Chemie des Centstückes
Kupfermünzen reinigen einfach gemacht! Warum dunkeln Centstücke? Erfahre mehr über die Oxidation von Kupfer, finde die besten Reinigungsmittel und lerne, wie Essig, Salz oder Schwefelsäure dabei helfen können. Interessiert? All das und mehr findest du im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Chemie des Centstückes
Chemie des Centstückes
Sicher hast du auch schon einmal eine saubere, glänzende Centmünze und eine dreckige, dunkle Centmünze gesehen. Aber wieso werden Centmünzen dunkel und wie kann man Centstücke reinigen? Das Thema Münzen reinigen wird dir in diesem Lerntext auf einfache Weise erklärt.
Kupfermünzen reinigen – Versuch
Die 1-, 2- und 5-Centstücke besteht aus einem Eisenkern. Dieser ist mit dem Metall Kupfer ummantelt, damit die Münze nicht rostet. Mit der Zeit wird das Kupfer an der Luft dunkel. Warum passiert das? Und: Wie bekommt man ein 1-Cent-Stück wieder glänzend? Dazu kann man einen Versuch durchführen und dunkle Centmünzen in ein Becherglas mit Wasser $(\ce{H2O})$, Seife, Essigsäure $(\ce{CH3COOH})$, Salzsäure $(\ce{HCl})$, verdünnter Schwefelsäure $(\ce{H2SO4})$ oder konzentrierter Salpetersäure $(\ce{HNO3})$ legen. Das Ergebnis – also wie gut man ein 1-Cent-Stück mit den jeweiligen Mitteln wieder glänzend bekommt – kannst du in der Tabelle sehen:
| Wasser | schlecht |
| Seife | schlecht |
| Essigsäure | mittelmäßig |
| Salzsäure | gut |
| Verdünnte Schwefelsäure | gut |
| Konzentrierte Salpetersäure | Münze löst sich auf. |
Wasser und Seife eignen sich also nicht für die Reinigung einer alten, oxidierten Münze. Aber warum wird Kupfer überhaupt schwarz? Und was passiert beim Säubern von Kupfergeld mit einer Säure?
Warum wird Kupfer dunkel? – Definition
Die Centmünze ist mit einer Kupferschicht $(\ce{Cu})$ überzogen. Diese Kupferoberfläche oxidiert im Laufe der Zeit an der Luft zu einer dunkelbraunen matten Schicht. Ursache dafür ist das Zusammenwirken von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff in feuchter Umgebung. Bei hoher Konzentration kann die Oxidschicht sogar grünlich werden – dann wird sie Patina genannt.
Kupfer $(\ce{Cu})$ reagiert also mit dem Sauerstoff $(\ce{O2})$ aus der Luft. Es handelt sich dabei um eine Oxidation. Dabei entsteht Kupfer-(I)-oxid $(\ce{Cu2O})$, was wiederum zu Kupfer-(II)-oxid $(\ce{CuO})$ oxidiert wird. Das Kupfer-(II)-oxid $(\ce{CuO})$ ist für die dunkle Verfärbung der Münze verantwortlich. Die beiden Reaktionsgleichungen sehen wie folgt aus:
$\ce{4Cu + O2 -> \color{Orange}\underset{Kupfer-(I)-oxid}{2Cu2O}}$
$\ce{ \color{Red}\underset{Kupfer-(I)-oxid}{2Cu2O} + O2 -> \color{Black}\underset{Kupfer-(II)-oxid}{4CuO}}$
Wie bekommt man Kupfermünzen blank?
Wie man in der Tabelle sehen kann, lässt sich eine oxidierte Münze gut mit Salzsäure oder verdünnter Schwefelsäure reinigen. Dabei reagiert das Kupfer-(I)-oxid $(\ce{Cu2O})$ mit zwei Wasserstoffprotonen $(\ce{H2})$ zu zwei Kupferionen $(\ce{Cu+})$ und Wasser $(\ce{H2O})$. Das Kupfer-(II)-oxid $(\ce{4CuO})$ reagiert mit zwei Wasserstoffprotonen $(\ce{H+})$ zu einem Kupferion $(\ce{Cu2+})$ und Wasser $(\ce{H2O})$.
$\ce{Cu2O + 2 H+ -> 2 Cu+ + H2O}$
$\ce{CuO + 2 H+ -> 2 Cu2+ + H2O}$
Die Metallionen $\ce{Cu+}$ und $\ce{Cu2+}$ werden mit dem Wasser $(\ce{H2O})$ weggespült. Die Säure reagiert also mit den Metallionen $\ce{Cu+}$ und $\ce{Cu2+}$, aber nicht mit dem Metall Kupfer $(\ce{Cu})$.
Die Ausnahme bildet die konzentrierte Salpetersäure $(\ce{HNO3})$, die mit dem Kupfer $(\ce{Cu})$ reagiert und es dabei auflöst. Es findet eine Oxidation statt, bei der das grüne Kupfernitrat $(\ce{Cu(NO3)2})$, das rotbraune Gas Stickstoffdioxid $(\ce{NO2})$ und Wasser $(\ce{H2O})$ entstehen. Die Reaktion von Kupfer $(\ce{Cu})$ mit konzentrierter Salpetersäure $(\ce{HNO3})$ siehst du hier:
$\ce{Cu + \underset{Salpetersäure}{4HNO3} -> }{\ce{ \underset{ Kufpernitrat}{\color{Green} Cu(NO3)2}} + {\ce{\underset{Stickstoffdioxid}{\color{Brown}2NO2}}} + \ce{2H2O}}$
Salpetersäure reagiert mit den meisten Metallen unter Bildung wasserlöslicher Nitrate (Ausnahmen sind zum Beispiel Gold, Platin und Iridium). Deshalb wurde zusätzlich auch der Eisenkern der Centmünze aufgelöst.
Dieses Video
In diesem Video erfährst du, wie man Kupfermünzen reinigen kann, warum Kupfermünzen mit der Zeit dunkel werden und welche Reaktion bei der Reinigung ablaufen. Oxidierte Kupfermünzen lassen sich mit Säuren reinigen. Daher kannst du zum Reinigen von Münzen auch Hausmittel wie Essigsäure oder Cola verwenden. Auch mit Backpulver lassen sich Münzen reinigen.
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Chemie des Centstückes
Hallo und ganz herzlich willkommen. Dieses Video heißt „Chemie des Centstücks“. Centstücke bestehen aus dem Metall Kupfer. Das linke Centstück ist ziemlich neu und glänzt, das zweite ist schon etwas dunkel. Kupfer dunkelt nach, es wird schwarz. In diesem Video wollen wir Antwort auf zwei Fragen finden: Warum wird Kupfer schwarz? Und wie kann man die Centmünze reinigen? Zunächst wollen wir experimentieren. Wir wollen die Centmünze mit Wasser reinigen, das ist nicht schwer. Wir nehmen ein Becherglas und füllen etwas Wasser hinein, dazu geben wir die unansehnliche Centmünze. Das Ergebnis ist niederschmetternd, vorher war die Münze dunkel und jetzt ist sie es auch. Links seht ihr die dunkle Münze, rechts eine saubere. Also so geht es nicht. Vielleicht hilft uns etwas Seife, für den Versuch kann man feste oder so wie ich hier flüssige Seife benutzen. Hier ist der kleine Dreckspatz, hinein damit. Wir tun und rühren und machen, die Welt wird über uns lachen. Also so geht es auch nicht. Nochmal im Vergleich: links das verunreinigte Centstück und rechts ein sauberes. Der zweite Misserfolg, aber wir sind geduldig, lassen uns nicht entmutigen. Nun nehmen wir Essig, in ihm ist Essigsäure enthalten. Der kleine Schmutzfink kommt wieder in das Becherglas und wir überspülen ihn mit Essig. So, etwas schütteln und ein wenig Geduld. Und hier hat schon tatsächlich eine Reinigung stattgefunden, das zeigt auch der Vergleich mit dem sauberen Centstück. Ich würde mal sagen, es geht ganz gut, aber vielleicht geht es noch besser. Wir greifen mal zur Salzsäure, das ist eine starke Säure. Von nun an werde ich eine Schutzbrille verwenden. Für diesen Versuch nehme ich natürlich ein neues dunkles Centstück. Ich überspüle es mit Salzsäure, vorsichtig schütteln. Die Nahaufnahme zeigt es, auch der Vergleich mit dem sauberen Centstück beweist es: Der Schmutzfink wurde sauber gewaschen, auch wenn er etwas stumpf wirkt. Nun nehmen wir verdünnte Schwefelsäure. Ein neuer Dreckspatz muss herhalten, wir baden ihn in der Schwefelsäure. Vorsichtig schütteln, aha, die Schwefelsäure hat ganze Arbeit geleistet. Hier seht ihr das Ergebnis noch einmal. Vielleicht geht es mit konzentrierter Salpetersäure noch besser, das nächste dunkle Centstück wird getestet. Die Salpetersäure wirkt bestimmt noch viel, viel besser. Ja, sieht schon mal nicht schlecht aus. Aber holla, was ist denn das? Die Lösung verfärbt sich, sie wird regelrecht grün. Und nun bildet sich noch ein dunkelbraunes, übelriechendes Gas. Ich ahne schlimmes, pfui, stinkt das. Unser Centstück ist leider verschwunden, es wurde für die Wissenschaft geopfert. Kommen wir zur Aufklärung: Kupfermünzen werden durch Oxidation schwarz. Metallisches Kupfer reagiert mit dem Sauerstoff der Luft O2 zu dem Kupferoxid Cu2O. Dieses Kupferoxid reagiert weiter mit dem Luftsauerstoff O2 zu dem Kupferoxid CuO. Auf der Oberfläche der Centmünze bilden sich zwei Oxide: Kupfer(I)-oxid, es hat die Formel Cu2O und ist rot, und Kupfer(II)-oxid, es hat die Formel CuO und ist schwarz. Was haben wir aus den Experimenten gelernt? Die Centmünze kann man gut mit Säuren reinigen. Ein Molekül Cu2O reagiert mit zwei Wasserstoffionen 2H+ zu zwei Kupferionen Cu+ und einem Wassermolekül H2O. Oder ein Molekül CuO reagiert mit zwei Wasserstoffionen 2H+ zu einem Ion Cu2+ und einem Molekül Wasser, H2O. Die Metall-Ionen Cu+ und Cu2+ werden mit Wasser fortgespült. Die Metalloxide lösen sich in Säuren auf, während das Metall nicht reagiert. Es gibt aber auch eine Ausnahme: Konzentrierte Salpetersäure reagiert mit dem Kupfer, es findet eine Oxidation statt. Ein Kupferatom reagiert mit vier Molekülen Salpetersäure, HNO3. Es entsteht Kupfernitrat, Cu(NO3)2, dies färbt die Lösung grün. Außerdem entstehen zwei Moleküle NO2 und zwei Moleküle Wasser, H2O. NO2 ist Stickstoffdioxid, das rotbraune Gas, das sich bei der Reaktion bildete. Ich hoffe, dass euch der Film gefallen hat. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg, tschüss!
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Find ich auch. Da wir hier über keine Laborausstattung verfügen, hält sich die Begeisterung von sofatutor über derartige Versuche in Grenzen.
Alles Gute
cooles experiment :)
Mit dem Wort "immer" sollte man IMMER sehr vorsichtig umgegen.
"Kupfer ist immer rötlich glänzend ..."
Nun ja, Kupfer ist neben Gold tatsächlich das einzige farbige ELEMENTARE Metall. Seine Farbe ist rot. Manche beschreiben sie als "lachsrosa", wass bei einer sauberen Oberfläche der Wahrheit am nächsten kommt.
"Kupfer ... kann niemals schwarz werden."
Auch mit dem Wörtchen "niemals" sollte man sehr vorsichtig umgehen. Natürlich hat das Kupfer IMMER diese Farbe, weil die Verdunklung der Oberfläche durch andere Stoffe hervorgerufen wird. Das kann eine Verschmutung mit Mechanikerfett, aber auch eine chemische Reaktion sein. Und eine chemische Reaktion des in Säuren edlen Kupfers findet langsam an der Luft statt. Das Metall Kupfer reagiert mit dem Luftsauerstoff zu Kupferoxid. Das Kupfer(I)-oxid Cu2O ist ähnlich gefärbt wie Kupfer selbst und man kann diese Oxidation nicht so einfach feststellen. Läuft diese Reaktion bis zum Kupfer(II)-oxid CuO ab, so findet eine Farbänderung zu Schwarz statt. Aber das ist nun natürlich kein Kupfer mehr. Es ist das schwarze Kupfer(II)-oxid CuO.
Also: Kupfer ist rot, sein Oxid CuO schwarz. Sprechen wir von einer "Verfärbung" des Kupfers, so ist das naturwissenschaftlich sicher nicht korrekt. Aber es wird häufig so gesprochen. Und das wichtigste: Wenn wir wissen, was gemeint ist, dann ist doch alles in Ordnung.
Oder etwa nicht?
Alles Gute
Kupfer ist immer rötlich glänzend, es kann niemals schwarz werden.
Danke.