1. Schriftliche Leistungskontrolle

Transkript

1 1. Schriftliche Leistungskontrolle Aufbau der Atome Chemie der wässrigen Lösungen Massenwirkungsgesetz Säure/Base-Reaktionen Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt Redoxreaktionen Samstag (HSZ / Audimax) 11:10 bis 12:40 Uhr Zur Vorbereitung werden die Vorlesungen und Seminare sowie das Studium der Seiten 1 - ca. 100 des Jander/Blasius empfohlen mitbringen: Studentenausweis und Matrikel-Nr.; Schreibzeug Hilfsmittel: Taschenrechner; Papier wird gestellt. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 1 von 60

2 1. Schriftliche Leistungskontrolle Sitzordnung im Hörsaal Samstag (HSZ / Audimax) 11:10 bis 12:40 Uhr X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X TAFEL Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 2 von 60

3 Seminar zu Modul 4 Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie, Seminar zum Grundpraktikum Anorganische Chemie Chemie der Elemente ausgewählte Elemente der Gruppen 13 bis 16 Dr. Jürgen Getzschmann WiSe 2016/2017

4 Synthesen - Zeolith A - BN - Na 2 S 2 O 3 Reaktionen - Red-Ox-Reaktionen - Fällungen - S.-B.-GG Nachweise NO - 2 S NO - 3 SO 3 PO 3-4 SO 4 SiO 4-4 S 2 O 3 BO 3-3 S 2 O 8 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 4 von 60

5 Allgemeiner Modulaufbau 1. Tag Präparate der behandelten Elemente: Zeolith A; Natriumthiosulfat; Reaktionen der behandelten Elemente N, P, S, O 2. Tag Präparate der behandelten Elemente: Weiterverarbeitung Zeolith A; Bornitrid Reaktionen der behandelten Elemente: B, Al, Sn 3. Tag Präparate der behandelten Elemente: Weiterverarbeitung Zeolith A; Vorversuche zum Nachweis der behandelten Elemente 4. Tag ANALYSE Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 5 von 60

6 3. Hauptgruppe: Bor [He]2s 2 2p 1 Die Sonderstellung von BOR Borverbindungen sind chemisch sehr interessant, da häufig Elektronenmangel auftritt. Als Folge davon bildet Bor Mehrzentrenbindungen, bei denen nur 2 Elektronen mehr als zwei Atome miteinander verbinden. Nähere Besprechung in Vorlesungen Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 6 von 60

7 3. Hauptgruppe: Bor [He]2s 2 2p 1 Bornitrid Δt n H 3 BO 3 + n NH 3 (BN) n + 3nH 2 O Δt Harnstoff 2 NH 3 + Biuret Durch das Erhitzen in einer sauren oder alkalischen Lösung wird Harnstoff in Kohlenstoffdioxid und Ammoniak gespalten: H 2 N-CO-NH 2 + H 2 O CO NH 3 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 7 von 60

8 3. Hauptgruppe: Bor [He]2s 2 2p 1 Bornitrid Orthoborsäure H 3 BO 3 Metaborsäure HBO 2 Dibortrioxid (B 2 O 3 ). ACHTUNG: BB OOOO HH 2 OO BB OOOO 4 + HH 3 OO + Hydroxidakzeptor Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 8 von 60

9 3. Hauptgruppe: Bor [He]2s 2 2p 1 Mehrere Modifikationen des Bornitrides Bornitrid β-bn Borazon α-bn Hochdruckmodifikation C, kbar Druck Verw. in Schleif- u. Schneidwerkzeugen Die Schichten sind unverschoben übereinander gestapelt. Aber keine beweglichen π-elektronen wie im Graphit. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 9 von 60

10 4. Hauptgruppe: Kohlenstoff [He]2s 2 2p 2 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 10 von 60

11 4. Hauptgruppe: Kohlenstoff [He]2s 2 2p 2 Koordinationszahl: 3 Trigonale Umgebung der Schichtstrukturen aus 6 Ecken ( Benzolringen ) mit alternierenden Doppel- und Einfachbindungen Graphit Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 11 von 60

12 4. Hauptgruppe: Kohlenstoff [He]2s 2 2p 2 C- Allotropie Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 12 von 60

13 4. Hauptgruppe: Kohlenstoff [He]2s 2 2p 2 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 13 von 60

14 4. Hauptgruppe: Kohlenstoff [He]2s 2 2p 2 Kohlensäure / Carbonate CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 = CO 2 H 2 O [99,8% physikalisch gelöstes CO 2 in H 2 O] H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO - 3 pk S1 = 3,3 HCO H 2 O H 3 O + + CO 3 pk S2 = 10,33 CO 3 = Carbonat; trigonal-planar, alle CO- Bindungen gleich lang, delokalisierte π-bindung, Kohlenstoff sp 2 hybridisiert Versuch 9:!! TROCKENEIS!! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 14 von 60

15 4. Hauptgruppe: Silizium [Ne]3s 2 3p 2 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 15 von 60

16 4. Hauptgruppe: Silizium [Ne]3s 2 3p 2 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 16 von 60

17 4. Hauptgruppe: Silizium [Ne]3s 2 3p 2 Zeolithe M x/n [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ]. z H 2 O (n = Ladung von M, meist 1, 2) In der Natur ist in den Poren Wasser adsorbiert, das durch Erhitzen aus den Poren entfernt werden kann, ohne dass sich die Zeolithstruktur ändert. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 17 von 60

18 Zeolith A - Ionenaustausch 2 NaAlO (Na 2 SiO 3. 5 H 2 O) Na 2 Al 2 Si 2 O 8. 4,5 H 2 O + 4 NaOH + 3,5 H 2 O In der Struktur bilden sich würfelförmige Hohlräume, in denen sich Natriumionen befinden, die sehr leicht gegen die Härtebildner des Wassers, nämlich v.a. Calcium ausgetauscht werden können. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 18 von 60

19 Zeolith A - Ionenaustausch 2 NaAlO (Na 2 SiO 3. 5 H 2 O) Na 2 Al 2 Si 2 O 8. 4,5 H 2 O + 4 NaOH + 3,5 H 2 O Der Versuch geht über 3 Tage, bitte folgende Änderung beachten: Tag 2: Das gewaschene und wird bei Raumtemperatur auf dem Arbeitsplatz 15 min auf Petrischale getrocknet. Das Produkt wiegen. Theoretische Ausbeute: 6,665 g Na 2 Al 2 Si 2 O 8. 4,5 H 2 O Anschließend über Nacht bei 100 C im Trockenschrank trocknen (beschriften!!) Tag 3: Nach der Nacht im Trockenschrank abkühlen und wiegen. Der minimale Wassergehalt ist auf 3,8 Wasser gesunken, sprich Mr(Na 2 Al 2 Si 2 O 8 3,8 H 2 O) = g/mol, die maximale Ausbeute entspricht jetzt 6,434 g. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 19 von 60

20 5. Hauptgruppe: Stickstoff [He] 2s 2 2p 3 MO-Modell N 2 : Bindungsordnung BO = ½ (n bindend -n antibindend ) = ½ (8-2) = 3 Darstellung im Labor: NH NO 2 - H + N N isoelektronisch C O C N N O + N 2 + 2H 2 O Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 20 von 60

21 5. Hauptgruppe: Stickstoff [He] 2s 2 2p 3 Stickstoffmonooxid (NO) Physikalische Eigenschaften Sdp.: C N=O N=O Smp.: C Farbloses, paramagnetisches, giftiges und nicht brennbares Gas Einfachstes, thermisch stabiles Molekül mit ungerader Elektronenzahl ( odd - Molekül) Stickstoffmonooxid (NO) Darstellung im Labor N2 Tag 1 Aber ACHTUNG: 2NO + O 2 2NO 2 (braune Dämpfe) Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 21 von 60

22 5. Hauptgruppe: Phosphor [Ne] 3s 2 3p 3 die Außenelektronen-Konfiguration 3s 2 p 3 Bindigkeit 3 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 22 von 60

23 5. Hauptgruppe: Phosphor [Ne] 3s 2 3p 3 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 23 von 60

24 5. Hauptgruppe: Phosphor [Ne] 3s 2 3p 3 3s 2 3p PH 3 Phosphan H 2 O (P 2 O 3 ) P 4 O 6 H 3 PO 3 Phosphorige Säure H 2 O (P 2 O 5 ) P 4 O 10 H 3 PO 4 Phosphorsäure Tag 1: Versuch P1 Wäscherabzug! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 24 von 60

25 5. Hauptgruppe: Phosphor [Ne] 3s 2 3p 3 P2 PCl 3 H 2 O PCl 3 + H 2 O H 3 PO 3 + 3HCl Abzug! Handschuhe! Ätzend sehr giftig spez. Zielorgan-Toxizität Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 25 von 60

26 5. Hauptgruppe: Phosphor [Ne] 3s 2 3p 3 H 3 PO 4 H 3 PO 3 H 3 PO 2 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 26 von 60

27 5. Hauptgruppe: Phosphor [Ne] 3s 2 3p 3!!Intensive Auswertung im Laborjournal!! Reaktionsgleichungen!! Tabellen für Verbindungen aller Oxidationsstufen des Stickstoffs und des Phosphors [mit Name, Formel, Strukturformel, Farbe, Aggregatzustand (bei RT)] Schon vorher informieren!!! Skript S. 75 und 76!! Schon mit ins VORPROTOKOLL!! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 27 von 60

28 6. Hauptgruppe: Sauerstoff [He] 2s 2 2p 4 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 28 von 60

29 6. Hauptgruppe: Sauerstoff [He] 2s 2 2p 4 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 29 von 60

30 6. Hauptgruppe: Sauerstoff [He] 2s 2 2p 4 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 30 von 60

31 6. Hauptgruppe: Sauerstoff [He] 2s 2 2p 4 Wasserstoffperoxid - Redoxamphoterie H 2 O 2 kann sowohl als Oxidationsmittel, wie auch als Reduktionsmittel wirken Reduktionsmittel Oxidation -1 0 H 2 O H 2 O O 2 + 2e H 3 O Reduktion H 2 O 2 + 2e H 3 O + 4 H 2 O Oxidationsmittel -1 Reduktion H 2 O 2 + 2e - 2 OH - -2 Zerfall 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 H 2 O 2 zersetzt sich sehr leicht unter Wärmeentwicklung Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 31 von 60

32 6. Hauptgruppe: Sauerstoff [He] 2s 2 2p 4 Wasserstoffperoxid als Reduktionsmittel: Reaktion mit Kaliumpermanganat: Reduktion: MnO e H 3 O + Mn H 2 O Oxidation: H 2 O H 2 O O 2 + 2e H 3 O + Gesamt: 2 MnO H 3 O H 2 O 2 2 Mn O H 2 O Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel: Reaktion mit Chromalaun: Reduktion : H 2 O e - 2 OH - Oxidation: Cr OH - 3e - + CrO H 2 O Gesamt: 2 Cr H 2 O OH - 2 CrO H 2 O Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 32 von 60

33 6. Hauptgruppe: Schwefel [Ne] 3s 2 3p 4 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 33 von 60

34 6. Hauptgruppe: Schwefel [Ne] 3s 2 3p 4 Natriumthiosulfat-Pentahydrat Na 2 S 2 O 3 5 H 2 O ca. 90 C Na 2 SO 3 + S + 5 H 2 O Na 2 S 2 O 3 5 H 2 O Eigenschaften: -Leicht löslich in Wasser -Dichte: 1,729 g/cm 3 Anwendung - FIXIERSALZ in der Photographie Minimaler Tropfen Spülmittel!!ACHTUNG: Gemäß Ansatz im Skript: doppelte Menge Schwefel wg. Gleichgewichtsverschiebung!!! - als Antichlor in Bleichprozessen durch Reduktion von Chlor zu Chlorid - in der Iodometrie wird Thiosulfat zu Tetrathionat oxidiert Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 34 von 60

35 6. Hauptgruppe: Schwefel [Ne] 3s 2 3p 4 Natriumthiosulfat dient in der Fotografie als "Fixiersalz 2Na 2 S 2 O 3 + AgCl Na 3 [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] +NaCl -im Bergbau zur Extraktion von Silberchlorid aus Silbererzen; - in der Galvanotechnik zur Herstellung von Goldund Silberbädern; - in der Medizin als Gegenmittel bei Cyanidvergiftungen (es wird weniger gefährliches Thiocyanat gebildet ) Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 35 von 60

36 Anionennachweise Modul 4 NO, NO 3-, PO 4 3-, S, SO 3, SO 4, S 2 O 3, S 2 O 8, SiO 4 4-, BO 3 3- Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 36 von 60

37 Anionennachweise Modul 4 Peroxodisulfat Sog. Störanion, deshalb Test auf S 2 O 8 vor den Vorproben und dem Sodaauszug, sowie den Nachweisen anderer Anionen: Ursubstanz lösen, mit verd. HCl versetzen und mit BaCl 2 - Lösung vorhandenes SO 4 abtrennen (quantitativ). Nun ca min im Wasserbad erhitzen, anschließend die Fällung mit BaCl 2 wiederholen: Weiterer Niederschlag von BaSO 4 zeigt die Anwesenheit von S 2 O 8 an, da es in der Siedehitze wie folgt zerfällt: S 2 O 8 + H 2 O H 2 SO 5 + H 2 SO 4 H 2 SO 5 + H 2 O H 2 SO 4 + H 2 O 2 Wenn keine Reduktionsmittel in der Analyse vorhanden sind, kann auch ein geeigneter Nachweis für H 2 O 2 herangezogen werden. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 37 von 60

38 Anionennachweise Modul 4 Heparprobe Vorprobe auf schwefelhaltige Anionen: 4 Ag + 2 S H 2 O + O 2 2 Ag 2 S + 4 OH Zuerst wird mit Soda (Na 2 CO 3 ) eine Perle geschmolzen (analog Borax). Eine Spur der auf Schwefel zu prüfenden Substanz hinzufügen und in der Oxidationsflamme erhitzen, um störende Stoffe, wie Iodide zu verflüchtigen. Anschließend wird in der leuchtenden Spitze der Flamme reduzierend geschmolzen. Dabei werden alle Schwefelverbindungen zu Sulfid reduziert. Dann presst man die Perle mit einem Tropfen Wasser auf ein blankes Silberblech. Durch das bei der Reduktion entstandene Sulfid und den Sauerstoff der Luft wird das Silber unter Bildung von Ag 2 S schwarz.!! BLINDPROBE!! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 38 von 60

39 Durchführung Lösung Analyse Modul 4 Schwefelanionen Nitrit / Nitrat Phosphat Silikat Borat Aluminium Zinn Ionen in späteren Modulen enthalten!!wichtig: Vorproben bestimmen aufgrund der unterschiedlichen Störungen den Gang der Nachweisreaktionen!! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 39 von 60

40 Analyse Modul 4 Vorproben aus der US US = Ursubstanz verd. H 2 SO 4 : zuerst bei RT, dann mit Erhitzen konz. H 2 SO 4 : zuerst bei RT, dann mit Erhitzen Prüfung auf oxidierende Ionen mit KI/Stärke - Lösung Prüfung auf reduzierende Ionen mit I 2 /Stärke - Lösung Prüfung auf reduzierende Ionen mit MnO Lösung Reaktion mit AgNO 3 -Lösung Reaktion mit BaCl 2 -Lösung Reaktion mit CaCl 2 -Lösung Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 40 von 60

41 Vorproben Analyse Modul 4 Oxidierende Ionen mit KI/Stärke-Lösung: PL (Probelösung) oder SA mit verd. HNO 3 ansäuern, etwas festes KI und 1-2 ml Stärkelösung. I wird zu I 2 und die Stärke färbt sich blau (Bildung einer blauen Einschlussverbindung). Reduzierende Ionen mit I 2 /Stärke-Lösung: Färbung: NO 2, NO 3 (nur in stark saurer Lösung), S 2 O 2 8 (falls noch vorhanden) Reaktion: 2 I I e Prüfung auf reduzierende Ionen mit I 2 /Stärke-Lösung: PL (SA) neutralisieren und mit I 2 /Stärke-Lösung versetzen: Entfärbung (Oxidation von Iod!) durch S 2, SO 3 2, S 2 O 3 2. Reaktion: I e 2 I Prüfung auf reduzierende Ionen mit MnO 4 : PL (SA) + verd. H 2 SO Tr. MnSO 4 -Lösung, C + tropfenweise sehr verdünnte KMnO 4 -Lösung. Reaktion: MnO e + 8 H 3 O + Mn H 2 O Reaktion mit AgNO 3 : PL (SA) + wenig verd. HNO 3 + tropfenweise AgNO 3 -Lösung: Reaktionen mit BaCl 2 : PL (SA) + verd. HCl + kalt ges. BaCl 2 -Lösung Reaktionen mit CaCl 2 : PL (SA) + wenig verd. HAc + CaCl 2 -Lösung Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 41 von 60

42 Vorproben Analyse Modul 4 + KI +Stärke (Blau-Färbung) + KI/I 2 (Entfärbung) + MnO 4 (Entfärbung) + Ag + (Fällung im HNO 3 -sauren) + BaCl 2 (Fällung) + CaCl 2 (Fällung) S SO 3 S 2 O (+) nicht sauer genug + + (+) als Ag 2 S SO + (+) bei höheren Konz. an SO 4 S 2 O 8 (+) bei Kochen mit Soda (SA) zerstört (+) bei Kochen mit Soda (SA) zerstört NO NO 3 (+) nur in stark saurer Lösung PO (+) im Neutralen gelber Niederschlag + + Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 42 von 60

43 Vorproben Analyse Modul 4 US + verd. H 2 SO 4 Abzug CO 2 Carbonate Trübt Ba(OH) 2 -Lösung NO 2 Nitrite Braunes Gas H 2 S Lösliche Sulfide, Thiosulfate Schwärzung von Pb(Ac) 2 -Papier; brennt mit blauer Flamme SO 2 Sulfite, Thiosulfate Trübt Ba(OH) 2 -Lösung; entfärbt Malachitgrün. Schwefelabscheidung bei Anwesenheit von S 2 O 2 3 Cl 2 Hypochloriten Hellgrünes Gas Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 43 von 60

44 Vorproben Analyse Modul 4 Farblose Gase US + konz. H 2 SO 4 Abzug CO 2 Carbonate Trübt Ba(OH) 2 -Lösung HF, SiF 4 Fluoride Ätzt Glas an; trübt Wassertropfen HCl Chloride Saure Reaktion mit feuchtem ph-papier; reagiert mit NH 3 zu weißem Nebel (NH 4 Cl) SCN Thiocyanate heftige Reaktion unter Bildung von S 8 und stechend riechenden Dämpfen (COS, CS 2, SO 2 ) Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 44 von 60

45 Vorproben Analyse Modul 4 US + konz. H 2 SO 4 Abzug grünes Gas Cl 2 Chloride Bläut KI/Stärke-Papier braune Gase NO 2 Nitrate 2 HNO 3 N 2 O H 2 O 2 NO 2 + ½ O 2 Br 2, HBr Bromide Bläut KI/Stärke-Papier; 2 HBr + H 2 SO 4 Br 2 + SO H 2 O violettes Gas I 2, HI Iodide I 2 bläut KI/Stärke-Papier; 8 HI + H 2 SO 4 4 I 2 + H 2 S + 4 H 2 O Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 45 von 60

46 Peroxodisulfat: S 2 O 8 1) Nachweis als BaSO 4 S 2 O H 2 O SO 4 + HSO 5 + H 3 O + HSO 5 + H 2 O HSO 4 + H 2 O 2 PL mit einem Überschuss an Ba 2 + -Lösung versetzen, um eventuell vorhandenes SO 4 als BaSO 4 auszufällen. Nun längere Zeit auf dem Wasserbad kochen. Beim Kochen zerfällt S 2 O 8 langsam in SO 4 und fällt dann mit dem Überschuss an Ba 2+ als BaSO 4 aus.! Führt man den Nachweis mit neutraler Probelösung durch, so zeigt diese nach längerem Kochen saure Reaktion!! 2) Nachweis durch Oxidation von Mn 2+ zu MnO 4 Mn 2+ + S 2 O H 2 O MnO(OH) SO H 3 O + In neutraler, alkalischer und saurer Lösung vermag S 2 O 8 Mn 2+ zu MnO(OH) 2 zu oxidieren. Sind katalytische Mengen Ag + zugegen, so erfolgt in saurer Lösung die Oxidation von Mn 2+ zu MnO 4 : 2 Mn S 2 O H 2 O MnO SO H 3 O + Durchführung: Eine verd. MnSO 4 -Lösung wird mit wenig verd. HNO 3 schwach angesäuert und mit 1 Tr. AgNO 3 -Lösung versetzt. Dann wird tropfenweise die Probe zugegeben. violette Färbung Achtung: die Probe muss chloridfrei sein, da sonst AgCl entsteht und außerdem Cl zu Cl 2 oxidiert wird. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 46 von 60

47 Sulfit: SO 3 1) Nachweis durch organische Farbreagenzien: CH 3 N C Reduktion C H 3 N H C C H 3 N CH 3 C H 3 C H 3 Malachitgrün + N CH 3 CH 3 Leukomalachit NH 2 - SO 3 H 2 N C NH 2 H 2 N C + HSO N H NH 2 Fuchsin H Sulfonsäure der Leukoverbindung Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 47 von 60

48 Sulfit: SO 3 2) Nachweis durch Entfärbung einer Iod-Lösung SO I H 2 O 2 H 3 O I + SO 4 2 Das entstehende Sulfat kann als BaSO 4 ausgefällt werden. Im Gegensatz zu der entsprechenden Reaktion des Thiosulfats fällt der ph-wert der Lösung mit fortschreitender SO 3 2 -Zugabe. Statt reiner Iod-Lösung kann man die Empfindlichkeit erhöhen, wenn man etwas Stärke-Lösung zusetzt: I 2 + Stärke blaue Einlagerungsverbindung Störungen: Andere Reduktionsmittel wie S 2 und S 2 O 3 2 (siehe Vorprobe) 3) Nachweis durch Entfärbung einer KMnO 4 -Lösung 5 SO MnO H 3 O + Mn SO H 2 O Das entstehende Sulfat kann als BaSO 4 ausgefällt werden. Störungen: Andere Reduktionsmittel wie S und S 2 O 3 2. (siehe Vorprobe) 4) Nachweis als SO 2 Na 2 SO KHSO 4 Na 2 SO 4 + SO 2 + K 2 SO 4 + H 2 O 5 SO IO H 2 O I SO H 3 O + feste Probe mit KHSO 4 verreiben, feuchtes, mit IO 3 /Stärke-Lösung getränktes Filterpapier darüber halten Blaufärbung!! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 48 von 60

49 Thiosulfat: S 2 O 3 1) Nachweis durch Sonnenuntergangsreaktion 2 Ag + + S 2 O 3 Ag 2 S 2 O 3 weiß Ag 2 S 2 O 3 + H 2 O Ag 2 S + H 2 SO 4 schwarz Beginn: weißer Niederschlag von Ag 2 S 2 O 3. Verlauf: Zersetzung des Ag 2 S 2 O 3 in Ag 2 S: Gelb, Orange, Braun Schwarz Störung: Quelle: Rrausch1974 S durch direkte Bildung des schwarzen Ag 2 S. Achtung: Ag 2 S 2 O 3 löst sich im Überschuss von S 2 O 3 Ag 2 S 2 O S 2 O 3 2 [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3- Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 49 von 60

50 Thiosulfat: S 2 O 3 2) Bildung eines rotvioletten Zwischenprodukts: S 2 O 3 + Fe 3+ [Fe(S 2 O 3 )] + rotviolett 2 [Fe(S 2 O 3 )] + 2 Fe 2+ + S 4 O 6 3) Nachweis durch Oxidation mit Cl 2 - oder Br 2 -Wasser als SrSO 4 S 2 O Cl H 2 O 2 SO Cl + 10 H 3 O + SO 4 + Sr 2+ SrSO 4 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 50 von 60

51 Sulfid, S 2 1) Nachweis als schwerlösliches Sulfid: viele Schwermetalle ergeben farbige Niederschläge mit S 2. Ag + : schwarzes Ag 2 S Cd 2+ : gelbes CdS (zur Abtrennung im Anionentrennungsgang) VORSICHT: S 2 wird von stärkeren Säuren ausgetrieben: H 2 S-Bildung. H 2 S: H Gefahr P Farbloses Gas, in bestimmten Konzentrationen nach faulen Eiern riechendes, sehr giftiges Gas, kann zu Atemlähmung und damit zum Tod führen. Tückischer weise führt dauernde Exposition geringer Konzentrationen zur Gewöhnung und damit zur verminderten Wahrnehmungsfähigkeit, weshalb man nach längerer Zeit H 2 S gar nicht mehr am Geruch erkennen kann. Gleiches geschieht bei Exposition sehr hoher Konzentrationen. Hier kann die Wahrnehmungsfähigkeit in kürzester Zeit völlig aussetzen.!!! Bei allen Arbeiten, die H 2 S freisetzen können, im Abzug arbeiten!!! 2) Nachweis über die Gasphase als H 2 S (natürlich im Abzug!) Na 2 S + 2 HCl 2 NaCl + H 2 S Nachweis mit Pb(Ac) 2 -Papier: Pb 2+ + S 2 PbS schwarz Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 51 von 60

52 SO 4 2 : Sulfat 1) Nachweis als BaSO 4 SO Ba 2+ BaSO 4 weiß, nicht löslich in verd. HCl. Nachweis durch Umsetzung mit Ba-Rhodizonat O O 2 O O O Ba + SO BaSO 4 O O O O O O O Tüpfelreaktion: 1 Tr. 0,5 mol l -1 BaCl 2 -Lösung + 1 Tr. 0,2% Na-Rhodizonat-Lösung. Es entsteht ein braunroter Fleck des Ba-Rhodizonat. Nun mit PL (oder SA) versetzen: rote Farbe verschwindet bei Anwesenheit von SO 2 4 -Ionen. Reagenzlösung vorhanden, aber nicht lange haltbar: alle zwei Tage neu!! Vor Versuch Blindprobe!! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 52 von 60

53 Trennung der schwefelhaltigen Anionen US lösen in Wasser S 2 O 8 ja Zugabe von BaCl 2 zur vollständigen Abtrennung von event. vorhandenem Sulfat: BaSO min Kochen (Kochbecher) nach Abkühlen mit ges. BaCl 2 neu entstandenes BaSO 4 quantitativ ausfällen Lösung (möglichst neutral) mit Cd(Ac) 2 -Lösung versetzen. CdS: gelb weiterer Nachweis von S!!! Lösung enthält ggf. S 2 O 3, SO 3 und SO 4 (falls kein S 2 O 8 in US) Nächste Folie weiter Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 53 von 60

54 Trennung der schwefelhaltigen Anionen Lösung enthält ggf. S 2 O 3, SO 3 und SO 4 (falls kein S 2 O 8 in US) Bei ph 6-7 mit verd. NH 3 und tropfenweise mit kalt ges. Sr(NO 3 ) 2 -Lösung versetzen. 10 min im WB erwärmen, abzentrifugieren, und auf vollst. Fällung prüfen. S 2 O 3 verbleibt in Lösung: Nachweis: Entfärbt I 2 -Lösung, Fällung mit Ag +. SrSO 4 SrSO 3 Niederschlag teilen. lösen in HCl, Fällung mit BaCl 2 BaSO 4 NW: SO 4. + verd. H 2 SO 4 SO 2 Nachweis als SO 3 Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 54 von 60

55 NO 2 Nitrit / NO 3 Nitrat 1) Nachweis als [Fe(H 2 O) 5 NO] 2+ NO 2 + [Fe(H 2 O) 6 ] H 3 O + [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + NO + 3 H 2 O NO + [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ [Fe(H 2 O) 5 NO] 2+ + H 2 O NO reagiert mit vielen Übergangsmetallen zu Nitrosylkomplexen, für die [Fe(H 2 O) 5 (NO)] 2+ ein klassisches Beispiel ist. Die braune Farbe resultiert aus einem charge-transfer Übergang. Der Komplex besitzt ein magnetisches Moment von 3.9 BM., n ist die Zahl ungepaarter Elektronen Somit liegt ein Eisenkomplex mit Eisen in der formalen Oxidationsstufe von +1 (d 7 ) vor und der Ligand kann als NO + angesehen werden. Die Reaktion einer FeSO 4 Lösung mit Stickstoffmonoxid muss konsequenterweise als Redoxreaktion verstanden werden. Tüpfelreaktion: 1 Tr. PL (oder SA) mit 1 Tr. verd. H 2 SO 4 ansäuern, ein kleiner, mit verd. H 2 SO 4 gewaschener FeSO 4 Kristall wird zugefügt. Eine Braunfärbung um den Kristall zeigt NO 2 an. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 55 von 60

56 Nachweis mit Lunges Reagenz Alternativ: Saltzmann Reagenz NO 2 Nitrit / NO 3 Nitrat + HNO 2 O 3 S NH 2 HAc + O 3 S N N Ac + 2 H 2 O Sulfanilsäure Zwitterion + 1-Naphtylamin O 3 S N N NH 2 + H 3 O + Azofarbstoff Tüpfelreaktion: 1 Tr. PL + 1 Tr. Eisessig + 1 Tr. Sulfanilsäure +1 Tr. α-naphtylamin (Lunges Reagenz 1 und 2 der Reagenzienflaschen) vermischen. Eine Rotfärbung zeigt NO 2 an. Störungen: viele Ionen stören. S 2, Br und I durch Ag 2 SO 4 -Lösung (steht aus) quantitativ abfällen, SO 3 mit BaCl 2 -Lösung abfällen. VORSICHT: α-naphtylamin ist krebserregend Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 56 von 60

57 NO 2 Nitrit / NO 3 Nitrat Ringprobe : Nachweis als [Fe(H 2 O) 5 NO] 2+ NO [Fe(H 2 O) 6 ] H 3 O + 3 [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + NO + 6 H 2 O NO + [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ [Fe(H 2 O) 5 NO] 2+ + H 2 O 3 Tr. PL im Reagenzglas mit 3 Tr. kaltgesättigter, mit verd. H 2 SO 4 angesäuerter FeSO 4 -Lösung versetzen und vorsichtig (Reagenzglas schräg halten) mit konz. H 2 SO 4 unterschichten. An der Berührungszone wässrige Lösung konz. H 2 SO 4 bildet sich ein brauner Ring. Nachweis mit Lunges/Saltzmann Reagenz: Reaktion verläuft analog Nitrit-Nachweis. Die PL wird mit Lunge 1 und 2 versetzt + etwas Zn-Staub. Eine allmähliche Rotfärbung zeigt NO 3 an. Zerstörung des NO 2 vor den Nachweisen von Nitrat: HNO 2 + (NH 2 )HSO 3 (Amidosulfonsäure) H 2 SO 4 + N 2 + H 2 O Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 57 von 60

58 PO 4 3- : Phosphat 1) Fällung als Zr 3 (PO 4 ) 2 PL + konz. HCl + ZrOCl 2 Zr 3 (PO 4 ) 2 (weiß, flockig) Der Niederschlag zeigt sich jedoch häufig erst nach einiger Zeit! 2) Fällung als Ammoniummolybdophosphat 12 MoO 4 + HPO NH 4 + (NH 4 ) 3 [P(Mo 12 O 40 ) aq] (gelb!!) a)entfernen störender, reduzierender Ionen durch Oxidation mit konz. HNO 3 (Abzug!!): 10 mg US mit 10 Tr. konz. HNO 3 erwärmen, bis keine nitrosen Gase mehr entweichen. b)tüpfelreaktion: 1 Tr. der HNO 3 -sauren Lösung a) mit etwas festem NH 4 NO 3 auf dem Objektträger versetzen, einen Kristall (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 zugeben. Es entstehen kleine gelbe Würfel und Oktaeder (Blindprobe!) c)zu 5 Tr. des Zentrifugats von a) werden weitere 5 Tr. konz. HNO 3 und in der Kälte 10 Tr. Reagenzlösung zugegeben. gelbe Fällung Reagenz: 10g (NH 4 ) 6 Mo 6 O 24 4 H 2 O + 20 g NH 4 NO ml konz. NH 3 mit Wasser auf 100 ml aufgefüllt. (steht aus!!) 3) Fällung als MgNH 4 PO 4 Analog Mg 2+ -Nachweis. Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 58 von 60

59 BO 3 3- : Borat 1) als Borsäuremethylester PL + 3 CH 3 OH + konz. H 2 SO 4 B(OCH 3 ) 3 verbrennt mit grüner Flamme 2) als Mannito-Borsäure Veränderung des ph-wertes durch Bildung von einer einbasigen mittelstarken Mannito-Borsäure (siehe Jander/Blasius) Viel Spaß im Labor! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 59 von 60

60 SiO 4 4- : Silicat 1) als Molybdokieselsäure PL + Ammoniummolybdat H 4 [SiMo 12 O 40 ] gelber Feststoff Blindprobe!! Siehe Jander/Blasius 2) Durch die Wassertropfenprobe (VORSICHT: HF) Wäscherabzug!!!! Viel Spaß im Labor! Seminar zu Modul 4, 2016 Folie Nr. 60 von 60