chemie der silbernen scheiben – experimente mit cds prof. dr. arnim lühken
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Schweizer Zentralkurs Chemie Bern – 6. Oktober 2009. Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CDs Prof. Dr. Arnim Lühken. Übersicht. 25 Jahre Compact Disc Die Chemie der „ silbernen Scheibe “ Die CD – ein Hightech -Produkt der Kunststoffchemie. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Institut für Didaktik der Chemie 1
Chemie der silbernen Scheiben
– Experimente mit CDs
Prof. Dr. Arnim Lühken
Schweizer Zentralkurs Chemie Bern – 6. Oktober 2009
Institut für Didaktik der Chemie 2
Übersicht
25 Jahre Compact Disc
Die Chemie der „silbernen Scheibe“
Die CD – ein Hightech-Produkt der Kunststoffchemie
Institut für Didaktik der Chemie 4
Weltweit erste Silberscheibe wurde in Hannover industriell gepresst.
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„Anatomie“ der CD-ROM
Schutzlack
Druckfarbe
Metallbeschichtungd = 40-80 nm
Polycarbonatträgerd = 1,2 mm
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Eine weit verbreitete Unsitte ist es, eine oder mehrere CD´s am Innen-spiegel zu befestigen, weil dies angeblich das Foto (durch die Reflexion des Blitzes) unbrauchbar machen soll. […]
Zitat und Bildnachweis: www.radarfalle.de (2008)
CDs gegen „Blitzer“?
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CD in der Mikrowelle – wenn es funkt und blitzt!
Lichtenberg-Figuren
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Behandlung einer CD-ROM mit Salpetersäure
Literatur: H. J. Bader, S. Heuser, A. Lühken: Das zweite Leben von CDs.PdN-ChiS 7/49. Jg. 2000, 6-8
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„Anatomie“ der CD-ROM
Schutzlack
Druckfarbe
Metallbeschichtungd = 40-80 nm
Polycarbonatträgerd = 1,2 mm
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Behandlung einer CD-ROM mit Salpetersäure
Literatur: H. J. Bader, S. Heuser, A. Lühken: Das zweite Leben von CDs.PdN-ChiS 7/49. Jg. 2000, 6-8
… und mit Salzsäure
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Der „CD-ROM-Spiegel“ – Aluminium hauchdünn
Bestimmung der Schichtdicke von Aluminium auf einer CD-ROM durch Komplexometrie
Durchführung:
1. Acryl- und Lackschicht mit Salpetersäure entfernen2. Aluminiumbeschichtung in Salzsäure auflösen3. Aluminiumionen mit EDTA-Lösung – im Überschuss – komplexieren4. Rücktitration mit Zinksulfat-Lösung und Xylenolorange
Daten aus 6 Bestimmungen: Minimalwert 45 nmMaximalwert 75 nmMittelwert 61 nm
Literaturwert 40-80 nm
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Schichtdicke des Aluminiums auf einer CD-ROM – Beispielrechnung
Außenradius der Aluminiumbeschichtung ra = 5,9 [cm]
Innenradius bis zur Aluminiumbeschichtung
ri = 1,8 [cm]
Fläche der Aluminiumbeschichtung A = 5,92 - 1,82 = 99,1
[cm2]
Vorlage an EDTA-Lösung vEDTA = 10,0 [ml]
Verbrauch an Zinksulfat-Lösung vZ = 2,6 [ml]
Verbrauch an EDTA-Lösung (berechnet) v = vEDTA - vZ = 7,4 [ml]
1 ml EDTA-Lösung entspricht 0,2698 mg AluminiumDichte Aluminium p = 2,7 g/cm3
Masse des Aluminiums m = 7,4 0,2698 = 2,00 m = 0,002
[mg][g]
Volumen Aluminium V = 0,002 / 2,7 = 0,00074 [cm3]
Schichtdicke der Aluminiumbeschichtung
d = 0,00074 / 99,1 = 0,00000747d = 74,7
[cm][nm]
Literatur: A. Lühken, D. Sgoff, H. Haase: Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CD-ROM und CD-R. PdN-ChiS 4/58 (2009)
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Wege zum „Metallbaum“ – OT-Technik nach M. Oetken, et al.
Aluminiumfolie
Deckglas mitKupfer(II)-chlorid-Lösung
Objektträger
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Wege zum „Metallbaum“ – Variante auf der CD-ROM
Aluminiumoberflächeohne Schutzlack
1 TropfenZinn(II)-chlorid-Lösung
Literatur: A. Lühken, D. Sgoff, H. Haase: Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CD-ROM und CD-R. PdN-ChiS 4/58 (2009)
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Al2O3 + 8 Cl¯ + 3 H2O 2 [AlCl4]¯ + 6 OH¯
1. Komplexierung der Passivierungsschicht
3 H2 + 3 Cu + 4 AlCl3 4 Al + 3 Cu2+ + 12 Cl¯ + 6 H+
2. Oxidation des Aluminiums
„Runde“ Chemie auf der CD-ROM
[AlCl4]¯ + 4 H2O Al(OH)2Cl + 3 Cl¯ + 2 H3O+
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Aus: Nick, Parchmann, Demuth [Hrsg.]: Chemisches Feuerwerk. Köln: Aulis Verlag Deubner, 2001, S. 196ff
Wege zur „alltäglichen“ Batterie – „Oldenburger Bierdose“ oder…
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…“CD-ROM-Batterie“ – eine anschauliche Al-Luft-Zelle
CD-ROMohne Schutzlack
Kohle
NaCl-Lösung
Literatur: A. Lühken, D. Sgoff, H. Haase: Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CD-ROM und CD-R. PdN-ChiS 4/58 (2009)
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Weltweit erste Silberscheibe wurde in Hannover industriell gepresst.
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CD - Stammbaum
CD Digital Audio1982
CD Digital Audio1982
CD-ROM1985
CD-ROM1985
CD-R1989
CD-R1989
CD-RW1996
CD-RW1996
SilberAluminium Ag-In-Sb-Te
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„Anatomie“ der CD-ROM und CD-R
CD-ROM CD-R
Lackschicht Al Ag
FarbstoffPolycarbonatträger
Bildnachweis: ChiuZ, 2007, 41, S. 339
Institut für Didaktik der Chemie
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CD-R – Silbernachweis
1. Auflösen der Silberbeschichtung in Salpetersäure
2. Nachweis durch Fällung von Silberchlorid
Literatur: A. Lühken, D. Sgoff, H. Haase: Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CD-ROM und CD-R. PdN-ChiS 4/58 (2009)
CD-R – Bestimmung der Silberschichtdicke
• Komplexometrisch (analog Aluminiumbestimmung)
• Gravimetrisch nach Fällung als Silberchlorid
• Elektrogravimetrisch an einer Grafitelektrode
Literatur: R. A. Fischer, A. Gutberlet, D. Käfer, M. Ruttert: Silber und Gold in CD-R-Rohlingen. MNU, 56/6 (2003), S. 353ff
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Umschmelzen von CDs – Recycling oder Kunst?
Literatur: H. J. Bader, S. Heuser, A. Lühken: Das zweite Leben von CDs.PdN-ChiS 7/49. Jg. 2000, 6-8
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Polycarbonat – Kunststoff ohne Makel?
Mit Heißluftfön erhitzte CD vor (links) und nach (rechts) der Trocknung
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Pyrolyse von Polycarbonat einer CD
Polycarbonat-stücke
Aktivkohle zurAdsorption
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Hydrolyse von Polycarbonat zu Bisphenol A – Wertstoffliches Recycling
Literatur: H. J. Bader, S. Heuser, A. Lühken: Das zweite Leben von CDs.PdN-ChiS 7/49. Jg. 2000, 6-8
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Zusammenfassung – Die Versuche im Überblick
1. CD in der Mikrowelle
2. Behandlung mit Salpeter- und Salzsäure
3. * Bestimmung der Aluminiumschichtdicke durch Komplexometrie
4. * Metallbäume auf CD-ROM
5. * „CD-ROM-Batterie“
6. Silbernachweis bei CD-R
7. (*) Umschmelzen der Trägerscheibe
8. * Nachweis Feuchtigkeit mit Heißluftföhn
9. * Nachweis von Phenol im Pyrolysat nach Gibbs
10. Hydrolyse zu Bisphenol-A
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Zusammenfassung – Implementation in den Chemieunterricht
ElektrochemieOC
Kunststoffe
ACMetalle
• Leitfähigkeit
• Verhalten gegenüber Säuren
• Passivierung
• Reihe der Metalle
• Analytik
• Elektrochemische Elemente
• Korrosion
• Passivierung
• Polycarbonatals Polyester
• Recycling
• Phenol
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Ausblick – Die Scheibe dreht sich weiter!
Farbstoffchemie an Beispielen der CD-R und CD-RW
Chemie und Analytik der Legierungen am Beispiel der CD-RW
Elektrochemische Elemente aus CD-ROM und CD-R
Katalyse an der Silberoberfläche einer CD-R
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Herzlichen Dank!
Dieter Sgoff Technischer Mitarbeiter, Universität Frankfurt am Main
Hergen HaaseAuszubildender Chemielaborant, Universität Oldenburg