3. Photochemisch induzierte Strukturbildung im System Eisen(III)-Oxalsäure

Unterabschnitte

3.1 Versuchsbeschreibung

3.1.1 Chemikalien

In 100ml Wasser werden gelöst:

3.1.2 Geräte

3.1.3 Durchführung

In die Petrischale wird etwa 4mm hoch die oben genannte Lösung eingefüllt. Die Lösung wird nun Licht ausgesetzt (diffuses Tageslicht reicht aus). Literatur: [4] Seiten 98-101

3.2 Beobachtung

In der grünen Lösung bilden sich blaue Schlieren. Die Differenzierung zwischen den Schlieren ist normalerweise besser, wenn die Lösung nicht zusätzlich mit einer UV-Lampe oder einem eingeschalteten Overhead-Projektor, sondern nur durch die normale Raumbeleuchtung bestrahlt wird.


Eisen-Oxalat_Reaktion

Abbildung 3: Ergebnis des Versuchs


3.3 Reaktionsgleichung

Komplexbildung Eisen-III und Oxalat:

\begin{displaymath}\textstyle
\bf\rm Fe_{(aq)}^{3+} + 3 C_2O_4H_2 \stackrel{\rm...
...}
[\stackrel{+3}{Fe}(C_2O_4)_3]^{3-}_{(aq)} + 6 H_3O^+_{(aq)} \end{displaymath}


Trioxalatoferrat(III)

Abbildung 4: Trioxalatoferrat(III)


Photochemisch induzierte Redox-Reaktion:

$ \textstyle
\bf\rm [\stackrel{+3}{Fe}(C_2O_4)_3]^{3-}_{(aq)} $ $ \textstyle
\bf\rm\stackrel{h\cdot \nu}{\longrightarrow}
Fe^{2+}_{(aq)} + \bullet CO_{2(aq)}^- + CO_{2(aq)} + 2 C_2O_{4(aq)}^{2-} $
grün

Folgereaktionen:
$ \textstyle
\bf\rm\bullet CO_2^- + Fe_{(aq)}^{3+} \longrightarrow CO_2 + Fe_{(aq)}^{2+} $

$ \textstyle
\bf\rm Fe_{(aq)}^{2+} + [\stackrel{+3}{Fe}(CN)_6]^{3-}_{(aq)} \longrightarrow $ $ \textstyle
\bf\rm [\stackrel{+2}{Fe}\stackrel{+3}{Fe}(CN)_6]^-_{(aq)} $
 blau
 (lösliches Berliner Blau)

3.4 Erklärung

Durch Einstrahlung von Licht kommt es (soweit bekannt) zur homolytischen Spaltung eines Oxalations im Komplex. Eines der als Bruchstücke entstehenden $ \textstyle
\bf\rm\bullet
CO_2^- $-Radikale reagiert direkt mit dem Eisenatom des Komplexes während das zweite Radikal mit einem anderen Eisenion der Lösung reagiert.

In der Literatur konnte ich keine Begründung für die erfolgende Strukturbildung finden. Nach Angaben von [4] konnten in der Lösung keinerlei chemische Vormuster festgestellt werden. Ebenfalls konnte ausgeschlossen werden, daß die Muster entstehen, weil Konvektionsströmungen (Bénard-Konvektion oder Marangoni-Effekt) die Lösung inhomogenisieren. Eine Bestrahlung der einzelnen Komponenten vor dem Zusammenfügen in der Lösung hat ebenfalls keinen Einfluß auf die Reaktion.

Interessant ist, daß die Quantenausbeute bei dieser Reaktion größer als eins ist. [2], [11] Auch hierfür findet sich in der Literatur keine Erklärung.



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