Praktikumsvorschrift: Analytische Chemie

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1 Studiengang Prozesstechnik Fach Analytische Chemie Praktikumsvorschrift: Analytische Chemie Versuche: 1. Permanganometrische Bestimmung von Oxalsäure Bestimmung von Chlorid (nach Volhard) Bestimmung von Bromid/Iodid mittels potentiometrischer Titration Konduktometrische Titration von Salzsäure Coulometrische Wasserbestimmung nach Karl-Fischer Dünnschichtchromatographie von Aminosäuren Literatur Organisatorisches: - Vorbesprechung (bitte vorbereitet erscheinen) - Pro Gruppe (2 Studierende) einen Bericht abgeben - Bitte notieren Sie Ihre Gruppennummer auf dem Praktikumsbericht, keine losen Blätter, nur in einem Schnellhefter mit Originalmeßprotokollen - Abgabedatum ist bereits festgelegt, bei Frau Espenschied (2-213) abgeben und wieder abholen - Bitte Kittel und Schutzbrille mitbringen, nur geschlossene Schuhe und keine kurzen Hosen oder Röcke Es ist nur eine Wiedervorlage möglich, ansonsten ist das Praktikum zu wiederholen, ebenso bei Verweis aus dem Labor. Praktikum Analytik Seite 1

2 1. Permanganometrische Bestimmung von Oxalsäure 1.1. Grundlagen Oxidierbare organische und anorganische Substanzen können permanganometrisch titriert werden. Kaliumpermanganatlösung (KMnO 4 ) wird hierbei als Maßlösung verwendet und man nutzt das Oxidationsvermögen des MnO 4 - -Ions aus. Die Reaktion ist ph-wert abhängig, meist wird in saurer Lösung gearbeitet. Als Indikator dient die rot-violette Permanganatlösung. Diese entfärbt sich während der Reaktion. Das Ende der Titration ist erreicht, wenn sich die Lösung nicht mehr entfärbt. Es bleibt eine schwach rosa Färbung Reaktionsgleichung 5 C 2 H 2 O MnO H 3 O + 10 CO H 2 O+ 2 Mn 2+ In schwefelsaurer Lösung wird Oxalsäure von MnO 4 -Ionen zu Kohlendioxid oxidiert Endpunktbestimmung Visuell 1.4. Durchführung Messkolben auf 100,0 ml bis zur Eichung mit dest. Wasser auffüllen und schütteln! 20,0 ml (Vollpipette) der zu untersuchenden Probe in einen Erlenmeyerkolben geben auf ca. 100 ml mit destilliertem Wasser verdünnen 25 ml einer 25 %igen Schwefelsäure mit Messzylinder zugeben und auf 50 C bis 80 C erwärmen mit Kaliumpermanganat-Lösung (0,02 mol/l) bis zur bleibenden Rosafärbung titrieren Doppelbestimmung 1.5. Aufgabe Berechnung Gehalt Oxalsäure (C 2 H 2 O 4 * 2 H 2 O ) in der zu untersuchenden Probe in mg/ml inkl. Herleitung / Formeln übertitriert Umschlagspunkt Praktikum Analytik Seite 2

3 2. Bestimmung von Chlorid (nach Volhard) 2.1. Grundlagen Die Lösung mit unbekanntem Chloridgehalt wird mit Silbernitratlösung (AgNO 3 ) im Überschuss versetzt. Anschließend kann der Überschuss an Silberionen mit Ammonium- Thiocyanatlösung (NH 4 SCN) zurücktitriert werden. Als Indikator für die Bestimmung wird Ammoniumeisen(III)-sulfat (bleibende Rötlich- Braunfärbung) verwendet Reaktionsgleichungen NaCl + AgNO 3 AgCl + NaNO 3 Natriumchlorid reagiert mit Silbernitrat zu Silberchlorid (fällt aus) und Natriumnitrat. AgNO 3 + NH 4 (SCN) Ag(SCN) + NH 4 NO 3 Überschuss Ammoniumthiocyanat Beim geringsten Überschuss an Thiocyanat (SCN - ) bildet sich mit den Eisenionen das rot lösliche Eisenthiocyanat: Fe SCN - Fe(SCN) 3 Eisenthiocyanat 2.3. Endpunktbestimmung Visuell 2.4. Durchführung: Messkolben auf 100,0 ml bis zur Eichung mit dest. Wasser auffüllen und schütteln! 20 ml Probe (Vollpipette) auf ca. 100 ml mit destilliertem Wasser verdünnen 25,0 ml Silbernitratlösung (0,1 mol/l) mit Vollpipette zugeben und unter Rühren erhitzen, bis das Silberchlorid ausgefallen ist Lösung im Dunkeln abkühlen lassen (mit einem Handtuch abdecken) 1 ml Ammoniumeisen(III)-sulfat-lösung 1 ml Salpetersäure zugeben Ammoniumthiocyanat (0,1 mol/l) in die Bürette füllen und überschüssige Silberionen bis zur bleibenden rötlichbraunen Färbung zurücktitrieren Doppelbestimmung Praktikum Analytik Seite 3

4 Umschlagspunkt übertitriert 2.5. Aufgabe Berechnung Gehalt Chlorid in der zu untersuchenden Probe in mg/ml inkl.herleitung /Formeln Praktikum Analytik Seite 4

5 3. Bestimmung von Bromid/Iodid mittels potentiometrischer Titration 3.1. Grundlagen: Bei der Potentiometrie handelt es sich um ein elektrisches Indikationsverfahren. Mittels stromloser Potentialmessung wird der Endpunkt bestimmt. Dieser kann aus der Potentialänderung während des Titrationsverlaufs errechnet werden. Man benötigt eine Indikatorelektrode und eine Bezugselektrode mit konstantem Potential. Als Indikatorelektrode kommen häufig Glas- oder Wasserstoffelektroden zum Einsatz, als Bezugselektrode eine Kalomelelektrode. Die Titrierlösung wird unter Rühren in kleinen Schritten zugegeben und nach Einstellen des Lösungsgleichgewichtes wird das Potential gemessen. Der Äquivalenzpunkt ist durch den größten Potentialsprung zu erkennen. Der Wendepunkt der Kurve stellt den Äquivalenzpunkt dar. Die Potentiometrie kann zur Indizierung von Fällungs-, Komplexbildungs-Neutralisationsreaktionen sowie von Oxidations- und Reduktionsvorgängen verwendet werden. Bei der Bestimmung von Bromid und Jodid handelt es sich um eine Fällungstitration. In schwach schwefelsaurer Lösung werden Bromid und Jodid nachgewiesen. Als Elektrode wird eine Silberchlorid-Glas-Kombielektrode verwendet. Diese beinhaltet die Referenzelektrode und die Indikatorelektrode Reaktionsgleichung: Ag + + J - AgJ Ag + + Br - AgBr Silberjodid fällt zuerst aus 3.3. Endpunktbestimmung: potentiometrisch 3.4. Geräte: Titroline 6000 Modul 1 Silberchlorid-Glas-Kombielektrode Praktikum Analytik Seite 5

6 3.5. Durchführung: Messkolben auf 50,0 ml mit dest. Wasser auffüllen! 10,0 ml Analysenlösung in ein Becherglas pipetieren mit dest. Wasser die Messzelle auffüllen, bis die Referenzelektrode ganz in die Lösung eintaucht (ca. 60 ml) prüfen, ob USB-Stick im Gerät steckt! unter Rühren mit Silbernitrat-Lösung (0,1 mol/l) titrieren hierfür die Start Taste betätigen Gruppennummer und zugegebenes Volumen (10,0 ml) eintragen die Titration läuft automatisch es wird linear in 0,3 ml Schritten titriert Titrationskurve kann über Mode Taste angezeigt werden zuerst fällt AgJ aus / dann AgBr der Bromidgehalt wird in mg/ml angegeben die Datenwerte können über einen Stick ausgelesen werden Doppelbestimmung 3.6. Aufgaben Angabe des Gehaltes der Probe Jodid und Bromid in mg/ml mit Herleitung / Formeln Titrationsgraph und Auswertung durch Tangentenmethode Erste Ableitung des Titrationsgraphens Praktikum Analytik Seite 6

7 4. Konduktometrische Titration von Salzsäure 4.1. Grundlagen Bei der Konduktometrie betrachtet man die Änderung der Leitfähigkeit einer Lösung, die durch Zutitrieren einer Maßlösung hervorgerufen wird. Die Werte der Leitfähigkeit werden in Abhängigkeit vom zugesetzten Volumen der Maßlösung in einem Koordinatensystem dargestellt. Man benutzt die Eigenschaft wässriger Elektrolytlösungen den elektrischen Strom zu leiten. Säuren, Basen und Salze zerfallen in wässriger Lösung in elektrisch geladene Teilchen, die Ionen. Im elektrischen Feld wandern diese Elektronen und transportieren pro Mol immer die gleiche Elektrizitätsmenge. Als Beispiel wird Salzsäure mit Natronlauge verwendet. Wird Salzsäure mit Natronlauge titriert, so hat die Säure zunächst eine gewisse Leitfähigkeit. Bei Zugabe von Natronlauge entsteht aus H + und OH - -Ionen Wasser, d. h. im Endeffekt wird das H + -Ion durch das Na + -Ion mit wesentlich schlechterer Leitfähigkeit ersetzt. HCl + NaOH -> NaCl + H 2 O Daher nimmt die Leitfähigkeit bis zum Äquivalenzpunkt stetig ab. Wird der Lösung weiter Natronlauge zugefügt, so steigt die Leitfähigkeit wieder an Geräte Microprocessor conductivity Meter WTW LF Durchführung wählen Sie zwischen einer der unbekannten Probe aus (Probe A,B,C) und notieren Sie sich den Buchstaben der Probe 10,0 ml (Vollpipette) der unbekannten HCl - Lösung mit ca. 50 ml dest. Wasser im Becherglas verdünnen unter Rühren mit NaOH (0,1 mol/l) titrieren, (jeweils bei Zugabe von 0,5 ml Natronlauge den Messwert notieren) über den Äquivalenzpunkt hinaus noch mindestens zehn Messpunkte aufnehmen Doppelbestimmung 4.4. Aufgaben Berechnung Gehalt an HCl in mol/l mit Herleitung / Formeln Titrationskurve erstellen Leitfähigkeit gegen den Verbrauch an ml NaOH graphisch auftragen Äquivalenzpunkt durch Verlängerung der beiden Geraden ermitteln Praktikum Analytik Seite 7

8 5. Coulometrische Wasserbestimmung nach Karl-Fischer 5.1. Grundlagen Unter dem Karl-Fischer-Verfahren versteht man die quantitative Wasserbestimmung durch Titration mit einer wasserfreien methanolischen Lösung, die Jod und Schwefeldioxid enthält. Die Oxidation des SO 2 durch I 2 erfolgt entspechend der Reaktionsgleichung: H 2 O + I 2 + SO 2 + CH 3 OH + 3 R 3 N > 2 R 3 N HI + R 3 N HSO 4 CH 3 Bei der Coulometrie enthält die Karl-Fischer-Lösung Jodid. Dieses Jodid wird an der Anode der Generatorzelle zu Iod oxidiert. An der Kathode entsteht parallel dazu in erster Linie Wasserstoff, der in kleinen Blasen an die Oberfläche steigt und damit dem Gleichgewicht entzogen wird. Das entstehende Jod reagiert sofort nach der Karl-Fischer Reaktion mit Wasser. Während der gesamten Titration liegt in der Lösung ausschließlich Jodid vor. Dies ändert sich schlagartig, wenn kein Wasser mehr in der Titrationszelle vorhanden ist. Durch die weitere Zugabe von Iod existieren Jod und Iodid nebeneinander und bilden ein reversibles Redoxpaar. An der Indikatorelektrode wird nun ein Stromfluss verzeichnet, der das Titrationsende indiziert. Bei der volumetrischen Titration wird das Jod mit einer Motorkolbenbürette dosiert, die Detektion des Titrationsendes ist identisch. Praktikum Analytik Seite 8

9 5.2. Geräte Schott Instruments TitroLine KFtrace (Hydranal AD). Diaphragmalose Generatorelektrode 5.3. Durchführung Das Gerät beginnt direkt nach dem Einschalten mit dem Konditionieren des Reagenzes in der Titrationszelle. In der Generatorelektrode entsteht an der Kathode Wasserstoff und unten an der Generatorelektrode Jod. Die Generatorelektrode sollte vollständig eingetaucht sein. Die Drift erreicht nach kurzer Zeit, abhängig davon, wie viel Feuchtigkeit in der Zelle ist, einen stabilen Wert. Dieser liegt meist zwischen 0,5 und 10 µg. Das Gerät ist für die Messung bereit. die Messung mit START beginnen zu untersuchende Probe mit einer Einwegspritze aufziehen die Probenmenge für die Fünffachbestimmung vollständig in die Spritze aufziehen! Teilmengen in das Titrationsgefäß spritzen o 1.Studierender: mg Ethanol Fünffachbestimmung o 2.Studierender: mg Ethanol Fünffachbestimmung Jeder Studierender misst zusätzlich zweimal den Hydranal-Wasserstandard zügig arbeiten, damit keine Feuchtigkeit angezogen wird die Spritze mit der Probe auf die Waage stellen / Waage tarieren Teilmenge über das Septum in das Titrationsgefäß einspritzen Die Probennummer kann über ENTER <F1>.eingegeben/geändert bzw. quittiert werden. Spritze wieder auf die Waage stellen und zurückwiegen Praktikum Analytik Seite 9

10 Einwaage als Absolutwert mit Hilfe der Pfeiltasten in den Titrator eingeben. Achtung: Anzeige Waage in g / Eingabe in den Titrator in mg! Die Titration startet dann automatisch. Das Ergebnis wird als Konzentration H 2 O in ppm angezeigt und über den Drucker ausgegeben Aufgabe Angabe des Gehalts H 2 O [in %] in Ethanol Studierender 1: ( mg Ethanol) und Studierender 2: ( mg Ethanol) Standardabweichung berechnen und Ergebnis diskutieren! Doppelbestimmung des Wasserstandards Hydranal 0,10 Wassergehalt 100 µg/g (Abweichung max. ± 10 µg) Praktikum Analytik Seite 10

11 6. Dünnschichtchromatographie von Aminosäuren 6.1. Grundlagen Zur Trennung von Substanzen, in diesem Fall Aminosäuren, mit Hilfe der Dünnschichtchromatographie (DC) wird eine Lösung des zu trennenden Substanzgemisches auf eine Schicht eines adsorptiven Materials (stationäre Phase) aufgetragen. Die hier verwendete stationäre Phase ist Kieselgel auf dem Trägermaterial Glas (DC-Platte). Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels wird die DC-Platte in eine Kammer mit einem Lösungsmittelgemisch, der mobilen Phase, gestellt. Dieses sog. Laufmittel steigt aufgrund der Kapillarwirkung an der dünnen stationären Phase hoch. Durch Sorptions- Desorptionsprozesse am Kieselgel erfolgt eine Trennung des Aminosäuregemisches in seine Bestandteile, da jede Substanz durch eine spezifische Steighöhe (R f -Wert) gekennzeichnet ist. Der Nachweis der Substanzzonen auf der DC-Platte erfolgt bei Aminosäuren z.b. durch eine Anfärbung mit Ninhydrin. Zur Identifizierung der Substanzen lässt man die reinen Aminosäuren mit dem zu analysierenden Gemisch mitlaufen Durchführung Markieren der Startlinie etwa 15 mm vom unteren Rand auf der DC-Platte mit einem Bleistift (Vorsicht, dabei die Oberfläche der Platte nicht mit den Fingern berühren!) Auf der Startlinie dann mit Hilfe der Kapillaren jeweils ca. 0,5 µl der Vergleichslösungen sowie ca. 0,5 µl der zu analysierenden Probe im Abstand von ca. 10 mm auftragen. Diesen Vorgang dreimal wiederholen/ dazwischen trocknen lassen. Die mobile Phase in die Kammer ca. 0,5 1 cm hoch einfüllen (Achtung: Die Startlinie muss oberhalb der Lösemittelfront liegen!) Praktikum Analytik Seite 11

12 Laufmittel: Gemisch (Volumenanteile): Methanol: Essigsäureethylester: Ammoniak w(nh 4 OH) = 33 % 2 Teile 2 Teile 1 Teil die Platte in der Entwicklungskammer chromatographieren (Abzug) Es wird chromatographiert bis die Laufmittelfront ca. 1 cm vor dem oberen Rand der DC-Platte angelangt ist. Lauffront mit einem Bleistift markieren Platte aus der Kammer nehmen und unter dem Abzug mit einem Fön trocknen trockene Platte gleichmäßig im Abzug mit einer Ninhydrin- Lösung besprühen und anschließend erneut mit einem Fön trocknen die Aminosäure-Punkte mit einen Bleistift einkreisen (verblassen mit der Zeit) 6.3. Auswertung Es sind die R f -Werte der eingesetzten Aminosäuren und die Zusammensetzung der unbekannten Probe zu bestimmen Identifizierung der Aminosäuren Die trockene Platte wird gleichmäßig mit einer Ninhydrin-Lösung besprüht und anschließend mit dem Fön getrocknet und erwärmt. Dabei reagiert das Ninhydrin mit den Aminosäuren zu violetten bzw. gelblichen (mit Prolin) Farbstoffen Auswertung Es sind die R f -Werte der eingesetzten Aminosäuren und die Zusammensetzung der unbekannten Probe zu bestimmen. Praktikum Analytik Seite 12

13 7. Literatur Otto, M., Analytische Chemie, 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2011 T. Gübitz,G. Haubold, C. Stoll: Analytisches Praktikum: Quantitative Analyse Küster, Thiel: Rechentafeln für die Chemische Analytik 107.Auflage, 2011, de Gruyter Laborpraxis. Basel: Birkhäuser, 4 Analytische Methoden - 3.vollst. Überarb. u. erw. Auflage G.Schulze, J.Simon, Jander Jahr Maßanalyse 17.Auflage 2009, Walter de Gruyter Verlag Praktikum Anorganische Analysen, 1.Auflage 2002, Wissenschaftlicher Verlag Harri Deutsch GmbH Monographie, Wasserbestimmung durch KF-Titration, Peter Brittel, Regina Schlink Praktikum Analytik Seite 13