Geräte/Material:
2 Bechergläser, je eines zu 50 und 100 ml, 100 ml-Erlenmeyerkolben, mehrere Spatel, Feinwaage, Messpipette mit Pipettierhilfe, Magnetheizrührer mit Rührstäbchen, Stativmaterial, Laborthermometer, Eisbad, Trichter und Rundfilterpapier
Chemikalien:
Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat
Schwefelsäure 14,9 %
Isopropanol
Natriumhypophosphit-Monohydrat
Kupferhydrid, keine Gefahrstoffeinstufung verfügbar, aber dem getesteten Verhalten zufolge zumindest
und wie andere Kupferverbindungen vermutlich auch Sicherheitshinweise
Kupfer(I)-hydrid ist an der Luft potentiell selbstentzündlich und zersetzt sich bei Temperaturen ab 60 °C. Wenn überhaupt, sollte es daher unter Inertgas und kühl gelagert werden. Des Weiteren sollte mit der trockenen Substanz stets nur auf feuerfester Unterlage in feuersicherer Umgebung gearbeitet werden.
Durchführung:
Es werden 3,18 g (0,03 Mol) Natriumhypophosphit-Monohydrat in einem 50 ml-Becherglas vorgelegt und unter magnetischem Rühren in 7 ml dest. Wasser gelöst. Danach werden 5 g (0,02 Mol) Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat in einem 100 ml-Becherglas vorgelegt und unter magnetischem Rühren in 20 ml dest. Wasser gelöst. Anschließend wird die Natriumhypophosphit-Lösung unter fortgesetztem Rühren zur Kupfersulfatlösung gegeben und die Mischung mit 9 ml (ca. 0,015 Mol) 14,9 %iger Schwefelsäure versetzt. Unter weiterem Rühren sowie Temperaturkontrolle wird die Lösung langsam und vorsichtig erhitzt, bis (nachdem sich die Mischung anfangs grünlich färbt) eine kräftige dunkle Niederschlagsbildung einsetzt. Die Temperatur der Mischung darf dabei 60 °C nicht überschreiten, weil sich das entstehende Produkt sonst sogleich wieder zersetzt. Spätestens wenn eine deutliche Gasentwicklung wahrzunehmen ist (bei meinem Versuch war das bereits bei 54 °C der Fall), muss das Erhitzen zügig abgebrochen und das Becherglas mit der Mischung in ein Eisbad gestellt werden, bis die Gasentwicklung nachgelassen und die Mischung wieder Raumtemperatur erreicht hat. Die abgekühlte Suspension wird dann filtriert und der Rückstand im Filter zunächst zweimal mit dest. Wasser und dann noch einmal mit Isopropanol gespült. Das Produkt wird per Abklatsch zwischen Filterpapieren und Küchenkrepp grob entfeuchtet und dann direkt auf dem Filtrierpapier offen an der Luft im Freien auf einer feuerfesten Unterlage in feuersicherer Umgebung getrocknet. Es wurden 1,20 g Kupfer(I)-hydrid erhalten, dies entspricht einer Ausbeute von 93 % d. Th. Da es sich beim Produkt nicht um einen Reinstoff handelt, sondern Beimengungen von Kupfer und Kupfer(I)-oxid nahezu unvermeidbar sind, hat die Angabe der Ausbeute hier nur eine begrenzte Aussagekraft. Die tatsächliche Ausbeute der Zielsubstanz dürfte geringer ausfallen.
Das Produkt wurde wie folgt getestet:
Eine Spatelspitze wurde mittig auf auf einer 10 x 10 cm Stahlblechplatte platziert und von unten her mit einem Gasbrenner kräftig erhitzt. Nach einigen Sekunden "poppte" die rot-braune Substanz zu einer sichtbar voluminöseren, aber weniger dichten violett-braunen Masse auf, einige kleine Krümel verteilten sich dabei über das gesamte Blech. Der Zersetzungsrückstand löste sich in 15 %iger Salzsäure erst nach ergänzender Zugabe von 11,9 %iger Wasserstoffperoxid-Lösung allmählich auf, wobei die Lösung eine zartgrüne Farbe annahm.
Des Weiteren wurde ein Spatel voll Kupferhydrid auf einen Schamottestein gegeben und direkt mit der Lötbrennerflamme entzündet. Es kam zu einem sich selbst erhaltenden, schnellen Abbrand unter lebhafter Flammenentwicklung (mit gelber Flammenfarbe, resultierend aus Spuren von Natrium aus dem Edukt; eine grüne Flammenfarbe war diesmal im Gegensatz zu einem Vorversuch nicht feststellbar - vermutlich war der Untergrund seinerzeit von einem Kupferhalogenid kontaminiert gewesen).
Gibt man eine Spatelspitze unzersetztes Kupferhydrid in eine Mischung aus gleichen Teilen 15 %iger Salzsäure und verdünnter Wasserstoffperoxid-Lösung (11,9 %), so kommt es sofort zu einer lebhaften exothermen Reaktion mit reichlich Gasentwicklung, in dessen Zuge sich das Hydrid rasch und vollständig auflöst und dabei eine kräftig-grüne Lösung zurücklässt Auf diese Weise können übrigens auch die verwendeten Laborgeräte leicht gereinigt werden, was insbesondere dann wichtig ist, wenn statt eines Papierfilters eine Glasfritte für die Filtration verwendet wird.
Entsorgung:
Produktreste werden kontrolliert abgebrannt, der Verbrennungsrückstand bei geringer Menge dem Restmüll, anderenfalls der Problemstoff- oder Altmetallsammlung zugeführt. Cu-haltige wässrige Lösungen gehören in den Sammelbehälter für schwermetallhaltige Abfälle. (Cu-freies) Isopropanol aus der Rückstandsspülung darf in kleinen Mengen über die Kanalisation entsorgt werden, sonst in den Sammelbehälter für organische Abfälle.
Erklärung:
Kupfer(I)-hydrid bildet sich als binäres Hydrid durch Reduktion von Kupfer(II)-sulfat in Wasser mit Phosphinsäure:
2 Cu2+ + 3 H3PO2 + 3 H2O -> 2 CuH + 3 H3PO3 + 4 H+
Kupferhydrid ist Produkt der Reduktion von zwei- zu einwertigem Kupfer, während die Phosphinsäure zur Phosphonsäure oxidiert wird.
In der vorliegenden Synthese muss die notwendige Phosphinsäure zunächst durch die Schwefelsäure aus ihrem Salz freigesetzt werden. Phosphinat und Kupfersalz in neutraler Lösung reagieren nicht miteinander.
Bei der durchgeführten Synthese fällt das Produkt als braunroter, mit elementarem Kupfer und Kupfer(I)-oxid verunreinigter Niederschlag aus, der beim Erhitzen in Kupfer und Wasserstoff zerfällt.
Wird Salzsäure statt Schwefelsäure eingesetzt, entsteht stattdessen weißes Kupfer(I)-chlorid (ausprobiert in einem Vorversuch).
Beim Erhitzen von Kupferhydrid wird der Wasserstoff abgespalten. Zurück bleibt metallisches Kupfer, das sich in Salzsäure nur bei gleichzeitiger Anwesenheit eines Oxidationsmittels (hier Wasserstoffperoxid) löst. Die Abspaltung von Wasserstoff setzt in wässrigem Milieu bereits bei knapp unter 60 °C ein, bei 100-110 °C wird der Wasserstoff vom Feststoff auf einen Schlag freigesetzt und bläht den zurückbleibenden Kupferschwamm dabei auf. Die schwache Verpuffung ohne Rauch und Flammen läuft nahezu geräuschlos und somit relativ unspektakulär ab. Von einer "explosiven" Zersetzung kann - zumindest bei einer solch kleinen, unverdichteten Menge - nicht wirklich die Rede sein. Kupfer(I)-hydrid hat also zu Recht keine entsprechend einschlägige Gefahrenstoffeinstufung erhalten, die Substanz ist aber durchaus sehr leicht entzündlich. Eine Selbstentzündung trat während der oben beschriebenen Versuchen sowie einem früheren Vorversuch jedoch nicht ein - auch nicht während des stundenlangen Trocknens in der Sommersonne. Dennoch kann es sicherlich nicht schaden, entsprechend umsichtig mit dem Produkt umzugehen, und es bei Bedarf ggf. lieber frisch herzustellen als einzulagern. Beim offenen Abbrennen bleibt ebenfalls Kupfer zurück, der abgespaltene Wasserstoff verbrennt direkt. Wird Kupferhydrid in eine Mischung von Salzsäure und Wasserstoffperoxid gegeben, wird einwertiges Kupfer wieder zu zweiwertigem oxidiert.
Bilder:
- Momentaufnahme 1 (14.09.2024 18-00).png (172.41 KiB) 17327 mal betrachtet
Literatur/Quellen:
[1] Holleman-Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie, 101. Aufl., Berlin/NY 1995; S. 1327
[2] www.bitchute.com/video/BFkzMoMG5Hm3 (bevor Missverständnisse aufkommen: das Video stammt natürlich nicht von mir)
[3] https://woelen.homescience.net/science/ ... ?index=490
Mir gefallen „einfache“ Synthesen von interessanten ungewöhnlichen anorganischen Substanzen … Auch die Dokumentation ist gut gelungen. Danke fürs Teilhaben auf diesem Weg! 
), den Abschnitt hier maximal kürzen (ich würde sagen , drei Bildschirmteilen auf dem Laptop) und auf den Artikel verweisen. Den Verweis kann man dann auch in andere Artikel übernehmen.