen. Hinzu kommt: Mit Bleistiftanspitzern aus Leichtmetall kann man viel über Chemie lernen. Der eine oder andere Hobbychemiker hat sich schon einmal daran versucht.

Ein wichtiger Hinweis: Wie wir festgestellt haben, werden auch Anspitzer, deren Körper aus einer schweren Metalllegierung gefertigt sind, angeboten. Unsere Versuche funktionieren aber nur mit denen aus Leichtmetall! Es wird darauf hingewiesen, dass es auch Anspitzer aus Aluminium gibt. Zur ersten Orientierung kann man feststellen, dass die Anspitzer aus Magnesium einen wärmeren Metallglanz aufweisen als die aus Aluminium gefertigten. Die von uns verwendeten Magnesium-Anspitzer hat die Fa. Herlitz PBS AG in Berlin hergestellt. Die Anspitzer haben wir im Marktkauf erworben.

Anspitzer aus Leichtmetall brennen
Das war früher ein Geheimtip unter Schülern. Denn die Anspitzerkörper bestanden aus Magnesium. Es dauert zwar etwas, sie mit einem Feuerzeug anzuzünden, aber dann brannten sie hervorragend. Solche Anspitzer gibt es noch heute. Sie kosten zwar etwas mehr. Aber anders als die aus Kunststoff neigen sie weniger dazu, den Bleistift beim Anspitzen durch gezielt wirkenden Minenbruch zu "verschlingen". Denn sie sind viel stabiler und präziser in ihrer Schnittführung.

Versuch 1: Der brennende Bleistiftanspitzer Sicherheitshinweis: Magnesiumflammen strahlen UV ab. Deshalb dunkle Schutzbrille oder Sonnenbrille aufsetzen. Auch die Betrachter dürfen nicht zu lange in die Flamme schauen! Mit einem Bunsenbrenner wird ein Bleistiftanspitzer (gehalten mit einer Tiegelzange; Vorsicht, das Metall schmilzt dabei!) so lange erhitzt, bis er zu brennen beginnt.

Brennender Anspitzer (Fotos: Daggi)

Bleistiftanspitzer zersetzen sich leicht in Haushaltssäuren
Bei der Einführung des Säurebegriffs zeigt man zunächst gern Beispiele aus dem Haushalt. Das sind in der Regel Haushaltsessig und Zitronensaft, aber auch Vitamin C (Ascorbinsäure). Zu den Eigenschaften von Säuren gehört, dass sie unedle Metalle zu zersetzen ("aufzulösen") vermögen. Mit Metallen wie Zink, Aluminium oder Eisen reagieren die Haushaltssäuren jedoch kaum. Anders verhält es sich mit dem Metall von Anspitzerkörpern.

Versuch 2: Einwirkung von Säuren auf Anspitzkörper aus Metall In drei Reagenzgläser gibst du je etwa 10 ml Haushaltsessig, Zitronensaft und eine Lösung von Vitamin C (w = 5 %). In jedes RG wirfst du ein Stück Anspitzermetall. Nach kurzer Zeit entwickelt sich in allen drei Gläsern unter Zersetzung des Metalls ein Gas. Das kann man auffangen und damit die Knallgasprobe machen. Es handelt sich also um Wasserstoff. Beachte, dass die Lösungen beim Zersetzen des Metalls warm werden.

Übrigens bemerkt man, dass sich beim Zersetzen des silbrigen Magnesiums ein schwarzer Rückstand bildet. Da sich dieser in Salzsäure löst, kann es sich um feinverteilte Metallzusätze wie Eisen oder Aluminium handeln. Durch die Zumischung von anderen Metallen wird das ansonsten recht weiche Magnesium gehärtet. Die Bleistiftanspitzkörper bestehen also aus einer Metall-Legierung.

Von links nach rechts: Bleistiftanspitzkörper in Zitronensaft, Haushaltsessig und in einer Lösung von Vitamin C (Foto: Daggi)

Die chemische Analyse eines Bleistiftanspitzers
Auch wenn wir es schon vermuten: Es handelt sich um Magnesium. Das kann man analytisch nachweisen.

Versuch 3: Die Analyse des Anspitzerkörpers mit Chinalizarin Ein kleines Stückchen des Anspitzers wird in verdünnter Salzsäure (w = 10 %) (C) aufgelöst. Anschließend gibst du zu ca. 5 ml Lösung Chinalizarin-Reagenz (sprich: Chin-alizarin) und stellst mit Natronlauge (w = 10 %) (C) alkalisch ein. Es bildet sich eine blaue Lösung oder ein blauer Niederschlag (Farblack). Reagenzlösung: 10 mg Chinalizarin werden in 50 ml Ethanol (F) gelöst.

Nachweis von Magnesium mit Chinalizarin. Links Lösung des zersetzten Anspitzkörpers, rechts zum Vergleich Lösung von Magnesiumsulfat (Foto: Daggi)

Wenn Sie kein Chinalizarin haben, dann können Sie zum Nachweis von Magnesium 8-Hydroxychinolin (Oxin genannt) oder Titangelb nehmen. Diese Nachweise sind allerdings weniger spezifisch.

Versuch 3a: Weitere Magnesiumnachweise Probiere die Reagenzien zuvor mit einer Magnesiumlösung aus! 1 …mit Oxin (8-Hydroxychinolin) Die Probelösung wird mit konzentriertem Ammoniak (C) alkalisch eingestellt. Dann tropft man eine 1%ige ethanolische Lösung von 8-Hydroxychinolin (Xn als Feststoff, Merck Nr.107098) zu. Man erhält einen grünlich-gelben Niederschlag. 2 …mit Titangelb 10 mg Titangelb (Merck Nr.101307) werden in 10 ml Wasser gelöst. Man gibt einige Tropfen zur zu untersuchenden Lösung. Diese stellt man dann mit Natronlauge alkalisch ein. Es bildet sich ein hellroter Niederschlag.

Warum bei einigen Bleistiftanspitzern die Klinge nicht rostet
Interessant ist auch die Kombination der beiden Metalle Magnesium und Eisen. Gut informierte Chemiker denken sofort an ein Lokalelement. Weil Magnesium als Opferanode wirkt, rostet die eiserne Klinge nicht. Mit dem Bleistiftanspitzer kann man überhaupt alle Versuche machen, die zur Opferanode vorgeschlagen werden.

Versuch 4: Magnesium schützt die Anspitzerklinge Ein Bleistiftanspitzer wird in Salzwasser (w = 5 %) gelegt. Nach einigen Tagen ist der Anspitzer mit Magnesiumoxid/hydroxid überzogen. Die Klinge jedoch ist ohne Rost.

Man spricht hierbei von einer Opferanode. Das ist nichts Besonderes: Auch die Opferanode in den Heizungskesseln bestehen aus Magnesium. Hier läuft wie auch bei den Anspitzern folgender Prozeß ab:

    Oxidation (Anode)         2 Mg ———> 2 Mg²⁺ + 4 e^-

    Reduktion (Kathode)     O₂ + 2 H₂O + 4 e^- ———> 4 OH^-

    Redoxreaktion:            2 Mg + O₂ + 2 H₂O ———> 2 Mg²⁺ + 4 OH^-

Es bildet sich schwerlösliches Magnesium-Hydroxid Mg(OH)₂, das sich als weißer Belag auf dem Anspitzer ansammelt. Der Vorgang wird durch das Eisen katalysiert. Dadurch wird dieses negativ aufgeladen, und sein Rosten wird verhindert. Das Magnesium hat sich für das Eisen "geopfert". Man spricht auch von "kathodischem Korrosionsschutz".

Versuch 5: Anspitzerkörper als Opferanode Man verbindet über ein Kabel und Krokodilklemmen einen entfetteten Billignagel und einen Anspitzerkörper ohne Klinge. Die taucht man in Leitungswasser (-> folgendes Bild), ohne dass die Klemmen das Wasser berühren. Einen zweiten Nagel stellt man in ein Becherglas mit Leitungswasser. Man lässt einige Tage stehen. Der erste Nagel ist auch nach Wochen noch rostfrei; der andere Nagel ist bereits nach einem Tag deutlich angerostet. Sollte sich wider Erwarten auch beim "geschützten" Nagel Rost bilden, so ist erfahrungsgemäß die Kabelverbindung fehlerhaft und muss kontrolliert werden. Denn dann kann kein schützender Strom fließen.

Anspitzermetall als Opferanode. Geschützt wird seit einigen Tagen ein gut entfetteter Eisennagel (Foto: Daggi)

Eine einfache Versuchsanordnung für Grundschule und Chemie-Anfangsunterricht zeigen wir hier.

Bleistiftanspitzer als galvanisches Element
Wenn man die zwei Redox-Reaktionen in getrennten Räumen ablaufen lässt und diese über einen äußeren Leiter verbindet, kann man damit sogar einen kleinen Motor (allerdings nur mit geringer Leistung) zum Laufen bringen. Die Anordnung ist nämlich ein galvanisches Element. Das klingt schon etwas nach Daniel Düsentrieb: Ein Bleistiftanspitzer treibt einen Solarmotor an... Aber es geht tatsächlich.

Versuch 6: Ein Bleistiftanspitzer als Motorantrieb Löse die Klinge von einem metallenen Bleistiftanspitzer. Mit Krokodilklemmen befestigst du je ein Kabel an Klinge und an Anspitzerkörper. Hänge die Stücke in Kochsalzwasser (w = 5 %), ohne dass die Krokodilklemmen das Wasser berühren. Verbinde die Kabel mit einem Niedervoltmotor (z. B. Solarmotor). Messe auch die Spannung zwischen den beiden Metallen. Sie beträgt etwa 1,3 Volt.

Eine Anmerkung
Man kann sagen, dass alle diese Versuche auch mit Magnesiumdraht durchführbar sind. Das ist richtig. Aber dann fehlt eben der didaktische, motivierende Kick!

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Rüdiger Blume