Experiment: Kristallzucht mit Kupfersulfat

Sicherheitshinweis: Beim Umgang mit Kupfersulfat ist Vorsicht angebracht! Kupfersulfatlösungen dürfen nicht in den Ausguss gekippt werden. Das Verschlucken oder Trinken von Kupfersulfat bzw. Kupfersulfatlösung ist gesundheitsschädlich.

Chemische Grundlagen: Kupfersulfat (oder genauer: Kupfersulfat-Pentahydrat, CuSO₄ · 5 H₂O) ist, wie man im Bild rechts sehen kann, ein hellblaues Salz. Es ist sehr gut in Wasser löslich und färbt eine wässrige Lösung in einem kräftigen Blau.
In den folgenden Versuchen wird die Tatsache genutzt, dass Kupfersulfat in warmem Wasser sehr viel besser löslich ist als in kaltem. Wenn man also eine gesättigte Lösung in warmem Wasser herstellt und diese dann abkühlen lässt, entsteht eine so genannte übersättigte Lösung. Aus dieser scheidet sich leicht das überschüssige Kupfersulfat ab, bis wieder eine gesättigte Lösung erreicht wird.

Geräte und Chemikalien: Für die folgenden Experimente benötigt man Kupfersulfat (je mehr desto besser – wir empfehlen mindestens 50 Gramm). Auf Internetplattformen wie z.B. eBay kann man das recht günstig für ca. 5-10 Euro pro Kilogramm käuflich erwerben.

Darüber hinaus benötigt man:

Brenner mit Ceranplatte
ein großes Becherglas (Erlenmeyerkolben sind ungeeignet, da sich das Gefäß nicht nach oben verjüngen darf!)
Plastik-Löffel o.ä. (unbedingt nichtmetallisch!)
Filterpapier, Küchentuch
ein Feuerzeug oder Streichholz
Wasser (bevorzugt destilliertes, Leitungswasser auch möglich)

Für Experiment 2 zudem:

ein weiteres Becherglas
Filtriertrichter, weiches Filterpapier
Bindfaden
ein Stift o.ä., der lang genug ist, um nicht in das Becherglas zu fallen

Experiment 1: Züchten einer Kristallgruppe. Dieses Experiment ist verhältnismäßig einfach und bringt trotzdem eine sehr dekorative Gruppe aus kleinen Kristallen hervor.

Anleitung: Zunächst wird Wasser in das Becherglas gefüllt. Pro Gramm Kupfersulfat sollten nicht mehr als 2 ml Wasser verwendet werden. In dem kalten Wasser wird bereits etwas Kupfersulfat in Lösung gebracht und dann vorsichtig erwärmt (Siedeverzug vermeiden!).

Während sich das Wasser erwärmt, kann immer wieder mit dem Plastiklöffel Kupfersulfat zugegeben werden, da sich unter der Temperaturerhöhung immer mehr Salz löst. Man wartet bis das Wasser kurz vor dem Kochen ist und stellt sicher, dass sich auch nach mehrmaligem Umrühren nichts mehr löst. (Bei diesem Experiment ist ein Bodensatz von ungelöstem Kupfersulfat sogar hilfreich). Dann deckt man das Becherglas mit einem Filterpapier ab und lässt es in Ruhe an der Luft abkühlen. Dies kann einige Stunden dauern; während dieser Zeit sollte man das Becherglas auch wirklich an einem Standort ruhen lassen.

Wenn alles geklappt hat, sollte am Boden nun eine Gruppe von vielen Kristallen zu erkennen sein, die während der Abkühlung entstanden ist. Nachdem man die überschüssige Kupfersulfatlösung abgetrennt hat (diese ist natürlich wiederverwendbar), kann man die Kristallgruppe vorsichtig vom Boden des Becherglases trennen. Diese sollte man dann noch kurz vorsichtig mit einem Küchentuch abtupfen.

Experiment 2: Züchten eines großen Kristalls. Dieses Experiment ist im Vergleich zum ersten deutlich aufwändiger und kann leichter schief gehen. Es erfordert eine gewisse Übung, also nicht entmutigen lassen, wenn es nicht aus Anhieb klappt!

Anleitung: Zunächst wird ein Impfkristall benötigt. Ein Impfkristall ist ein Kristall mit einer Größe von mind. 0,5 cm und kann beispielsweise aus der in Experiment 1 hergestellten Kristallgruppe vorsichtig herausgetrennt werden. Dieser Impfkristall wird an einer günstigen Stelle (am besten an einer kleinen Einkerbung o.ä.) mit Bindfaden umwickelt und doppelt zugeknotet. Die andere Seite des Fadens wird an einem Stift o.ä, der lang genug ist, dass man ihn auf das Becherglas legen kann ohne das er hineinfällt, befestigt. Wichtig ist außerdem, dass der Faden so lang ist, dass er später den Impfkristall in die Lösung tauchen kann.

Wenn der Impfkristall präpariert ist, wird genau wie in Experiment 1 eine heiße gesättigte Lösung hergestellt. Da wir diesmal aber keinen Bodensatz haben wollen, wird die heiße Lösung in ein anderes Becherglas umgefüllt und dabei filtriert. In das neue Becherglas wird der Impfkristall gehängt – und zwar so, dass er in die Lösung eintaucht, jedoch nicht den Boden berührt. Anschließend sollte das Becherglas rasch mit einem Filterpapier o.ä. zudeckt werden, damit sich ein Phasengleichgewicht zwischen Dampfphase und Lösungsphase einstellen kann. Andernfalls beginnt die Lösung von der Oberfläche her auszukristallisieren.

Wichtig ist es, hierbei darauf zu achten, dass die Lösung wirklich gesättigt ist, ansonsten kann es passieren, dass sich der Impfkristall auflöst und dann nach einer Weile wieder unkontrolliertes Kristallwachstum am Boden beginnt.

Wenn alles geklappt hat, sollte der Impfkristall zu wachsen beginnen. Man sollte das Wachstum überwachen, ansonsten kann es passieren, dass er am Boden festwächst. Wer besonders große Kristalle möchte, kann auch einen einmal gezüchteten Kristall erneut als Impfkristall verwenden und weiter wachsen lassen.

Überhaupt gilt: Bei der Zucht von Kupfersulfatkristallen kann man kreativ sein, die beiden hier vorgestellten Experimente sind nur Anregungen!