Praktikumsunterlagen. Chemisches Praktikum für Geoökologen

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1 Praktikumsunterlagen Chemisches Praktikum für Geoökologen Stand: Februar 2008 Bitte Fehler, Unstimmigkeiten sowie Änderungswünsche umgehend an die Assistenten durchgeben oder Die zitierten Literaturquellen: Mortimer, Ch. E., Chemie, Thieme 1996 Becker, H., Organikum, Wiley-VCH 1999 Breitmaier, E., Jung, G., Organische Chemie I, Thieme 1994 Breitmaier, E., Jung, G., Organische Chemie II, Thieme 1995 Geckeler, K.E., Eckstein, H., Analytische und präparative Labormethoden, Vieweg 1987 Hesse, M., Meier, H., Zeeh, B., Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, Thieme 1995 sind in der Lehrbuchsammlung der UB vorrätig

2 Vorbesprechungen Die Vorbesprechungen vor den Versuchen dienen dazu den Versuchsablauf zusätzlich zum geschriebenen Text auch verbal zu erläutern ; kurze Rückerinnerungen an die Theorie zu liefern, die zur Durchführung und Interpretation der Versuche erforderlich ist ; eindringlich auf mögliche Gefährdungen durch Chemikalien und/oder Gerätschaften aufmerksam zu machen. Um den Erfolg der Vorbesprechungen zu sichern, ist es erforderlich, daß Sie sich auf die Vorbesprechungen anhand der Praktikumsunterlagen und ggf. anhand der zitierten Literatur vorbereiten. Vorbesprechungen sind keine Vorlesungen, sondern interaktive Veranstaltungen. Bitte rechnen Sie also damit, daß Sie während der Vorbesprechungen zu den Inhalten des jeweiligen Versuchs und der zugehörigen Theorie befragt werden. Sie sind im übrigen dazu aufgefordert, während der Vorbesprechungen und auch der Vorlesungen Fragen zu stellen. Im Rahmen unserer Möglichkeiten werden diese entweder sofort, spätestens aber bei der folgenden Zusammenkuft beantwortet. Die Anwesenheit bei Vorbesprechungen ist Pflicht. Folgende Maßnahme wird zur Erhöhung der Sicherheit im Anorganischen und Organischen Praktikum für Diplombiologen eingeführt : Teilnehmer, die zu Beginn oder während eines Versuchs nicht über Praxis und/oder Theorie des Versuchs informiert sind, haben die Laborräume zu verlassen, bis sie gegenüber einem Saalassistenten belegen können, daß sie ihr Informationsdefizit aufgeholt haben.

3 3 Führung der Protokollhefte Zu jedem Versuch innerhalb des Chemischen Praktikums wird von jedem Praktikanten ein eigenes Protokoll angefertigt. Die Protokolle sind ausschließlich in ein Protokollheft einzutragen. Geheftete Loseblätter werden nicht angenommen. Auf die Innenseite des Umschlags ist der Laufzettel einzukleben (bitte entnehmen Sie das Blatt auf der folgenden Seite) auf dem alle Themen aufgelistet sind. Ohne Laufzettel keine Korrektur. hier Für jedes neue Protokoll ist auf einer neuen Seite Ihres Protokollhefts zu beginnen. Als jeweils erste Protokollseite wird das Testatblatt für den jeweiligen Versuch eingeklebt (versehen mit der Unterschrift des aufsichtführenden Assistenten). Ohne Testatblatt mit Unterschrift erfolgt keine Protokollkorrektur. Die Testatblätter für die anorganischen Versuche und für die organischen Versuche entnehmen Sie bitte diesen Praktikumsunterlagen, Auf dem Testatblatt sind alle die Daten aus dem Versuchsablauf einzutragen, die zur Erstellung des Protokolls notwendig werden (z.b. Meßwerte, wie Schmelzpunkt eines Syntheseprodukts, Grammausbeute, ph-werte, Beobachtungen, wie Blaufärbung bei NH 3 -Zugabe etc.). Im organischen Teil des Praktikums ist für jede Reaktion die durchgeführt wird der vollständige Mechanismus mit sauber gezeichneten Strukturformeln einzutragen, selbst wenn dies in der Versuchsbeschreibung nicht ausdrücklich gefordert sein sollte. Die Protokolle sind gut lesbar zu gestalten. Bei schlechter Heftführung erfolgt Rückgabe zur Nachbesserung. Insbesondere bei chemischen Formeln ist auf sorgfältige Schreibweise zu achten. Die Abgabe der Protokolle muß immer am Tag nach dem Versuch erfolgen. Die korrigierte Rückgabe erfolgt umgehend (spätestens folgender Tag, sofern nicht ausdrücklich anders angekündigt) Protokollhefte müssen - vollständig korrigiert - bei der Platzabgabe mit abgegeben werden. Bei verspäteter Abgabe ist die Korrektur erst im jeweils folgenden Semester möglich. Vordiplomszeugnisse werden nur bei abgegebenem, vollständig korrigiertem Protokollheft erteilt.

4 4 Laufzettel Name : Semester : Gruppe Nr. : Versuch Testat Bemerkungen Anorganischer Teil Löslichkeitsprodukt Säure/Basen/Puffer Ionenaustauscher Synthese eines Komplexes Kolorimetrie Säulenchromatographie Organischer Teil Nukleophile Substitution Veresterung Kohlenhydrate Heftkorrektur Dozent :

5 Anorganische Versuche Name: Gruppe Nr.: Datum: Anorganische Versuche: Löslichkeitsprodukt Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Beobachtungen bei den KClO 4 -Vorversuchen: 5 Beobachtungen bei den CuCO 3 -Vorversuchen: Leere Schale Schale mit Lösung Schale mit getrocknetem Rückstand...,... g...,... g...,... g ph-wert der Mg(OH) 2 - Lösung...,... Vortestat: Testat:

6 6 Name: Gruppe Nr.: Anorganische Versuche: Säure/Basen/Puffer Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Salzsäure Essigsäure Histidin Histidin ml ph ml ph ml ph ml ph 0,00 0,00 0,00 15,50 5,00 5,00 0,50 16,00 10,00 10,00 1,00 16,50 15,00 15,00 1,50 17,00 20,00 20,00 2,00 17,50 21,00 25,00 2,50 18,00 22,00 30,00 3,00 18,50 23,00 35,00 3,50 19,00 23,25 40,00 4,00 19,50 23,50 45,00 4,50 20,00 23,75 46,00 5,00 20,50 24,00 47,00 5,50 21,00 24,25 48,00 6,00 21,50 24,50 49,00 6,50 22,00 24,75 50,00 7,00 22,50 25,00 51,00 7,50 23,00 25,25 52,00 8,00 23,50 25,50 53,00 8,50 24,00 25,75 54,00 9,00 24,50 26,00 55,00 9,50 25,00 26,25 60,00 10,00 25,50 26,50 10,50 26,00 26,75 11,00 26,50 27,00 11,50 27,00 30,00 12,00 27,50 12,50 28,00 Umschlagspunkte/-bereiche: 13,00 28,50 13,50 29,00 14,00 29,50 14,50 30,00 15,00 Vortestat: Testat:

7 7 Name: Gruppe Nr.: Anorganische Versuche: Ionenaustauscher, Synthese eines Komplexes Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Nummer UV ph UV-Absorption der Toluensulfonsäure bei 261 nm: E =... Ausbeute des Kobaltkomplexes:...Gramm Vortestat: Testat:

8 8 Name: Gruppe Nr.: Anorganische Versuche: Kolorimetrie Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Lichtabsorptionsspektrum von Kobalt (II) chlorid (Daten):? [nm] E Wellenlänge mit maximaler Extinktion:... [nm] Eichkurve für Kobalt (II) chlorid bei der Wellenlänge mit maximaler Extinktion (Daten): Molarität 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 E Extinktion der CoCl 2 -Lösung die aus dem Co-Komplex hergestellt wurde: E =... Eichkurve für Molybdän (Daten): ml 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 20,0 µg Mo E Extinktion der Fe(MoO)(SCN) 5 -Lösung die aus dem Mo-Proteid hergestellt wurde: E =... Vortestat: Testat:

9 9 Name: Gruppe Nr.: Organischer Versuch Säulenchromatographie Dünnschichtchromatogramm der Spinatextraktfraktionen + R F -Werte Dünnschichtchromatogramme der anderen Pflanzenextrakte + R F -Werte Laufmittel A Laufmittel B Laufmittel C Zum Einsatz gekommene Pflanze... Vortestat: Testat:

10 10 Organische Versuche Name: Gruppe Nr.: Datum: Organischer Versuch: Nukleophile Substitution Bruttogleichung der Reaktion mit Molmassen Ansatz in Gramm und in Mol Ausbeute in Gramm und in Prozent Physikalische Daten (Siedepunkt, Schmelzpunkt) jeweils auch mit den entsprechenden Werten der Literatur (Skript oder Organikum) Meßwerte (ml, t): Vortestat: Testat:

11 11 Name: Organischer Versuch: Carbonylreaktionen I (Veresterung) Bruttogleichung der Reaktion mit Molmassen Ansatz in Gramm und in Mol Ausbeute in Gramm und in Prozent Physikalische Daten (Siedepunkt, Schmelzpunkt) jeweils auch mit den entsprechenden Werten der Literatur (Skript oder Organikum) Vortestat: Testat:

12 Organischer Versuch: Carbonylreaktionen II (CH-acide Verbindung) Bruttogleichung der Reaktion mit Molmassen 12 Name: Gruppe Nr.: Datum Ansatz in Gramm und in Mol Ausbeute in Gramm und in Prozent Physikalische Daten (Siedepunkt, Schmelzpunkt) jeweils auch mit den entsprechenden Werten der Literatur (Skript oder Organikum) Umkristallisiert aus: Vortestat: Testat:

13 13 Name: Gruppe Nr.: Datum: Organischer Versuch: Kohlenhydrate Bruttogleichungen der Reaktion (Versuch 3.5) mit Molmassen Ansatz (Versuch 3.5) in Gramm und in Mol Ausbeute in Gramm und in Prozent Physikalische Daten (Schmelzpunkt) von ß-Pentaacetyl-D-Glucose sowie jeweils auch mit den entsprechenden Werten der Literatur : Gemessen C Literatur C Beobachtungen: Versuch 3.1 Versuch 3.2 Versuch 3.4 Dünnschichtchromatogramm(e): Versuch 3.6 Vortestat: Testat:

14 14 Löslichkeitsprodukt 1. Lernziele Arbeitstechniken: Filtrieren, Trocknen, Wägen, Anwendung des ph-geräts Theorie: Anwendung des Massenwirkungsgesetzes, Löslichkeitsprodukt. 2. Apparaturen Wasserbad mit Rührthermostat, ph-meter 3. Chemikalien Kaliumperchlorat (gesättigt) KClO 4 15 ml Kochsalzlösung (gesättigt) NaCl 2 ml Kaliumchloridlösung (gesättigt) KCl 2 ml Perchlorsäure 70%ig HClO 4 3 Tropfen Kupferkarbonat CuCO 3 0,5 g Kaliumperchlorat KClO 4 Magnesiumoxid MgO Ammoniaklösung 25%ig NH 3 Salzsäure, verdünnt HCl 4. Versuchsbeschreibung - Vorversuche a) Verteilen Sie die gesättigte KClO 4 -Lösung (je ca. 5 ml) auf drei Reagenzgläser. Zum ersten geben Sie 2 ml gesättigte Kochsalzlösung, zum zweiten 2 ml gesättigte Kaliumchloridlösung und zum dritten einige Tropfen Perchlorsäure. Notieren Sie Ihre Beobachtungen ins Testatblatt. Versuchen Sie, eine Spatelspitze (ca. 0,5 g) Kupferkarbonat in 10 ml dest. Wasser zu lösen. Würde es sich tatsächlich in nennenswertem Umfang lösen, müßte die blaue Farbe hydratisierter Cu 2+ Ionen ([Cu (H 2 O) 4 ] 2+ ) auftreten. Verteilen Sie die gut aufgeschüttelte Aufschlämmung auf zwei Reagenzgläser und versetzen Sie die eine Probe mit Ammoniaklösung, die andere mit verdünnter Salzsäure. Notieren Sie alle Ihre Beobachtungen ins Testatblatt. 5. Versuchsbeschreibung - Quantitative Versuche a) Löslichkeitsprodukt von Kaliumperchlorat Es werden für diesen Versuch zwei Glaswannen mit Thermostat für je drei Gruppen zur Verfügung gestellt. Eine Wanne wird, gefüllt mit destilliertem Wasser, mit Hilfe des Rührthermostats auf 50 C eingestellt, die zweite auf 30 C. Hängen Sie in das 50 warme Wasser einen Erlenmeyerkolben (ca. 100 ml) in den Sie zuvor ca. 5 g KClO 4 und ca. 50 ml Wasser eingefüllt haben. Versuchen Sie unter mehrmaligem Umschütteln des Kolbens eine bei 50 C gesättigte Lösung von KClO 4 herzustellen.

15 15 Es muß noch Bodenkörper vorhanden sein, sonst müssen Sie nochmals festes KClO 4 zufügen. Anschließend überführen Sie den Erlenmeyerkolben in das zweite Wasserbad, das auf genau 30 C eingestellt wurde (Thermometer!). Im 30 - Bad belassen Sie den Erlenmeyerkolben etwa 30 Minuten unter gelegentlichem Umschütteln. Wenn Sie ihn so einspannen wie im Bild dargestellt, können Sie ihn mit dem Stativ bewegen. Ist vollständiger Temperatur- und Lösungsausgleich eingetreten, wird durch einen vorgewärmten Glastrichter (80 C Vorsicht!) mit Faltenfilter rasch abfiltriert. Das Filtrat wird in einer trockenen, gewogenen Porzellanschale (X,XX Gramm ins Testatblatt) aufgefangen. Dazu wird die Porzellanschale in ein Eisbad gestellt. Während der Filtration soll sich die Lösung nicht durch beginnende Kristallisation auf dem Filter in ihrer Zusammensetzung ändern (daher Trichter vorwärmen) und der Wasseranteil des Filtrats soll sich nicht durch Verdunsten ändern (daher Porzellanschale kühlen). Ein Auskristallisieren in der Schale ist natürlich ohne Belang. Die abfiltrierten Proben werden unverzüglich genau gewogen (Y,YY Gramm ins Testatblatt). Trocknen Sie die Porzellanschale vorher außen ab. Anschließend wird auf dem Wasserbad (Becherglas mit dest. Wasser) eingedampft. Zur Entfernung von Restwasser wird die außen abgetrocknete Schale im Trockenschrank bei 80 C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet und anschließend gewogen (Z,ZZ Gramm ins Testatblatt). Der Gewichtsverlust ist gleich der Wassermenge, das Gewicht des Rückstands entspricht dem des ursprünglich in diesem Wasser gelösten Kaliumperchlorat.

16 16 b) Löslichkeitsprodukt von Magnesiumhydroxid In einem gut verschlossenen Erlenmeyerkolben (250 ml) bringen Sie 1 g Magnesiumoxid mit leicht drehenden Bewegungen in 100 Millilitern dest. Wasser zum Teil in Lösung. Das Magnesiumoxid setzt sich dabei mit Wasser zu Mg(OH) 2 um MgO + H 2 O Mg(OH) 2 Mg(OH) 2 Mg OH - Dieses wiederum löst sich bis zum Sättigungsgleichgewicht. Zu heftiges Schütteln führt unter Aufnahme des Kohlendioxids der Luft zu folgender Nebenreaktion: CO 2 + H 2 O HCO H + H 2 CO 3 Mg(OH) 2 + H 2 CO 3 MgCO H 2 O In der durch Absitzenlassen einigermaßen geklärten Lösung bestimmen Sie mit Hilfe eines ph-geräts mit Glaselektrode den ph-wert ins Testatblatt eintragen. Unter der nicht ganz zutreffenden Voraussetzung, daß das gelöste Mg(OH) 2 vollständig in seine Ionen zerfallen ist, läßt sich aus dem gemessenen ph das Löslichkeitsprodukt L nach der Formel berechnen. pl = 3 poh + 0,3 Bedienungsanleitung des Beckman ph-meters Eichung des Geräts: ph-elektrode am Gerät einstecken. Elektrode aus der Aufbewahrungslösung entnehmen und mit dest. Wasser abspülen; anschließend abschütteln. Aufbewahrungslösung beiseite stellen; nichts verschütten! Schalter und «C» nacheinander drücken. Elektrode in den ph 4 Puffer eintauchen. Schalter «ph» und «STD» drücken; abwarten bis die Anzeige nicht mehr blinkt. Elektrode aus dem Puffer nehmen und mit dest. Wasser abspülen ; abschütteln. Elektrode in den ph 10 Puffer eintauchen. Schalter «STD» drücken und warten, bis nicht mehr blinkt. Das Gerät ist jetzt geeicht bis es wieder ausgeschaltet wird. Messung : Elektrode mit dest. Wasser abspülen, abschütteln, dann in die zu messende Lösung eintauchen. Schalter»pH» drücken, warten, bis nicht mehr blinkt und den ph-wert ablesen. Bitte beachten : Die Glasmembran ist sehr bruchempfindlich (Stärke 0,2 0,5 mm). Wenn Sie eine Eichpufferlösung bzw. eine Lösung während der Titration rühren, müssen Sie die Geschwindigkeit des Magnetrührers regeln, bevor Sie die Elektrode in die Lösung tauchen. Ein in der Lösung umherspringender Rührkern könnte die Glasmembran zerschlagen. Nach jeder Messreihe die Elektrode mit dest. Wasser gründlich abspülen.

17 17 Solange nicht gemessen wird, sollte die Elektrode in dest. Wasser eintauchen, damit die Glasmembran nicht austrocknet! Nachdem alle Messungen abschlossen sind, die Elektrode wieder in das mit Aufbewahrungslösung gefüllte Gefäß eintauchen und das Gefäß ggf. dicht verschließen. Folgende Störungen können bei der ph-messung auftreten: Die Anzeige des ph-meters kommt nur sehr langsam zur Ruhe. Dies kann durch Alterung, durch eine verschmutzte Meßkette, durch statische Aufladung der Elektrode oder durch unterschiedliche Temperatur zwischen Meßkette und Pufferlösung bedingt sein. Abhilfe kann hier leichtes Rühren schaffen. Die Eichung ist falsch oder gar nicht erst möglich. Fehlerquellen können hier sein: Eine fehlerhafte oder mehrfach verwendete Pufferlösung, Verschmutzung oder sonstige Störungen am Diaphragma bzw. am Bezugssystem, eine stark gealterte Meßkette oder ein Kabelbruch an der Zuleitung. Verständigen Sie auf jeden Fall Ihren Assistenten, wenn Sie Probleme bei der Eichung Ihrer Elektrode haben. 6. Aufgaben 1. Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen bei den Vorversuchen. Erläutern Sie die Ergebnisse unter Anwendung des Massenwirkungsgesetzes. Bitte geben Sie auch bei Reaktionen die zugrundeliegenden Reaktionsgleichungen an. 2. Leiten Sie aus L = [Mg 2+ ] [OH - ] 2 die oben angegebene Formel zur Berechnung des Löslichkeitsprodukts von Mg(OH) 2 aus dem gemessenen ph-wert ab. 3. Wie groß ist pl für Mg(OH) 2? 4. Berechnen Sie die molare Löslichkeit (Löslichkeit in Mol pro Liter) von Mg(OH) 2 aus dem gemessenen ph-wert (besser gesagt poh-wert). 5. Wird die wahre Löslichkeit (in Mol / Liter) größer oder kleiner sein als die unter Vernachlässigung des Gleichgewichtes Mg(H 2 O) 2+ n + OH - (Mg(H 2 O n-1 OH) + + H 2 O bestimmte? 6. Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von KClO 4 bei 30 C aus den Ergebnissen des Versuchs. 7. Eine gesättigte Lösung von Calciumsulfat (CaSO 4 ) enthält bei 20 C 0,68 Gramm Calciumsulfat in 500 Millilitern Lösung. Wie groß ist das Löslichkeitsprodukt von CaSO 4? 8. Erläutern Sie anhand einer übersichtlichen Zeichnung die Funktionsweise einer ph- Glaselektrode. 7. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S ; 369 Geckeler, K.E., Eckstein, H., Analytische und präparative Labormethoden, Vieweg 1987, S

18 18 8. Gefährdungspotentiale - Entsorgung Kaliumperchlorat (gesättigt), Kaliumperchlorat (fest): Mit brennbaren Stoffen explosionsfähig, beim Verschlucken gesundheitsschädlich. Nach Hautkontakt mit reichlich Wasser abwaschen; nach Augenkontakt 15 Minuten bei gespreizten Lidern unter fließendem Wasser mit Augendusche ausspülen. Augenarzt konsultieren! Nach Verschlucken viel Wasser trinken, Erbrechen auslösen, Arzt hinzuziehen. Entsorgung: Lösung in Sammelbehälter SÄUREGEMISCH; Festsubstanz in Sammelbehälter FILTER- u. AUFSAUGMASSEN. Natriumchlorid (Kochsalz): Reizt die Augen. Bei Berührung mit den Augen sofort mit Wasser abspülen. Entsorgung: Mit Wasser verdünnt in den Abguß. Perchlorsäure 70%ig: Die reine Säure explodiert über 75 o C! Explosionsgefahr auch mit leicht oxidierbaren oder wasserentziehenden Substanzen (u.a. Alkohole, Nitrile, Ether). sowie mit Metallen und Holz. Perchlorsäure zerstört als starkes Oxidationsmittel lebendes Gewebe heftig. Inhalation von Dämpfen führt zu Reizzuständen der Luftwege. Nach Hautkontakt sofort mit viel Wasser abwaschen, abtupfen mit Polyethylenglykol 400 (Bereithalten). Arzt! Nach Augenkontakt mit viel Wasser mindestens 15 Minuten bei geöffnetem Lidspalt ausspülen. Augenarzt. Nach Einatmen Frischluft. Arzt! Nach Verschlucken viel Wasser trinken, Erbrechen nicht auslösen. Keine Neutralisationsversuche. Sofort Arzt! Entsorgung: Perchlorsäure zuerst mit Wasser verdünnen, dann vorsichtig mit NaOH neutralisieren, Lösung in Sammelbehälter SÄUREGEMISCH. Kupferkarbonat: Entsorgung: Festsubstanz in Sammelbehälter FILTER- u. AUFSAUG- MASSEN. Magnesiumoxid: Entsorgung: Haushaltsabfälle Ammoniak konz.: Reizt die Augen, die Atmungsorgane und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen und neutralisieren auf ph 6-8 mit Salzsäure, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen!

19 19 Säure/Basen/Puffer 1. Lernziele Arbeitstechniken: Titration Theorie: Titrationskurven, Brönstedt sche Säure-Basen-Theorie, ph-wert mit Berechnungen, Wirkungsweise von Indikatoren, Puffersysteme 2. Apparaturen Beispiel: Titration von 0,1 N HCl mit 0,1 N NaOH Bürette: 0,1 molare Natronlauge ph - Meter 25 ml 100 ml Erlenmeyer 100 ml Weithals Erlenmeyer 250 ml Weithals 25 ml Vollpipette Bürette 25 ml Magnetrührer mit Rührfisch ph-gerät Vorlage: 0,1 molare Salzsäure 3 Tropfen Indikator Methylrot/Bromkresolgrün 3. Chemikalien 0.1 N Salzsäure HCl 25 ml 0,1 N Natronlauge NaOH ca. 100 ml 0,1 N Essigsäure CH 3 COOH 50 ml Histidinlösung 25 ml Phenolphthaleinlösung einige Tropfen Methylrot/Bromkresolgrünlösung einige Tropfen

20 20 4. Versuche a) Titration einer starken Säure (Salzsäure) mit einer starken Lauge Salzsäure, als starker Elektrolyt, ist vollständig dissoziiert in H + - Ionen und Cl - -Ionen. Ähnlich starke Elektrolyten sind Salpetersäure und Schwefelsäure. Nachdem vollständige Dissoziation vorliegt, gilt: ph = -log [H + ] = - log [HCl] Durchführung: Bauen Sie die unter Nr. 2 geschilderte Apparatur auf. Füllen Sie 0,1 N NaOH in die trockene Bürette, nachdem Sie vorher das Küken (den drehbaren Hahn) auf Gängigkeit geprüft haben und ihn ggf. gereinigt und mit Schlifffett gefettet haben. Eichen Sie das ph-gerät auf ph 7,0 und anschließend auf ph 4,0. Überführen Sie mit einer 25 ml Meßpipette 25,0 ml 0,1 N HCl-Lösung in einen 100 ml - Weithalserlenmeyerkolben. Versetzen Sie mit drei Tropfen Indikator Methylrot/Bromkresolgrün (Umschlagspunkt von orangerot auf gelbgrün). Messen und notieren Sie zunächst den Ausgangs-pH-Wert. Geben Sie anschließend definierte Mengen 0,1 N NaOH zu und messen und notieren Sie jeweils den ph-wert. 4 x 5,00 ml, 3 x 1,00 ml, 16 x 0,25 ml, 1 x 3,00 ml. Notieren Sie parallel dazu den Umschlagspunkt des Indikators. b) Titration einer schwachen Säure (Essigsäure) mit einer starken Lauge Verwenden Sie dieselbe Versuchsanordnung, wie bei Versuch a). Verwenden Sie jedoch als Vorlage einen mit 50,0 ml 0,1 N Essigsäure (zwei Mal 25,0 ml mit der Vollpipette) gefüllten 250 ml - Weithalserlenmeyerkolben. Geben Sie zwei Milliliter Phenolphthaleinlösung als Indikator zu. Messen und notieren Sie zunächst den Ausgangs-pH-Wert. Geben Sie anschließend definierte Mengen 0,1 N NaOH zu und messen und notieren Sie jeweils den ph-wert. 9 x 5,00 ml, 10 x 1,00 ml, 1 x 5,00 ml. Notieren Sie parallel dazu den Umschlagspunkt des Indikators. c) Titration eines Ampholyten (Histidin) mit einer starken Lauge Verwenden Sie dieselbe Versuchsanordnung, wie bei Versuch a). Überführen Sie mit einer 25 ml Meßpipette 25,0 ml der ausstehenden Histidin HCl-Lösung in einen 100 ml - Weithalserlenmeyerkolben. Die Lösung wird mit 0,5 ml - Portionen einer 0,1 N NaOH

21 21 titriert, bis etwa der ph-wert 11,5 erreicht ist. Messen und notieren Sie zunächst den Ausgangs-pH-Wert und notieren Sie nach jeder Zugabe den sich einstellenden ph-wert. 5. Aufgaben 1. Erläutern Sie die Begriffe Konzentration und Aktivität. Erklären Sie den Unterschied zwischen Normalität und Molarität am Beispiel einer 3 molaren Schwefelsäure. 2. Zeichnen Sie die Titrationskurve der Titration von 0,1 N Salzsäure mit 0,1 N Natronlauge unter Verwendung der beiliegenden Millimeterpapiervorlage. Tragen Sie den Umschlagsbereich des Indikators ein. Ermitteln Sie näherungsweise graphisch den Wendepunkt der Titrationskurve (Äquivalenzpunkt). Mittelparallele Äquivalenzpunkt 3. Zeichnen Sie die Titrationskurve der Titration von 0,1 N Essigsäure mit 0,1 N Natronlauge unter Verwendung der beiliegenden Millimeterpapiervorlage. Tragen Sie den Umschlagsbereich des Indikators ein. Ermitteln Sie näherungsweise graphisch den Wendepunkt der Titrationskurve (Äquivalenzpunkt). Ist der verwendete Indikator Phenolphthalein für diese Titration geeignet? 4. Berechnen Sie den pk S von Essigsäure unter a) Verwendung des Start-pH-Werts b) Verwendung des ph-werts der sich einstellt bei Zugabe der halben Natronlaugemenge die bis zum Erreichen des Äquivalenzpunkts erforderlich war (aus Ihrer Graphik!) c) Verwendung des ph-werts am Äquivalenzpunkt (aus Ihrer Graphik!). 5. Berechnen Sie den ph-wert am Äquivalenzpunkt (Vorsicht: Verdünnung!) und vergleichen Sie ihn mit dem graphisch ermittelten. Verwenden Sie den unter 4 b) ermittelten pk S -Wert. 6. Berechnen Sie den ph-wert einer 0,1 N Natriumacetatlösung. Verwenden Sie den unter 4 b) ermittelten pk S -Wert. 7. Zeichnen Sie die Titrationskurve der Titration der Histidin. HCl-Lösung mit 0,1 N Natronlauge unter Verwendung der beiliegenden Millimeterpapiervorlage.

22 8. Wie viele Mol (bzw. mmol) Hydroxylionen konnten Sie bei der 22 Titration der Histidin. HCl-Lösung bei ph 6,0, bei ph 7,0 und bei ph 7,6 zusetzen, bis der Wert um jeweils eine ph-einheit stieg? 6. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S ; Gefährdungspotentiale - Entsorgung Überschüsse der eingesetzten Lösungen 0,1 N HCl, 0,1 N NaOH, 0,1 N CH 3 COOH sowie die Histidinlösung können über die Kanalisation entsorgt werden.

23 Titration von 0,1 N HCl mit 0,1 N NaOH 23 ph ml Zugabe von 0,1 N NaOH

24 Titration von 0,1 N CH 3 COOH mit 0,1 N 24 NaOH ph ml Zugabe von 0,1 N NaOH

25 25 ph Titration einer Histidinlösung mit 0,1 N NaOH Milliliter 0,1 N NaOH

26 26 Ionenaustauscher 1. Lernziele Theorie und Praxis der Ionenaustauschchromatographie Anwendung der UV-Spektrometrie 2. Geräte und Chemikalien Glassäule, Glaswolle, Bechergläser, Reagenzgläser, Meßkolben 250 ml, Kieselgelplatte Dowex Kationenaustauscher Typ 50 WX 8, H + -Form, mesh 20 30, Reinheit prac., SERVA 30 g Natriumtosylatlösung (vom Assistent ausgegeben) ph 7,2 ca. 5 ml 2N Natronlauge NaOH ca. 50 ml 2N Salzsäure HCl ca. 200 ml Phenolphthaleinlösung 3. Versuchsanleitung a) Austausch von Na + -Ionen gegen H + -Ionen am Kationenaustauscher Eine Glassäule wird mit einem Glaswollepfropfen im Auslauf versehen und über einen Trichter mit einer wäßrigen Aufschlämmung von 20g Dowex Kationenaustauscher gefüllt. Harz absinken lassen. Vor dem Auftragen der Probelösung läßt man die überstehende Flüssigkeit durch Öffnen des Hahns bis zur Harzschicht absinken. Anschließend trägt man sofort mit einer Pasteurpipette die Probelösung auf. Harzaufschlämmung Natriumtosylat Wasser Wasser bis fast zum Harz eindringen lassen. Hahn schließen. Wasser Harz Harz Harz Glaswolle pfropfen

27 27 Bitte achten Sie darauf, die ausgegebene Lösung, in die vom Assistenten Natriumtosylat eingewogen wurde, vollständig aufzutragen. Spülen Sie dazu das Schnappdeckelglas mit ca. 0,5 ml Wasser nach. Lassen Sie zunächst die Hauptlösung und anschließend die Nachspüllösung durch Öffnen des Hahns bis zur Harzschicht einsinken. Die Säule wird anschließend mit dem Elutionsmittel Wasser aufgefüllt und nach erneutem Öffnen des Hahns wird das Eluat in Reagenzgläsern in Fraktionen zu je etwa 4 Milliliter aufgefangen. Zum Volumenvergleich wird zuvor ein Reagenzglas mit 4,0 Millilitern Wasser gefüllt und die Füllhöhe markiert. Im Eluat befindet sich über ca. 20 Reagenzgläser verteilt p-toluensulfonsäure, während die Natriumionen am Harz fixiert wurden. Jeder Fraktion entnimmt man mit einer Pasteurpipette einen Tropfen zu ph-bestimmung (Universalindikatorpapier). Einen weiteren Tropfen gibt man auf eine Kieselgelplatte die vorher mit einer 4 x 5 Punkte Markierung versehen wurde. Da die Kieselgelplatte eine fluoreszierenden Farbstoff enthält, sieht man unter der UV-Lampe nach dem Abtrocknen bei Anwesenheit von p-toluensulfonsäure einen dunklen Fleck, da der Benzenring der p- Toluensulfonsäure UV-Licht absorbiert. Die Fraktionen, die p-toluensulfonsäure enthalten, vereinigt man in einem 250 ml Meßkolben und füllt diesen mit dest. Wasser bis zur Eichmarke auf. Von dieser Lösung wird durch den Assistenten bei 261 nm in einer Quarzküvette die UV-Absorption bestimmt. Der beladene Ionenaustauscher wird nach dem Versuch in einem Becherglas bis zur Regenerierung (s.u.) aufbewahrt. b) Kapazität eines Kationenaustauschers 250 ml 10,0 g Dowex Kationenaustauscher Typ 50 WX 8, H + -Form werden in ca. 30 ml Wasser aufgeschlämmt, mit einigen Tropfen Phenolphthaleinlösung versetzt und über eine Bürette durch langsames Zutropfen von 2N NaOH unter Rühren bis zum Äquivalenzpunkt titriert. Beim Erreichen dieses Äquivalenzpunkts färbt sich der Indikator rosa. Die eigentliche Neutralisationsreaktion: H 3 O + + OH - H 2 O + H 2 O verläuft sehr schnell: Der Austausch am Ionenaustauscher (H + gegen Na + ) beruht jedoch auf einem Diffusionsvorgang, dessen Geschwindigkeit von der Beweglichkeit der Ionen abhängt. Es dauert daher eine gewisse Zeit, bis in der Lösung alle H + - Ionen zur Neutralisation zur Verfügung stehen: Daher muß am Äquivalenzpunkt die Farbe etwa 5 Minuten erhalten bleiben.

28 28 Die Kapazität eines Austauschers wird üblicherweise in Milliäquivalent pro Gramm angegeben (meq/g). c) Regenerierung eines Austauschers Der Austausch der Gegenionen des Ionenaustauschers ist reversibel. Daher läßt sich der nach den Versuchen mit Metallionen (in unserem Fall Na + -Ionen) beladene Kationenaustauscher durch Säuren in seine aktive Form zurückführen (H + -Form). Der Austauscher ist danach von neuem einsetzbar. Das Kationenaustauscherharz aus den Versuchen Austausch von Na + -Ionen gegen H + - Ionen am Kationenaustauscher und Kapazität eines Kationenaustauschers wird vereinigt, auf einer Nutsche mit 100 ml 2N Salzsäure langsam gewaschen, abgesaugt, mit destilliertem Wasser neutral gespült (mit ph-papier überprüfen) und anschließend dem Assistenten zurückgegeben. 4. Aufgaben 1. Beschreiben Sie die Funktionsweise eines Kationenaustauschers am Beispiel des Austauschs der Na + -Ionen des Na-Tosylats gegen H + -Ionen. Verwenden Sie die folgende Darstellung des Kationenaustauschers in der als funktionelle Gruppe ein Toluensulfonsäurerest an ein makromolekulares Grundgerüst aus quervernetztem Polystyrol fixiert ist. CH 2 CH O S O H O Bitte beachten Sie, daß sowohl der Ankerligand ein Toluensufonsäurerest ist als auch die zu trennende Substanz (Natriumsalz der Toluensulfonsäure). 2. Welche Arten der Chromatographie gehören außer der Ionenaustauschchromatographie (also andere Wirkmechanismen) zum Typ der Fest / Flüssig- Chromatographie? 3. Tragen Sie aus dem ersten Versuch tabellarisch die Fraktionsnummern, den ph-wert und die p-toluensulfonsäurekonzentration [kein Fleck = 0, flacher Fleck = +; starker Fleck = ++ ] auf entsprechend dem folgenden Beispiel: Nummer UV ph

29 29 Errechnen Sie aus der UV-Absorption der eluierten p-toluensulfonsäure die Menge des ausgeteilten Natriumsalzes der p- Toluensulfonsäure sowohl in mmol als auch in Milligramm. ε 261 = 316,2 [Liter/Mol*cm] d c = 1 cm = E / ε * d = E / 316,2 [Mol / Liter] = 1000 * E / 316,2 [mmol / Liter] in 250 Millitern sind also 0,25 * 1000 * E / 316,2 mmol p-toluensulfonsäure. 4. Erläutern Sie die folgende Formel zur Berechnung der Kapazität eines Ionenaustauschers: Kapazität [meq / g] = 2 x Verbrauch an Lauge in Millilitern Einwaage in Gramm Die Zahl 2 ist auf die Verwendung 2 normaler NaOH zurückzuführen. Welche Kapazität [meq / g] hat der verwendete Ionenaustauscher 5. Nennen Sie wichtige Einsatzgebiete für Ionenaustauscher. 5. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 458 Geckeler, K.E., Eckstein, H., Analytische und präparative Labormethoden, Vieweg 1987, S Gefährdungspotentiale - Entsorgung Überschüsse der eingesetzten Lösungen 2 N HCl und 2 N NaOH können über die Kanalisation entsorgt werden. Natriumtosylatlösung bzw. p-toluensulfonsäurelösung werden über den Sammelbehälter SÄUREGEMISCH entsorgt.

30 30 Synthese eines Kobaltkomplexes 1. Lernziel Komplexchemie 2. Einführung Oxidiert man Kobaltdichlorid in wäßriger Lösung in Anwesenheit von Ammoniak (NH 3 ) und Ammoniumchlorid (NH 4 Cl), so erhält man je nach der Konzentration an Ammoniak und Ammoniumchlorid Komplexe der Zusammensetzung [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z. In jedem dieser Amminkomplexe ist das Co 3+ mit insgesamt sechs Liganden (NH 3 und Cl - ) koordiniert; daneben liegt noch ionisch gebundenes Chlorid vor. Sie stellen einen dieser Komplexe nach der angegebenen Vorschrift dar. Seine Struktur soll an den nächsten Versuchstagen aufgeklärt werden. 3. Chemikalien Kobaltdichlorid Co(H 2 O) 6 Cl 2 6 g Ammoniumchlorid NH 4 Cl 12 g Ammoniak 25%ig NH 3 30 ml Wasserstoffperoxid 30%ig H 2 O 2 6 ml Salzsäure konz. HCl 40 ml Aceton 40 ml 4. Versuchsbeschreibung Alle Operationen werden im Abzug durchgeführt! 6,0 g [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 werden unter Erwärmen im 100 ml bis 200 ml Becherglas in etwa 10 ml Wasser gelöst. Zu der abgekühlten Lösung gibt man eine Suspension von 12 g Ammoniumchlorid in 30 ml konz. Ammoniaklösung. Dazu fügt man 3 ml 30%ige Wasserstoffperoxidlösung (Vorsicht: stark ätzend) sowie innerhalb 5 min. weitere 3 ml in 4 Portionen. Nach 10 min neutralisiert man vorsichtig mit 20 ml konz. HCl, wobei ein Aquokomplex ausfällt. Man gibt anschließend weitere 20 ml konz. HCl zu, erhitzt das Gemisch zum Sieden, läßt abkühlen und filtriert den entstehenden purpurroten Niederschlag unter permanentem Schütteln (herstellen einer Aufschlämmung) mit Büchnertrichter und Saugflasche ab. Bitte beachten Sie, daß Ihr Büchnertrichter möglichst klein ist (ggf. bei benachbarter Gruppe ausleihen) und daß das Filterpapier im Trichter genau paßt! Der Filtriervorgang wird dadurch eingeleitet, daß zunächst ohne Wasserstrahlpumpe bzw. mit ganz geringem Vakuum der Boden des Büchnertrichters bzw. das Filterpapier vollständig mit Komplex bedeckt wird. Nach Herstellen des vollen Vakuums wird der Rest der Aufschlämmung aufgetragen, wobei erneut Sorge getragen wird, daß eine gleichmäßige Komplexschicht auf dem ganzen Filter verteilt wird. Nach völligem Absaugen der Salzsäure wird mit ca. 20 ml eiskaltem dest. Wasser nachgewaschen (bitte überprüfen Sie durch Augenschein, ob noch

31 weiße Ammoniumchloridkristalle 31 untergemischt sind, denn dann muß noch mit weiterem Wasser nachgewaschen werden), dann wird (nach vorherigem Entleeren der Saugflasche) mit Aceton nachgewaschen, trocken gesaugt und der Niederschlag an Luft getrocknet (er darf dann nach nichts mehr riechen). Gegebenenfalls muß im Trockenschrank nachgetrocknet werden. Wiegen Sie Ihre Ausbeute. 5. Aufgaben 1. Berechnen Sie die prozentuale Ausbeute (Molmasse des Komplexes ca. 250). 2. Geben Sie an, welche Komplexe der Zusammensetzung [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z möglich sind. Beachten Sie, daß Co 3+ in der Koordinationszahl 6 vorliegt (x + y = 6) und das Chloridion einfach negativ geladen ist. 6. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S Gefährdungspotentiale Entsorgung Kobalt(II)chlorid: Giftig beim Verschlucken; Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH (anorganisch) Ammoniumchlorid: Gesundheitsschädlich beim Verschlucken; Reizt die Augen; Staub nicht einatmen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH (anorganisch) Ammoniak konz.: Reizt die Augen, die Atmungsorgane und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen und neutralisieren auf ph 6-8 mit Salzsäure, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Wasserstoffperoxid: Verursacht Verätzungen; Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser; Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen; Entsorgung konzentrierter Lösungen durch Assistenten Salzsäure konz.: Reizt die Augen und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren auf ph 6-8 mit Natronlauge, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Kobaltkomplex: Giftig beim Verschlucken; Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen; Festes Produkt FILTER- u. AUFSAUGMASSEN, Entsorgung: Lösungen über Sammelbehälter SÄUREGEMISCH (anorganisch).

32 32 Kolorimetrie 1. Lernziele Arbeitstechniken: Aufschlußmethoden, Umgang mit dem Spektrophotometer, Aufstellung von und arbeiten mit Eichkurven Theorie: Lambert-Beer-Gesetz 2. Chemikalien Salzsäure konzentriert HCl Salpetersäure konzentriert (Vorsicht!), HNO 3 Ammoniumthiocyanatlösung 10%ig NH 4 SCN Natriumnitratlösung 5 normal NaNO 3 Eisensulfatlösung (ca. 10%ig) FeSO 4 Zinn(II)chlorid-Lösung in Salzsäure (gesättigt) SnCl 2 Diisopropylether (gesättigt mit Ammoniumthiocyanat und Zinnchlorid) Kobaltstandardlösung 0,1 molar CoCl 2 Kobaltkomplex Molybdänstandard-Lösung Metalloproteidlösung. 3. Einführung Für die Lichtabsorption einer Lösung in einem Photometer gilt das Lambert-Beer-Gesetz. E = log I 0 I = ε * c * d E = Extinktion [dimensionslos] I 0 = Intensität des einfallenden Lichtstrahls I = Intensität des austretenden Lichtstrahls ε = molarer Extinktionskoeffizient [Liter / Mol * cm] c = Konzentration [Mol / Liter] d = Schichtdicke der durchstrahlten Probe [cm] Die Extinktion kann Werte zwischen 0 und annehmen. Die Durchlässigkeit D (bzw. T = Transmission) ist definiert als: I D = * 100 [%] I 0 Die Durchlässigkeit kann Werte zwischen 0% und 100% annehmen. Für D = 0% ist E = ; für D = 100% ist E = 0.

33 33 4. Apparatur (Spektrophotometer) Betriebsanleitung: 1. Bitte beachten Sie, daß Ihr Gerät zwei Skalen aufweist, die eine für die Durchlässigkeit, die andere für die Extinktion. 2. Einstellen der gewünschten Wellenlänge. 3. Mit dem linken Drehknopf den elektrischen Nullpunkt (Extinktion E = ) ca. 5min nach Einschalten des Geräts einstellen (ohne Küvette); 4. Küvette mit der Vergleichslösung (Vergleichsküvette) einsetzen. 5. Mit dem rechten Drehknopf Extinktion E = 0 einstellen (optischer Nullpunkt). 6. Punkt 3 5 so oft wiederholen, bis keine Abweichungen mehr vorliegen. 7. Küvette mit der zu messenden Lösung einsetzen (Probenküvette), Extinktion ablesen. 8. Bei Veränderung der Wellenlänge sind die Punkte 1-6 zu wiederholen. 9. Der Innendurchmesser der Küvette beträgt 1,27 cm (1/2 Inch). 10. Besonders wichtig: Küvetten vorsichtig einsetzen! Küvetten vor der Messung gründlich reinigen (keine Luftblasen; keine Fingerabdrücke). Die Küvetten sind zu etwas mehr als der Hälfte zu füllen, damit der Strahlengang durch die Lösung fällt. 5. Versuch: Kobaltgehalt von [Co x (NH 3 ) y Cl z ] Cl 3x-z a) Aufnahme eines UVS-Spektrums Mit 5 ml einer bereitstehenden 0,1 M Kobaltchloridlösung wird zunächst zwischen 380 nm und 530 nm das Absorptionsmaximum gegen Wasser als Vergleichslösung bestimmt (Messung in Extinktion!!). Die Meßintervalle sollen 25 nm betragen. An den Maxima und Wendepunkten muß das Meßintervall auf 5 nm reduziert werden (die Werte auf das Testatblatt übertragen). b) Herstellung der Eichkurve für Kobalt als Kobalt(II)chlorid Je 4,0 ml, 3,0 ml, 2,0 ml, 1,0 ml der ausstehenden Kobalt(II)chloridlösung werden mit dest. Wasser auf 5,0 mi aufgefüllt und gut geschüttelt. Dies ergibt Lösungen der Konzentration 0,02 M, 0,04 M, 0,06 M, 0,08 M sowie die Ausgangslösung (0,1 M). Nun stellt man die Wellenlänge der größten Absorption ein (ermittelt in Versuch a), mißt die Extinktion der Verdünnungen und die der unverdünnten Stammlösung gegen dest. Wasser als Vergleichslösung (Stammlösung zuerst messen!) und überträgt die Werte auf das Testatblatt.

34 34 c) Co-Bestimmung im Komplex 1.00 g des von Ihnen hergestellten Kobaltkomplexes (bzw. des zur Verfügung gestellten Co-Komplexes) werden in einer Porzellanschale mit 10 ml HCl konz. versetzt und bis zur Trockene abgeraucht. Nach Erreichen der Trockene wird weiter vorsichtig erhitzt, wobei weiße Nebel von Ammoniumchlorid (NH 4 Cl) durch Sublimation entweichen. Beim Nachlassen der Nebelbildung läßt man den Tiegel abkühlen, versetzt erneut mit HCl und raucht nochmals ab. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis kein Ammoniumchlorid mehr entweicht. Die zurückbleibende Verbindung ist tiefblau. Anschließend wird mit 5 ml HCl aufgenommen und mit dest. Wasser im Meßkolben auf 100 ml aufgefüllt. Dabei färbt sich die Lösung rosa. Die entstandene Lösung von CoCl 2 (die Salzsäure hat das ursprünglich vorliegende Co 3+ zu Co 2+ reduziert) wird im Spektrometer bei λ max (unter a) ermittelt) vermessen. 6. Versuch: Kolorimetrische Bestimmung von Molybdän in einem Molybdoproteid a) Herstellung der Eichkurve (6 Eichpunkte) 0,5ml, 1ml, 2ml, 5ml, 10ml und 20mI der ausstehenden Molybdän-Standardlösung (notieren Sie den tatsächlichen Molybdängehalt dieses Standards auf dem Testatblatt) werden in einen 250 ml Scheidetrichter gegeben, mit je 10 ml HCl versetzt und mit dest. Wasser auf ca. 100 ml aufgefüllt. Dann gibt man jeweils 5 mi Ammoniumthiocyanatlösung, 1 mi Natriumnitratlösung und 1 ml Eisen(II)salz-Lösung zu, mischt gut durch und versetzt anschließend noch mit 5 ml Zinn(II)chloridlösung. Man mischt erneut und extrahiert jetzt mit 10,0 mi Diisopropylether (Pipette), indem man 15 sec gut durchschüttelt. Zur Phasentrennung wird der Scheidetrichter in einen Filtrierring eingehängt, der an einem Stativ befestigt wird. Zur Optimierung der Trennung versetzt man vorsichtig den Scheidetrichter in rotierende Bewegung um Diisopropylethertropfen von der Glaswand abzustreifen. Nach der Phasentrennung (obere, rotbraun gefärbte Phase ist die organische Phase) wird die wässrige Phase abgelassen (Vorsicht: Stopfen des Scheidetrichters vorher abnehmen) und die etherische Phase in eine Küvette überführt. Anschließend wird bei 475 nm die Extinktion des entstandenen Komplexes Fe(MoO)(SCN) 5 in der Diisopropyletherlösung gemessen. Die Eichung erfolgt gegen Diisopropylether als Vergleichslösung. b) Molybdän-Bestimmung 10 ml der ausstehenden Molybdoproteidlösung werden vorsichtig (im Abzug!) bis fast zur Trockene abgeraucht. Dann gibt man langsam 5 ml HNO 3 und 20 mi HCl zu. Unbedingt mit Schutzbrille arbeiten. Man raucht vorsichtig bei kleiner Flamme bis zur Trockene ab. Diese Prozedur (Abrauchen mit HNO 3 / HCl) wird zweimal wiederholt. Danach wird mit HCl in Portionen von ca. 5 ml bis zum vollständigen

35 Entfernen der Salpetersäure abgeraucht. 35 (Es entstehen keine braungefärbten nitrosen Gase mehr). Der Rückstand wird mit 5ml HCl aufgenommen und mit dest. Wasser im Meßkolben auf 100 ml aufgefüllt. Genau die Hälfte dieser Lösung (50 ml) wird in den Scheidetrichter pipettiert, und entsprechend der Prozedur bei der Erstellung der Eichlösung weiter behandelt. Bitte warten Sie bis zu den jeweiligen UVS-Messungen nicht zu lange, da sonst der Fe(MoO)(SCN) 5 -Komplex oxidiert und der gleichfalls rotbraun gefärbte Komplex Fe(SCN) 3 entsteht. 7. Aufgaben Kobalt 1. Zeichnen Sie die Absorptionskurve von CoCl 2 auf Millimeterpapier (Extinktion gegen die Wellenlänge). 2. Zeichnen Sie die Eichkurve auf Millimeterpapier (Extinktion gegen die CoCl 2 - Konzentration in Mol / Liter). 3. Berechnen Sie die Einwaage an Komplex in Mol (MG ca. 250). 4. Berechnen Sie den Co-Gehalt des Kobaltkomplexes (Molmasse = 250) indem Sie für Ihren Meßwert den zugehörigen Konzentrationswert in der Eichkurve ablesen. Wieviel Mol Kobalt pro Mol Komplex? Molybdän 5. Zeichnen Sie die Eichkurve auf Millimeterpapier (Extinktion gegen die jeweils absolut eingesetzte Menge Mo in µg) 6. Berechnen Sie den Molybdängehalt der ausstehenden Proteidlösung in µg/ml. Berücksichtigen Sie bitte bei der Berechnung die Probenmenge (10 ml P roteidlösung wurden eingesetzt) und die Entnahmemenge aus der Aufschlußlösung (50 ml der insgesamt hergestellten 100 ml wurden in den Farbkomplex überführt)! 8. Literatur Hesse, M., Meier, H., Zeeh, B., Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, Thieme Gefährdungspotentiale Entsorgung Salzsäure konz.: Reizt die Augen und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren auf ph 6-8 mit Natronlauge, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Salpetersäure konz.: Verursacht schwere Verätzungen; darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Dampf nicht einatmen; bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; beschmutzte getränkte Kleidung sofort ausziehen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren

36 36 auf ph 6-8 mit Natronlauge, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Ammoniumthiocyanat: Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut. Führt nach Resorption zu Fieber und ZNS-Störungen g können tödlich sein. Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige G ase. Nicht mit Säuren oder Oxidationsmitteln in Berührung bringen. Staubentwicklung vermeiden. Stäube nicht einatmen. Nach Hautkontakt: Mit reichlich Wasser abwaschen. Nach Augenkontakt: Mit reichlich Wasser bei geöffnetem Lidspalt mindestens 10 Minuten ausspülen. Sofort Augenarzt hinzuziehen. Nach Einatmen: Frischluft, Sauerstoffzufuhr. Sofort Arzt hinzuziehen. Nach Verschlucken: Reichlich Wasser trinken lassen. Erbrechen auslösen. sofort Arzt hinzuziehen. Eventuelle Entsorgung von Restmengen: Nicht in Säureabfälle. Dem Saalassistenten zurückgeben. Natriumnitrat: Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen. Nicht mit brennbaren Stoffen, Metallpulvern, Cyaniden, Kohlenstoff, oxidierbaren Stoffen, Perameisensäure, Schwefel, Alkalimetallen, Essigsäureanhydrid, Polyvinylchlorid, Natriumphosphit, Na triumthiosulfat, Aluminiumoxid und Borphosphid in Berührungbringen. Gefährliche Zersetzungsprodukte sind nitrose Gase. Methämoglobinbildner. Aufnahme führt zu Kopfschmerz, Herzrythmusstörungen, Zyanose, Blutdruckabfall. Reduktion im Körper zu Nitrit. Nach Hautkontakt: Mit reichlich Wasser abwaschen. Nach Augenkontakt: Mit reichlich Wasser bei geöffnetem Lidspalt mindestens 15 Minuten ausspülen. Sofort Augenarzt hinzuziehen. Nach Einatmen: Frischluft. Nach Verschlucken: Reichlich Wasser trinken lassen. Erbrechen auslösen. Sofort Arzt hinzuziehen. ; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGE- MISCH Zinn(II)chlorid: Verursacht Verätzungen. Reizt die Atmungsorgane. Nach Hautkontakt: Haut sofort mit viel Wasser und Seife abwaschen. Nach Augenkontakt: Nach Augenkontakt mindestens mit Wasser ausspülen. Arzt! Nach Einatmen: Frischluftzufuhr. Arzt! Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH. Diisopropylether (gesättigt mit Ammoniumthiocyanat und Zinnchlorid): Diisopropylether ist leichtentzündlich und kann unter Einfluß von Licht und Luftsauerstoff leicht Peroxide bilden, die beim Erwärmen oder Einengen zu Explosionen neigen. Bei Kontakt mit starken Oxidationsmitteln sind explosionsartige Reaktionen zu erwarten. Wirkt reizend auf die Schleimhäute der Atemwege und Augen und die Haut. Inhalation oder orale Aufnahme verursacht Kopfschmerzen, Atemprobleme, Übelkeit oder Erbrechen. Narkotisierende Wirkung kann über Benommenheit, Erregung und Krämpfe bis zum Tode führen. Kleinere Spritzer verdampfen lassen, größere Mengen mit flüssigkeitsbindendem Material (z.b. Rench Rapid, Chemizorb) aufnehmen und als Sodermüll entsorgen. Nach Hautkontakt: Mit reichlich Wasser und Seife abwaschen. Nach Augenkontakt: Bei geöffnetem Lidspalt mind. 10 Min. mit Wasser spülen. Augenarzt konsultieren. Nach Einatmen: Für Frischluft sorgen, evtl. Atemspende oder Gerätebeatmung. Nach Verschlucken: Paraffinöl (3 ml pro kg) verabreichen. Erbrechen vermeiden. Arzt konsultieren. Entsorgung: Sammelbehälter HALOGENIERTE LÖSEMITTEL. Kobaltstandardlösung: Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH. Kobaltkomplex: Verwertung eventueller Restbestände über den Assistenten Molybdänstandard-Lösung: Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH. Metalloproteidlösung: Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH.

37 37

38 38 Lichtabsorptionsspektrum von CoCl 2

39 39 Eichkurve CoCl 2 Eichkurve Fe(MoO)(SCN) 5

40 40 Säulenchromatographie eines Spinatextrakts 1. Lernziele Arbeitstechnik: Füllen einer Kieselgelsäule Theorie: Adsorptionschromatographie, Eluotrope Reihe 2. Geräte und Chemikalien Reibschale mit Pistill, kleiner Scheidetrichter, Faltenfilter, Hirschtrichter mit Saugfinger, Glassäule, Glaswatte, Seesand, mehrere Erlenmeyer, Pasteurpipetten, Pulvertrichter, Wasserstrahlpumpe, kleiner Rundkolben, DC-Platten Spinat 10 g Natriumsulfat, wasserfrei Na 2 SO 4 ca. 2 g Natriumchlorid (Kochsalz) NaCl ca. 5 g Methanol CH 3 OH ca. 20 ml Petrolether (60/90 C) ca. 20 ml Petrolether (60/90 C) / Toluen (4:1) ca. 150 ml Toluen/Aceton (4:1) ca. 100 ml Aceton 10 ml Essigsäureethylester einige ml Toluen einige ml Kieselgel SiO 2 20 g 3. Versuchsbeschreibungen Extraktion von Spinat: Frischer oder tiefgefrorener Spinat (10 g) wird mit Methanol (10 ml) in der Reibschale verrieben und anschließend filtriert. Das methanolische Filtrat wird verworfen (in bereitgestellte Behälter). Der Rückstand wird mit 6 ml Petrolether und 4 ml Methanol verrieben, mit neuem Faltenfilter filtriert und schließlich mit 9 ml Petrolether und 3 ml Methanol verrieben und wieder filtriert. Die beiden Filtrate (Methanol, Petrolether) werden in einen kleinen Scheidetrichter gegeben. Die Methanolphase (unten) wird abgetrennt und verworfen. Zu der Petroletherphase (oben) gibt man 10 ml destilliertes Wasser. Falls keine Phasentrennung erfolgt, gibt man noch etwas Kochsalz zu und schüttelt kräftig. Man trennt die Wasserphase ab und wiederholt die Extraktion mit weiteren 10 ml Wasser. Die Petroletherphase wird in einen kleinen Rundkolben (notfalls in ein Reagenzglas) abgelassen und mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet (ca. 15 min, 1 Spatelspitze ist ausreichend). Dieses muß vor der weiteren Aufarbeitung abgetrennt werden, am besten mit Hilfe des Hirschtrichters + Saugfinger. Damit kann gleichzeitig der Petroletherauszug auf 3 ml ein-

41 41 geengt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den überschüssigen Petrolether auf dem Wasserbad abzudampfen. Chromatographische Trennung: Zur Trennung benützt man eine Säule von 2 cm Durchmesser mit Teflonhahn. Sie muß sauber und trocken sein. Mit einem Glasstab stopft man ein ca. 5 mm hohes Wattepolster (Glaswolle) in den konischen Auslauf der Säule. Dann wird die Saule einige cm hoch mit einem Petrolether (Kp ) / Toluen-Gemisch 4:1 gefüllt. Durch Stochern mit einem Glasstab und gleichzeitigem Ablassen eines Teils der Flüssigkeit entfernt man die Luftblasen aus dem Wattepfropf. Anschließend wird dieser mit einer 1 cm hohen Sandschicht bedeckt durch Einrieselnlassen des Sandes in etwa 3 cm Petrolether/Toluen-Überstand. 20 g Kieselgel (entspricht ca. 50 ml im Meßzylinder) werden mit ca. 60 ml des Petrolether/Toluen-Gemisches zu einem dünnen Brei verrührt. Durch das Rühren werden gleichzeitig noch Luftreste ausgetrieben. Durch einen Trichter mit weitem Rohr (Pulvertrichter) gießt man den Brei zügig in die genau senkrecht eingespannte Säule. Hierbei achtet man darauf, daß keine Luftblasen mitgerissen werden. Die eingeschüttete Füllung läßt man einige Minuten absitzen, während man mit einem Korkring oder Gummistopfen an die Säule klopft, um die Sedimentation und Aufsteigen evtl. vorhandener Luftblasen zu erleichtern. Dann öffnet man den Hahn und läßt das Fließmittel soweit ablaufen, bis es ca. 2 cm über der Oberfläche des Kieselgels steht. Hahn zu! Die Säule darf niemals "trockenlaufen". (d.h. durch zu weitgehendes Abtropfenlassen von Fließmittel Luft einziehen. Sie bekommt sonst in der Füllung Längsrisse und ist somit verdorben. Sobald die Oberfläche nicht mehr absinkt, bringt man eine 1 cm hohe Sandschicht auf. Dann wird das Fließmittel bis eben zur Sandoberfläche abgelassen. (Zur Packung der Säule s. auch Versuch Ionenaustauscher ) Mit einer Pasteurpipette werden nun 2,5 ml des Spinatextraktes (ein kleiner Rest wird für die Dünnschicht-Chromatographie zurückbehalten) so aufgetragen, daß die Auslaufspitze der Pipette 1-2 mm über der Abdeckschicht an die innere Rohrwand gehalten und während des Auslaufens der Lösung im Kreis herum geführt wird. Die Trennwirkung bei der Säulenchromatographie wird oft schon durch falsche Probenaufgabe sehr verschlechtert. Nach Aufgabe des Spinatextraktes läßt man einige Tropfen Fließmittel aus der Säule ablaufen, bis die grüne Lösung eingezogen ist, schließt den Hahn wieder und wäscht die Innenwand der Säule und die Deckschicht mit wenig Fließmittel nach und läßt erneut einziehen. Nun beginnt der eigentliche Trennvorgang, die Elution mit Fließmittelgemischen steigender Polarität. Als Elutionsmlttel wird zunächst ein Petrolether (60/90 ) / Toluen-Gemisch 4:1 verwendet (zunächst bei geschlossenem Hahn mit der Pasteurpipette etwa 2 cm hoch aufgefüllt um Aufwirbelungen der Deckschicht zu vermeiden und dann durch Eingießen auf maximale Höhe und anschließendem Öffnen des Hahns). Die Fließgeschwindigkeit kann man durch die Höhe der überstehenden Flüssigkeit beeinflussen (hydrostatischer Druck). Es bilden sich gelbe und grüne Zonen gemäß den Anteilen an Carotin, Xanthophyll, Chlorophyll a (blaugrün) und Chlorophyll b [gelbgrün). Carotin und Xanthophyll wer-