Aufgabe 4 · Abitur NRW Chemie LK · Cyanotypie – fotochemischer Blaudru 2026

2 Material

Material 1: Die Cyanotypie – blaue Bilder durch Sonnenlicht [1]

Cyanotypie, auch als Eisenblaudruck bekannt, ist ein fotochemisches Druckverfahren, das Bilder mit blauen Tönen liefert. Die Blaufärbung ist auf „Berliner Blau“ zurückzuführen.

Für die Cyanotypie wird speziell vorbereitetes weißes Papier benötigt. Dieses wird mit einer Lösung aus den Salzen rotes Blutlaugensalz ($\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}$) und Kaliumtrioxalatoferrat(III) ($\mathrm{K_3[Fe(C_2O_4)_3]}$) getränkt und danach getrocknet.

Man legt Gegenstände wie zum Beispiel Blätter, Blumen oder Schlüssel auf das vorbereitete Papier. Danach wird das Papier fünf bis zehn Minuten in die Sonne gelegt oder mit UV-Licht bestrahlt. Auf den nicht bedeckten Flächen entsteht das blaue Pigment Berliner Blau ($\mathrm{Fe_4[Fe(CN)_6]_3}$).

Berliner Blau entsteht wie folgt: Während der Belichtung werden aus den Trioxalatoferrat(III)-Ionen Eisen(II)-Ionen frei gesetzt, die dann mit dem roten Blutlaugensalz zu Berliner Blau reagieren.

Material 2: Zur Chemie der Cyanotypie [1] – [3]

Kaliumtrioxalatoferrat(III)

Das Salz besteht aus Kalium-Ionen und den komplex gebauten Trioxalatoferrat(III)-Anionen ($[\mathrm{Fe(C_2O_4)_3}]^{3-}$).

Bei Belichtung mit UV-Licht reagieren die komplexen Anionen zu Kohlenstoffdioxid-Molekülen, Oxalat-Ionen ($\mathrm{C_2O_4^{2-}}$) und Eisen(II)-Ionen.

Blutlaugensalze

Gelbes Blutlaugensalz ($\mathrm{K_4[Fe(CN)_6]}$) besteht aus Kalium-Ionen und komplex gebauten Anionen. In den Anionen koordiniert ein zentrales Eisen(II)-Ion sechs Cyanid-Ionen ($\mathrm{CN^-}$).

Kristalle von gelbem Blutlaugensalz sind gelb, die Lösungen hellgelb.

Bei rotem Blutlaugensalz ($\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}$) besteht das Anion aus einem zentralen Eisen(III)-Ion und ebenfalls sechs Cyanid-Ionen.

Aus einer Lösung aus gelbem Blutlaugensalz lässt sich durch Oxidation eine Lösung aus rotem Blutlaugensalz gewinnen. Rotes Blutlaugensalz bildet rote Kristalle und dunkelgelbe Lösungen.

Berliner Blau

Bei Zugabe von Eisen(II)-Ionen zu einer Lösung aus rotem Blutlaugensalz entsteht ein blauer Niederschlag aus $\mathrm{Fe_4[Fe(CN)_6]_3}$, der als „Berliner Blau“ bezeichnet wird. Mit Berliner Blau wurden die preußischen Uniformen gefärbt, es dient als Pigment für Kunstmaler und als Sensormaterial in der Elektrochemie.

Material 3: Vorbereitung eines Schnuppertags [2] – [4]

An einer Schule ist geplant, am Schnuppertag für Grundschulkinder die praktische Herstellung von Blaudrucken durchzuführen und den Kindern als Andenken mitzugeben. Dabei wird ein Papier mit einer wässrigen Lösung aus rotem Blutlaugensalz und Kaliumtrioxalatoferrat(III) getränkt, danach mit Schablonen oder Pflanzen belegt und mit UV-Licht belichtet. Das so hergestellte Negativbild wird zur Haltbarmachung 15 Minuten lang unter fließendem Leitungswasser gespült, um sämtliche Chemikalienreste zu entfernen.

Die benötigte Lösung aus rotem Blutlaugensalz soll durch Elektrolyse einer leicht alkalischen Lösung aus gelbem Blutlaugensalz hergestellt werden. Mithilfe von Kohleelektroden wird bei einer Stromstärke von $I = 0{,}1\text{ A}$ so lange elektrolysiert, bis man die benötigten 10 Gramm rotes Blutlaugensalz erhält. Die Halbzellen der Elektrolysezellen werden durch ein Diaphragma getrennt. An der Kathode ist eine Gasentwicklung zu beobachten, an der Anode färbt sich die Lösung deutlich dunkler (dunkelgelb).

4

Zeichnen Sie eine beschriftete Elektrolysezelle für die elektrochemische Gewinnung von rotem Blutlaugensalz (M 2, M 3).

Formulieren Sie für die bei der Elektrolyse ablaufenden Reaktionen die Teilgleichungen sowie die Gesamtgleichung (M 2, M 3).

Berechnen Sie die Dauer der Elektrolyse, um 10 Gramm rotes Blutlaugensalz unter den beschriebenen Bedingungen elektrolytisch herzustellen (M 2, M 3).