Prof. Blumes Tipp des Monats November 1998 (Tipp-Nr. 17)


Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.


Bild 1 (Foto: Daggi)

Münzen "vergolden"
Ein paar Tipps, damit es echt gut funktioniert

Viele Alchimistentricks betreffen das Vortäuschen von Gold. Es bietet sich hier vor allem die Kupfer-Zink-Legierung Messing an, dessen Aussehen auf dem ersten Blick an Gold erinnert.
Der Versuch hierzu ist jedem Lehrer bekannt. Es gibt aber noch einige Kleinigkeiten, an die du denken musst, wenn der Versuch besonders überzeugend gelingen soll.

Zu allererst benötigst du eine massiv kupferne Münze
Eine Mitteilung zur Währungsumstellung: Der Versuch funktioniert auch mit den neuen 5-Cent-Münzen.
Massive Kupfermünzen gibt es vor allem noch in den USA (alte 1-Cent-Münzen) und - was entfernungsmäßig naheliegender ist - in England. (Zu den neueren, glänzenden 1-Cent-Münzen aus den USA haben wir einen wichtigen Hinweis im Tipp des Monats Nr. 145.)

Zum folgenden Versuch vorneweg ein wichtiger Hinweis: Nimm auf keinen Fall Zinkstaub! Denn Zinkstaub ist sehr fein, hat also eine große Oberfläche und ist bald nach dem Öffnen der Packung durch Oxidation unbrauchbar geworden. Verwende also das gröbere Zinkpulver. (Die geringe Reaktionsfreudigkeit von Metallstaub beobachtest du übrigens auch beim Aluminium. Zum Beispiel lässt sich der Thermitversuch nicht mit Aluminiumstaub durchführen; anders mit Aluminium-Gries. Und der bekannte Blitzlicht-Versuch, bei dem man Aluminiumstaub in die Brennerflamme pustet (Sonnenbrille zum Augenschutz verwenden!), gelingt schon einige Tage nach dem Öffnen der Packung nicht mehr so eindrucksvoll.)

Versuch (Schutzbrille!): "Vergolden" einer Münze

Immer frische Münzen nehmen!
Also nicht solche bearbeiten, die schon einmal vergoldet waren und bei denen das Zink wieder herausgelöst oder -gebrannt wurde.

Durchführung (Dauer 10 min):

Wichtige Vorbehandlung der Münze
Die massiv kupferne Münze wird zunächst mit einem Tuch, das mit Alkohol (F) getränkt ist, gut entfettet. Dann wird sie mit konzentrierter Salzsäure (C) behandelt, um alle Kupferoxidreste zu entfernen. Die nunmehr metallisch glänzende Münze gut abspülen.

Sicherheitshinweis: Die Kalilauge kann spritzen; Schutzbrille und Handschuhe!

Die saubere Münze wird in einem Becherglas (100 ml) mit einer Mischung von zwei Spateln Zinkpulver und 20 ml Kalilauge (w = 10 %; (C)) gekocht. Nach einigen Minuten ist die Münze mit einem grauen Zinkbelag überzogen. Die Reaktion ist beendet, wenn sich das Zink um die Münze herumballt und die Suspension klar wird. Die Münze wird nun herausgenommen.

Folgendes ist sehr wichtig, da sonst der nächste Schritt nicht richtig gelingt und der Überzug auf der Münze ungleichmäßig wird.
Die Münze wird nach der Behandlung mit Zink mit destilliertem Wasser über einem Becherglas sehr gut abgespült und mit einem weichen Tuch getrocknet! Restliches Zink-Pulver mit einem Papiertaschentuch abreiben, bis sie silbrig glänzt. Auch den Münzenrand gut abputzen! Es darf kein loses Zink mehr auf der Münze sein. Auch die Kanten und Buchstaben der Münze reinigen!

Halte die Münze mit einer Tiegelzange oder Pinzette so am äußeren Rand fest, dass die Zange nicht die Münzfläche berührt (Bild).

Bild 2 (Foto: Daggi)

Erhitze dann die Münze kurzzeitig in der entleuchteten Bunsenbrennerflamme, indem du sie mehrmals ganz kurz hindurch führst und sie dabei rasch drehst. Dabei verfärbt sich die Münze schlagartig kupferfarben (Bild). Nimm die Münze rasch aus der Flamme. Beim Abkühlen bildet sich die goldene Färbung von Messing.

Bild 3 (Foto: Daggi)

Nach dem schlagartigen Umfärben werden auch etwaige zunächst von der Tiegelzange abgedeckten Stellen kurzzeitig nacherhitzt.

Falls doch noch einige Bröckchen Zink auf der Münze zu finden sind, kannst Du versuchen, diese mit einem weichen, spitzen Holzstück abzukratzen.

Entsorgung:
Spülwasser zusammen mit der restlichen Reaktionsmischung in den Schwermetallabfall geben.

Die denkbare zweite Möglichkeit zur Herstellung eines Zinküberzugs ist das Elektrolysieren eines Kupferstücks in Zinksulfatlösung. Dieser Versuch geht nicht so gut, da die so erzielten Zinküberzüge nicht gut genug haften.


Was läuft bei der "Vergoldung" chemisch ab?
Viele Schüler äußern hauptsächlich zwei Vermutungen:

Vermutung 1: Es muss sich um einen elektrochemischen Vorgang handeln, um so etwas wie Galvanisieren. Zink-Ionen werden demnach durch Elektrolyse auf dem Kupfer niedergeschlagen.

Das kann nicht stimmen. Denn es werden keine Elektroden und keine Spannungsquelle beutzt. Außerdem fehlen die Zink-Ionen. Hinzu kommt, dass Zink viel zu unedel ist, als dass es sich aus wässriger Lösung auf Kupfer niederschlagen könnte. Bei einer Elektrolyse gäbe es nur Wasserstoff und Sauerstoff.

Vermutung 2: Zink-Ionen reagieren mit dem Kupfer im Sinne einer Redoxreaktion und werden als Zink abgeschieden.

Um Vermutung 2 auszuschließen, prüfst du, ob Zink-Ionen mit Kupfer reagieren.

Versuch: Verhalten von Kupfer in alkalischen Zinksalzlösungen
Verrühre in 10 ml einer 10%igen Kalilauge (C) zwei Spatel voll Zinksulfat, koche kurz auf und gib eine saubere Kupfermünze hinein. Koche ein paar Minuten weiter.
Beobachtung: Es passiert nichts!

Aus wässrigen Zinksalzlösungen scheidet sich kein Zink auf dem Kupfer ab. Außerdem erkennst du beim Verzinken der Münze keine Blaugrünfärbung aufgrund von möglicherweise freigesetzten Kupfer-Ionen. Das alles war zu erwarten, denn Zink ist viel unedler als Kupfer.

Der Grund dafür, dass keine Reaktion abläuft, ist, dass die Differenz der Standardpotentiale von Kupfer und Zink zu groß ist, als dass sie durch die recht große Freie Energie der Legierungsbildung im Vorzeichen verändert werden könnte.


Was wirklich passiert:
Das Zinkmetall wird direkt auf dem Kupfer adsorbiert, weil es eine große Tendenz zur Messingbildung gibt.

Zn + Cu ———> (Zn-Cu)

Und welche Rolle spielt dann die Kalilauge beim Verzinken des Kupfers? Zink überzieht sich bekanntlich (wie Aluminium) mit einer feinen, aber sehr festen Oxidschicht (Passivierung). Diese Schicht verhindert die Adsorption des Zinks an das Kupfer und die Verschmelzung der Kristallgitter der beiden Metalle. Die Kalilauge zersetzt diesen Belag unter Bildung von Zinkat-Ionen und löst ihn so ab:

ZnO + H2O + 2 OH¯ ———>   [Zn(OH)4]2¯

Nun können die innige Vermischung der Metalle und damit die Messingbildung einsetzen. Durch das Erhitzen werden die Metall-Atome aus den Metallgittern noch rascher miteinander vermischt; die Messingbildung wird beschleunigt.

Die folgende Bildleiste zeigt noch einmal die verschiedenen Stadien der Münzen, die zum "Vergolden" durchlaufen werden. Die letzte Münze ist das Produkt von zu langem Erhitzen in der Brennerflamme.

Bild 4: Von links nach rechts:
1 Unbehandelte, ungereinigte Münze
2 Münze nach Reinigung
3 "Versilberte" Münze
4 "Vergoldete" Münze
5 "Totgebrannte" Münze
(Foto: Daggi)


Der Vorgang der "Vergoldung" ist reversibel.
Am einfachsten wird das Zink herausgelöst. Hierzu gibt es neben dem Herausbrennen zwei Möglichkeiten:

Versuch: Zersetzen von Messing
1 Lege die Münze in konzentrierte Salzsäure (C). Du kannst sie darin auch kurz aufkochen (Abzug!). Nach kurzer Zeit ist die Münze wieder kupfern, da das Zink herausgeätzt worden ist.
2 Zur elektrolytischen Zersetzung des Messings gibst du die Münze in Kochsalzwasser (w = 1 %) und schaltest die Münze kurzfristig als Anode. Als Kathode dient ein Graphitstab oder Eisennagel.

Spätestens jetzt wird wohl jedem klar, dass das „Vergolden“ der Kupfermünzen eine Fälschung ist. Denn Gold lässt sich weder durch Salzsäure noch durch Elektrolyse zersetzen.



Wie man das Thema „Münzen vergolden“ im Unterricht einbringen kann, zeigt beispielhaft die Frage 127.


Rüdiger Blume


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Letzte Überarbeitung: 09. April 2015, Dagmar Wiechoczek