Johann Wolfgang von Goethe staat bij ons bekend als een groot schrijver en dichter. Zelf vond hij zich meer
natuurwetenschapper.
In 1810 verscheen zijn "Zur Farbenlehre" d.w.z. "Kleurenleer" of met een modern woord "Chromatologie".
Een van zijn inspiratiebronnen was het nu volgende experiment dat hem getoond werd door een bevriende chemicus.
Voorbereiding:
Doe ca. 380 mL water in het bekerglas en maak in de vier reageerbuizen oplossingen als volgt:
- 0,02 g kaliumpermanganaat in 10 mL water.
- 2,5 g kaliumhydroxide in 3 mL water; voorzichtig, wordt warm! Daarbij 0,04 g 85% mierenzuur.
- 2,5 g natriumwaterstofsulfaat ("natriumbisulfaat") in 3 mL water.
- 0,25 g natriumsulfiet in 2 mL water.
Uitvoering van de proef:
Doe handschoenen aan.
Schenk reageerbuis nummer één leeg in het bekerglas met water. Roer om. Laat de vloeistof tot rust
komen. Van nu af wordt er niet meer geroerd. De inhoud van het glas is paars. Schenk de inhoud van de tweede
reageerbuis rustig, langs de roerstaaf, erbij. De vloeistof zakt naar de bodem; geleidelijk treedt er
een blauwe en groene verkleuring op. Spoel de roerstaaf af en schenk op dezelfde wijze
de inhoud van de derde reageerbuis in het bekerglas. De oplossing van natriumwaterstofsulfaat zakt naar de bodem
en er ontstaat een bruine kleur. Daarna
voeg je op dezelfde manier het sulfiet toe. Dat zakt ook naar de bodem en verandert
de kleur in zalmkleurig.
Het eindresultaat is een bekerglas met een vloeistof met vijf kleuren.
Verklaring:
Het paarse permanganaation
(
MnVIIO4¯ )
wordt stap voor stap gereduceerd. De eerste stap voert via het blauwe, onstabiele hypomanganaat
(
MnVO43¯ )
door oxidatie naar het groene manganaat
(
MnVIO42¯ ).
In het zure milieu ontstaat lichtbruin manganiet
(
MnIVO44¯ )
dat, gemengd met permanganaat, een roodbruine kleur veroorzaakt.
Tenslotte zorgt het sulfiet ervoor dat manganiet gereduceerd wordt tot het tweewaardige mangaan
(
MnII i.e.
Mn2+).
Dat is zeer licht zalmkleurig, nagenoeg kleurloos.
Na afloop van de proef:
De inhoud van het bekerglas gaat in het vaatje met "anorganisch chemisch afval". En dat gaat
t.z.t. naar de gemeentelijke milieustraat.
Nadere beschouwingen van de M.S.
-
De bekendste halfreactie voor MnO4¯ is in zuur milieu naar het vrijwel kleurloze,
licht zalmkleurige Mn2+-ion. (Zie Binas, tabel 48: +1,52)
Als je niet aanzuurt, ontstaat er het bekende bruinsteen, MnO2 (s).
(Zie tabel 48 +0,57). Hier wordt echter OH¯ toegevoegd dat behalve als base - het tegenovergestelde van
zuur, je zou dus verwachten dat er MnO2 ontstaat - ook als reductor werkt (zie tabel 48 +0,40).
Die reductor is zó sterk dat hij met MnO4¯
volgens +0,54 kan reageren, hoewel +0,57 sterker is als oxidator. Bovendien is er water aanwezig, dus waarom
+0,57 het niet doet is a priori niet zo duidelijk. Waarschijnlijk verschuift OH¯ het evenwicht:
H+ maakt oxidatoren sterker, OH¯ maakt ze (dus) zwakker. De eerste stap
is derhalve:
| 4 e¯ + 4 MnO4¯ |
→ |
4 MnO42¯ (groen) |
| 4 OH¯ |
→ |
O2 (g) +
2 H2O (l) + 4 e¯ |
|
| 4 MnO4¯ + 4 OH¯ | → |
4 MnO42¯ +
O2 (g) + 2 H2O (l) |
Kennelijk is de hoeveelheid O2 hier zo gering dat het in oplossing blijft.
- Hoe zit het nu met het blauwe hypomanganaat
MnO43¯ ?
Het kan in loog optreden zowel als oxidator als ook als reductor:
| MnO43¯
+ 3 e¯ + 4 H2O |
⇆ |
MnO2 + 6 OH¯ |
[1x] |
| MnO43¯
| ⇆ |
MnO42¯ + e¯ |
[3x] |
|
+ |
| 4 MnO43¯
+ 4 H2O |
⇆ |
3 MnO42¯
+ MnO2 + 6 OH¯ |
|
| blauw |
|
groen bruin |
|
-
Deze kleuren heb je gezien na bijschenken van de kaliloog met een druppeltje mierenzuur. Overigens zie je daarbij
het bruinsteen niet omdat er te weinig van aanwezig is. Maar toevoeging van het zure natriumwaterstofsulfaat, of
eventueel zwavelzuur, leidt ertoe dat de OH¯ wordt weggenomen in een
zuurbasereactie. Het evenwicht verschuift ver naar rechts.
Het aanwezige formiaat wordt zuur en je ziet
dat dit het Mn(VI) oxideert tot Mn(IV) in bruinsteen dat nu de overheersende kleur wordt:
2 H+ + MnO42¯ + H+ + HCOO¯ →
MnO2 + CO2 (g) + 2 H2O (l)
-
Tenslotte levert sulfiet met bruinsteen eenvoudig het nagenoeg kleurloze ion
Mn2+:
Mn[4+]O2[4-] + SO32- →
Mn[2+]O[2-] + SO42-
of rechtstreeks met het permanganaat:
2 H+
+ 2 MnO4¯ + 5 SO32¯ →
2 Mn[2+]O[2]¯ + 5 SO42¯ + H2O (l)
-
Door niet te roeren hebben al deze reacties naast elkaar kunnen optreden in de beker. Het mengsel bleef
inhomogeen.
|
