Praktikumsunterlagen. Chemiepraktikum für Physiker, Informatiker, Geologen und Mineralogen

Praktikumsunterlagen Chemiepraktikum für Physiker, Informatiker, Geologen und Mineralogen Stand: Februar 2005 Bitte Fehler, Unstimmigkeiten sowie Änderungswünsche umgehend an H. A. Mayer durchgeben. hermann.mayer@uni-tuebingen.de Die zitierten Literaturquellen: Mortimer, Ch. E., Chemie, Thieme 1996 Breitmaier, E., Jung, G., Organische Chemie II, Thieme 1995 Geckeler, K.E., Eckstein, H., Analytische und präparative Labormethoden, Vieweg 1987 sind in der Lehrbuchsammlung der UB vorrätig

Platzausrüstung (Exemplar für die Praktikumsleitung) 1 Erlenmeyer Weithals 500ml 1 Scheidetrichter mit Stopfen 1000ml 1 Glasstopfen NS29 2 Erlenmeyer Enghals 250ml 1 Scheidetrichter mit Stopfen 250ml 2 PVC-Stopfen NS29 12 Erlenmeyer Weithals 100ml 1 Uhrglas 1 KPG-Rührer (für 1l-Kolben) 1 Wasserstrahlpumpe 1 Petrischale 2 Spritzflaschen, PVC 1 Saugflasche 1l 1 Porzellanschale 1 Reagenzglasklammer 1 Saugfinger 20 Reagenzgläser 2 Korkringe 1 Büchnertrichter Porzellan 1 Gasschlauch 1,5m 1 Reagenzglasgestell 1 Meßpipette, 10ml 1 Wasserschlauch 1,5m 1 Magnetrührer 1 Vollpipette 25ml 1 Vakuumschlauch 1,5m 5 Kreuzmuffen 1 Meßkolben 250ml mit Stopfen 1 Quickfit 2 Stativklammer klein 2 Meßkolben 100ml mit Stopfen 2 Oxidierstück (NS29/NS14,5) 3 Stativklammern groß 1 Porzellantiegel 2 Reduzierstück (NS29/NS14,5) 1 Nickelspatel 18/8 Stahl 1 Thermometer 300 C 4 Spitzkolben NS14,5 2 Rührfische 2 Pulvertrichter, PVC 1 groß, 1 klein 1 Anschützaufsatz NS14,5 1 Hebebühne (Laborboy) 2 PVC-Trichter 1 groß, 1 klein 1 Destillationsbrücke, Vigreux NS14,5 2 Filterringe (2 Größen) 1 Glasstab 1 Dimrothkühler NS14,5 1 Tiegelzange 1 Becherglas 600ml 1 Tropftrichter NS14,5 mit Druckausgleich 8 Stahlfedern 2 Becherglas 400ml 1 Spinne NS14,5 1 Aluminiumtopf 2 Becherglas 250 ml 1 Schliffthermometer NS14,5 1 Erdgasbrenner 1 Becherglas 150ml 1 Glasstopfen NS14,5 1 Dreifuß 1 Becherglas 100ml 2 Schutzbrillen 1 Asbestdrahtnetz 1 Becherglas 50ml 1 Einhalskolben 1000ml NS29 1 Tondreieck 1 Becherglas 25ml 1 Einhalskolben 500ml NS29 1 Elektrische Heizplatte 1 Säule, Glas 500mmx20mm mit Teflonhahn 1 Einhalskolben 250ml NS29 1 Rührmotor 1 Blasenzähler (Gärrohr) 1 Dreihalskolben 1000ml NS29 1 Lötrohr (optional) 1 Woulfesche Flasche, komplett (500ml) 1 Dreihalskolben 500ml NS29 1 Stück Kohle (optional) 1 Hirschtrichter (40mm) 1 Dreihalskolben 250ml 1*NS29, 2*NS14,5 1 Kobaltglas 1 Reibschale mit Pistill 1 Dimrothkühler NS29 1 Peleusball o. analog 1 Meßzylinder 100ml 1 Liebigkühler NS29 2 Schlauchklemmen 1 Meßzylinder 10ml 1 Claisenaufsatz NS29 1 Tüpfelplatte 1 Meßzylinder 100ml mit Schliff+Stopfen 1 Vorstoß NS29 2 Paar Gummihandschuhe Erhalten am: Name Name Kisten Nr.: Unterschrift Unterschrift

Platzausrüstung (Exemplar für die Praktikumsteilnehmer) 1 Erlenmeyer Weithals 500ml 1 Scheidetrichter mit Stopfen 1000ml 1 Glasstopfen NS29 2 Erlenmeyer Enghals 250ml 1 Scheidetrichter mit Stopfen 250ml 2 PVC-Stopfen NS29 12 Erlenmeyer Weithals 100ml 1 Uhrglas 1 KPG-Rührer (für 1l-Kolben) 1 Wasserstrahlpumpe 1 Petrischale 2 Spritzflaschen, PVC 1 Saugflasche 1l 1 Porzellanschale 1 Reagenzglasklammer 1 Saugfinger 20 Reagenzgläser 2 Korkringe 1 Büchnertrichter Porzellan 1 Gasschlauch 1,5m 1 Reagenzglasgestell 1 Meßpipette, 10ml 1 Wasserschlauch 1,5m 1 Magnetrührer 1 Vollpipette 25ml 1 Vakuumschlauch 1,5m 5 Kreuzmuffen 1 Meßkolben 250ml mit Stopfen 1 Quickfit 2 Stativklammer klein 2 Meßkolben 100ml mit Stopfen 2 Oxidierstück (NS29/NS14,5) 3 Stativklammern groß 1 Porzellantiegel 2 Reduzierstück (NS29/NS14,5) 1 Nickelspatel 18/8 Stahl 1 Thermometer 300 C 4 Spitzkolben NS14,5 2 Rührfische 2 Pulvertrichter, PVC 1 groß, 1 klein 1 Anschützaufsatz NS14,5 1 Hebebühne (Laborboy) 2 PVC-Trichter 1 groß, 1 klein 1 Destillationsbrücke, Vigreux NS14,5 2 Filterringe (2 Größen) 1 Glasstab 1 Dimrothkühler NS14,5 1 Tiegelzange 1 Becherglas 600ml 1 Tropftrichter NS14,5 mit Druckausgleich 8 Stahlfedern 2 Becherglas 400ml 1 Spinne NS14,5 1 Aluminiumtopf 2 Becherglas 250 ml 1 Schliffthermometer NS14,5 1 Erdgasbrenner 1 Becherglas 150ml 1 Glasstopfen NS14,5 1 Dreifuß 1 Becherglas 100ml 2 Schutzbrillen 1 Asbestdrahtnetz 1 Becherglas 50ml 1 Einhalskolben 1000ml NS29 1 Tondreieck 1 Becherglas 25ml 1 Einhalskolben 500ml NS29 1 Elektrische Heizplatte 1 Säule, Glas 500mmx20mm mit Teflonhahn 1 Einhalskolben 250ml NS29 1 Rührmotor 1 Blasenzähler (Gärrohr) 1 Dreihalskolben 1000ml NS29 1 Lötrohr (optional) 1 Woulfesche Flasche, komplett (500ml) 1 Dreihalskolben 500ml NS29 1 Stück Kohle (optional) 1 Hirschtrichter (40mm) 1 Dreihalskolben 250ml 1*NS29, 2*NS14,5 1 Kobaltglas 1 Reibschale mit Pistill 1 Dimrothkühler NS29 1 Peleusball o. analog 1 Meßzylinder 100ml 1 Liebigkühler NS29 2 Schlauchklemmen 1 Meßzylinder 10ml 1 Claisenaufsatz NS29 1 Tüpfelplatte 1 Meßzylinder 100ml mit Schliff+Stopfen 1 Vorstoß NS29 2 Paar Gummihandschuhe Erhalten am: Name Name Kisten Nr.: Unterschrift Unterschrift

Vorbesprechungen Die Vorbesprechungen vor den Versuchen dienen dazu den Versuchsablauf zusätzlich zum geschriebenen Text auch verbal zu erläutern ; kurze Rückerinnerungen an die Theorie zu liefern, die zur Durchführung und Interpretation der Versuche erforderlich ist ; eindringlich auf mögliche Gefährdungen durch Chemikalien und/oder Gerätschaften aufmerksam zu machen. Um den Erfolg der Vorbesprechungen zu sichern, ist es erforderlich, daß Sie sich auf die Vorbesprechungen anhand der Praktikumsunterlagen und ggf. anhand der zitierten Literatur vorbereiten. Vorbesprechungen sind keine Vorlesungen, sondern interaktive Veranstaltungen. Bitte rechnen Sie also damit, daß Sie während der Vorbesprechungen zu den Inhalten des jeweiligen Versuchs und der zugehörigen Theorie befragt werden. Sie sind im übrigen dazu aufgefordert, während der Vorbesprechungen und auch der Vorlesungen Fragen zu stellen. Im Rahmen unserer Möglichkeiten werden diese entweder sofort, spätestens aber bei der folgenden Zusammenkuft beantwortet. Die Anwesenheit bei Vorbesprechungen ist Pflicht. Folgende Maßnahme wird zur Erhöhung der Sicherheit im Chemiepraktikum für Physiker, Informatiker, Geologen, und Mineralogen eingeführt : Teilnehmer, die zu Beginn oder während eines Versuchs nicht über Praxis und/oder Theorie des Versuchs informiert sind, haben die Laborräume zu verlassen, bis sie gegenüber einem Saalassistenten belegen können, daß sie ihr Informationsdefizit aufgeholt haben.

3 Führung der Protokollhefte Zu jedem Versuch innerhalb des Chemischen Praktikums wird von jedem Praktikanten ein eigenes Protokoll angefertigt. Die Protokolle sind ausschließlich in ein Protokollheft einzutragen. Geheftete Loseblätter werden nicht angenommen. Auf die Innenseite des Umschlags ist der Laufzettel einzukleben (bitte entnehmen Sie das Blatt auf der folgenden Seite) auf dem alle Themen aufgelistet sind. Ohne Laufzettel keine Korrektur. hier Für jedes neue Protokoll ist auf einer neuen Seite Ihres Protokollhefts zu beginnen. Als jeweils erste Protokollseite wird das Testatblatt für den jeweiligen Versuch eingeklebt (versehen mit der Unterschrift des aufsichtführenden Assistenten). Ohne Testatblatt mit Unterschrift erfolgt keine Protokollkorrektur. Die Testatblätter für die anorganischen Versuche und für die organischen Versuche entnehmen Sie bitte diesen Praktikumsunterlagen, Auf dem Testatblatt sind alle die Daten aus dem Versuchsablauf einzutragen, die zur Erstellung des Protokolls notwendig werden (z.b. Meßwerte, wie Schmelzpunkt eines Syntheseprodukts, Grammausbeute, ph-werte, Beobachtungen, wie Blaufärbung bei NH 3 -Zugabe etc.). Im organischen Teil des Praktikums ist für jede Reaktion die durchgeführt wird der vollständige Mechanismus mit sauber gezeichneten Strukturformeln einzutragen, selbst wenn dies in der Versuchsbeschreibung nicht ausdrücklich gefordert sein sollte. Die Protokolle sind gut lesbar zu gestalten. Bei schlechter Heftführung erfolgt Rückgabe zur Nachbesserung. Insbesondere bei chemischen Formeln ist auf sorgfältige Schreibweise zu achten. Die Abgabe der Protokolle muß immer am Tag nach dem Versuch erfolgen. Die korrigierte Rückgabe erfolgt umgehend (spätestens folgender Tag, sofern nicht ausdrücklich anders angekündigt) Protokollhefte müssen - vollständig korrigiert - bei der Platzabgabe mit abgegeben werden. Bei verspäteter Abgabe ist die Korrektur erst im jeweils folgenden Semester möglich. Vordiplomszeugnisse werden nur bei abgegebenem, vollständig korrigiertem Protokollheft erteilt.

4 Laufzettel Name : Semester : Gruppe Nr. : Versuch Testat Bemerkungen Löslichkeitsprodukt Säure/Basen/Puffer Ionenaustauscher Synthese eines Komplexes N-Bestimmung (Kjeldahl) Cl-Bestimmung (Volhard) Kolorimetrie Säulenchromatographie Quantitative anorganische Analyse Qualitative anorganische Analyse Platzabgabe Heftkorrektur Dozent :

Versuch 1 Name: Gruppe Nr.: Datum: Löslichkeitsprodukt Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Beobachtungen bei den KClO 4 -Vorversuchen: 5 Beobachtungen bei den CuCO 3 -Vorversuchen: Leere Schale Schale mit Lösung Schale mit getrocknetem Rückstand...,... g...,... g...,... g ph-wert der Mg(OH) 2 - Lösung...,... Vortestat: Testat:

6 Versuch 2 Name: Gruppe Nr.: Säure/Basen/Puffer Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Salzsäure Essigsäure Histidin Histidin ml ph ml ph ml ph ml ph 0,00 0,00 0,00 15,50 5,00 5,00 0,50 16,00 10,00 10,00 1,00 16,50 15,00 15,00 1,50 17,00 20,00 20,00 2,00 17,50 21,00 25,00 2,50 18,00 22,00 30,00 3,00 18,50 23,00 35,00 3,50 19,00 23,25 40,00 4,00 19,50 23,50 45,00 4,50 20,00 23,75 46,00 5,00 20,50 24,00 47,00 5,50 21,00 24,25 48,00 6,00 21,50 24,50 49,00 6,50 22,00 24,75 50,00 7,00 22,50 25,00 51,00 7,50 23,00 25,25 52,00 8,00 23,50 25,50 53,00 8,50 24,00 25,75 54,00 9,00 24,50 26,00 55,00 9,50 25,00 26,25 60,00 10,00 25,50 26,50 10,50 26,00 26,75 11,00 26,50 27,00 11,50 27,00 30,00 12,00 27,50 12,50 28,00 Umschlagspunkte/-bereiche: 13,00 28,50 13,50 29,00 14,00 29,50 14,50 30,00 15,00 Vortestat: Testat:

7 Versuch 3 Name: Gruppe Nr.: Ionenaustauscher, Synthese eines Komplexes Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 UV ph UV-Absorption der Toluensulfonsäure bei 261 nm: E =... Ausbeute des Kobaltkomplexes:...Gramm Vortestat: Testat:

8 Versuch 4 Name: Gruppe Nr.: Datum: N-Bestimmung (Kjeldahl), Cl-Bestimmung (Volhard) Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Verbrauch an Ammoniumthiocyanatlösung bei der Blindprobe... ml Verbrauch an Ammoniumthiocyanatlösung bei der Chloribestimung... ml Verbrauch an Natronlaugelösung bei der Ammoniakbestimung... ml Vortestat: Testat:

9 Versuch 5 Name: Gruppe Nr.: Datum: Kolorimetrie Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Lichtabsorptionsspektrum von Kobalt (II) chlorid (Daten):? [nm] 380 405 430 455 480 505 530 E Wellenlänge mit maximaler Extinktion:... [nm] Eichkurve für Kobalt (II) chlorid bei der Wellenlänge mit maximaler Extinktion (Daten): Molarität 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 E Extinktion der CoCl 2 -Lösung die aus dem Co-Komplex hergestellt wurde: E =... Eichkurve für Molybdän (Daten): ml 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 20,0 µg Mo E Extinktion der Fe(MoO)(SCN) 5 -Lösung die aus dem Mo-Proteid hergestellt wurde: E =... Vortestat: Testat:

10 Versuch 6 Name: Gruppe Nr.: Datum: Chromatographie Dünnschichtchromatogramm der Spinatextraktfraktionen + R F -Werte Dünnschichtchromatogramme der anderen Pflanzenextrakte + R F -Werte Laufmittel A Laufmittel B Laufmittel C Zum Einsatz gekommene Pflanze... Vortestat: Testat:

11 Versuch 7 Name: Gruppe Nr.: Quantitative anorganische Analyse Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Oxalatbestimmung (als Oxalsäure): Verbrauch an 0,1 N Kaliumpermanganat... ml Gesamthärte von Wasser: Verbrauch an 0,01 M Tritriplex III 1. Titration... ml 2. Titration... ml 3. Titration... ml Vortestat: Testat:

12 Versuch 8 Name: Gruppe Nr.: Qualitative anorganische Analyse 1 Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Sie haben die Aufgabe zwei Einzelsubstanzen zu bestimmen (Kation(en) und Anion(en). Geben Sie daher in der Folge sowohl die als positiv bestimmten Kationen und Anionen als auch die als negativ bestimmten anund vermerken Sie die Art des Nachweises: Substanz 1: positiv: negativ: Substanz 2: positiv: negativ: Zur Auswertung bitte ausführliche Reaktionsgleichungen der POSITIVEN Nachweise Vortestat: Testat:

13 Versuch 8 Name: Gruppe Nr.: Qualitative anorganische Analyse 2 Versuchsergebnisse (zur Auswertung im Protokollheft erforderliche Daten) Sie haben die Aufgabe in einer Substanzmischung zu Kationen und Anionen zu bestimmen. Geben Sie daher in der Folge sowohl die als positiv bestimmten Kationen und Anionen als auch die als negativ bestimmten anund vermerken Sie die Art des Nachweises: positiv: negativ: Zur Auswertung bitte ausführliche Reaktionsgleichungen der POSITIVEN Nachweise Vortestat: Testat:

14 Löslichkeitsprodukt 1. Lernziele Arbeitstechniken: Filtrieren, Trocknen, Wägen, Anwendung des ph-geräts Theorie: Anwendung des Massenwirkungsgesetzes, Löslichkeitsprodukt. 2. Apparaturen Wasserbad mit Rührthermostat, ph-meter 3. Chemikalien Kaliumperchlorat (gesättigt) KClO 4 15 ml Kochsalzlösung (gesättigt) NaCl 2 ml Kaliumchloridlösung (gesättigt) KCl 2 ml Perchlorsäure 70%ig HClO 4 3 Tropfen Kupferkarbonat CuCO 3 0,5 g Kaliumperchlorat KClO 4 Magnesiumoxid MgO Ammoniaklösung 25%ig NH 3 Salzsäure, verdünnt HCl 4. Versuchsbeschreibung - Vorversuche a) Verteilen Sie die gesättigte KClO 4 -Lösung (je ca. 5 ml) auf drei Reagenzgläser. Zum ersten geben Sie 2 ml gesättigte Kochsalzlösung, zum zweiten 2 ml gesättigte Kaliumchloridlösung und zum dritten einige Tropfen Perchlorsäure. Notieren Sie Ihre Beobachtungen ins Testatblatt. Versuchen Sie, eine Spatelspitze (ca. 0,5 g) Kupferkarbonat in 10 ml dest. Wasser zu lösen. Würde es sich tatsächlich in nennenswertem Umfang lösen, müßte die blaue Farbe hydratisierter Cu 2+ Ionen ([Cu (H 2 O) 4 ] 2+ ) auftreten. Verteilen Sie die gut aufgeschüttelte Aufschlämmung auf zwei Reagenzgläser und versetzen Sie die eine Probe mit Ammoniaklösung, die andere mit verdünnter Salzsäure. Notieren Sie alle Ihre Beobachtungen ins Testatblatt. 5. Versuchsbeschreibung - Quantitative Versuche a) Löslichkeitsprodukt von Kaliumperchlorat Es werden für diesen Versuch zwei Glaswannen mit Thermostat für je drei Gruppen zur Verfügung gestellt. Eine Wanne wird, gefüllt mit destilliertem Wasser, mit Hilfe des Rührthermostats auf 50 C eingestellt, die zweite auf 30 C. Hängen Sie in das 50 warme Wasser einen Erlenmeyerkolben (ca. 100 ml) in den Sie zuvor ca. 5 g KClO 4 und ca. 50 ml Wasser eingefüllt haben. Versuchen Sie unter mehrmaligem Umschütteln des Kolbens eine bei 50 C gesättigte Lösung von KClO 4 herzustellen.

15 Es muß noch Bodenkörper vorhanden sein, sonst müssen Sie nochmals festes KClO 4 zufügen. Anschließend überführen Sie den Erlenmeyerkolben in das zweite Wasserbad, das auf genau 30 C eingestellt wurde (Thermometer!). Im 30 - Bad belassen Sie den Erlenmeyerkolben etwa 30 Minuten unter gelegentlichem Umschütteln. Wenn Sie ihn so einspannen wie im Bild dargestellt, können Sie ihn mit dem Stativ bewegen. Ist vollständiger Temperatur- und Lösungsausgleich eingetreten, wird durch einen vorgewärmten Glastrichter (80 C Vorsicht!) mit Faltenfilter rasch abfiltriert. Das Filtrat wird in einer trockenen, gewogenen Porzellanschale (X,XX Gramm ins Testatblatt) aufgefangen. Dazu wird die Porzellanschale in ein Eisbad gestellt. Während der Filtration soll sich die Lösung nicht durch beginnende Kristallisation auf dem Filter in ihrer Zusammensetzung ändern (daher Trichter vorwärmen) und der Wasseranteil des Filtrats soll sich nicht durch Verdunsten ändern (daher Porzellanschale kühlen). Ein Auskristallisieren in der Schale ist natürlich ohne Belang. Die abfiltrierten Proben werden unverzüglich genau gewogen (Y,YY Gramm ins Testatblatt). Trocknen Sie die Porzellanschale vorher außen ab. Anschließend wird auf dem Wasserbad (Becherglas mit dest. Wasser) eingedampft. Zur Entfernung von Restwasser wird die außen abgetrocknete Schale im Trockenschrank bei 80 C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet und anschließend gewogen (Z,ZZ Gramm ins Testatblatt). Der Gewichtsverlust ist gleich der Wassermenge, das Gewicht des Rückstands entspricht dem des ursprünglich in diesem Wasser gelösten Kaliumperchlorat.

16 b) Löslichkeitsprodukt von Magnesiumhydroxid In einem gut verschlossenen Erlenmeyerkolben (250 ml) bringen Sie 1 g Magnesiumoxid mit leicht drehenden Bewegungen in 100 Millilitern dest. Wasser zum Teil in Lösung. Das Magnesiumoxid setzt sich dabei mit Wasser zu Mg(OH) 2 um MgO + H 2 O Mg(OH) 2 Mg(OH) 2 Mg 2+ + 2 OH - Dieses wiederum löst sich bis zum Sättigungsgleichgewicht. Zu heftiges Schütteln führt unter Aufnahme des Kohlendioxids der Luft zu folgender Nebenreaktion: - CO 2 + H 2 O HCO 3 + H + H 2 CO 3 Mg(OH) 2 + H 2 CO 3 MgCO 3 + 2 H 2 O In der durch Absitzenlassen einigermaßen geklärten Lösung bestimmen Sie mit Hilfe eines ph-geräts mit Glaselektrode den ph-wert ins Testatblatt eintragen. Unter der nicht ganz zutreffenden Voraussetzung, daß das gelöste Mg(OH) 2 vollständig in seine Ionen zerfallen ist, läßt sich aus dem gemessenen ph das Löslichkeitsprodukt L nach der Formel pl = 3 poh + 0,3 berechnen. Bedienungsanleitung des Beckman ph-meters Eichung des Geräts: ph-elektrode am Gerät einstecken. Elektrode aus der Aufbewahrungslösung entnehmen und mit dest. Wasser abspülen; anschließend abschütteln. Aufbewahrungslösung beiseite stellen; nichts verschütten! Schalter und «C» nacheinander drücken. Elektrode in den ph 4 Puffer eintauchen. Schalter «ph» und «STD» drücken; abwarten bis die Anzeige nicht mehr blinkt. Elektrode aus dem Puffer nehmen und mit dest. Wasser abspülen ; abschütteln. Elektrode in den ph 10 Puffer eintauchen. Schalter «STD» drücken und warten, bis nicht mehr blinkt. Das Gerät ist jetzt geeicht bis es wieder ausgeschaltet wird. Messung : Elektrode mit dest. Wasser abspülen, abschütteln, dann in die zu messende Lösung eintauchen. Schalter»pH» drücken, warten, bis nicht mehr blinkt und den ph-wert ablesen. Bitte beachten : Die Glasmembran ist sehr bruchempfindlich (Stärke 0,2 0,5 mm). Wenn Sie eine Eichpufferlösung bzw. eine Lösung während der Titration rühren, müssen Sie die Geschwindigkeit des Magnetrührers regeln, bevor Sie die Elektrode in die Lösung tauchen. Ein in der Lösung umherspringender Rührkern könnte die Glasmembran zerschlagen. Nach jeder Messreihe die Elektrode mit dest. Wasser gründlich abspülen.

17 Solange nicht gemessen wird, sollte die Elektrode in dest. Wasser eintauchen, damit die Glasmembran nicht austrocknet! Nachdem alle Messungen abschlossen sind, die Elektrode wieder in das mit Aufbewahrungslösung gefüllte Gefäß eintauchen und das Gefäß ggf. dicht verschließen. Folgende Störungen können bei der ph-messung auftreten: Die Anzeige des ph-meters kommt nur sehr langsam zur Ruhe. Dies kann durch Alterung, durch eine verschmutzte Meßkette, durch statische Aufladung der Elektrode oder durch unterschiedliche Temperatur zwischen Meßkette und Pufferlösung bedingt sein. Abhilfe kann hier leichtes Rühren schaffen. Die Eichung ist falsch oder gar nicht erst möglich. Fehlerquellen können hier sein: Eine fehlerhafte oder mehrfach verwendete Pufferlösung, Verschmutzung oder sonstige Störungen am Diaphragma bzw. am Bezugssystem, eine stark gealterte Meßkette oder ein Kabelbruch an der Zuleitung. Verständigen Sie auf jeden Fall Ihren Assistenten, wenn Sie Probleme bei der Eichung Ihrer Elektrode haben. 6. Aufgaben 1. Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen bei den Vorversuchen. Erläutern Sie die Ergebnisse unter Anwendung des Massenwirkungsgesetzes. Bitte geben Sie auch bei Reaktionen die zugrundeliegenden Reaktionsgleichungen an. 2. Leiten Sie aus L = [Mg 2+ ] [OH - ] 2 die oben angegebene Formel zur Berechnung des Löslichkeitsprodukts von Mg(OH) 2 aus dem gemessenen ph-wert ab. 3. Wie groß ist pl für Mg(OH) 2? 4. Berechnen Sie die molare Löslichkeit (Löslichkeit in Mol pro Liter) von Mg(OH) 2 aus dem gemessenen ph-wert (besser gesagt poh-wert). 5. Wird die wahre Löslichkeit (in Mol / Liter) größer oder kleiner sein als die unter Vernachlässigung des Gleichgewichtes Mg(H 2 O) 2+ n + OH - (Mg(H 2 O n-1 OH) + + H 2 O bestimmte? 6. Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von KClO 4 bei 30 C aus den Ergebnissen des Versuchs. 7. Eine gesättigte Lösung von Calciumsulfat (CaSO 4 ) enthält bei 20 C 0,68 Gramm Calciumsulfat in 500 Millilitern Lösung. Wie groß ist das Löslichkeitsprodukt von CaSO 4? 8. Erläutern Sie anhand einer übersichtlichen Zeichnung die Funktionsweise einer ph- Glaselektrode. 7. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 318 324; 369 Geckeler, K.E., Eckstein, H., Analytische und präparative Labormethoden, Vieweg 1987, S. 449-454

18 8. Gefährdungspotentiale - Entsorgung Kaliumperchlorat (gesättigt), Kaliumperchlorat (fest): Mit brennbaren Stoffen explosionsfähig, beim Verschlucken gesundheitsschädlich. Nach Hautkontakt mit reichlich Wasser abwaschen; nach Augenkontakt 15 Minuten bei gespreizten Lidern unter fließendem Wasser mit Augendusche ausspülen. Augenarzt konsultieren! Nach Verschlucken viel Wasser trinken, Erbrechen auslösen, Arzt hinzuziehen. Entsorgung: Lösung in Sammelbehälter SÄUREGEMISCH; Festsubstanz in Sammelbehälter FILTERu. AUFSAUGMASSEN. Natriumchlorid (Kochsalz): Reizt die Augen. Bei Berührung mit den Augen sofort mit Wasser abspülen. Entsorgung: Mit Wasser verdünnt in den Abguß. Perchlorsäure 70%ig: Die reine Säure explodiert über 75 o C! Explosionsgefahr auch mit leicht oxidierbaren oder wasserentziehenden Substanzen (u.a. Alkohole, Nitrile, Ether). sowie mit Metallen und Holz. Perchlorsäure zerstört als starkes Oxidationsmittel lebendes Gewebe heftig. Inhalation von Dämpfen führt zu Reizzuständen der Luftwege. Nach Hautkontakt sofort mit viel Wasser abwaschen, abtupfen mit Polyethylenglykol 400 (Bereithalten). Arzt! Nach Augenkontakt mit viel Wasser mindestens 15 Minuten bei geöffnetem Lidspalt ausspülen. Augenarzt. Nach Einatmen Frischluft. Arzt! Nach Verschlucken viel Wasser trinken, Erbrechen nicht auslösen. Keine Neutralisationsversuche. Sofort Arzt! Entsorgung: Perchlorsäure zuerst mit Wasser verdünnen, dann vorsichtig mit NaOH neutralisieren, Lösung in Sammelbehälter SÄUREGEMISCH. Kupferkarbonat: Entsorgung: Festsubstanz in Sammelbehälter FILTER- u. AUFSAUGMASSEN. Magnesiumoxid: Entsorgung: Haushaltsabfälle Ammoniak konz.: Reizt die Augen, die Atmungsorgane und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen und neutralisieren auf ph 6-8 mit Salzsäure, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen!

19 Säure/Basen/Puffer 1. Lernziele Arbeitstechniken: Titration Theorie: Titrationskurven, Brönstedt sche Säure-Basen-Theorie, ph-wert mit Berechnungen, Wirkungsweise von Indikatoren, Puffersysteme 2. Apparaturen Beispiel: Titration von 0,1 N HCl mit 0,1 N NaOH Bürette: 0,1 molare Natronlauge ph - Meter 25 ml 100 ml Erlenmeyer 100 ml Weithals Erlenmeyer 250 ml Weithals 25 ml Vollpipette Bürette 25 ml Magnetrührer mit Rührfisch ph-gerät Vorlage: 0,1 molare Salzsäure 3 Tropfen Indikator Methylrot/Bromkresolgrün 3. Chemikalien 0.1 N Salzsäure HCl 25 ml 0,1 N Natronlauge NaOH ca. 100 ml 0,1 N Essigsäure CH 3 COOH 50 ml Histidinlösung 25 ml Phenolphthaleinlösung einige Tropfen Methylrot/Bromkresolgrünlösung einige Tropfen

20 4. Versuche a) Titration einer starken Säure (Salzsäure) mit einer starken Lauge Salzsäure, als starker Elektrolyt, ist vollständig dissoziiert in H + - Ionen und Cl - -Ionen. Ähnlich starke Elektrolyten sind Salpetersäure und Schwefelsäure. Nachdem vollständige Dissoziation vorliegt, gilt: ph = -log [H + ] = - log [HCl] Durchführung: Bauen Sie die unter Nr. 2 geschilderte Apparatur auf. Füllen Sie 0,1 N NaOH in die trockene Bürette, nachdem Sie vorher das Küken (den drehbaren Hahn) auf Gängigkeit geprüft haben und ihn ggf. gereinigt und mit Schlifffett gefettet haben. Eichen Sie das ph-gerät auf ph 7,0 und anschließend auf ph 4,0. Überführen Sie mit einer 25 ml Meßpipette 25,0 ml 0,1 N HCl-Lösung in einen 100 ml - Weithalserlenmeyerkolben. Versetzen Sie mit drei Tropfen Indikator Methylrot/Bromkresolgrün (Umschlagspunkt von orangerot auf gelbgrün). Messen und notieren Sie zunächst den Ausgangs-pH-Wert. Geben Sie anschließend definierte Mengen 0,1 N NaOH zu und messen und notieren Sie jeweils den ph-wert. 4 x 5,00 ml, 3 x 1,00 ml, 16 x 0,25 ml, 1 x 3,00 ml. Notieren Sie parallel dazu den Umschlagspunkt des Indikators. b) Titration einer schwachen Säure (Essigsäure) mit einer starken Lauge Verwenden Sie dieselbe Versuchsanordnung, wie bei Versuch a). Verwenden Sie jedoch als Vorlage einen mit 50,0 ml 0,1 N Essigsäure (zwei Mal 25,0 ml mit der Vollpipette) gefüllten 250 ml - Weithalserlenmeyerkolben. Geben Sie zwei Milliliter Phenolphthaleinlösung als Indikator zu. Messen und notieren Sie zunächst den AusgangspH-Wert. Geben Sie anschließend definierte Mengen 0,1 N NaOH zu und messen und notieren Sie jeweils den ph-wert. 9 x 5,00 ml, 10 x 1,00 ml, 1 x 5,00 ml. Notieren Sie parallel dazu den Umschlagspunkt des Indikators. c) Titration eines Ampholyten (Histidin) mit einer starken Lauge Verwenden Sie dieselbe Versuchsanordnung, wie bei Versuch a). Überführen Sie mit einer 25 ml Meßpipette 25,0 ml der ausstehenden Histidin HCl-Lösung in einen 100 ml - Weithalserlenmeyerkolben. Die Lösung wird mit 0,5 ml - Portionen einer 0,1 N NaOH

21 titriert, bis etwa der ph-wert 11,5 erreicht ist. Messen und notieren Sie zunächst den Ausgangs-pH-Wert und notieren Sie nach jeder Zugabe den sich einstellenden ph-wert. 5. Aufgaben 1. Erläutern Sie die Begriffe Konzentration und Aktivität. Erklären Sie den Unterschied zwischen Normalität und Molarität am Beispiel einer 3 molaren Schwefelsäure. 2. Zeichnen Sie die Titrationskurve der Titration von 0,1 N Salzsäure mit 0,1 N Natronlauge unter Verwendung der beiliegenden Millimeterpapiervorlage. Tragen Sie den Umschlagsbereich des Indikators ein. Ermitteln Sie näherungsweise graphisch den Wendepunkt der Titrationskurve (Äquivalenzpunkt). Mittelparallele Äquivalenzpunkt 3. Zeichnen Sie die Titrationskurve der Titration von 0,1 N Essigsäure mit 0,1 N Natronlauge unter Verwendung der beiliegenden Millimeterpapiervorlage. Tragen Sie den Umschlagsbereich des Indikators ein. Ermitteln Sie näherungsweise graphisch den Wendepunkt der Titrationskurve (Äquivalenzpunkt). Ist der verwendete Indikator Phenolphthalein für diese Titration geeignet? 4. Berechnen Sie den pk S von Essigsäure unter a) Verwendung des Start-pH-Werts b) Verwendung des ph-werts der sich einstellt bei Zugabe der halben Natronlaugemenge die bis zum Erreichen des Äquivalenzpunkts erforderlich war (aus Ihrer Graphik!) c) Verwendung des ph-werts am Äquivalenzpunkt (aus Ihrer Graphik!). 5. Berechnen Sie den ph-wert am Äquivalenzpunkt (Vorsicht: Verdünnung!) und vergleichen Sie ihn mit dem graphisch ermittelten. Verwenden Sie den unter 4 b) ermittelten pk S -Wert. 6. Berechnen Sie den ph-wert einer 0,1 N Natriumacetatlösung. Verwenden Sie den unter 4 b) ermittelten pk S -Wert. 7. Zeichnen Sie die Titrationskurve der Titration der Histidin. HCl-Lösung mit 0,1 N Natronlauge unter Verwendung der beiliegenden Millimeterpapiervorlage.

22 8. Wie viele Mol (bzw. mmol) Hydroxylionen konnten Sie bei der Titration der Histidin. HCl-Lösung bei ph 6,0, bei ph 7,0 und bei ph 7,6 zusetzen, bis der Wert um jeweils eine ph-einheit stieg? 6. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 229 235; 293-316 7. Gefährdungspotentiale - Entsorgung Überschüsse der eingesetzten Lösungen 0,1 N HCl, 0,1 N NaOH, 0,1 N CH 3 COOH sowie die Histidinlösung können über die Kanalisation entsorgt werden.

Titration von 0,1 N HCl mit 0,1 N NaOH 23 ph 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 ml Zugabe von 0,1 N NaOH

Titration von 0,1 N CH 3 COOH mit 0,1 N 24 NaOH ph 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 ml Zugabe von 0,1 N NaOH

25 ph 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Titration einer Histidinlösung mit 0,1 N NaOH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Milliliter 0,1 N NaOH

Ionenaustauscher 1. Lernziele Theorie und Praxis der Ionenaustauschchromatographie Anwendung der UV-Spektrometrie 2. Geräte und Chemikalien Glassäule, Glaswolle, Bechergläser, Reagenzgläser, Meßkolben 250 ml, Kieselgelplatte Dowex Kationenaustauscher Typ 50 WX 8, H + -Form, mesh 20 30, Reinheit prac., SERVA 30 g Natriumtosylatlösung (vom Assistent ausgegeben) ph 7,2 ca. 5 ml 2N Natronlauge NaOH ca. 50 ml 2N Salzsäure HCl ca. 200 ml Phenolphthaleinlösung 3. Versuchsanleitung a) Austausch von Na + -Ionen gegen H + -Ionen am Kationenaustauscher Eine Glassäule wird mit einem Glaswollepfropfen im Auslauf versehen und über einen Trichter mit einer wäßrigen Aufschlämmung von 20g Dowex Kationenaustauscher gefüllt. Harz absinken lassen. Vor dem Auftragen der Probelösung läßt man die überstehende Flüssigkeit durch Öffnen des Hahns bis zur Harzschicht absinken. Anschließend trägt man sofort mit einer Pasteurpipette die Probelösung auf. Harzaufschlämmung Natriumtosylat Wasser Wasser bis fast zum Harz eindringen lassen. Hahn schließen. Wasser Harz Harz Harz Glaswolle pfropfen

27 Bitte achten Sie darauf, die ausgegebene Lösung, in die vom Assistenten Natriumtosylat eingewogen wurde, vollständig aufzutragen. Spülen Sie dazu das Schnappdeckelglas mit ca. 0,5 ml Wasser nach. Lassen Sie zunächst die Hauptlösung und anschließend die Nachspüllösung durch Öffnen des Hahns bis zur Harzschicht einsinken. Die Säule wird anschließend mit dem Elutionsmittel Wasser aufgefüllt und nach erneutem Öffnen des Hahns wird das Eluat in Reagenzgläsern in Fraktionen zu je etwa 4 Milliliter aufgefangen. Zum Volumenvergleich wird zuvor ein Reagenzglas mit 4,0 Millilitern Wasser gefüllt und die Füllhöhe markiert. Im Eluat befindet sich über ca. 20 Reagenzgläser verteilt p-toluensulfonsäure, während die Natriumionen am Harz fixiert wurden. Jeder Fraktion entnimmt man mit einer Pasteurpipette einen Tropfen zu ph-bestimmung (Universalindikatorpapier). Einen weiteren Tropfen gibt man auf eine Kieselgelplatte die vorher mit einer 4 x 5 Punkte Markierung versehen wurde. Da die Kieselgelplatte eine fluoreszierenden Farbstoff enthält, sieht man unter der UV-Lampe nach dem Abtrocknen bei Anwesenheit von p-toluensulfonsäure einen dunklen Fleck, da der Benzenring der p- Toluensulfonsäure UV-Licht absorbiert. Die Fraktionen, die p-toluensulfonsäure enthalten, vereinigt man in einem 250 ml Meßkolben und füllt diesen mit dest. Wasser bis zur Eichmarke auf. Von dieser Lösung wird durch den Assistenten bei 261 nm in einer Quarzküvette die UV-Absorption bestimmt. Der beladene Ionenaustauscher wird nach dem Versuch in einem Becherglas bis zur Regenerierung (s.u.) aufbewahrt. b) Kapazität eines Kationenaustauschers 250 ml 10,0 g Dowex Kationenaustauscher Typ 50 WX 8, H + -Form werden in ca. 30 ml Wasser aufgeschlämmt, mit einigen Tropfen Phenolphthaleinlösung versetzt und über eine Bürette durch langsames Zutropfen von 2N NaOH unter Rühren bis zum Äquivalenzpunkt titriert. Beim Erreichen dieses Äquivalenzpunkts färbt sich der Indikator rosa. Die eigentliche Neutralisationsreaktion: H 3 O + + OH - H 2 O + H 2 O verläuft sehr schnell: Der Austausch am Ionenaustauscher (H + gegen Na + ) beruht jedoch auf einem Diffusionsvorgang, dessen Geschwindigkeit von der Beweglichkeit der Ionen abhängt. Es dauert daher eine gewisse Zeit, bis in der Lösung alle H + -Ionen zur Neutralisation zur Verfügung stehen: Daher muß am Äquivalenzpunkt die Farbe etwa 5 Minuten erhalten

28 bleiben. Die Kapazität eines Austauschers wird üblicherweise in Milliäquivalent pro Gramm angegeben (meq/g). c) Regenerierung eines Austauschers Der Austausch der Gegenionen des Ionenaustauschers ist reversibel. Daher läßt sich der nach den Versuchen mit Metallionen (in unserem Fall Na + -Ionen) beladene Kationenaustauscher durch Säuren in seine aktive Form zurückführen (H + -Form). Der Austauscher ist danach von neuem einsetzbar. Das Kationenaustauscherharz aus den Versuchen Austausch von Na + -Ionen gegen H + - Ionen am Kationenaustauscher und Kapazität eines Kationenaustauschers wird vereinigt, auf einer Nutsche mit 100 ml 2N Salzsäure langsam gewaschen, abgesaugt, mit destilliertem Wasser neutral gespült (mit ph-papier überprüfen) und anschließend dem Assistenten zurückgegeben. 4. Aufgaben 1. Beschreiben Sie die Funktionsweise eines Kationenaustauschers am Beispiel des Austauschs der Na + -Ionen des Na-Tosylats gegen H + -Ionen. Verwenden Sie die folgende Darstellung des Kationenaustauschers in der als funktionelle Gruppe ein Toluensulfonsäurerest an ein makromolekulares Grundgerüst aus quervernetztem Polystyrol fixiert ist. CH 2 CH O S O H O Bitte beachten Sie, daß sowohl der Ankerligand ein Toluensufonsäurerest ist als auch die zu trennende Substanz (Natriumsalz der Toluensulfonsäure). 2. Welche Arten der Chromatographie gehören außer der Ionenaustauschchromatographie (also andere Wirkmechanismen) zum Typ der Fest / Flüssig-Chromatographie? 3. Tragen Sie aus dem ersten Versuch tabellarisch die Fraktionsnummern, den ph-wert und die p-toluensulfonsäurekonzentration [kein Fleck = 0, flacher Fleck = +; starker Fleck = ++ ] auf entsprechend dem folgenden Beispiel: Nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 UV 0 0 0 +

29 ph 7 7 7 5 Errechnen Sie aus der UV-Absorption der eluierten p-toluensulfonsäure die Menge des ausgeteilten Natriumsalzes der p-toluensulfonsäure sowohl in mmol als auch in Milligramm. ε 261 = 316,2 [Liter/Mol*cm] d c = 1 cm = E / ε * d = E / 316,2 [Mol / Liter] = 1000 * E / 316,2 [mmol / Liter] in 250 Millitern sind also 0,25 * 1000 * E / 316,2 mmol p-toluensulfonsäure. 4. Erläutern Sie die folgende Formel zur Berechnung der Kapazität eines Ionenaustauschers: Kapazität [meq / g] = 2 x Verbrauch an Lauge in Millilitern Einwaage in Gramm Die Zahl 2 ist auf die Verwendung 2 normaler NaOH zurückzuführen. Welche Kapazität [meq / g] hat der verwendete Ionenaustauscher 5. Nennen Sie wichtige Einsatzgebiete für Ionenaustauscher. 5. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 458 Geckeler, K.E., Eckstein, H., Analytische und präparative Labormethoden, Vieweg 1987, S. 104-115 6. Gefährdungspotentiale - Entsorgung Überschüsse der eingesetzten Lösungen 2 N HCl und 2 N NaOH können über die Kanalisation entsorgt werden. Natriumtosylatlösung bzw. p-toluensulfonsäurelösung werden über den Sammelbehälter SÄUREGEMISCH entsorgt.

30 Synthese eines Kobaltkomplexes 1. Lernziel Komplexchemie 2. Einführung Oxidiert man Kobaltdichlorid in wäßriger Lösung in Anwesenheit von Ammoniak (NH 3 ) und Ammoniumchlorid (NH 4 Cl), so erhält man je nach der Konzentration an Ammoniak und Ammoniumchlorid Komplexe der Zusammensetzung [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z. In jedem dieser Amminkomplexe ist das Co 3+ mit insgesamt sechs Liganden (NH 3 und Cl - ) koordiniert; daneben liegt noch ionisch gebundenes Chlorid vor. Sie stellen einen dieser Komplexe nach der angegebenen Vorschrift dar. Seine Struktur soll an den nächsten Versuchstagen aufgeklärt werden. 3. Chemikalien Kobaltdichlorid Co(H 2 O) 6 Cl 2 6 g Ammoniumchlorid NH 4 Cl 12 g Ammoniak 25%ig NH 3 30 ml Wasserstoffperoxid 30%ig H 2 O 2 6 ml Salzsäure konz. HCl 40 ml Aceton 40 ml 4. Versuchsbeschreibung Alle Operationen werden im Abzug durchgeführt! 6,0 g [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 werden unter Erwärmen im 100 ml bis 200 ml Becherglas in etwa 10 ml Wasser gelöst. Zu der abgekühlten Lösung gibt man eine Suspension von 12 g Ammoniumchlorid in 30 ml konz. Ammoniaklösung. Dazu fügt man 3 ml 30%ige Wasserstoffperoxidlösung (Vorsicht: stark ätzend) sowie innerhalb 5 min. weitere 3 ml in 4 Portionen. Nach 10 min neutralisiert man vorsichtig mit 20 ml konz. HCl, wobei ein Aquokomplex ausfällt. Man gibt anschließend weitere 20 ml konz. HCl zu, erhitzt das Gemisch zum Sieden, läßt abkühlen und filtriert den entstehenden purpurroten Niederschlag unter permanentem Schütteln (herstellen einer Aufschlämmung) mit Büchnertrichter und Saugflasche ab. Bitte beachten Sie, daß Ihr Büchnertrichter möglichst klein ist (ggf. bei benachbarter Gruppe ausleihen) und daß das Filterpapier im Trichter genau paßt! Der Filtriervorgang wird dadurch eingeleitet, daß zunächst ohne Wasserstrahlpumpe bzw. mit ganz geringem Vakuum der Boden des Büchnertrichters bzw. das Filterpapier vollständig mit Komplex bedeckt wird. Nach Herstellen des vollen Vakuums wird der Rest der Aufschlämmung aufgetragen, wobei erneut Sorge getragen wird, daß eine gleichmäßige Komplexschicht auf dem ganzen Filter verteilt wird. Nach völligem Absaugen der Salzsäure wird mit ca. 20 ml eiskaltem dest. Wasser nachgewaschen (bitte überprüfen Sie durch Augenschein, ob

31 noch weiße Ammoniumchloridkristalle untergemischt sind, denn dann muß noch mit weiterem Wasser nachgewaschen werden), dann wird (nach vorherigem Entleeren der Saugflasche) mit Aceton nachgewaschen, trocken gesaugt und der Niederschlag an Luft getrocknet (er darf dann nach nichts mehr riechen). Gegebenenfalls muß im Trockenschrank nachgetrocknet werden. Wiegen Sie Ihre Ausbeute. 5. Aufgaben 1. Berechnen Sie die prozentuale Ausbeute (Molmasse des Komplexes ca. 250). 2. Geben Sie an, welche Komplexe der Zusammensetzung [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z möglich sind. Beachten Sie, daß Co 3+ in der Koordinationszahl 6 vorliegt (x + y = 6) und das Chloridion einfach negativ geladen ist. 6. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 510-527 7. Gefährdungspotentiale Entsorgung Kobalt(II)chlorid: Giftig beim Verschlucken; Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH (anorganisch) Ammoniumchlorid: Gesundheitsschädlich beim Verschlucken; Reizt die Augen; Staub nicht einatmen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH (anorganisch) Ammoniak konz.: Reizt die Augen, die Atmungsorgane und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen und neutralisieren auf ph 6-8 mit Salzsäure, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Wasserstoffperoxid: Verursacht Verätzungen; Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser; Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen; Entsorgung konzentrierter Lösungen durch Assistenten Salzsäure konz.: Reizt die Augen und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren auf ph 6-8 mit Natronlauge, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Kobaltkomplex: Giftig beim Verschlucken; Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen; Festes Produkt FILTER- u. AUFSAUGMASSEN, Entsorgung: Lösungen über Sammelbehälter SÄUREGEMISCH (anorganisch).

32 Chlorid-Bestimmung im Kobaltkomplex [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z 1. Lernziele Arbeitstechnik: Rücktitration Theorie: Komplexchemie 2. Chemikalien Silbernitratlösung 0,01 normal AgNO 3 52 ml Ammoniumthiocyanatlösung 0,01 normal NH 4 SCN ca. 50 ml Eisen(III)ammoniumsulfatlösung NH 4 Fe(SO 4 ) 2 Salpetersäure konz. HNO 3 3. Einführung Komplexe dissoziieren in Wasser in das mit den Liganden koordinierte Ion (häufig ein Kation) und die Gegenionen (häufig Anionen). Für einen Co(III)Komplex der allgemeinen Zusammensetzung [CoL 6 ]X n mit L = Ligand und X = Anion ergeben sich in Lösung insgesamt (n+1) Ionen, was sich durch Leitfähigkeitsmessungen nachweisen läßt. In der folgenden Tabelle ist dies für die wichtigsten Kobaltamminkomplexe dargestellt. Zahl der Ionen Komplex Kation Anionen n + 1 [CoL 6 ]X n H 2 O 1 [CoL 6 ] n+ + n X - 2 [Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ]Cl H 2 O 1 [Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ] + + 1 Cl - 3 [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 H 2 O 1 [Co(NH 3 ) 5 Cl] 2+ + 2 Cl - 4 [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 H 2 O 1 [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ + 3 Cl - 4 [Co(NH 3 ) 5 H 2 O]Cl 3 H 2 O 1 [Co(NH 3 ) 5 H 2 O] 3+ + 3 Cl - Nur die ionisch gebundenen Chloridionen, also die Gegenionen zum positiv geladenen Komplexion, lassen sich mit Silbernitratlösung sofort als Silberchlorid ausfällen. AgNO 3 + Cl - - AgCl + NO 3 Die an das Zentralatom gebundenen Chloridionen sind dagegen nur sehr langsam (Tage), nach Austausch gegen andere mögliche Liganden, verfügbar und dann als AgCl fällbar. Folgende Methode zur Bestimmung des ionisch gebundenen Chlorids wird im heutigen Versuch eingesetzt: Man versetzt die Lösung des Kobaltkomplexes mit einem definierten Überschuß an Silbernitratlösung bekannter Konzentration und damit auch bekannter Menge und filtriert das ausgefallene Silberchlorid ab. Anschließend werden die überschüssigen, nicht umgesetzten Silberionen nach der Methode von Volhard mit Ammoniumthiocyanat unter Zusatz von Eisen(III)ionen als Indikator zurücktitriert: Ag + + Cl - AgCl (weißer Niederschlag)

33 Ag + + SCN - AgSCN (weißer Niederschlag) Der Äquivalenzpunkt wird durch die Bildung von rotbraunem Fe(SCN) 3 sichtbar gemacht. Erst wenn alle Silberionen der Lösung als schwerlösliches Silberthiocyanat ausgefällt sind, kann auch das leicht lösliche rotbraune Fe(SCN) 3 gebildet werden: Fe 3+ + 3 SCN - Fe(SCN) 3 (rotbraun) 4. Versuchsbeschreibung a) Durchführung einer Blindprobe (ohne Chlorid) Geben Sie mit der Meßpipette 2,0 Milliliter 0,01 N Silbernitratlösung in ein Becherglas und fügen Sie einige Tropfen Eisen(III)ammoniumsulfatlösung in 5 ml Wasser hinzu. Titrieren Sie unter Rühren (Rührfisch) mit 0,01 N Ammoniumthiocyanatlösung bis zum Äquivalenzpunkt. Beim Eintropfen der Ammoniumthiocyanatlösung bildet sich (nur jeweils kurzfristig sichtbar) auch braunes Eisenthiocyanat das jedoch sofort der Bildung des wesentlich stabileren schwer löslichen Silberthiocyanats weicht. Erst wenn alle Silberionen verbraucht sind, bleibt die Rotbraunfärbung bestehen. Der Endpunkt der Titration ist erreicht. Notieren Sie den und vergleichen Sie, ob der experimentell bestimmte Äquivalenzpunkt mit dem theoretischen (2,0 ml Ammoniumthiocyanatlösung) übereinstimmt. b) Quantitative Analyse des ionisch gebundenen Chlorids im Kobaltkomplex Von dem dargestellten und getrockneten Kobaltkomplex werden vom Assistenten 25,0 mg (Molmasse des Komplexes 250 g/mol) in ein Schnappdeckelgläschen eingewogen. Lösen Sie den Komplex in ca. 25 Milliliter dest. Wasser und fügen Sie etwa 1 Milliliter konzentrierte Salpetersäure zu (Vorsicht! HNO 3 ist stark ätzend; Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen). Danach werden 50,0 Milliliter (2 Mal 25 Milliliter mit der Vollpipette) 0,01 N Silbernitratlösung einpipettiert. Die Pipette muß dabei sauber und trocken sein und Sie müssen darauf achten, daß sie vollständig abläuft (nicht ausblasen). Dann wird geschüttelt und anschließend der Silberchloridniederschlag abfiltriert. Der Niederschlag wird zwei mal mit jeweils 5 Millilitern destilliertem Wasser nachgewaschen und das Filtrat in einen 100 Milliliter Meßkolben überführt, der dann exakt bis zur Marke mit destilliertem Wasser aufgefüllt wird. Mit der Vollpipette werden 50,0 Milliliter dieser Lösung (also die Hälfte) in ein Becherglas überführt und einige Tropfen Eisen(III)ammoniumsulfatlösung zugegeben. Danach titriert man unter Rühren die Ag + -Ionen mit 0,01 N Ammoniumthiocyanatlösung zurück. Der Endpunkt kann, wie bei der Blindprobe beschrieben, erkannt werden. Notieren Sie ins Protokollheft den Verbrauch an Ammoniumthiocyanatlösung (in Millilitern). 5. Aufgaben 1. Berechnen Sie, wieviel Chlorid ausgefällt wurde (in mmol und in mg). Multiplizieren Sie dazu den Ammoniumthiocyanatverbrauch mit 2 (nur die Hälfte der Lösung aus dem

34 100 ml Meßkolben wurde verwendet). Da 1 Milliliter 0,01 N Ammoniumthiocyanatlösung mit genau 0,01 mmol Silbernitrat reagiert, ergibt sich für die zur Fällung der Chloridionen notwendige Menge an Silbernitrat: y ml = 50 ml 2 * titrierte ml NH 4 SCN 1 ml 0,01 N AgNO 3 = 0,01 mmol AgNO 3 die mit 0,01 mmol Chloridionen reagieren, y ml 0,01 N AgNO 3 = y * 0,01 mmol Chloridionen. 2. Berechnen Sie, wieviel mmol Co-Komplex eingewogen wurden. 3. Berechnen Sie das Verhältnis ionisches Chlorid / Co-Komplex und machen Sie eine Aussage über die Zusammensetzung des Komplexes [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z. Beachten Sie dabei, daß x + y = 6 ist und y + z = 3. 6. Literatur Titration: Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 234-240 Komplexchemie: Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 510-527 7. Gefährdungspotentiale Entsorgung Salpetersäure konz.: Verursacht schwere Verätzungen; darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Dampf nicht einatmen; bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; beschmutzte getränkte Kleidung sofort ausziehen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren auf ph 6-8 mit Natronlauge, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Silbernitrat: Verursacht Verätzungen; darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; überschüssiges Reagens dem Saalassistenten zurückgeben Reste der Ammoniumthiocyanatlösung und von Eisen(III)ammoniumsulfat werden über den Sammelbehälter SÄUREGEMISCH entsorgt.

35 Ammoniak-Bestimmung im Kobaltkomplex [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z 1. Lernziele Arbeitstechnik: Aufbau einer Kjeldahl-Destillationsapparatur (Wasserdampfdestillation) Theorie: Qualitativer und quantitativer Nachweis von Ammoniak 2. Chemikalien Salzsäurelösung 0,1 normal HCl 100 ml Natronlaugelösung 0,1 normal NaOH < 100 ml Ammoniumchlorid NH 4 Cl ca. 1 g Natronlauge fest NaOH 2 Plätzchen Natronlauge 40%ig NaOH 20 ml Indikator Bromkresolgrün/Methylrot NH 3 -Teststäbchen Salzsäure konzentriert HCl 2 ml einige Tropfen Ammoniak konzentriert NH3 2 ml Kobaltkomplex [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z 250 mg 3. Apparatur Schliffklemme 2 Schliffklemme 1 T-Stück Schlauchklemme 1 Kjeldahlkolben mit Komplexeinwaage und Natronlauge Schlauchklemme 2 0,1 N HCl Heizplatte 4. Einführung Das Ammoniak-Kation NH + 4 wird zusammen mit den Alkalikationen in der qualitativen Analytik der sogenannten löslichen Gruppe zugeordnet. Die meisten Nachweisreaktionen für das NH + 4 -Kation beruhen darauf, daß aus Ammoniumsalzen mit starken Basen Ammoniak (NH 3 ) freigesetzt wird. NH 4 Cl + NaOH NH 3 + H 2 O + NaCl

36 5. Versuche a) Nachweis von Ammoniak mit Teststäbchen Die Teststäbchen sind mit K 2 HgI 4 getränkt. In Gegenwart von Ammoniak und starken Basen (ebenfalls auf dem Teststäbchen) färbt sich dieses je nach NH 3 -Konzentration durch Bildung von (Hg 2 N)I gelb bis braun: 2 K 2 HgI 4 + 3 NaOH + NH 3 (Hg 2 N)I. H 2 O + 2 H 2 O + 4 KI + 3 NaI b) Kreuzprobe 1 g NH 4 Cl wird in 10 mi dest. Wasser gelöst und mit 2 NaOH-Plätzchen versetzt. Dabei tritt ein intensiver NH 3 -Geruch auf (Abzug!!). Man bedeckt das Gefäß mit einem Uhrglas. auf das kreuzweise angefeuchtetes ph-papier aufgebracht wurde, wobei man einen Streifen auf der Unterseite des Uhrglases anbringt und den anderen zum Vergleich auf der Oberseite. Der Streifen auf der Unterseite färbt sich dabei blau. c) Nebelbildung mit HCl Ein Glasstab wird in Salzsäure getaucht, so daß ein Tropfen hängen bleibt. Hält man nun diesen Glasstab über Ammoniak, bilden sich weiße Nebel. d) Quantitativer NH 3 -Nachweis: Kjeldahl-Destillation Sie sollen den Ammoniakgehalt des selbst dargestellten Co Komplexes [Co(NH 3 ) x Cl y ]Cl z bestimmen. Bauen Sie dazu die unter 2. beschriebene Versuchsanordnung auf. Erhitzen Sie das destillierte Wasser in der halb gefüllten Kupferkanne zum Sieden. (Schlauchklemme 1: zu; Schlauchklemme 2: offen). Füllen Sie dann mit einem Trichter den vom Assistenten abgewogenen Co-Komplex (250 mg, großes Schnappdeckelglas) in den Kjeldahlkolben ein. Geben Sie anschließend über die Schlifföffnung 20 mi 40% NaOH zum Zerstören des Komplexes hinzu und schließen Sie sofort den Zuleitungsschlauch an. Treiben sie nun das sich bildende NH 3 im Wasserdampfstrom über den seitlichen Kühler in den Titrierkolben, der mit exakt 100 mi 0,1N H CI gefüllt ist (Schlauchklemme 1: offen; Schlauchklemme 2: zu). Das Ende des Kühlers muß dabei tief in die HCI eintauchen!! Die Natronlauge setzt als starke Base die schwache Base NH 4 OH bzw. NH 3 + H 2 O frei, der Wasserdampf sorgt dafür, daß NH 3 immer wieder aus dem Zersetzungsgleichgewicht entfernt wird, so daß die Reaktion vollständig abläuft. Es verbleibt Co(OH) 3 im Kjeldahlkolben. Zur Reaktionskontrolle werden bereits zu Beginn 3-4 Tropfen Indikator (eine ethanolische Lösung von Bromkresolgrün und Methylrot steht aus) in die Vorlage (Erlenmeyer) gegeben. Nachdem das Volumen in der Vorlage um ca. 200 mi zugenommen hat, können Sie die Wasserdampfdestillation abbrechen (Laborboy herunterdrehen und den Erlenmeyerkolben entfernen, um einen Unterdruck in der Apparatur zu vermeiden, Heizplatte ausschalten, Schlauchklemme 2: öffnen; Schlauch an Schliffklemme 2 entfernen um einen Unterdruck zu vermeiden; Achtung: heiß!). Die ursprünglich im Erlenmeyerkolben vorhandenen 100 ml 0,1 N HCl (0,01 Mol) waren mehr als zur

Neutralisierung des aus dem zerstörten Kobaltkomplex ausgetriebenen NH 3 erforderlich. Der verbliebene Rest der Salzsäure wird mit 0,1 NaOH zurücktitriert. 37 ph 4 4-6 6 Farbe der Indikatorlösung orangerot grau (Äquivalenzpunkt) grau 6. Aufgaben 1. Woraus besteht der Nebel im Versuch 5 c)? (Reaktionsgleichung) 2. Berechnen sie den Ammoniakgehalt des Co-Komplexes in mg und in Mol bezogen auf 1 Mol Co-Komplex (Molmasse: 250 g/mol). Begründen sie eventuelle Abweichungen vom Sollwert, der 5 Mol NH 3 pro Mol Komplex beträgt. 7. Literatur Mortimer, Ch. E., Chemie, 6. Auflage, Thieme Stuttgart, S. 37 46; 234 240; 324 327; 430 8. Gefährdungspotentiale Entsorgung Natriumhydroxid fest und konzentrierte Lösungen: Verursacht schwere Verätzungen; darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzbrille/ Gesichtsschutz tragen; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren auf ph 6-8 mit Salzsäure, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10g Assistent benachrichtigen! Salzsäure konz.: Reizt die Augen und die Haut; darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen neutralisieren auf ph 6-8 mit Natronlauge, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Ammoniak konz.: Reizt die Augen, die Atmungsorgane und die Haut; Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen; Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren; Entsorgung: Sammelbehälter SÄUREGEMISCH nach vorherigem Verdünnen und neutralisieren auf ph 6-8 mit Salzsäure, bei zu entsorgenden Mengen von mehr als 10ml Assistent benachrichtigen! Salzsäurelösung 0,1 normal, Natronlaugelösung 0,1 normal, die austitrierte Lösung und Ammoniumchlorid können über die Kanalisation entsorgt werden. Der Inhalt des Kjeldahlkolbens wird über den Sammelbehälter SÄUREGEMISCH entsorgt.