Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CDs Prof. Dr. Arnim Lühken

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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


Übersicht

25 Jahre Compact Disc

Die Chemie der „silbernen Scheibe“

Die CD – ein Hightech-Produkt der Kunststoffchemie


25 Jahre Compact Disc Digital Audio


Weltweit erste Silberscheibe wurde in Hannover industriell gepresst.


„Anatomie“ der CD-ROM

Schutzlack

Druckfarbe

Metallbeschichtungd = 40-80 nm

Polycarbonatträgerd = 1,2 mm


„Fingerabdruck“ der CD-ROM

Bildnachweis: ChiuZ, 2007, 41, S. 339


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“?


CD in der Mikrowelle – wenn es funkt und blitzt!

Lichtenberg-Figuren


Die Chemie der „silbernen Scheibe“


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


„Anatomie“ der CD-ROM

Schutzlack

Druckfarbe

Metallbeschichtungd = 40-80 nm

Polycarbonatträgerd = 1,2 mm


Behandlung einer CD-ROM mit Salpetersäure


… und mit Salzsäure


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


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)


Wege zum „Metallbaum“ – OT-Technik nach M. Oetken, et al.

Aluminiumfolie

Deckglas mitKupfer(II)-chlorid-Lösung

Objektträger


Wege zum „Metallbaum“ – Variante auf der CD-ROM

Aluminiumoberflächeohne Schutzlack

1 TropfenZinn(II)-chlorid-Lösung



Kupferbäumchen – Variante auf der CD-ROM

2 mm


CD-Kupferbäumchen auf der CD-ROM

2 mm


„Runde“ Chemie auf der CD-ROM

2 mm


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+


Aus: Nick, Parchmann, Demuth [Hrsg.]: Chemisches Feuerwerk. Köln: Aulis Verlag Deubner, 2001, S. 196ff

Wege zur „alltäglichen“ Batterie – „Oldenburger Bierdose“ oder…


…“CD-ROM-Batterie“ – eine anschauliche Al-Luft-Zelle

CD-ROMohne Schutzlack

Kohle

NaCl-Lösung



Weltweit erste Silberscheibe wurde in Hannover industriell gepresst.


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


„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


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


Polycarbonat – das „Rückgrad“ der CD


Umschmelzen von CDs – Recycling oder Kunst?



Polycarbonat – Kunststoff ohne Makel?

Mit Heißluftfön erhitzte CD vor (links) und nach (rechts) der Trocknung


Pyrolyse von Polycarbonat einer CD

Polycarbonat-stücke

Aktivkohle zurAdsorption


Nachweis von Phenol als Pyrolyseprodukt mit Gibbs-Reagenz


Hydrolyse von Polycarbonat zu Bisphenol A – Wertstoffliches Recycling



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


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


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


Herzlichen Dank!

Dieter Sgoff Technischer Mitarbeiter, Universität Frankfurt am Main

Hergen HaaseAuszubildender Chemielaborant, Universität Oldenburg


Kontakt:http://www.chemiedidaktik.uni-frankfurt.de

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