Die Löthrohrprobe einmal anders

[eule]

Die Lötrohrprobe war in vergangenen Zeiten eine der wichtigen Methoden der chemischen Analytik und Bestimmung in der Mineralogie.
Sie ermöglichte eine zwar nach heutigem Verständnis wenig genaue, dafür zuverlässige, schnelle und mit einfachen Mitteln auszuführende Methode der mineralischen Elementaranalyse, die so auch heute noch zu den Vorproben in der Elementaranalytik gehört. Sie stützt sich nicht auf nasschemische Methodik sondern bedient sich des scharfen Erhitzen einer kleinen Probe unter reduzierenden und basischen Bedingungen.
Einer Idee folgend, die mir bereits vor gut 20 Jahren erstmalig durch den Kopf ging habe ich nun den Versuch gewagt und eine Abwandlung
von der Lötrohrprobe in die Tat umgesetzt. Dabei prüfte ich die Eignung der Sonnenhitze anstelle von Flamme und Lötrohr. Die
reduzierenden Bedingungen der Lötrohrflamme dürften auch durch einen Ring brennender Kohle rings um die Probe herstellbar sein.

Geräte:

- Holzkohle in kleinen Blöcken, besonders geeignet ist Lindenholzkohle (Jander/Blasius [1]) oder Fichtenholzkohle, wie man sie auch als
Grillkohle im örtlichen Einzelhandel findet Berzelius [2], Plattner [3], in der Literatur sind auch Anleitungen für die eigene Herstellung brauchbarer Kohlen aus Kohlenstaub und Stärkeleim genannt, jedoch beschränkte ich mich auf die gerade in meinem Vorrate befindliche Grill-Holzkohle.
- Spatel
- Tropfpipette
- Sammelellinsen von der einfachen Lupe bis zur Fresnellinse in der Größe einer DIN A4-Seite (s.u.)
- Halterung für Fresnellinsen, da diese zum Verbiegen neigen, im besten Falle mit einer Halterung für die Kohle in der Nähe des Brennflecks
- Zange (für die gefahrlose Handhabung der Kohle im Strahlengang)
- Pinzette
- Schweißerbrille

Chemikalien:

- calcinirte Soda Na₂CO₃
- Probesubstanzen:
- Kupfer-II-acetat (in Lösung)
- AgNO₃
- K₄[Fe(CN)₆]
- K₂Cr₂O₇
- Pb-II-Acetat
- destilliertes/demineralisiertes Wasser

CAVE!

Während der Durchführung des eigentlichen Versuchs ist zum Schutze der Sehkraft eine Schutzbrille mit sehr dunklen Gläsern wie sie
Schweißer bei der Arbeit verwenden. Das gebündelte Sonnenlicht ist bereits bei der hier erzielten Concentrierung hell genug, um die Netzhäute der Augen empfindlich zu schädigen. Stundenlange helle Lichtpunkte oder gar
Gesichtsfeldausfälle sind beim längeren direkten Blick auf das Arbeitsfeld, wie bei concentrirtem Arbeit üblich, ohne Schutz sehr
wahrscheinlich.

Bei ausgerichteter Linse herrschen im Brennpunkt sehr hohe Temperaturen. man fasse niemals direkt in den Strahlengang oder gar den
Brennfleck, es drohen recht schmerzhafte Verletzungen. Dies bei der Arbeit stets im Gedanken zu behalten ist umso wichtiger, als der
heiße Fleck von der Seite nicht zu erkennen ist. Man vergleiche auch die Vorsichtsmaßnahmen für Experimente mit Laserlicht.

Durchführung:
Nach der Erprobung kleinerer Sammellinsen mit zumeist eher geringem Erfolg (Die Soda wollte unter den erzielten Temperaturen einfachnicht schmelzen,
obgleich diese Linsen durchaus genügen .B. Cigaretten zu entzünden) führte ich den Versuch nurmehr mit meiner größten Linse aus.
Eine große Fresnellinse wird der besseren Handhabung halber in eine Halterung eingepaßt, die dem Verbiegen vorbeugt und entsprechend dem
Sonnenstand ausgerichtet, sodaß bei einer eingesetzten Kohle im Kohlenhalter ein scharfer Brennfleck zu erkennen ist. Die Kohle beginnt
in diesem Fleck binnen weniger Sekunden zu glühen und verbrennt, um eine kleine Mulde zu hinterlassen. Ist die Mulde tief genug, so nimmt
man die Kohle unter der Linse weg und füllt die Mulde mit einer kleinen Menge einer Mischung aus Soda und Probesubstanz im Verhältnis
ungefähr 2:1 aufgefüllt und mit einem bis zwei Tropfen Wasser angefeuchtet. Alternativ füllt man die Mulde mit Soda und befeuchtet diese
mit einigen Tropfen der zu prüfenden Lösung, läßt eintrocknen und befeuchtet erneut.

Alsdann verbringe man die Kohle wieder in den Kohlenhalter, wo sie so zu positionieren ist, daß die Mulde mit der Probe wieder genau im
Brennfleck ruht. Zur Erzeugung reduzierender Bedingungen unrundet man vor der endgültigen Justierung die Probe eng mit dem Brennfleck,
sodaß ein schmaler Ring brennender Kohle die eigentliche Probe umgibt. So wird genügend Kohlenoxid erzeugt, um die Probe in der Hitze in
eine reduzierende Atmosphäre zu hüllen (so zumindest die Idee).

Beobachtung:

Die Probe beginnt binnen weniger Sekunden, sich zu blähen und schmilzt dann zu einem Klümpchen zusammen. Manchmal reißt das verdampfende
Wasser anfangs noch etwas Salz mit, dies endet jedoch mit dem Schmelzen der Probemasse.
Die so erhitzte Probe beginnt sich recht deutlich zu verfärben, die Mulde in der Kohle vertieft und verbreitert sich deutlich.

Die Salzschmelze bleibt besonders gut zusammen, wenn man eine Kohle von der Seite her verwendet, auf der die Maserung der Jahresringe
gut zu erkennen ist. Auf der anderen Seite der Kohle neigt die Schmelze trotz Mulde zum breiten verlaufen.

Hier seien nur einige wenige Elemente genannt, deren Salze mir gerade zur Hand waren, die Liste zu erweitern sei jeder Leser herzlichst eingeladen.

Cu: Die Probe mit Kupferacetat ergab im Ggs. zur Löthrohrprobe nur vereinzelt die gewohnten gelben Metallflitter vor Allem aber etwas Kupferfarbenes (Cu oder dessen Oxydul). Dies war in mehreren Wiederholungen reproduzierbar.

Ag: Die Probe ergab kleine silbrige Metallkörnchen, die nach dem Abkühlen recht schnell eine matte Oxidhaut bekamen und im Kontakt mit H₂S dunkel anlaufen.

Fe: Die Probe mit K₄[Fe(CN)₆] ergab blauschwarze Metallflitter mit starker Affinität zu einem nahe daran gehaltenen Magneten.

Cr: Die Probe ergab eine grüne amorphe Masse vom grünen Chromoxyd, die nicht weiter reagierte.

Pb: Die Probe ergab kleine silbrige Metallkörnchen, unmagnetisch, duktil

Ergebnis:

Die Resultate der Prüfung sehen teils etwas anders aus, aber auch mittels gebündelten Sonnenlichts ist eine Vorprobe analog jener mit
dem Löthrohre möglich und aussagekräftig.
Die Bedingungen bei der abgewandelten Lötrohrprobe (Namensvorschlag: "Brennglasprobe") sind in der Mehrzahl der Fälle stark reduzierend,
ganz ähnlich denen der Löthrohrprobe mit der reduzierenden Flamme, da die Kohle unter dem Brennglas praktisch immer selbst der Oxidation
unterliegt und die nähere Umgebung (< 1 cm) in eine Atmosphäre von Kohlenoxid hüllt.

Bilder:


Cu


Ag


Fe


Cr


Pb

Literatur:
[1] Jander/Blasius, Handbuch der analytischen und präparativen Chemie, S.Hirzel Verlag Stuttgart
[2] Berzelius - Von der Anwendung des Löthrohrs in der Chemie und Mineralogie
[3] Plattner's Probirkunst mit dem Löthrohre
[4] Bruno Kerl, Leitfaden bei qualitativen und quantitativen Löthrohr-untersuchungen
[5] https://archive.org/details/lthrohrtabellen00hirsgoogLöthrohr-tabellen: Ein Leitfaden zur chemischen Untersuchung auf trockenem Wege

Material:
- Fresnellinsen http://astromedia.eu/Material-fuer-Selb ... 10_16.html

[Lithiumoxalat]

Interessant,
mir gefällt besonders die Verwendung des Sonnenlichtes. Ich hatte gerade vor wenigen Tagen meine grosse Fresnellinse wieder gefunden und damit etwas herumgebrutzelt, damit (30X30 cm) lässt sich sogar Granit schmelzen.

LG
Lithiumoxalat

[lemmi]

Nett! Könnte man in ein Feldbesteck zur mineralogischen Untersuchung unter freiem Himmel einbauen.
Geht halt leider nur, wenn die Sonne grad scheint...

Dazu hätte ich eine Frage, die mich auch schon länger beschäftigt:
beim Lötrohrblasen kann man ja eine Oxidations- und eine Reduktionsflamme erzeugen. Die Oxdiationsflamme ist die bei weitem am häufigsten verwdndete. Die Reduktionsflamme braucht man meiner Erinnerung nach eigentlich nur beim reduzierenden Schmelzen von Boraxperlen.
Reduktionsflammen fand ich immer verdammt schwierig zu erzeugen. Kennt jemand dafür einen Trick oder eine Möglichkeit, sie zu umgehen?

[Lithiumoxalat]

Ich habe das nun gerade mal mit Malachit getestet wobei ich kleine Kupferkügelchen erhalten habe.

[Uranylacetat]

Prima, eine nette Variation!

Reduktionsflamnen nach konventioneller Art sind in der Tat schwierig, obwohl man eigentlich nicht so viel "Puste" bräuchte; wie ich beim "KOSMOS Mineralogie Praktikum" in den 1970ern selbst bemerkte...

[lemmi]

Wie öfter im Leben ist gerade das "weniger" schwieriger als da "mehr"....
Ich habe mich immer gefragt, ob man nicht einfach die Spitze der Spiritusflamme ohne jedes Hineinblasen als reduktionsflamme nehmen kann?

[Glaskocher]

Zunächst mal: "Coole" Sache, mit dem Brennglas das Lötrohr zu ersetzen! Allerdings hat man dabei nur eine "Einstellung", weil man nicht die Redoxeigenschaften wie bei der Flamme variieren kann.


In gewissen Grenzan kann man mit der Spitze der Spiritusflamme auch reduzierend arbeiten. Nur müßte die Probe dann irgendwo dran kleben, um nicht auf den Docht zu rieseln. Durch das Hineinblasen wird die Flamme zunächst etwas abgelenkt, jedoch mit zunehmendem Luftstrom auch heißer. Man kann das Reduktionsverhalten in gewissem Maße über den Brennstoff mitbestimmen. Brennstoffe mit hohem Kohlenstoffanteil reduzieren auch bei etwas heißere geblasenen Flammen noch in bestimmten Bereichen der Flamme merklich (=leuchtendblauer Kegel in der Ox-Flamme). Gläser, die Kupfer oder Blei enthalten bekommen eine bräunlichrote beziehungsweise hämatitgraue Verfärbungen im reduzierten Bereich (Auf Borax- und Phosphorsalzperlen übertragbar).



Jaja... der Kasten "KOSMOS Mineralogie Praktikum" (oder der partielle Verlust seines Inhaltes) ist bei mir "schuld", daß ich mich mit heißem Glas beschäftige.

[eule]

Berzelius schreibt, das Blasen erfolge nicht durch starkes Hineinblasen aus der Lunge, er beschreibt die Blastechnik vielmehr etwa so, wie die Kreisatmung beim Didgeridoo üblicherweise gelehrt wird. Zudem nennt er für jene, die dieser Blastechnik nicht mächtig oder willens sind, den Einsatz diverser Hand- und Fußbälge. Meine Version war bisher, das Löthrohr an eine Aquarienluftpumpe anzuschließen, da diese einen dem oralen etwa entsprechend starken Luftstrom hergibt, insb. bei Einsatz eines Rückschlagventils und eines Luftreservoirs wie einer Wärmflasche oder so, die bei Bedarf mit dem Schenkel gedrückt werden kann.

Ich habe etwas weiter experimentiert, um den Unterschied zwischen Oxidations- und Reduktionsbedingungen nochmal genauer zu betrachten. Einen ersten Ansatz dazu äußerte ich oben bereits als Gedanken. Was soll ich sagen: es ist machbar. Die in der Grundversion bei kleiner Probengröße (auch ob brennender Kohle in unmittelbarer Nähe der Probe vorherrschende CO-Atmosphäre kann unterdrückt werden, indem man erstens bei etwas größerer Probemenge (incl. Soda) die vom Brennfleck erhitzte Fläche kleiner werden läßt, als den zu diesem Zwecke sehr exakt zu führenden Brennfleck.
Auch schreibt Berzelius vom Einsatze diverser anderer Agentien bei der Probe. Damit bleibt die Möglichkeit zum Einsatz starker Oxidationsmittel selbstverständlich vorbehalten, ohne das Ergebnis zu verfälschen, die Kohle dient hierbei dan nur als Unterlage

Auch schreibt B., genau wie Plattner vom Einsatze anderer Unterlagen, wie z.B. Platinblech, naja ich kann hier nicht das ganze Werk zitieren.

Schön, daß es gefällt.