Kupfer + Schwefel ?

Dieses Experiment stellt eine Abwandlung des Experiments „Zustandsformen des Schwefels“ dar und ist Ausgangspunkt für eine Einführung in die Fachsprache der chemischen Reaktionsgleichungen. Auch hier wird auf ein Teilchenmodell verzichtet, stattdessen: Eine bestimmte Stoffportion Schwefel reagiert mit einer bestimmten Stoffportion Kupfer zu einer bestimmten Stoffportion Kupfersulfid. An dieser Stelle fällt zum ersten Mal der Begriff „Atom“. Er fällt ganz bewusst aus heiterem Himmel, sozusagen deus ex machina: Ein Schwefelatom S reagiert mit zwei Kupferatomen 2 Cu zu einem „Atomverband“ Cu₂S, bestehend aus zwei Kupferatomen und einem Schwefelatom. Die Schülerinnen und Schüler stellen sich dann die Atome stückweise und einzeln im Schwefel und im Kupfer vor und „dass sie sich irgendwie zusammentun“. Und das ist legitim, denn Atome sind individuell und zählbar und schließen sich zu neuen Systemen zusammen. Und diese Eigenschaft wird ihnen nicht durch ein Teilchenmodell verdeutlicht, sondern durch die mathematische Formelsprache.

Initiation

Zuerst wird die erste Variante des Experiments vorgestellt: Ein Reagenzglas wird 2 cm hoch mit Schwefel gefüllt. Ein 10 cm langes und 3 cm breites Kupferblech wird in Längsrichtung einmal gefaltet und so in das Reagenzglas gesteckt, dass es sich über dem Schwefel befindet, ohne hinabzufallen. Nach dem Verschließen der Öffnung mit Glaswolle erhitzt man den Schwefel. Nach einer Weile glüht das Kupferblech an der unteren Front auf, und langsam wälzt sich die Glühfront durch das ganze Blech. Danach untersuchen die Schülerinnen und Schüler das Produkt. Dafür können sie auch eine Lupe verwenden. Faszinierend sind dabei auch immer die wunderschönen, blauen Kupfersulfidkristalle, die sich auf dem Produkt niederschlagen.

Die Schülerinnen und Schüler stellen dann einen Fragekatalog auf. Bei diesem Versuch werden viele komplexe Fragen gestellt, die die Versuchsdurchführung betreffen. Variationsexperimente sind möglich. Das Experiment darf wiederholt werden:

Was passiert, wenn man das Kupferblech zerkleinert und die Stücke in den Schwefel legt?
Was passiert, wenn man das Reagenzglas waagerecht in ein Stativ spannt?
Wie lässt sich die Glühfront verstärken?
Was passiert, wenn man weniger Schwefel oder mehr Kupfer nimmt?
Was passiert ohne Schwefel?
Gelingt der Versuch auch mit einem anderen Metall, beispielsweise mit einem Eisenblech?

Dabei müssen natürlich eine Reihe an Sicherheitsvorkehrungen eingehalten werden. So sollte der Versuch nicht ohne die Glaswolle durchgeführt werden. Die Reaktion mit anderen Metallen, zum Beispiel mit Aluminium, aber auch mit Kupferpulver kann explosionsartig erfolgen. Lässt die Lehrkraft Variationsexperimente zu, dann wird sie sämtliche Möglichkeiten vorher selbst ausprobiert haben und das ist für die Lehrkraft mindestens so interessant wie der nachfolgende Unterricht. Probieren Sie es aus!

Einmal kam dabei eine Gruppe auf eine besondere Idee: Sie „packte“ sehr wenig Schwefel in das Kupferblech ein und erhitzte dieses im Reagenzglas. Zuerst quoll der gelbliche Schwefeldampf aus den Ritzen des gefalteten Kupferblechs, dann begann an diesem stellenweise das erwartete Glühen und plötzlich – völlig unerwartet – verschwand der Dampf schlagartig im gesamten Reagenzglas. Die Schülerinnen und Schüler waren so verblüfft, dass sie das Experiment mehrfach wiederholten, bis es absolut klar war: Der Schwefel wird durch eine Reaktion mit dem Kupferblech verbraucht. Es bildet sich ein neuer Stoff, aus a und b wird c. Auf diese Weise hatten die Lernenden eine geniale Variante dieses Experiments entwickelt.