Vorprotokoll: Modul 1 Alkali- und Erdalkalimetalle, Halogene und ihre Verbindungen, Pseudohalogenide

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1 AC I - Praktikum Vorprotokoll: Modul Alkali- und Erdalkalimetalle, Halogene und ihre Verbindungen, Pseudohalogenide ) Definitionen: Mol, relative Atommasse, Avogadrosche Zahl NA Mol: relative Atommasse: Mol ist diejenige Stoffmenge, die aus genauso vielen Teilchen besteht, wie Atome in,000g des Kohlenstoffnuklids C enthalten sind. Teilchen können dabei z.b. Atome, Moleküle, Ionen oder Elektronen sein. Die relative Atommasse ist eine dimensionslose Größe (ohne Einheit) und gibt das Massenverhältnis eines A- toms zu einem gedachten Atom der Masse u an. Die Bezugsgröße u ist der zwölfte Teil der Masse eines Atoms des Kohlenstoff-Isotops C. u = m A( 6 C), g Avogadrosche Zahl NA: Die Avogadro-Konstante NA entspricht der Teilchenzahl, die ein Mol eines jeden Stoffes enthält. N A 6, mol (Zahl der Teilchen in einem Mol) ) Reaktionsgleichungen für Essigsäure und Wasser, Soda-Lösung und verdünnte Salzsäure, Ammoniak und Wasser. Essigsäure und Wasser. Soda-Lösung und verdünnte Salzsäure 3. Ammoniak und Wasser CH 3 COOH + H O * ) H 3 O + +CH 3 COO () Na CO 3 + HCl! CO +H O + NaCl () NH 3 +H O * ) NH + 4 +OH (3) formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie!

2 3) Definitionen: Autoprotolyse, ph-wert, poh-wert und ph-wert von neutralem Wasser Autoprotolyse: Wird ein HO-Molekül durch ein Proton eines weiteren Wassermoleküls protoniert, so nennt man diese Reaktion Autoprotolyse ( Protolyse mit sich selbst ). Bsp. Autoprotolyse des Wassers! H O * ) H 3 O + +OH Ampholyte: ph-wert: Ampholyte können sowohl Protonen aufnehmen als auch abgeben, können also sowohl als Brønsted-Säure als auch als Brønsted-Base reagieren. Der ph-wert ist der negative dekadische Logarithmus der Hydroniumionenkonzentration.! ph = lg{c(h 3 O + )} poh-wert: Der poh-wert ist der negative dekadische Logarithmus der Hydroxidionenkonzentration.! poh = lg{c(oh )} = 4 ph Neutrales Wasser sollte den ph-wert 7 haben. 4) ph-wert-berechnung: HCl, NaOH, Essigsäure (jeweils 0,mol l - ) HCl sehr starke Säure (pks = -7) HCl + H O! H 3 O + +Cl ph = lg{c 0 (HCl)} ph = lg 0, mol l ph = NaOH sehr starke Base (pkb = -,74) ph = 4 poh = 4 + lg {c 0 (NaOH)} ph = 4 ph = 3 formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie!

3 CH3COOH mittelstarke Säure (pks = 4,75) ph = (pk S lg{c 0 (HA)}) ph = (4, 75 + ) ph = 5, 75 ph =, 875 5) Definition: Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt, Beispiel AgCl Löslichkeitsprodukt Das Löslichkeitsprodukt KL eines Elektrolyten ist gleich dem Produkt der Konzentrationen seiner Ionen in einer gesättigten Lösung. Das Löslichkeitsprodukt gibt an, in welchem Maße ein Salz in seine Ionen dissoziiert. Löst man immer mehr Salz in Wasser, so ist bei einer für das Salz spezifischen Konzentration eine Sättigung erreicht. Diese ist erreicht, wenn ein Bodenkörper des Feststoffs mit der darüber befindlichen Lösung im thermodynamischen Gleichgewicht steht. Ein Teil des Salzes löst sich also nicht, steht aber mit den gelösten Kat- und Anionen in einem dynamischen Löslichkeitsgleichgewicht. M m X n * ) mm n+ +nx m Aus dem Massenwirkungsgesetz lässt sich das Löslichkeitsprodukt herleiten: K C = cm (M n+ ) c n (X m ) c(m m X n ) Da das ungelöste Salz MmXn (z.b. in Form eines Niederschlags) fest ist, hat es keinen Einfluss auf die Gleichgewichtskonstante (nur die reine kondensierte Phase wird beachtet). Daraus ergibt sich das Löslichkeitsprodukt: K L (M m X n )=c m (M n+ ) c n (X m ) Löslichkeit Die Löslichkeit eines Salzes entspricht seiner Konzentration in einer gesättigten Lösung. L(M m X n )= m+n r KL (M m X n ) m m n n formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 3

4 Fällung Eine Substanz fällt aus, wenn das Löslichkeitsprodukt überschritten wird. Bsp. AgCl AgCl (s) * ) Ag + (aq) +Cl (aq) K C = c(ag+ ) c(cl ) c(agcl) Silber- und Chloridionen stehen in einem dynamischen Löslichkeits-Gleichgewicht mit dem festem Silberchlorid K L = c(ag + ) c(cl ) L(AgCl) = p K L (AgCl) = c(ag + )=c(cl ) K L (AgCl) =, mol l L(AgCl) = p, mol l =, mol l = c(ag + )=c(cl ) 6) Oxidationszahlen, Regeln zur Bestimmung der Oxidationszahlen Definition: Oxidationszahl Die Oxidationszahl gibt Größe und Vorzeichen der elektrischen Ladung an, die dem Atom zuzuschreiben wäre, wenn man die Elektronen nach bestimmter Vorschrift an die Atome verteilt. Oxidationszahlen sind formale Größen. Regeln. Die Oxidationszahl in Elementen ist gleich Null.. Die Oxidationszahl der Atome in einatomigen Ionen entspricht der angegebenen +III -II Ladung (z.b. Al 3+, O ) 3. Fluor hat in Verbindungen immer -I (elektronegativstes Element) 4. Sauerstoff hat meistens -II, nur gegenüber Fluor und in Peroxiden (-I) nicht. 5. Wasserstoff in Verbindung mit Nichtmetallen +I, in Verbindungen mit Metallen (in Metallhydriden) -I. 6. Die Elektronen werden immer dem elektronegativerem Element zugeschrieben. 7. Die Oxidationszahl eines Elements in einer Verbindung lässt sich berechnen, indem man den anderen Elementen vernünftige Oxidationszahlen zuweist. In Verbindungen ist die Summe der Oxidationszahlen aller Atome 0. formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 4

5 7) Oxidationszahlen einiger Verbindungen +I +VI K Cr -II +I -II O 4 Ag S -III N H +I +I -II 3 H O +II Ba -I O +IV Si -II O 8) Lewis-Formeln Perchlorsäure +I H +VII -II Cl O 4 Dichlormonoxid +I -II Cl O Chlortrifluorid +III Cl F -I 3 Chlordioxid +IV Cl O -II Sauerstoffdifluorid +II O F -I 9) Flammenfarben Metall Farbe Spektrallinien in nm Li Na K Sr Ba Ca rot (blass) gelb violett rot (intensiver) grün ziegelrot 670,8 (rot) 589,3 (gelb) 768, (rot), 404,4 (violett) mehrere rote Linien, 604,5 (orange), 460,7 (blau) 54, (grün), 53,7 (grün) 6,0 (rot), 553,3 (grün) Marvin was used for drawing, displaying and characterizing chemical structures, substructures and reactions, Marvin , 0,! ChemAxon ( formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 5

6 0) Trennungsgang für Ca, Sr, Ba: Chromat-Sulfat-Verfahren siehe Literatur ) Trennungsgang für Cl -, Br - und I - siehe Literatur ) Eigenschaften der Halogene F Cl Br I At (radioaktiv) Schmelztemp. in Siedetemp. in. Ionisierungsenergie in ev -9,6-00,98-7, 3, ,4-34,6 58,78 84, ,48,9676,838 0,453 9,535 Farbe schwach gelb gelblich grün braunrot braunschwarz (fest), violett (gasf.) Dissoziationsenergie des X-Moleküls in kj mol - Oxidationskraft (Standardelektrodenpotential X - /X) in V 57,8 38, 89, 48, +,87 +,358 +,065 +0,536! abnehmende Oxidationskraft Erklärung für Farbabstufungen: Die Elektronen des d-orbitals sind in der VII. Hauptgruppe mit steigender Periode zunehmend delokalisiert. Die Elektronen können leichter angeregt werden. Dies führt zu einer Farbintensivierung. formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 6

7 3) Peroxide und Disproportionierung Peroxide enthalten das Peroxidanion O - bzw. eine Peroxidgruppe O O.! O : [O O]! O O : R O O R O O Bindungen (Sauerstoff-Sauerstoff-Bindungen) sind instabil und neigen zur homolytischen Spaltung unter Bildung von Radikalen. Es gibt anorganische und organische Peroxide. Peroxide sind starke Oxidationsmittel ( Bleichmittel), einige (wie z.b. HO) sind redoxamphoter) Beispiel: Wasserstoffperoxid Natriumperoxid Bariumperoxid +I -I H O +I -I Na O +II BaO -I Disproportionierung: H -I O! H -II O+ ±0 O 4) Brinsches Bariumperoxid-Verfahren Das Brinsche Bariumperoxid-Verfahren ist eine Methode zur Sauerstoff-Gewinnung aus der Luft.!!! BaO + O 500 C * ) 700 C BaO Bei 500 bindet Bariumperoxid den Luftsauerstoff. Bei 700 erfolgt die Rückreaktion. Bei der thermischen Zersetzung des Bariumperoxids entsteht wiederum Sauerstoff. formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 7

8 5) Definition: Hyperoxid und Dioxygenylkation Hyperoxid Hyperoxide sind chemische Verbindungen, die das vom Sauerstoff abgeleitete O - -Ion (Dioxid(-)-Anion) enthalten.!! - / O Oxidationszahl:! -½! O +H O! H O +OH +O Kalium, Rubidium und Caesium bilden direkt die Hyperoxide KO, RbO und CsO beim Verbrennen der Metalle an der Luft. Dioxygenylkation h O i + O bzw. O + Dioxygenyl-Radikalkation Bsp. O! O + +e ±0 O + +VI Pt F -I 6! [O +I ][Pt +V F -I 6 ] Gefahrstoffe des Moduls. Tag Halogene: Chlor HSO4 (konz.) R35 Handschuhe Cl(g) R3-36/37/38 Abzug Fluorid HSO4 (konz.) R35 Handschuhe HF R6/7/8-35 u. S8-37 Handschuhe + Abzug Sauerstoffsäuren der Halogene KBrO3 R45 u. S53 Abzug + Handschuhe formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 8

9 . Tag Bariumbromat Ba(BrO3) HO KBrO3 R45 u. S53 Abzug + Handschuhe Pseudohalogenid HgCl R4 u. S37 Handschuhe 3. Tag Nachweisreaktionen NaOH R35 u. S37 Handschuhe Analytik der Ionen F -, Cl -, NH3-Lsg. (konz.) S37 Handschuhe Br -, I -, ClO3 -, BrO3 -, IO3 -, SCN - HNO3-Lsg. (verd.) R35 u. S37 Handschuhe HSO4-Lsg. (verd.) Chlorwasser / Cl Pb(Ac) R35 u. S37 Handschuhe R3-36/37/38 Abzug R-33-40, C3 Handschuhe Wassertropfenprobe HSO4 R35 u. S37 Handschuhe Ätzprobe HSO4 R35 u. S37 Handschuhe HF R6/7/8-35 u. S8-37 Handschuhe + Abzug weitere Gefahrstoffe Co(NO3) 6HO S37 Handschuhe Br R6-35 u. S9 Handschuhe + Abzug I R Handschuhe Eigenschaften der Schutzhandschuhe thermische, mechanische Beständigkeit Chemikalienbeständig, d.h. beständig gegen: Säuren Basen Lösungen aller Art (auch giftige) Gase Lösungsmittel, organ. Öle, Fette Gummihandschuhe, z.b. aus Polychloropren formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 9

10 . Tag: Bariumbromat Ba(BrO3) HO KBrO 3 + BaCl H O! Ba(BrO 3 ) H O +KCl+H O Ba(BrO 3 ) H O: KBrO 3 : BaCl H O: M Prod. = 4g mol M Ed = 67g mol M Ed = 44g mol m Prod. = 3g n Prod. = m Prod. M Prod. = 3g 4g mol = 37 mol n Prod. n Ed = n Prod. =n Ed n Ed = 37 mol n Prod. n Ed = n Ed = n Prod. n Ed = 37 mol m Ed = 44g mol 37 mol m Ed = 44 g=, 780g 37 m Ed = 67g mol 37 mol m Ed = 334 g=, 4380g 37 Zur Herstellung von 3g Ba(BrO3) HO müssen,780g BaCl HO und,4380g KBrO3 verwendet werden.. Tag: Komplex (Pseudohalogenid): Cobalt(II)tetrarhodanatomercurat Co[Hg(SCN)4] HgCl + Co(NO 3 ) 6H O+4KSCN! Co[Hg(SCN) 4 ] +KCl+6H O + KNO 3 Co[Hg(SCN) 4 ]: HgCl : Co(NO 3 ) 6H O: KSCN : M Prod = 49, 5g mol M Ed = 7, 5g mol M Ed = 9g mol M Ed3 = 97g mol n= m M n Prod. =4, mol n Ed =n Prod. n Ed =n Prod. m Ed =, 048g m Ed =, 84g formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie! 0

11 n Ed3 n Prod. = 4 n Ed3 = 4n Prod. m Ed3 =4 4, mol 97g mol m Ed3 =, 5788g Für die Herstellung von g Co[Hg(SCN)4] werden,048g HgCl,,84g Co(NO3) 6HO und,5788g KSCN benötigt. formelbrause.wordpress.com TU Dresden, Chemie!