Seminar zum anorganisch-chemischen Praktikum. Quantitative Analyse. Patrick Schwarz

Transkript

1 Seminr zum norgnisch-chemischen Prktikum Quntittive Anlyse Ptrick Schwrz

2 itertur M. Scheer, J. Wchter Skript zum Prktikum Anorgnische Chemie I, Institut für Anorgnische Chemie der Universität Regensurg A. F. Hollemn, E. Wierg, ehruch der Anorgnischen Chemie, de Gruyter Verlg, Berlin, New York (Achtung, neue Auflge erscheint dieses Jhr!!! U.R. unze, G. Schwedt, Grundlgen der qulittiven und quntittiven Anlyse, Georg Thieme Verlg Stuttgrt, New York Jnder, Jhr Mßnlyse Wlter de Gruyter Verlg Berlin, New York G. Jnder, E. Blsius ehruch der nlytischen und präprtiven norgnischen Chemie S. Hirzel Verlg Stuttgrt, eipzig

3 Quntittive Anlyse Quntittive Anlyse Bestimmung von Stoffmengen eknnter Bestndteile von Verindungen, Gemischen und ösungen (Wie viel dvon ist drin??? Bestimmung durch chemische und physiklische Methoden

4 Wichtige Größen in der quntittiven Anlyse Grundlge: Interntionles Einheitensystem (SI-System (Système Interntionl d Unités Stoffmengeneinheit Mol (Formelzeichen: n, Einheit: mol 1 Mol ist eine Stoffmenge, die us so vielen Teilchen esteht, wie 0,01 kg des ohlenstoff-nuklids 1 C Atome enthlten. Avogdro-onstnte N A 6, mol 1 n (X N(X N A n(x: Stoffmenge N(X: Teilchenzhl N A :Avogdro-onstnte

5 Wichtige Größen in der quntittiven Anlyse Mssennteil Stoffmengennteil Volumennteil Mssenkonzentrtion Stoffmengenkonzentrtion Volumenkonzentrtion

6 Wichtige Größen in der quntittiven Anlyse Molre Msse (Formelzeichen: M, Einheit g mol 1 Msse der Stoffmenge 1 mol eines estimmten Teilchens

7 Beispiele Berechnung der molren Msse von Schwefelsäure M (H 1 SO 4 M (H + M (S + 4M (O 98,07g mol Berechnung der Stoffmenge von 10 g ochslz (NCl

8 Beispiel (stöchiometrische Berechnung Wie viel Eisen(IIIoxid und ohlenstoff wird enötigt, um durch Reduktion eine Tonne Eisen herzustellen? Wie viel CO entsteht dei?

9 Beispiel Stoffmengenkonzentrtion von HCl, w 5% ( 5%ige Slzsäure

10 Beispiel Stoffmengenkonzentrtion von reinem Wsser

11 Äquivlentkonzentrtionen Äquivlentteilchen: Bruchteil 1/z* eines Teilchens (Molekül, Atom etc. der ei einer estimmten chemischen Rektion jeweils m Austusch einer Elementrldung eteiligt ist. n z 1 * X z * n(x c z 1 * X z * c(x z.b.: c ( 1 ( H SO 0,1mol ; c MnO 0,01mol ; 4 5 4

12 Mssenwirkungsgesetz Alle ungehemmt lufenden chemischen Rektionen führen zu einem Gleichgewichtszustnd, der durch ds Mssenwirkungsgesetz (MWG eschrieen wird.

13 Mssenwirkungsgesetz Folgerektionen A + B AB A + B AB C + D C + D 1 c(ab c(a c(b c(c c(d c(ab c c(c c(a c(d c(b 1

14 Mssenwirkungsgesetz Beispiel: Eigendissozition des Wssers w : Ionenprodukt des Wssers (temperturhängig Bestimmung üer eitfähigkeitsmessungen

15 öslichkeit von Stoffen öslichkeitsprodukt: mximles Ionenprodukt einer Verindung. Für inäre Verindungen gilt: + c ( A c(b AB fest A + + B - Die öslichkeit ist die Gesmtkonzentrtion des gelösten Stoffes in der gesättigten ösung, ezogen uf die Formeleinheit. Für inäre, einwertige Verindungen gilt: c(ab c(a + c(b c(ab und + c(a c(b c(ab

16 öslichkeit von Stoffen Allgemeine Formulierung x+ y ( A c(b (A x+ B y- fest A x+ + B y- c Drus ergit sich die llgemeine Formel für die öslichkeit: + A B

17 Herleitung llgemeine Formel für öslichkeit (A x+ B y- fest A x+ + B y- y x (B A ( c c CF B A B A mol 10 1,84 4 mol 10, , : CF : B (A ( ( (B (A Einsetzen in B (A (B und B (A (A Rkt.Gleichung us (B 1 (A 1 B (A Bsp c c c c c c c c c c

18 Beispiel öslichkeit von AgCl in Wsser In einem iter Wsser liegen lso gelöst vor:

19 Beispiel öslichkeit von AgCl in NCl-ösung der onzentrtion 0,1 mol/l AgCl fest Ag + + Cl c(ag c(cl 10 mol

20 Quntittive Anlytik Einteilung in Mßnlyse Grvimetrie

21 Herstellen einer ösung mit einer estimmten Stoffmengenkonzentrtion Vorgehen: Genues Awiegen einer Stoffportion (drus ergit sich Stoffmenge n Auflösen des Stoffs in einem ösungsmittel (Wsser Auffüllen uf ein estimmtes Volumen im Messkolen (drus ergit sich V und dmit c n / V

22 Volumetrie oder Mßnlyse Der zur nlysierenden Proe wird soviel einer Regenslösung eknnter onzentrtion zugefügt, wie für die chemische Umsetzung gerde erforderlich ist, d. h. die äquivlente Stoffmenge. (Titrtion Anzeige des Endpunkts ggf. durch Indiktor Vorussetzungen

23 Volumetrische Bestimmung von Fe + 5 Fe + + MnO H + 5 Fe 3+ + Mn H O Zuge von MnO 4 zu Fe + -ösung: Entfärung der MnO 4 ösung Wenn lle Fe + -Ionen verrucht sind (Äquivlenzpunkt: Rosfärung der ösung durch Üerschuss n MnO 4 Aus Volumen und onzentrtion der verruchten MnO 4 - Mßlösung lässt sich die Stoffmenge n Fe + erechnen

24 Beispiel Eine Sthlproe (m 00 mg soll uf ihren Eisengehlt untersucht werden. Prktisches Vorgehen Auflösen der Proe in Säure und ggf. weitere Vorehndlungen Auffüllen der Proe uf ein eknntes Volumen (100 m Entnehmen eines Bruchteils der Proe (0 m und Bestimmen des Eisengehlts mittels Titrtion: durchschnittlicher Verruch V(MnO 4 7,00 m c(mno 4 0,0 mol -1 und c( 1 5MnO 4 0,1 mol -1

25 Beispiel

26 Mßlösungen Einfche und reproduzierre Drstellung Stilität gegen tmosphärische, thermische und photochemische Einflüsse Gehlt zw. onzentrtion der Mßlösung müssen längere Zeit konstnt leien. onzentrtion (Titer muss genu eknnt sein Exktes Awägen der Verindung und Auffüllen uf ein eknntes Volumen (z.b. NCl, BrO 3, Cr O 7 Herstellen einer Mßlösung von ungefähr eknnter onzentrtion und estimmen der exkten onzentrtion durch Titrtion gegen eine Urtitersustnz

27 Beispiel Eine Mßlösung von HCl soll gegen N CO 3 eingestellt werden. Dei werden für die Rektion von 110, mg N CO 3 0, m HCl- ösung der ungefähren onzentrtion 0,1 mol/ verrucht. Wie ist die exkte HCl-onzentrtion (Titer? N CO 3 + HCl CO H + CO + H O + NCl CO + H O n(hcl n(n CO n(h 3 n(hcl + n(n m M (N CO m M (N CO 3 3 CO 3 c(hcl c(hcl m n(hcl M (N CO3 V V 0,110 g 1 105,99g mol 0,1094 mol 0,00 1

28 Grvimetrie Zu nlysierende Sustnz wird in schwerlöslichen Niederschlg üerführt, der nschließend usgewogen wird. Vorussetzungen:

29 Grvimetrische Bestimmung von Fe 3+ FeCl NH 3(q + x+3 H O Fe O 3 xh O (f +6 NH 4 Cl Schwerlösliche Verindung, er keine stöchiometrische Zusmmensetzung Fe O 3 xh O Fe O 3 + x H O ösung: Durch Glühen des Niederschlgs entsteht Fe O 3, ds eine eknnte Zusmmensetzung ht und exkt gewogen werden knn

30 Beispiel Aus einer Fe 3+ -ösung uneknnter onzentrtion wird Eisen ls Oxidhydrt gefällt und durch Glühen zu Fe O 3 üerführt. Auswge: 50 mg. Wie viel Eisen wr in der ösung? n(fe m(fe m(fe m(fe w(fe n(fe O O 35,0 mg 50,0 mg 3 3 und n(fe M (Fe m(fe M (Fe M (Fe O 0,699 n(fe O n(fe 55,84g mol 0,0500 g 159,69g mol 3 3 O ,9% 3 m(feo3 M (Fe O M (Fe 0,0350 g 3 35,0 mg

31 Einteilung der Mßnlyse Neutrlistion (Säure-Bse-Titrtion Acidimetrie Alklimetrie Fällungstitrtion Redoxtitrtion Iodometrie Dichromtometrie Mngnometrie etc. omplexometrie