Anorganisch-chemisches Praktikum für Human- und Molekularbiologen

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1 Anorganisch-chemisches Praktikum für uman- und Molekularbiologen. Praktikumstag Andreas Rammo Allgemeine und Anorganische Chemie Universität des Saarlandes

2 Säure-Base-Definition nach Brönsted: Teilchen, die bei Reaktionen Protonen abgeben, nennt man Brönsted-Säuren (Protonendonatoren). J. N. Brönsted 89-9 Teilchen, die bei Reaktionen Protonen aufnehmen, nennt man Brönsted-Basen. Bsp.: δ - δ + Cl + O δ - δ + δ + Cl O Oxoniumion O δ - δ + δ + + N δ + δ + - O N δ + δ Ammoniumion

3 korrespondierend A + B - A - + B korrespondierend Säure + Base Base + Säure Eine Säure und die aus ihr durch Abgabe eines Protons hervorgehende Base bilden ein korrespondierendes Säure-Base-Paar. Säure Proton-Abgabe Proton-Aufnahme korrespondierende Base

4 Versuch.: Qualitative Versuche zu Säuren, Basen und Puffer Saure, neutrale und basische Reaktionen von chemischen Stoffen - Na CO - N Cl - NaO - Cl - NaCO - KSO Lösungen dieser Substanzen sind mittels Universalindikatorpapier auf ihre sauren, neutralen oder basischen Eigenschaften zu untersuchen.

5 Versuch.: Mörsern von CCOONa und KSO : Freisetzung von Essigsäure CCOONa + KSO CCOO + NaKSO Feststoffe! Geruchsprobe CCOONa + KSO

6 Versuch : erstellung eines Puffers Flüssigkeiten mit Pipette abmessen Feststoffe abwiegen Substanz (flüssig oder fest) in 500 ml Kolben einfüllen und bis zur Eichmarke mit destilliertem Wasser auffüllen. Richtiges Ablesen der Eichmarke!

7 Richtiges Ablesen von Flüssigkeitsmenisken falsch richtig falsch Konzentrationsangabe: x molar = x mol pro Liter Lösung

8 Versuch : Die Wirkungsweise eines Puffers: CCOONa / CCOO - Puffer + + Pufferbeispiele Kohlensäure-Bicarbonat-Puffer (p 6, 8,6; neutral; Blutpuffer!) Phosphatpuffer: Na PO /Na PO Schwache Base Puffer Schwache Säure (p 5, 8,0) Essigsäure-Acetat-Puffer (p, 5,) Ammoniakpuffer: N /N Cl - + (p 8,-0,) CCOO CCOO

9 Konzentrationsangabe: mol pro Liter Lösung: c = mol l (Lösg.) Maßlösung: Lösung mit genau bestimmten Gehalt einer Substanz, d.h. Konzentration. Titrationsgrad t Der Titrationsgrad t entspricht dem Molverhältnis (Stoffmenge n) der zugegebenen Base (Säure) und der vorgelegten Säure (Base): t = V B C B V S C S = n B n S Titer bzw. Normierfaktor f Der Titer bzw. Normierfaktor f ist ein Faktor, der die Abweichung der tatsächlichen Konzentration (c exp. ) einer Maßlösung von der Nennkonzentration (c theor. ) der Lösung angibt: C f exp. = n = V f c theor. C theor.

10 Lösung p-wert -molare Cl-Lösung 0,0 Magensaft, Zitronensaft, Organgensaft,8 Wein,5 Tomatensaft, Bohnenkaffee (schwarz) 5,0 Urin 6,0 Milch 6,9 Blut, Salmiakgeist,9 -molare NaO-Lösg.,0 0

11 Säuren- und Basenstärken A + O O + + A - A - + O O - + A K = c( O + ) c(a - ) c(a) c( O) K = c(a) c(o - ) c(a - ) c( O) K s = K c( O) = c( O + ) c(a - ) c(a) K B = K c( O) = c(a) c(o- ) c(a - ) Säurekonstante Basenkonstante Die Säurekonstante K S und die Basenkonstante K B sind ein Maß für die Stärke einer Säure bzw. Base in wässriger Lösung. Eine Säure bzw. Base ist um so stärker, je größer K S bzw. K B ist.

12 Berechnung von p- und po-werten Säure-Base-Stärke Protolyse p / po-berechnung starke Säure vollständige Protolyse p = - lg( O) + starke Base schwache Säure schwache Base unvollständige Protolyse po = - lg (O - ) p = ½(pK S lg(a)) po = ½(pK B lg (O - )) schwache Säure (A) + korrespondierende Base (A - ) Protonendonator und Protonenakzeptor in der selben Lösung p = pk S + lg A - A enderson-asselbalch- Gleichung (Puffergleichung) p + po = sowie pk S + pk B =

13 Versuch. /.: Potentiometrische Tirtration Titration: Eine Probelösung mit der zu bestimmenden Konzentration eines bekannten Stoffes, wird in einer gezielten chemischen Reaktion mit einer Maßlösung bekannter Konzentration umgesetzt. Das Volumen der verbrauchten Maßlösung wird dabei gemessen und anhand der Stöchiometrie die unbekannte Konzentration der Probelösung berechnet. Es gilt: c Maßlsg. V Maßlsg = c Probelsg. V Probelsg.

14 Titrationskurven Titration einer starken Säure mit einer starken Base p Titration einer starken Base mit einer starken Säure p Zugabe Base [ml] Zugabe Säure [ml] Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base p Titration einer schwachen Base mit einer starken Säure p Zugabe Base [ml] Zugabe Säure [ml]

15 Titration einer starken Säure mit einer starken Base Titration einer starken Base mit einer starken Säure p Äquivalenzpunkt bis Endpunkt: po = - lg (O - ) NP = ÄP p = Anfangspunkt bis Äquivalenzpunkt: p = - lg ( O + ) p Anfangspunkt bis Äquivalenzpunkt: po = - lg (O - ) Äquivalenzpunkt bis Endpunkt: p = - lg ( O + ) NP = ÄP p = Zugabe NaO [ml] Zugabe Cl [ml] 5

16 Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base: CCOO + O - CCOO - + O Anfangspunkt: p = ½(pKs lg c( CCOO)) p nach Äquivalenzpunkt bis Endpunkt: po = - lg (O - ) ÄP NP nach Anfangspunkt bis Äquivalenzpunkt: p = pks + lg 5 c( CCOO - ) c( CCOO) Zugabe NaO [ml] albäquivalenzpunkt: c( CCOO) = c( CCOO - ) p = pks + lg Äquivalenzpunkt: c( CCOO - ) c( CCOO) = pks Bestimmung des pk S - (pk B -) Wertes einer Säure (Base) möglich! CCOO - + O CCOO + O - schwache Base! po = ½(pK B lg c( CCOO - )) 5 Endpunkt: p = lg c(o - ) 6

17 Optische Indikatoren - Äquivalenzpunktindizierung Titration unterschiedlicher Säuren mit einer starken Base Säure-Base-Indikator: p 0 9 Phenolphthalein Ein Säure-Base-Indikator ist ein organischer Farbstoff. Er ist eine schwache Säure (Ind) / Base (Ind - ), deren protonierte / deprotonierte Form jeweils eine andere Farbe aufweist Bromthymolblau Methylorange Ind + O Ind - + O + p = pk Ind + lg Ind - Ind Zugabe NaO [ml] Umschlagsbereich von Indikatoren: p = pk Ind ±

18 Aufnahme einer Titrationskurve mit p-meter Titration unterschiedlicher Säuren mit einer starken Base p Phenolphthalein Bromthymolblau Methylorange p-meter Zugabe NaO [ml] 8

19 Äquivalenzpunktbestimmung Differenzmethode p p Zugabe NaO [ml] (V+V)/ Verbrauchte ml NaO bis Äquivalenzpunkt V [ml],,,5,6,,8,9,0,,,,,5 (V+V)/,0,5,55,65,5,85,95,05,5,5,5,5 p 0, 0, 0, 0, 0,,,, 0,8 0, 0, 0, 0, p,6,,8,0,,5,6 5,8, 8,0 8, 8, 8, 8, 9

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