Versuche V1 Streichen Sie auf je ein Stück PE-Folie einen dünnen Film aus a) Titandioxid und b) Stärke, beide in Glycerin aufgeschlämmt. Prüfen Sie die UV-Durchlässigkeit der Proben mithilfe eines fluoreszierenden Schirms und einer Hand-UVLampe. V2 Geben Sie in ein dünnwandiges Rggl. 10 mL Methylenblau*-Lösung, c = 2·10–5 mol/L, und 30 mg Titandioxid (Anatas). Bestrahlen Sie die Suspension unter Einleitung von Stickstoff* mit einer 200-Watt-Halogenlampe. Zur Kühlung verwenden Sie einen wassergefüllten PE-Beutel (B2). Notieren Sie die Zeit bis zur vollständigen Entfärbung. Schalten Sie die Lampe aus und leiten Sie Luft oder Sauerstoff in die Suspension ein. Beobachten Sie die Farbänderung. V3 Verfahren Sie mit einem neuen Gemisch aus Methylenblau*-Lösung und Titandioxid (Anatas) wie in V2, leiten Sie aber Sauerstoff* statt Stickstoff ein. Leiten Sie nach der Entfärbung Wasserstoff* ein. Beobachten Sie die Farbänderung. V4 Erzeugen Sie auf weißen Baumwolltuchstücken Flecken aus Gras, Himbeersaft, Rotwein und anderen Naturfarbstoffen. Beträufeln Sie die Flecken mit einer Suspension aus ca. 0,5 g Titandioxid (Anatas) in ca. 50 mL Wasser und legen Sie das Tuch a) in die Sonne, b) unter eine Ultravitalux-Lampe*, c) unter eine Halogenlampe und d) ins Dunkle. Entwickeln Sie Vorschriften zum Entfernen der Flecke. Hinweis: Weitere Versuche mit Titandioxid für Facharbeiten und Projekte sind über Chemie 2000+ Online zugänglich. Auswertung a) Erläutern Sie, woran man bei V1 erkennt, dass Titandioxid (Anatas) UV-Licht absorbiert. b) Die Bandlücke Eg (B5 und S. 271) beträgt beim Halbleiter Titandioxid in der Anatas-Modifikation 3,2 eV (Elektronenvolt). Die Energie eines Quants aus blauem Licht beträgt ca. 3 eV, aus rotem Licht ca. 1,6 eV. Begründen Sie, warum Titandioxid farblos erscheint, aber als Sonnenschutzmittel gegen UV-Strahlung gut geeignet ist. c) Die Entfärbung von Methylenblau in V2 kann stark vereinfacht folgendermaßen formuliert werden: 2 MB+(aq) + 2 H2O(l) 2 MBH2+(aq) + O2(ads). Die Reaktion verläuft photokatalytisch, d.h. bei Lichtbestrahlung und mit Titandioxid als Katalysator. O2(ads) steht für Sauerstoff, der an die Titandioxid-Körnern adsorbiert ist. Erklären Sie anhand der Reaktionsgleichung, warum sich das entfärbte Gemisch aus V2 beim Stehenlassen im Dunklen spontan wieder blau färbt. d) Weder das entfärbte Methylenblau aus V3 noch die entfärbten Obstund Weinflecken aus V4 nehmen wieder die ursprüngliche Farbe an, wenn man sie stehen lässt oder mit Reduktionsmitteln oder Oxidationsmitteln versetzt. Schließen Sie daraus, welche Strukturmerkmale der Moleküle bei der Reaktion verändert wurden. (Hinweis: Die Formeln der Chlorophylle finden Sie in B3, die der Anthocyanfarbstoffe aus Obst und Wein finden Sie auf S. 200.) 270 Naturstoffe – Neue Materialien Nicht nur Deckweiß B1 Titandioxid ist ein weißes Pulver. Es kommt in den Modifikationen Rutil, Anatas und Brookit vor. B2 Versuchsaufbau zu V2 und V3. Das Kühlwasser im Plastikbeutel lässt die UV-Anteile des Lichts durch. B3 Molekülstruktur von Chlorophyll a und von Chlorophyll b. A: Vergleichen Sie die Chromophore in einem Chlorophyll-Molekül mit denen in einem b -Carotin-Molekül (vgl. S. 262). R: CH3 im Chlorophyll a CHO im Chlorophyll b langkettiger RestR’: CH2CH3 CH3 CH CH2 CH2 N H H3C H3C H2C N N N R H C O Mg2+ C R’ OCH3O Porphyrin-Gerüst 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 23.09.14 06:31 Seite 270 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt um d es C .C . B uc h er V rla gs