Demonstrationsexperimente zum Arbeitsgebiet Nichtlineare Systeme und Strukturbildung

Dr. J. Berkemeier, Prof. Dr. H.-G. Purwins

Belousov-Zhabotinsky-Reaktion

Bei der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion handelt es sich um eine chemische Reaktion, die in wässriger Lösung abläuft. Die Reaktion läuft nicht gleichförmig ab, man kann zeitliche und raumzeitliche Oszillationen beobachten.

Aufbau

Benötigte Gefäße:

• 200 ml Becherglas
• Petrischale mit 10 cm Durchmesser
• Einige Spritzen mit 2 und 10 ml Fassungsvermögen
• Messzylinder mit 20 ml Fassungsvermögen

Benötigte Chemikalien:

• NaBrO3 (Natriumbromat)
• C3H4O4 (Malonsäure)
• NaBr (Natriumbromid)
• H2SO4 (95%)
• Ferroinlösung (Riedel-de Haën Nr.: 34531)
• Titankörnchen (1mm oder kleiner)

Um den Versuch schneller durchführen zu können, werden die Chemikalien folgendermaßen vorbereitet und können auch so gelagert werden:

• Lösung I: NaBr03 + H2SO4 + H2O
  54,3 g NaBrO3 in 728 ml H2O lösen und dann 21,74 ml H2SO4 zugeben. Sollte die Schwefelsäure in geringerer Konzentration vorliegen, muss eine entsprechend mehr Säure und weniger Wasser genommen werden.
• Lösung II: 1M Malonsäurelösung
  20,8 g C3H4O4 in 200 ml H2O lösen
• Lösung III: 1M Natriumbromidlösung
  1,03 g NaBr in 10 ml H2O lösen

Versuchsdurchführung

14 ml der Lösung I, 2 ml der Lösung II, 1 ml der Lösung III und 0,5 ml Ferroin werden in Spritzen aufgezogen. Die Lösungen I, II und III werden in ein Becherglas gegeben. Die Flüssigkeit bekommt eine gelbliche Farbe. Bei gelegentlichem Umrühren wird die Lösung nach ca. zwei Minuten klar. Erst jetzt darf die Ferroinlösung zugegeben werden.

Jetzt muss man noch einmal ca. ein bis zwei Minuten warten, bis es zu einem zeitlichen Oszillationszyklus kommt. Danach so wenig von der Lösung in eine Petrischale geben, dass der Boden gerade bedeckt ist. In die Mitte der Schale wird ein Körnchen Titan gelegt. Von diesem Körnchen aus laufen dann langsam konzentrische Farbkreise nach außen. Nach dem zweiten oder dritten Kreis wird das Körnchen entfernt. Diese Kreise werden durch blasen von Luft aus einer Spritze mit feiner Nadel geöffnet und es bilden sich nach einigen Minuten Spiralen.