Chemie der silbernen Scheiben – 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

25 Jahre Compact Disc Digital Audio

Weltweit erste Silberscheibe wurde in Hannover industriell gepresst.

„Anatomie“ der CD-ROM Druckfarbe Schutzlack Metallbeschichtung d = 40-80 nm Polycarbonatträger d = 1,2 mm

„Fingerabdruck“ der CD-ROM Bildnachweis: ChiuZ, 2007, 41, S. 339

CDs gegen „Blitzer“? 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)

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 Druckfarbe Schutzlack Metallbeschichtung d = 40-80 nm Polycarbonatträger d = 1,2 mm

Behandlung einer CD-ROM mit Salpetersäure … und mit Salzsäure Literatur: H. J. Bader, S. Heuser, A. Lühken: Das zweite Leben von CDs. PdN-ChiS 7/49. Jg. 2000, 6-8

Der „CD-ROM-Spiegel“ – Aluminium hauchdünn Bestimmung der Schichtdicke von Aluminium auf einer CD-ROM durch Komplexometrie Durchführung: Acryl- und Lackschicht mit Salpetersäure entfernen Aluminiumbeschichtung in Salzsäure auflösen Aluminiumionen mit EDTA-Lösung – im Überschuss – komplexieren Rücktitration mit Zinksulfat-Lösung und Xylenolorange Daten aus 6 Bestimmungen: Minimalwert 45 nm Maximalwert 75 nm Mittelwert 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 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 Verbrauch an EDTA-Lösung (berechnet) v = vEDTA - vZ = 7,4 1 ml EDTA-Lösung entspricht 0,2698 mg Aluminium Dichte 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 = 0,00000747 d = 74,7 [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 mit Kupfer(II)-chlorid-Lösung Objektträger

Wege zum „Metallbaum“ – Variante auf der CD-ROM 1 Tropfen Zinn(II)-chlorid-Lösung Aluminiumoberfläche ohne Schutzlack Literatur: A. Lühken, D. Sgoff, H. Haase: Chemie der silbernen Scheiben – Experimente mit CD-ROM und CD-R. PdN-ChiS 4/58 (2009)

Kupferbäumchen – Variante auf der CD-ROM 2 mm

CD-Kupferbäumchen auf der CD-ROM 2 mm

„Runde“ Chemie auf der CD-ROM 2 mm

„Runde“ Chemie auf der CD-ROM 1. Komplexierung der Passivierungsschicht Al2O3 + 8 Cl¯ + 3 H2O 2 [AlCl4]¯ + 6 OH¯ [AlCl4]¯ + 4 H2O Al(OH)2Cl + 3 Cl¯ + 2 H3O+ 2. Oxidation des Aluminiums 4 Al + 3 Cu2+ + 12 Cl¯ + 6 H+ 3 H2 + 3 Cu + 4 AlCl3

Wege zur „alltäglichen“ Batterie – „Oldenburger Bierdose“ oder… Aus: Nick, Parchmann, Demuth [Hrsg.]: Chemisches Feuerwerk. Köln: Aulis Verlag Deubner, 2001, S. 196ff

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

Weltweit erste Silberscheibe wurde in Hannover industriell gepresst.

CD - Stammbaum Aluminium Silber Ag-In-Sb-Te

„Anatomie“ der CD-ROM und CD-R Lackschicht Al Ag Farbstoff Polycarbonatträger CD-ROM CD-R Bildnachweis: ChiuZ, 2007, 41, S. 339

CD-R – Bestimmung der Silberschichtdicke CD-R – Silbernachweis Auflösen der Silberbeschichtung in Salpetersäure 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

Polycarbonat – das „Rückgrad“ der CD

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

Polycarbonat – Kunststoff ohne Makel? Mit Heißluftfön erhitzte CD vor (links) und nach (rechts) der Trocknung

Pyrolyse von Polycarbonat einer CD Polycarbonat- stücke Aktivkohle zur Adsorption

Nachweis von Phenol als Pyrolyseprodukt mit Gibbs-Reagenz

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

Zusammenfassung – Die Versuche im Überblick CD in der Mikrowelle Behandlung mit Salpeter- und Salzsäure * Bestimmung der Aluminiumschichtdicke durch Komplexometrie * Metallbäume auf CD-ROM * „CD-ROM-Batterie“ Silbernachweis bei CD-R (*) Umschmelzen der Trägerscheibe * Nachweis Feuchtigkeit mit Heißluftföhn * Nachweis von Phenol im Pyrolysat nach Gibbs Hydrolyse zu Bisphenol-A

Zusammenfassung – Implementation in den Chemieunterricht Polycarbonat als Polyester Recycling Phenol Elektrochemische Elemente Korrosion Passivierung OC Kunststoffe Elektrochemie AC Metalle Leitfähigkeit Verhalten gegenüber Säuren Passivierung Reihe der Metalle Analytik

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 Haase Auszubildender Chemielaborant, Universität Oldenburg

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