Chemie für Zahnmediziner Arbeitsheft Woche 7. Experimente mit Metallen und ihren Verbindungen (S. 82-111) Verfasser: Attila Agócs, Zoltán Berente, Gergely Gulyás, Péter Jakus, Tamás Lóránd, Veronika Nagy, Erika Radó- Turcsi, Anikó Takátsy Redakteurin: Veronika Nagy Name: Gruppe: Datum: Die folgenden Piktogramme bezeichnen die schädlichen oder gefährlichen Substanzen: irritierend ätzend leicht entzündlich explosiv giftig oxidierend umweltschädlich
Fragen, Übungsaufgaben 1. Demonstrieren Sie mit zwei Gleichungen die amphoterische Eigenschaft des Aluminiumhydroxids! 2. Geben Sie die Formel der folgenden Verbindungen an: Aluminiumsulfat und Alaun! Wozu werden diese Verbindungen in der medizinischen Praxis benutzt? Schreiben Sie eine Gleichung für die Dissoziation des Alauns! 3. Für welche Zwecke wird das Aluminiumoxid in der Medizin verwendet? Welche Vorteile besitzt seine Verwendung? 4. Schreiben Sie die Namen und Elementsymbole von Alkalimetallen auf! Geben Sie die Valenzelektronen- Konfiguration der Alkalimetalle an. Wie viel Valenzelektronen besitzen diese Elemente? 5. Schreiben Sie die Namen und Elementsymbole von Erdalkalimetallen auf! Geben Sie die Valenzelektronenkonfiguration der Erdalkalimetalle an. Wie viel Valenzelektronen besitzen diese Elemente? 6. Vergleichen Sie die Elektronegativität, die Ionisierungsenergie und chemische Reaktivität der Elemente des s- Feldes. Welche Oxidationszahl ist charakteristisch für sie in ihren Verbindungen? 7. Charakterisieren Sie die chemischen Eigenschaften von den Metallen des s-feldes! Schreiben Sie eine Gleichung für die Reaktion des Natriums mit Wasser! 8. Wie kann man im Labor Kohlenstoffdioxid nachweisen? Schreiben Sie eine Gleichung! 9. Wie reagiert das Calciumcarbonat mit der Magensäure (Salzsäure)? Schreiben Sie eine Gleichung! In welchen Formen befindet sich Calciumcarbonat in der Natur und im Organismus? 10. Welche Erdalkalimetall-Verbindungen werden als Antazida benutzt (3 Namen mit Formel)? 11. Wie reagiert der Kalkstein mit Kohlensäure? Schreiben Sie eine Gleichung! Was verursacht die temporäre Wasserhärte? 12. Schreiben Sie Gleichungen für die Reaktionen der Entstehung und Auflösung von Kalk! 13. Wofür wird Calciumsulfat-Hemihydrat verwendet in der medizinischen Praxis? Schreiben Sie eine Gleichung für seine Reaktion mit Wasser! 14. Geben Sie die chemische Zusammensetzung der folgenden Stoffen: Kalkwasser, Gips, Kreide, Bordeauxbrühe, Branntkalk. 15. Warum wird Bariumsulfat als Röntgenkontrastmittel verwendet und Bariumcarbonat nicht? Schreiben Sie eine Gleichung! 16. Schreiben Sie die allgemeine Valenzelektronenkonfiguration der Übergangsmetalle auf! Warum neigen die Elemente des d-blocks zur Bildung von unterschiedlichen Oxidationszustanden? 17. Was nennt man Lewis-Säure und Lewis-Base? Geben sie Beispiele (je eins) auch! 18. Was ist Ligand und was ist Donatoratom? Erklären Sie die Begriffe mit je ein Beispiel! 19. Was sind einzähnige und zweizähnige Liganden? Nennen Sie Beispiele auch (je eins)! 20. Was bedeutet die Komplexstabilitätskonstante? Erklären Sie es an einem Beispiel! 21. Was ist ein Chelatkomplex (Definition)? Wie stabil sind Chelatkomplexe im Allgemeinen? 22. Benennen Sie den abgebildeten Chelator (Name und Verkürzung)! Markieren Sie die Donatoratome (*) auch! 2
23. Welche sind die Oxidationszahlen des Eisens in seinen Verbindungen? Welches ist stabiler davon? Welches kommt in der Natur häufiger vor? Warum? 24. Warum sind Quecksilber-Verbindungen giftig? Beschreiben Sie ihre Wirkungsweise! Welche sind die Symptome der Quecksilbervergiftung? Für die Antworten siehe Praktikumskript Seiten 82-111. Experimente Das Kristallwasser CoCl 2 6 H 2O Geheimschrift mit Cobalt(II)-chlorid Reagenzien: wässrige (rosafarbige) Cobalt(II)chlorid-Lösung Durchführung: Tauchen Sie einen Pinsel in die Cobalt(II)chlorid-Lösung! Malen Sie auf ein Blatt Papier mit der Lösung, dann trocknen Sie es! (Man muss einen hell-rosa Schrift erhalten.) Erwärmen Sie 4-5 Minuten lang das Blatt unter Infrarotlampe! Beobachtungen: Erklärung (Reaktionsgleichung): siehe Seite 99 in Praktikum! 3
Vorführungsexperiment Die Amphoterie des Aluminiumhydroxids Reagenzien: Alaun Lösung, NaOH-Lösung, Salzsäure Durchführung: a. Zu 2 ml Alaun Lösung geben Sie langsam tropfenweise eine kleine Menge von NaOH-Lösung. Beobachtungen? Schreiben Sie eine Gleichung! b. Teile man das Reaktionsgemich, das einen Niederschlag enthält in zwei Teile. Zu einem Teil gebe man noch NaOH- Lösung, zu anderem noch Salzsäure. Beobachtungen? Schreiben Sie Gleichungen! siehe Frage 1.! Bemerkungen: Im schwach saures Milieu des Dünndarms fällt das Aluminiumhydroxid aus und es kann sich im Organismus nicht absorbiert werden. Darum werden die Aluminiumhydroxid- oder Aluminiumoxid-haltige Arzneimittel als Antazida verwendet. Das Aluminiumhydroxid als ein feinkörniger Niederschlag kann verschiedene Stoffe auf seiner Oberfläche adsorbieren (siehe kolloidale Systeme), darum darf man andere Arzneimittel nicht gleichzeitig mit Antazida einnehmen. (Auch der Wirkstoff kann durch Aluminiumhydroxid adsorbiert werden). 4
Vorführungsexperiment Die Reaktion des Calciumhydroxids mit Kohlenstoffdioxid Kalkwasser - Ca(OH) 2 Reagenzien: Kalkwasser, Kohlenstoffdioxid (aus Kippschen Apparat), Phenolphthalein Lösung Durchführung: a. Füllen Sie in ein Reagenzglas 2-3ml Kalkwasser und leiten Sie darin durch einen Gaseinlass langsam und vorsichtig eine kleine Menge von Kohlenstoffdioxid (aus Kippschen Apparat). Das Kalkwasser darf nicht in die Augen gelangen! Was erfahren Sie? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung! siehe Frage 8.! b. Setzen Sie die Gaseinleitung solange fort, als Sie keine Änderungen beobachten können (etwa 2 Minuten). Was erfahren Sie? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung! Frage 11. c. Dann erwärmen Sie das Gemisch in einem heißen Wasserbade etwa 5 Minuten lang und beobachten Sie die Änderung. Was erfahren Sie? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung! Frage 12. Womit würden Sie das Reagenzglas reinigen? Schreiben Sie eine Reaktionsgleichung! Warum benutzen wir kein Leitungswasser zur Vorbereitung eines Wasserbades? Erklärung: Das Calciumhydroxid bewirkt als eine starke Base und reagiert mit dem Kohlenstoffdioxid- Säureanhydrid. Das am Anfang entstehende Produkt, das Calciumcarbonat, wird durch den Überschuss von Kohlenstoffdioxid (Kohlensäure) aufgelöst. Wird die Calciumhydrogencarbonat-Lösung erwärmt, dann bildet sich nochmals Calciumcarbonat ( Kalk ). Bemerkung: Die Auflösung des Kalksteins und die Bildung von Stalagmiten beruht sich auf dem gleichen Prinzip. 5
d. Füllen Sie 3 ml Lackmuslösung in ein Reagenzglas! Leiten Sie vorsichtig CO 2 aus dem Kippschen Apparat in die Lösung! Lackmus ist im sauren Milieu rot, im neutralen Milieu lila (Übergangsfarbe) und im basischen Milieu blau. a) Beobachtung: b) Was passiert, wenn man die Lösung anschließend mit Bunsenflamme erwärmt? Reaktionsgleichungen (a,b): Erklärung: Vorführungsexperiment Verwendung eines Komplexbildners bei der Schwermetallvergiftungstherapie Chemikalien: Blei(II)nitrat-Lösung, Kaliumjodid-Lösung, Eiweißlösung, Natriumethylendiamintetraacetat-Lösung (EDTA) Durchführung: a. Geben Sie 2 ml Blei(II)nitrat-Lösung in ein Reagenzglas und versetzen Sie sie es mit 2-3 Tropfen Kaliumjodid-Lösung. Pb(NO 3) 2 EDTA Beobachtungen: Erklärung (Reaktionsgleichung): b. Geben Sie zum obigen Reaktionsgemisch 6 ml EDTA-Lösung und schütteln Sie die Lösung gründlich durch! Beobachtungen: Erklärung (Reaktionsgleichung): 6
c. Versetzen Sie 2 ml Eiweißlösung mit wenig Blei(II)nitrat-Lösung! Die Eiweißmoleküle werden koaguliert. Geben Sie dazu 6 ml EDTA-Lösung und schütteln Sie die Lösung gründlich durch! Beobachtungen: Bemerkung: Einige Schwermetalle (Quecksilber-, Cadmium-, Blei-, Thallium-, oder Kupfer-Ionen) wirken stark giftig, da sie die Proteinstrukturen (Enzyme z.b.) zerstören können. Sie können sich an den Seitengruppen (Amino-, Sulfid-, Carboxylgruppen) der Enzymproteine binden, bspw. mit SH-Gruppen von Cysteinen reagieren können und damit Proteine beeinflussen. Dadurch verändern sich die intramolekularen Bindungen und somit die Tertiärstruktur. Daneben enthalten gerade einige Enzyme auch bestimmte Metallionen, die für ihre Funktion nötig sind, aber durch Schwermetalle ersetzt werden können. Da die Veränderung meist irreversibel ist, kommt es zur dauerhaften Änderung des räumlichen Baus des Moleküls und damit zu einer dauerhaften Hemmung. Blockierung der Enzyme kann zu Stoffwechselstörungen führen. EDTA und andere Chelatoren spielen bei der Therapie der Schwermetallvergiftungen eine wichtige Rolle. Das Schwermetall bildet stabile Komplexe mit den Chelatoren und die Proteine werden dadurch renaturiert. Das EDTA ist aber nicht ionenselektiv, kann die eigenen Ionen (Calzium, Magnesium) des Organismus auch komplexieren, diese müssen nach der Therapie ersetzt werden. Die Siderophore sind eisenbindende Moleküle, die die Eisenaufnahme einiger Bakterien ermöglichen. In diesen Molekülen wird die Hydroxamsäure von einem Peptid gebunden. Einige Siderophore (z.b.. Deferrioxamin) können auch bei der Therapie von Hämochromatose eine wichtige Rolle spielen: sie können die pathologischen Eisenablagerungen des Organismus mobilisieren und mit dem Harn entfernen. Der blaue Teil ist die Hydroxamsäure. Lineares Ferrioxamin (ohne Eisen: Deferrioxamin) NaOH-Lösung 7
Vorführungsexperiment Die Reaktion des Natriums mit Wasser Na Reagenzien: metallisches Natrium, Phenolphthalein-Lösung, Wasser Durchführung: Füllen wir ein Glasbecken halb mit Wasser und geben wir einige Tropfen von Phenolphthalein-Lösung. Zuerst entfernen wir die Oxidschicht eines erbsengroßen Stückes von Natrium, dann werfen wir das reine, glänzende Metall ins Wasser. Decken wir das Glassbecken mit einer Glasplatte. Beobachten wir das Verhalten des Natriums, wo befindet es sich, wie verändert es seine Gestalt? Machen wir eine Zeichnung des Versuches! Schreiben wir Reaktionsgleichung! Frage 7. Zu welcher Schlussfolgerung im Zusammenhang der Dichte und Schmelzpunkt des Natriums können wir aufgrund der durchgeführten Versuchen kommen? Warum lagern wir das Natrium unter Paraffin (Alkan)? Bemerkungen: Ein Feuer, das durch ein Alkalimetal verursacht wird, darf man nicht mit Wasser löschen., da es als wie Öl auf das Feuer bewirkt. Man muss zur Löschung Staublöscher (das brennende Magnesium reagiert noch mit dem CO 2, darum ist der Löscher mit Kohlenstoffdioxid nicht geeignet!) Phenolphthalein ist ein Säure-Base-Indikator, das in saurer und neutraler Lösung farblos, und in alkalischer Lösung violett ist. 8