Herstellung von Bromwasser ohne Bromat

Abstract

de Durch die Einstufung von Natriumbromat als krebserzeugende Substanz ist der Umgang mit diesem Stoff in der Schule verboten (RISU 2018). Das betrifft auch die Bromat‐Bromid‐Lösung. Da sich aber die Herstellung von Bromwasser aus dieser Lösung in der Schulpraxis etabliert hat, mussten kurzfristig Alternativen entwickelt werden. Als Oxidationsmittel wurden Natriumhypochlorit‐Lösung (Chlorbleichlauge) und Wasserstoffperoxid‐Lösung erprobt. Es wird gezeigt, dass die bisher üblichen Experimente mit dem so erhaltenem Bromwasser aus schwefelsaurer Kaliumbromid‐Lösung und Natriumhypochlorit‐Lösung hervorragend gelingen. Die Bereitstellung von erprobten Versuchsvorschriften ist ein wichtiger Baustein, um das Niveau des experimentellen Chemieunterrichtes zu erhalten.

Translation abstract
en By the classification of sodium bromate as a carcinogenic substance it is not allowed to work with sodium bromate and bromate‐bromine solutions in schools. The synthesis of bromine water on the base of bromate‐bromine solutions has established itself in chemistry lessons. Therefore, alternative experiments had to be developed at short notice. We used sodium hypochloride and hydrogen peroxide as oxididants. We show that all classic experiments will be possible in an excellent way by using the alternative bromine water. Deploying of alternative and tested experimental instructions will be an important basis to realize experimentally oriented chemistry lessons.

Full text

DOI: 10.1002/ckon.201900007
Herstellung von Bromwasser ohne Bromat
Wolfgang Proske,[a] Elisabeth Werner[b] und Jens Friedrich*[c]
Zusammenfassung: Durch die Einstufung von Natriumbro-
mat als krebserzeugende Substanz ist der Umgang mit
diesem Stoff in der Schule verboten (RISU 2018). Das be-
trifft auch die Bromat-Bromid-Lçsung. Da sich aber die
Herstellung von Bromwasser aus dieser Lçsung in der
Schulpraxis etabliert hat, mussten kurzfristig Alternativen
entwickelt werden. Als Oxidationsmittel wurden Natrium-
hypochlorit-Lçsung (Chlorbleichlauge) und Wasserstoff-
peroxid-Lçsung erprobt. Es wird gezeigt, dass die bisher
blichen Experimente mit dem so erhaltenem Bromwasser
aus schwefelsaurer Kaliumbromid-Lçsung und Natriumhy-
pochlorit-Lçsung hervorragend gelingen. Die Bereitstel-
lung von erprobten Versuchsvorschriften ist ein wichtiger
Baustein, um das Niveau des experimentellen Chemieun-
terrichtes zu erhalten.
Stichworte: Bromwasser · Natriumhypochlorit-Lçsung
(Chlorbleichlauge) · radikalische Substitution · Salzbildung
· Nachweis von Mehrfachbindungen
Bromine water without bromat
Abstract: By the classification of sodium bromate as a carci-
nogenic substance it is not allowed to work with sodium
bromate and bromate-bromine solutions in schools. The
synthesis of bromine water on the base of bromate-bromine
solutions has established itself in chemistry lessons. Theref-
ore, alternative experiments had to be developed at short
notice. We used sodium hypochloride and hydrogen peroxi-
de as oxididants. We show that all classic experiments will
be possible in an excellent way by using the alternative bro-
mine water. Deploying of alternative and tested experimen-
tal instructions will be an important basis to realize experi-
mentally oriented chemistry lessons.
Keywords: bromine water · sodium hypochloride · radical
substitution · salt formation · evidence of poly bonds
1. Einleitung
Seit Jahrzehnten werden im Chemieunterricht Experimente
mit Brom durchgefhrt. Fakt ist, das elementares Brom die
derzeit gefhrlichste Schulchemikalie darstellt [1– 4].
Unflle mit elementarem Brom gehen durch die Presse und
regelmßig wird gefordert, dass der Umgang mit elementarem
Brom verboten wird. Analysiert man die Unflle, ist meist ein
Verspritzen des Broms oder das Umfallen der Bromflasche
die Ursache.
Aus diesem Grunde wurden und werden kontroverse Diskus-
sionen ber den Einsatz von elementarem Brom in Schulexpe-
rimenten gefhrt [5].
Experimente mit Brom haben eine langjhrige Tradition. In
der anorganischen Chemie sind es vor allem Redoxreaktionen
und Salzbildungsreaktionen, wobei der Brom-Vulkan beson-
dere Bedeutung hat, in der organischen Chemie sind es die un-
terschiedlichen Reaktionen zur Addition und Substitution.
Eine Minimierung des Gefhrdungspotenzials ist durch die
Verwendung von Bromwasser gegeben. Dieses kann durch
Lçsen von Brom in Wasser hergestellt werden, jedoch ist es
hierzu erforderlich, elementares Brom vorrtig zu haben.
Proske hat 1994 eine Alternative fr die Herstellung von
Bromwasser vorgestellt, bei der kein elementares Brom mehr
erforderlich war [6–9]. Durch Ansuern einer Lçsung von
Kaliumbromat und Kaliumbromid konnte Bromwasser schnell
hergestellt und die klassischen Experimente damit durchge-
fhrt werden. Spter wurde Kaliumbromat durch Natriumbro-
mat ersetzt, da ersteres als CMR-Stoff eingestuft wurde. Das
alternative Bromwasser besitzt ein geringeres Gefhrdungspo-
tenzial als elementares Brom und hat sich in der Schule eta-
bliert. Es gibt zwar wenige Experimente, die mit Bromwasser
nicht realisierbar sind. Dazu gehçren z.B. die Diffusion von
Bromdampf oder das Experiment zur Keto-Enol-Tautomerie
von Acetessigsureethylester. Um diese Experimente realisie-
ren zu kçnnen, wurde auch die Vorschrift von Lange [10] in
das Literaturverzeichnis aufgenommen.
Durch die Einstufung von Natriumbromat als CMR-Stoff darf
derzeit die Bromat-Bromid-Lçsung auch in der Lehrerdemon-
stration nicht eingesetzt werden. Obendrauf beschrieb 2006
eine Methode zur Darstellung von Bromwasser, bei der ele-
mentares Chlor im Microscale-Maßstab in eine angesuerte
Kaliumbromid-Lçsung eingeleitet wird [11].
Wir haben es daher zur Aufgabe gemacht, Bromat zu substitu-
ieren und ein anderes Oxidationsmittel zu finden. Gleichzeitig
sollte die Durchfhrung mçglichst einfach sein. Als Oxida-
tionsmittel hat sich Natriumhypochlorit-Lçsung (Chlorbleich-
lauge) am besten bewhrt.
Die Herstellung und der Umgang mit Bromwasser sollten
heute ausschließlich in einem geschlossenen System erfolgen,
um die Aufnahme von Brom-Dmpfen ber Haut und Atem-
wege zu minimieren [12]. Zur Bromwasser-Herstellung wird
die schwefelsaure Kaliumbromid-Lçsung in einer Septum-Fla-
sche vorgelegt und ber eine Spritze mit Kanle die Natrium-
hypochlorit-Lçsung durch das Septum in die Flasche gegeben.
Fr die radikalische Substitution sollte Decan bevorzugt
werden, da dieses ein geringeres Gefhrdungspotenzial besitzt
als z.B. Hexan oder Heptan [13]. Zudem ist Heptan als neuro-
toxisch eingestuft (BK-Bericht) [14].
Decan ist als entzndbare Flssigkeit als Kategorie 3 (Siede-
temperatur 1748C) eingestuft, Heptan als entzndbare Fls-
sigkeit als Kategorie 2 (Siedetemperatur 978C, umweltschdi-
gend und hautreizend eingestuft (Merck Katalog
2014–2016)). Fr die radikalische Substitution wurde eine Va-
[a] W. Proske
Schulchemiezentrum
Bahnhofstr. 18
06895 Zahna – Elster
E-Mail: wolfgang_proske@web.de
[b] E. Werner
Staatl. Seminar fr Didaktik und Lehrerbildung
Oltmannsstraße 22
79100 Freiburg
E-Mail: elisabeth.werner@doz.seminar-fr.de
[c] J. Friedrich
Pdagogische Hochschule Freiburg
Institut fr Chemie, Physik und Technik und ihre Didaktiken
Abteilung Chemie
Kunzenweg 21
79117 Freiburg
* E-Mail: jens.friedrich@ph-freiburg.de
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DAS EXPERIMENT

riante im geschlossenen System entwickelt, die auch fr Sch-
lerexperimente geeignet ist.
2. Experimente
Gerte und Chemikalien: Septum-Flaschen (50 oder 100 mL),
Messzylinder (25 mL), Spritze (5 mL) mit Kanle (1,2
40 mm), rote Verschlusskappen fr Kanlen, Septum-Flaschen
farblos (20 mL) fr radikalische Substitution, Overhead-Pro-
jektor oder LED-Taschenlampe, Schnappdeckelglser, Injek-
tionsspritzen und Kanlen (1,240 mm), Tpfelraster, Tropf-
pipette aus Kunststoff, Reagenzglser, 3 Trichter mit Filter;
schwefelsaure Kaliumbromid-Lçsung (je 0,1 mol·L1)anKali-
umbromid und Schwefelsure (5,95 g Kaliumbromid werden
in 200 mL Wasser gelçst, nach Zusatz von 15 mL konzentrier-
ter Schwefelsure wird nach dem Abkhlen auf Raumtempe-
ratur auf 500 mL aufgefllt.), Natriumhypochlorit-Lçsung
(handelsbliche Chlorbleichlauge, w=12,5 %, auf w=0,6 %
verdnnt), Tropfflasche mit gesttigter Natriumthiosulfat-
Lçsung, Heptan oder Decan, alkalische blau gefrbte Brom-
thymolblau-Lçsung, Silbernitrat-Lçsung (c=1 %), Ammoni-
ak-Lçsung (c=25%) in Augentropfen-Flasche, Metalle in
Pulverform (Kupfer, Eisen, Zink), Kaliumhexacyanidofer-
rat(II)-Lçsung (c=1%), Hexen oder Cyclohexen oder farblo-
ses Speiseçl in Propan-2-ol gelçst.
Bezugsquellen Septum-Flaschen (fr radikalische Substitution):
www.cs-chromatographie.de, info@cs-chromatographie.de. Ar-
tikelnummer, Bezeichnung: 300150 Flasche G20, klar/HS,
300340 Schraubkappe G 18-L/HS inkl. Dichtscheibe, Abpa-
ckungen je 100 Stck, Preis ca. 45 Euro (Flasche und Schraub-
kappe).
Septum-Flaschen fr Bromwasser: Windaus Labortechnik
Clausthal-Zellerfeld www.winlab.de
Durchfhrung und Beobachtung:
Herstellung von Bromwasser:
25 mL schwefelsaure Kaliumbromid-Lçsung werden in die
Septum-Flasche eingefllt und mit der Schraubkappe ver-
schlossen. 2,5 mL Chlorbleichlauge werden in der Spritze auf-
gezogen und die Kanle mit der Spritze verbunden. Die
Chlorbleichlauge wird ber die Kanle durch das Septum in
die Kaliumbromid-Lçsung gegeben. Die Kanle bleibt im
Septum und wird mit der roten Verschlusskappe verschlossen.
Die Entnahme des Bromwassers erfolgt nur durch die Spritze
ber die Kanle. Nicht verbrauchtes Bromwasser wird mit Na-
triumthiosulfat-Lçsung (ber Spritze zugeben) inaktiviert. Ist
die Lçsung farblos, kann sie mit viel Wasser im Ausguss ent-
sorgt werden (Abb. 1).
Radikalische Substitution:
5 mL schwefelsaure Kaliumbromid-Lçsung werden in die
20 mL Septum-Flasche eingefllt und 8 mL Heptan oder
Decan zugegeben. Die Flasche wird mit der Schraubkappe
verschlossen. 0,5 mL Chlorbleichlauge wird in der Spritze auf-
gezogen und die Kanle mit der Spritze verbunden. Die
Chlorbleichlauge wird ber die Kanle durch das Septum in
die Kaliumbromid-Lçsung gegeben. Die Kanle bleibt im
Septum und wird mit der roten Verschlusskappe verschlossen.
Es wird solange geschttelt, bis sich die obere, organische
Phase krftig braun gefrbt hat und die untere, wssrige Phase
nur noch zitronengelb ist (Abb. 2).
Die Entnahme der organischen Phase erfolgt nur durch die
Spritze ber die Kanle. Dabei ist zu beachten, dass keine
wssrige Phase mitgerissen wird. Die organische Phase wird
auf 2 Schnappdeckelglser aufgeteilt. In ein Schnappdeckel-
glas wird 2 cm hoch Wasser eingefllt. Beide Schnappdeckel-
glser werden mit einer LED-Taschenlampe oder mit dem
Overhead-Projektor bestrahlt, bis der Inhalt farblos ist
(Abb. 3). Das Schnappdeckelglas ohne Wasserzusatz vorsich-
tig çffnen und die ffnung der Tropfflasche mit Ammoniak-
Lçsung an die ffnung des Schnappdeckelglases halten. Es
entsteht der charakteristische Rauch von Ammoniumbromid.
Das Schnappdeckelglas mit Wasser wird mit einer Kanle
durchstoßen und mit einer Spritze die untere wssrige Phase
entnommen. Auf einem Tpfelraster werden auf dem schwar-
zen Feld 2 1 Tropfen Silbernitrat-Lçsung und auf dem
weißen Feld 21 Tropfen Bromthymolblau-Lçsung aufgetra-
gen. Die wssrige Phase wird auf je ein weißes und schwarzes
Feld des Tpfelrasters getropft.
Es entsteht der charakteristische Niederschlag von Silberbro-
mid und auch die Farbe des pH-Indikators schlgt von blau
nach gelb um (Abb. 4).
Salzbildung:
Je ein Spatel Metallpulver (Zink, Eisen, Kupfer) wird mit ca.
5 mL Bromwasser krftig geschttelt. Es findet eine Entfr-
bung statt (vgl. Abb. 5). Danach wird der Ansatz filtriert und
mit einigen Tropfen Kaliumhexacyanidoferrat(II)-Lçsung ver-
setzt [15]. Die gebildeten Zink-Ionen lassen sich als schmutzig
weißer Niederschlag (Bildung von K2Zn3[Fe(CN)6]2), die
Eisen-Ionen als blauer Niederschlag (Bildung von Berliner
Blau Fe4[Fe(CN)6]3) und die Kupfer-Ionen als brauner Nieder-
schlag (Bildung von Cu2[Fe(CN)6] nachweisen (Abb. 6).
Abb. 1: a) Septumflasche mit schwefelsaurer Kaliumbromid-Lçsung
und b) nach Zugabe von Natriumhypochlorit-Lçsung
Abb. 2: Bromwasser mit Heptan berschichtet, links vor und rechts
nach dem Schtteln
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DAS EXPERIMENT Proske, Werner, Friedrich

Nachweis von Mehrfachbindungen:
Zu 5 mL Bromwasser werden einige Tropfen Hexen, Cyclohe-
xen oder Speiseçl gegeben und geschttelt. Es findet eine Ent-
frbung statt (Abb. 7).
3. Diskussion
Stndige nderungen im Gefahrstoffrecht, insbesondere Neu-
einstufungen von Stoffen, sind nicht unbedingt fçrderlich fr
den experimentell ausgerichteten Chemieunterricht. Sie for-
cieren Unsicherheiten bei den Lehrkrften, ob der entspre-
chende Stoff noch eingesetzt werden darf. Am konkreten Bei-
Abb. 3: Bromwasser/Heptan-Gemisch (jeweils rechts mit Wasser
versetzt); vor der Belichtung (oben), whrend (Mitte) und nach der
Belichtung (unten)
Abb. 4: Reaktion der wssrigen Phase mit Bromthymolblau-Lçsung
(links) und Silbernitrat-Lçsung (rechts); die Ausgangslçsungen (je-
weils linker Tropfen) dienen zum Vergleich
Abb. 5: Reaktionen von Bromwasser mit Metall-Pulvern Zink (links),
Eisen (Mitte) und Kupfer (rechts). Nach der Reaktion sind die Lçsun-
gen entfrbt
Abb. 6: Reaktionen der abfiltrierten Metallsalz-Lçsungen mit Kalium-
hexacyanidoferrat (II)-Lçsung
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Herstellung von Bromwasser ohne Bromat CHEMKON

spiel von Bromat-Bromid-Lçsung wird dieses deutlich. Des-
halb ist es notwendig, dass erprobte Alternativen publiziert
werden, da die zeitlichen, personellen und materiellen Res-
sourcen an den Schulen fr die Entwicklung von Alternativex-
perimenten begrenzt sind. Durch den Ersatz von kanzeroge-
nen Bromat-Salzen durch ein unproblematisches Oxidations-
mittel durch z.B. Natriumhypochlorit ist eine Mçglichkeit ge-
geben, dass etablierte Experimente weiter wie bisher durchge-
fhrt werden kçnnen. Die Prparation des hier beschriebenen
Bromwassers im geschlossenen System ist zwar etwas aufwen-
diger, aber dadurch werden die Gefahren durch Inhalation
von Bromdampf, Geruchsbelstigung und Vertzungen beim
Hautkontakt minimiert.
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tenz in der Schule. Nachr. Chem. 64/2, 145.
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Skript So auch.
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[12] Klemeyer, H. Persçnliche Mitteilung.
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[14] DGUV BK-Report 1/2018 BK 13167. Polyneuropathie oder Enze-
phalopathie durch organische Lçsungsmittel oder deren Gemische.
Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung.
[15] Schweda, E. (2012). Jander/Blasius Anorganische Chemie I: Ein-
fhrung & Qualitative Analyse. Stuttgart, Hirzel-Verlag.
Eingegangen am 16. Januar 2019
Angenommen am 27. Februar 2019
Online verçffentlicht am
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Abb. 7: Bromwasser mit Hexen berschichtet (links) und nach dem
Schtteln (rechts)
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