Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im Labor. Die Durchführung des Experiments erfordert eine Gefährdungsbeurteilung durch die Lehrkraft.
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Hanne Rautenstrauch
Abb. 1 Versuchsmaterial
Material (Abb.1)
Messer
feuerfeste Unterlage
Tiegelzange
Bunsenbrenner
Feuerzeug
Kartoffel
Kartoffelchips
evtl. Kobaltglas
evtl. Abdampfschale
Hinweis: Aufgrund der Geruchsentwicklung solltest du den Versuch unter dem laufenden Abzug durchführen.
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Hanne Rautenstrauch
Abb. 2 Keilförmige Kartoffelscheibe
Versuchsaufbau/Durchführung
Schneide eine Kartoffel in der Mitte durch.
Schneide anschließend eine dünne, keilförmige Scheibe, also eine Scheibe, die oben dick und unten dünn ist, von der Kartoffel ab (Abb. 2).
Entzünde den Bunsenbrenner und halte einen Kartoffelchip mit der Tiegelzange in die rauschende Brennerflamme (Abb. 3).
Beobachte die Flammenfarbe.
Lege den verbrannten Kartoffelchip zum Abkühlen in eine Abdampfschale oder auf eine feuerfeste Unterlage.
Halte nun das keilförmig geschnittene Kartoffelstück mit der schmalen Seite nach unten in die Brennerflamme.
Beobachte die Flammenfarbe.
Lege das verbrannte Kartoffelstück zum Abkühlen in eine Abdampfschale oder auf eine feuerfeste Unterlage.
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Hanne Rautenstrauch \ made with chemix.org
Abb. 3 Versuchsdurchführung
Tipps und Tricks
Du kannst dir die Flammenfarben, falls vorhanden, auch noch durch ein Kobaltglas anschauen.
Entsorgung
Entsorge den verbrannten Kartoffelchip bzw. die Kartoffelscheibe nach dem Abkühlen im Abfalleimer.
Flammenfärbung von Kartoffelchips und Kartoffeln im Vergleich
Aufgabe
Führe das Experiment durch und notiere deine Beobachtungen.
Beobachtung
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Hanne Rautenstrauch
Abb. 4 Versuchsergebnis: unterschiedliche Flammenfärbungen von Kartoffelchip und Kartoffel
Der Kartoffelchip brennt mit einer hellen, gelb-orangenen Flamme (Abb. 4 links).
Auf der Oberfläche des Chips wird eine Flüssigkeit sichtbar, die Blasen wirft (Abb. 5).
Der Chip brennt weiter, auch wenn er aus der Brennerflamme herausgenommen wird.
Das Kartoffelstück brennt mit einer andersfarbigen, rötlich-violetten Flamme (Abb. 4 rechts).
Ergebnis
Unterschiedliche Flammenfärbungen
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Hanne Rautenstrauch
Abb. 5 Chip während der Reaktion: Chip brennt mit hellgelber Flamme, Ölfilm wird auf der Chipoberfläche sichtbar
Obwohl der Kartoffelchip und das Kartoffelstück beide aus Kartoffel bestehen, siehst du unterschiedliche Flammenfärbungen. Dies liegt daran, dass Kartoffelchips mit Kochsalz (Natriumchlorid) gewürzt sind. Erhitzt du nun den Kartoffelchip mit dem Bunsenbrenner, werden die Außenelektronen der Natriumatome durch die zugeführte Wärmeenergie in eine höhere bzw. weiter außen liegende Schale versetzt. Dadurch nehmen sie einen Zustand höherer Energie ein. Das Atom befindet sich jetzt in einem sogenannten angeregten Zustand. Dieser Zustand ist nicht stabil. Die Elektronen springen deshalb in die niedrigere Schale zurück und nehmen wieder einen Zustand niedriger Energie an. Dabei geben sie die freiwerdende Energie als Strahlungsenergie ab. Bei Natriumatomen liegt die freiwerdende Strahlungsenergie im Bereich des sichtbaren Lichts bei \(\pu{589 nm}\), daher kannst du eine gelbe Flammenfarbe sehen, welche typisch für Natrium ist. In Abbildung 6 kannst du dir am Beispiel eines Lithium-Atoms noch einmal die Anregung der Elektronen auf der Teilchenebene anschauen.
Das Kartoffelstück brennt mit einer blass-violetten Flamme. Diese violette Flammenfarbe ist typisch für Kalium, welches in der Kartoffel enthalten ist. Die Vorgänge auf der Teilchenebene sind grundlegend die selben wie beim Natriumatom, nur dass hier die Außenelektronen von Kaliumatomen angeregt werden und anschließend unter Abgabe von Strahlungsenergie wieder in den Grundzustand zurückkehren. Weil die abgegebene Strahlungsenergie bei Kaliumatomen eine andere Wellenlänge (\(\pu{768-404 nm}\)) aufweist, erscheint die Flammenfarbe nicht gelb, wie beim Natriumatom, sondern violett.
Abb. 6 Animation zum angeregten Zustand der Elektronen
Wieso sehe ich bei Chips kein violett, obwohl dieser auch aus Kartoffeln besteht?
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Hanne Rautenstrauch
Abb. 7 Die Flammenfärbung eines Gemisches aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid wird durch das Kobaltglas betrachtet.
Die helle, stark gelbe Flammenfärbung des Natriums kann die Flammenfärbung eines anderen Elements übertönen. Genau das passiert bei deinen Chips. Die blass-violette Flammenfärbung des Kaliums wird übertönt. Du könntest ein blaues Kobaltglas zur Hilfe nehmen und die Flamme während des Versuchs durch dieses Glas betrachten. In Abbildung 7 siehst du, wie das Kobaltglas das gelbe Licht filtert, sodass du die blass violette Flammenfarbe des Kaliums besser erkennen kannst.
Wie sind die weiteren Beobachtungen zu erklären?
Neben Gewürzen enthält der Chip im Vergleich zur Kartoffel auch Fett/Öl. Wenn du den Chip erhitzt, beginnt das Öl zu sieden und später zu brennen. Daher kannst du auf der Oberfläche des Chips eine Blasen werfende Flüssigkeit sehen und deswegen brennt der Chip auch weiter, wenn du diesen aus der Brennerflamme heraus nimmst. Die Verbrennung von Fett/Öl ist eine stark exotherme Reaktion.
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