qualitative und quantitative Analyse Blindprobe Fällungsreaktion qualitativer Nachweis für Halogenide und Sulfate

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1 C NTG 9.1 qualitative und quantitative Analyse - qualitative Analyse: gibt Antwort auf die Frage nach der Art der Stoffe in einer Stoffprobe - quantitative Analyse: weist nach, wie viel von einem Stoff in einer Stoffprobe enthalten ist negative B. = Nullprobe: = Vergleichsprobe, die sicher frei von dem zu bestimmenden Stoff ist C NTG 9.2 Blindprobe positive B.: Vergleichsprobe, die den zu bestimmenden Stoff mit Sicherheit enthält Blindproben dienen der Kontrolle der Nachweisreaktion (sind alle Chemikalien in Ordnung?) Fällungsreaktion Kann beim Zusammengießen zweier Salzlösungen auftreten. Es kommt zur Bildung eines Niederschlags (schwerlösliches Salz). Bsp.: Na + (aq)+ Cl - (aq) + Ag + (aq) + NO 3 - (aq) AgCl (s) + Na + (aq) + NO 3 - (aq) C NTG 9.3 qualitativer Nachweis für Alkali- und Erdalkalimetalle Flammenfärbung: z. B. Na gelb C NTG 9.4 C NTG 9.5 qualitativer Nachweis für alogenide und Sulfate Fällungsreaktionen: alogenide mit Silbernitrat (AgNO 3 ): AgCl, AgBr, AgI Sulfate: mit Bariumchlorid (BaCl 2 ): BaSO 4

2 atomare Masseneinheit 1 u (unit) entspricht dem 12. Teil der Atommasse des Kohlenstoffisotops C-12 C NTG 9.6 Stoffmenge Formelzeichen: n Eine Stoffportion hat die Stoffmenge n = 1 mol, wenn sie Teilchen (Atome oder Moleküle) enthält. C NTG 9.7 molare Masse Formelzeichen: M Gibt an, welche Masse 1 mol eines bestimmten Stoffes hat. C NTG 9.8 Formelzeichen: V m Volumen, das genau 1 mol eines Stoffes enthält molares Volumen V m (Gase, 20 o C, 1013 hpa) = 24 L/mol C NTG 9.9 Formelzeichen und Einheiten der Chemie C NTG 9.10 Formelzeichen Einheit Stoffmenge n mol Masse m g molare Masse M g/mol Volumen V L Stoffmengenkonzentration c mol/l Dichte δ g/cm³

3 Avogadro-Konstante gibt an, wie viel kleinste Teilchen sich in einer Stoffportion von 1 mol befinden N A = Teilchen/mol C NTG 9.11 Das Elektronenpaar- Abstoßungs-Modell (EPA) C NTG 9.12 Elektronenpaare stoßen einander ab, und nehmen daher möglichst großen Abstand zueinander ein. Orbitale nicht bindender Elektronenpaare (EP) nehmen mehr Raum ein als Orbitale bindender EP. unpolare / polare Atombindung unpolare Atombindung: gleichmäßige Verteilung der Bindungselektronen zwischen beiden Partnern polare Atombindung: ungleichmäßige Verteilung der Bindungselektronen (näher beim elektronegativeren Atom) C NTG 9.13 Dipol-Molekül Voraussetzung: 1. polare Atombindung(en) 2. getrennte Ladungsschwerpunkte im Molekül C NTG 9.14 Beispiele für zwischenmolekulare Wechselwirkungen C NTG 9.15 Van-der-Waals-Wechselwirkungen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Wasserstoffbrücken

4 Dipol/Dipol- Wechselwirkungen Zwischen (permanenten) Dipol-Molekülen treten zwischenmolekulare Wechselwirkungen (elektrostatische Anziehungskräfte) auf. Solche Wechselwirkungen gibt es auch zwischen Dipol- Molekülen und Ionen. C NTG 9.16 VAN-DER- WAALS- Wechselwirkungen C NTG 9.17 Wasserstoffbrücken Zwischen unpolaren Molekülen gibt es schwache Wechselwirkungen, die auf spontan induzierten Dipolen beruhen. Bsp.: zwischen Butan und Butan Zwischen stark positiv polarisierten -Atomen (= -Atome, die an F, Cl, N oder O gebunden sind) und den freien Elektronenpaaren von (anderen) F, Cl, N oder O-Atomen C C C C C C C C C NTG 9.18 C NTG 9.19 Löslichkeit von Stoffen Salze (aufgebaut aus Ionen) oder polare Stoffe (z. B. Zucker) lösen sich in polaren Lösungsmitteln wie z. B. Wasser unpolare Stoffe, z. B. Fette, lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln (z. B. Benzin) Ähnliches löst sich in Ähnlichem Wassermoleküle umhüllen aufgrund elektrostatischer Anziehungskräfte Ionen beim Lösen von Salzen ydratation C NTG 9.20

5 Besondere Eigenschaften von Wasser C NTG 9.21 C NTG 9.22 Säuren (nach Brönsted) hoher Siedepunkt von 100 o C größte Dichte bei 4 o C Eis schwimmt auf Wasser Säuren sind Protonendonatoren ( + -Donatoren). Bsp: Cl + 2 O 3 O + + Cl - Cl + N 3 N Cl - (Sie können in Reinform Feststoffe (Bsp. Vitamin C), Flüssigkeiten (Bsp. Schwefelsäure) oder Gase (Bsp. Wasserstoffchlorid) sein.) Saure Lösungen Saure Lösungen sind wässrige Lösungen, die hydratisierte Oxonium-Ionen ( 3 O + (aq)) enthalten. (Säurerest-Ionen sind negativ geladene Ionen, die durch die Abspaltung eines oder mehrerer Protonen aus Säure-Molekülen entstehen.) C NTG 9.23 Bildung saurer Lösungen Nichtmetalloxid + Wasser Säure Bsp.: CO O 2 CO 3 Säure + Wasser Oxonium-Ion + Säurerest-Ion Bsp.: Cl + 2 O 3 O + + Cl - 2 CO O 3 O + + CO 3 - C NTG 9.24 Salzsäure Cl Wichtige Säuren Kohlensäure 2 CO 3 Schwefelsäure 2 SO 4 Salpetersäure NO 3 Phosphorsäure 3 PO 4 C NTG 9.25

6 Basen (nach Brönsted) Basen sind Protonenakzeptoren. Bsp.: O - + Cl 2 O + Cl - N 3 + Cl N Cl - C NTG 9.26 Laugen und alkalische Lösungen Alkalische (basische) Lösungen sind wässrige Lösungen, die ydroxid-ionen (O - (aq)) enthalten. C NTG 9.27 Lösen von Metallhydroxiden in Wasser Bsp.: NaO Na + + O - Bildung alkalischer Lösungen C NTG 9.28 Metalloxid + Wasser Metall-Ionen + ydroxid-ionen Bsp.: CaO + 2 O Ca O - Alkali-/Erdalkalimetalle + Wasser Metall- Ionen + ydroxid-ionen + Wasserstoff Bsp.: 2 Li O 2 Li O Wichtige Basen Natronlauge NaO Kalilauge KO Kalklauge Ca(O) 2 Ammoniak N 3 C NTG 9.29 C NTG 9.30 Indikator - Indikatoren verändern ihre Farbe in Abhängigkeit des p-werts. - Der Universalindikator zeigt an, wie stark sauer oder basisch eine Lösung ist. sauer neutral basisch Bromthymolblau gelb grün blau Phenolphthalein farblos farblos violett Universal- Indikator rot grün/gelb blau

7 können je nach Reaktionspartner - sowohl Protonen aufnehmen als auch Protonen abgeben Ampholyte Bsp.: 2 O + Cl 3 O + + Cl - 2 O + N 3 O - + N O + 2 O 3 O + + O - C NTG 9.31 weitere Ampholyte: SO 4 -, CO 3 -, N 3 - ist eine Protonenübertragungsreaktion (Protolyse) Säure/Base- Reaktion - laufen nach dem Donator/Akzeptor-Konzept ab - Protonen werden von Säure-Teilchen auf Base- Teilchen übertragen C NTG Reaktion zwischen Oxonium-Ionen und ydroxid- Ionen. Neutralisation 3 O + (aq) + O - (aq) 2 2 O (l) - gleichzeitig bildet sich eine neutrale Salzlösung C NTG 9.33 Bsp.: NaO (aq) + Cl (aq) 2 O (l) + NaCl (aq) - Methode zur Ermittlung der Stoffmengenkonzentration Titration - Zutropfen einer Maßlösung ( bekannte Konzentration) in ein definiertes Volumen der zu prüfenden Lösung C NTG Umschlag des Indikators Berechnung Maß für den Gehalt einer Lösung an Oxonium- Ionen p-wert p < 7 entspricht einer sauren Lösung p = 7 entspricht absolut reinem Wasser oder einer neutralen Lösung C NTG 9.35 p > 7 entspricht einer alkalischen Lösung (basische Wirkung)

8 Stoffmengenkonzentration gibt an, welche Stoffmenge (n) in einem bestimmten Volumen (V) einer Lösung vorhanden ist C NTG 9.36 Oxidation/ Reduktion Oxidation: Abgabe von Elektronen Oxidationszahl wird erhöht Reduktion: Aufnahme von Elektronen Oxidationszahl wird erniedrigt C NTG 9.37 In der Redoxreihe sind die Metalle entsprechend der Stärke ihres Reduktionsvermögens geordnet. Redoxreihe - Unedle Metalle sind starke Reduktionsmittel werden leicht oxidiert (Bsp.: Li, K, Na, Mg, Al, Zn ) C NTG 9.38 Redoxreaktion - Edle Metalle sind schwache Reduktionsmittel werden nur schwer oxidiert (Bsp.: Cu, Ag, g, Pt, Au ) - sind Elektronenübertragungsreaktionen - Oxidation und Reduktion laufen gleichzeitig ab - Elektronendonator ist das Reduktionsmittel ( wird selber oxidiert) - Elektronenakzeptor ist das Oxidationsmittel ( wird selber reduziert) C NTG 9.39 C NTG 9.40 Redoxgleichung Bsp.: - gesamte Redoxreaktion setzt sich aus Teilgleichungen zusammen - Anzahl der abgegebenen und aufgenommen Elektronen muss gleich sein Oxidation: Fe Fe e - 2 Reduktion: Br e - 2 Br - 3 Redox: 2 Fe (s) + 3 Br 2(g) 2 FeBr 3(s)

9 C NTG 9.41 C NTG 9.42 Oxidationszahl Galvanische Zelle 1. OZ von Atomen im elementaren Zustand = 0 2. Σ der OZ aller Atome im ungeladenen Molekül = 0 3. a) OZ von Atomionen entspricht der Ladungszahl b) Σ der OZ aller Atome im Molekülion = der Ladungszahl 4. Metallionen haben in Verbindungen IMMER eine positive OZ, in der Regel die auptgruppennummer 5. OZ von Fluor in Verbindungen ist IMMER = -I 6. OZ von Wasserstoff in Verbindungen = +I ( : OZ in Metallwasserstoffverbindungen = -I ) 7. OZ von Sauerstoff in Verbindungen = II ( : OZ bei Peroxiden = -I, in Vbdg. mit Fluor = +II) 8. OZ von alogenen in Verbindungen = -I ( : alogensauerstoffverb.) - Batterien und Akkumulatoren (aufladbar) - Umwandlung von chem. in elektrische Energie durch freiwillig ablaufende Redoxreaktion - Reduktion und Oxidation laufen räumlich getrennt in je einer albzelle (albelement) ab - durch Verbinden der beiden albzellen mit einem Elektronenleiter und einem Ionenleiter wird der Stromkreis geschlossen - Anode ist in einer galvanischen Zelle Ort der Oxidation - die Kathode der Ort der Reduktion - sind elektrisch erzwungene Redoxreaktionen Elektrolyse - durch einen Elektronenüberschuss an der einen Elektrode werden hier Kationen reduziert (Kathode) - durch den Elektronensog an der anderen Elektrode werden hier Anionen oxidiert (Anode) C NTG 9.43

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