Puffer-Lösungen COOH / CH 3. COO - Na + Acetat-Puffer Essigsäure / Natriumacetat. Beispiele: CH 3 / NH NH 3. Ammonium-Puffer

Ähnliche Dokumente
SS Thomas Schrader. der Universität Duisburg-Essen. (Teil 8: Redoxprozesse, Elektrochemie)

Chemie für Biologen. Vorlesung im. WS 2004/05 V2, Mi 10-12, S04 T01 A02. Paul Rademacher Institut für Organische Chemie der Universität Duisburg-Essen

MgO. Mg Mg e ½ O e O 2. 3 Mg 3 Mg e N e 2 N 3

Elektrochemisches Gleichgewicht

Reduktion und Oxidation. Oxidationszahlen (OZ)

Redoxreaktionen. Elektrochemische Spannungsreihe

Das Potenzial einer Halbzelle lässt sich mittels der Nernstschen Gleichung berechnen. oder

DEFINITIONEN REINES WASSER

8.+9. Tag: Säuren und Basen (II) / Redoxreaktionen (II)

6.1 Elektrodenpotenzial und elektromotorische Kraft

Universität des Saarlandes - Fachrichtung Anorganische Chemie Chemisches Einführungspraktikum. Elektrochemie

Themen heute: Säuren und Basen, Redoxreaktionen

-1 (außer in Verbindung mit Sauerstoff: variabel) Sauerstoff -2 (außer in Peroxiden: -1)

Universität des Saarlandes - Fachrichtung Anorganische Chemie C h e m i s c h e s E i n f ü h r u n g s p r a k t i k u m.

7. Chemische Reaktionen

Praktikumsrelevante Themen

Übung 10 (Redox-Gleichgewichte und Elektrochemie)

+ O. Die Valenzelektronen der Natriumatome werden an das Sauerstoffatom abgegeben.

Lösung Sauerstoff: 1s 2 2s 2 2p 4, Bor: 1s 2 2s 2 2p 1, Chlor: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Neon: 1s 2 2s 2 2p 6

Oxidation und Reduktion

ELEKTROCHEMIE. Elektrischer Strom: Fluß von elektrischer Ladung. elektrolytische (Ionen) Zwei Haupthemen der Elektrochemie.

ph-wert Berechnung starke Säuren z.b. HCl, HNO 3, H 2 SO 4 vollständige Dissoziation c(h 3 O + ) = c(säure)

9. Lösungen "Redox-Reaktionen" 1. [8] Geben Sie die Oxidationszahl an für

Modul: Allgemeine Chemie

Seminar zum Quantitativen Anorganischen Praktikum WS 2011/12

Aufgabe 5 1 (L) Die folgende Redox-Reaktion läuft in der angegebenen Richtung spontan ab: Cr 2

Zn E 0 = - 0,76 V E 0 = + 0,34 V

4. Redox- und Elektrochemie

ph-wert Berechnung für starke Säuren / Basen

Grundlagen der Chemie für Nichtchemiker AUFGABENSAMMLUNG

GALVANISCHE ELEMENTE, BATTERIEN UND BRENNSTOFFZELLEN

Grundlagen der Chemie Elektrochemie

Vorkurs Chemie (NF) Redoxreaktionen, Spannungsreihe Ulrich Keßler

EinFaCh 1. Studienvorbereitung Chemie. Einstieg in Freibergs anschauliches Chemiewissen Teil 1: Redoxreaktionen und Elektrochemie.

Redoxtitrationen. Redox-Reaktionen Oxidation und Reduktion

(Atommassen: Ca = 40, O = 16, H = 1;

Was ist Elektrochemie? Elektrochemie. Elektrochemie ist die Lehre von der Beziehung

Basiswissen Chemie. Vorkurs des MINTroduce-Projekts

Themengebiet: 1 HA + H 2 O A - + H 3 O + H 3 O + : Oxonium- oder Hydroxoniumion. Themengebiet: 2 B + H 2 O BH + + OH - OH - : Hydroxidion

1.3. Fragen zu chemischen Reaktionen

Anorganisch-chemisches Praktikum für Human- und Molekularbiologen

VL Limnochemie

7. Chemische Reaktionen

Seminar zum Praktikum Quantitative Analyse

Grundlagen: Galvanische Zellen:

Chemie wässriger Lösungen

Säuren und Basen. 18 UE Präsenz - Selbststudium 1,3 ECTS

Zusammenfassung vom

Studienbegleitende Prüfung Anorganisch-Chemisches Grundpraktikum WS 2008/

Stoffe oder Teilchen, die Protonen abgeben kånnen, werden als SÄuren bezeichnet (Protonendonatoren).

Studienbegleitende Prüfung Modul 12 Anorganisch-Chemisches Grundpraktikum SS

Elektrochemie. Grundbegriffe. Oxidation: Ist die Teilreaktion bei der Elektronen abgegeben werden.

Stefan Reißmann ANORGANISCH-CHEMISCHES TUTORIUM WS 2000/2001

7 Korrosion und Korrosionsschutz

Crashkurs Säure-Base

Übungen zu "EMK" Übungen zu EMK - Seite 1 (von 5)

3.2. Aufgaben zu Säure-Base-Gleichgewichten

Protokoll zu. Versuch 17: Elektrochemische Zellen

CHEMIE KAPITEL 4 SÄURE-BASE. Timm Wilke. Georg-August-Universität Göttingen. Wintersemester 2013 / 2014

Spezielle Chemie für Life Science

Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

Klausur: Chemie für Mediziner und Zahnmediziner SS

Musterklausur 1 zur Allgemeinen und Anorganischen Chemie

Praktikumsprotokoll. Grundlagen der Chemie Teil II SS Praktikum vom

AC2 ÜB12 Säuren und Basen LÖSUNGEN Seite 1 von 7

IIE3. Modul Elektrizitätslehre II. Faraday-Konstante

Oxidation und Reduktion

Die Rolle der Elektroden

KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ VON METALLEN

Aufgabe 1: Geben Sie die korrespondierenden Basen zu folgenden Verbindungen an: a) H 3 PO 4 b) H 2 PO 4

Grundlagen der Chemie Elektrochemie Teil 2

Einteilung der Maßanalyse

Chemie Klausur SS Aminosäuren (11.5 Punkte) a) Benennen Sie die unten stehenden Aminosäuren:

Chemie für Biologen. Vorlesung im. WS 2004/05 V2, Mi 10-12, S04 T01 A02. Paul Rademacher Institut für Organische Chemie der Universität Duisburg-Essen

Redox - Übungsaufgaben:

Chemie Formelsammlung Niklaus Burren

Elektrodenpotenziale im Gleichgewicht

Das chemische Gleichgewicht, Massenwirkungsgesetz, Löslichkeit von Salzen in Flüssigkeiten, Löslichkeitsprodukt, Chemische Gleichgewichte, Säuren und

Modul BCh 1.2 Praktikum Anorganische und Analytische Chemie I

ph-wert Berechnung für starke Säuren / Basen starke Säure, vollständige Dissoziation [H 3 O + ] = 10 1 mol/l; ph = 1

Allgemeine Chemie für r Studierende der Zahnmedizin

Einführungskurs 3. Seminar

Übungsaufgaben zu Ionenreaktionen in wässriger Lösung

Chem. Grundlagen. ure-base Begriff. Das Protonen-Donator-Akzeptor-Konzept. Wasserstoff, Proton und Säure-Basen. Basen-Definition nach Brønsted

Grundlagen der Physiologie

Elektrolyte. (aus: Goldenberg, SOL)

Wasser. Flora und Fauna. Wichtigste chemische Verbindung in Lebewesen. Menschen benötigt mindestens 1kg H 2 O pro Tag

Lösung 7. Allgemeine Chemie I Herbstsemester Je nach Stärke einer Säure tritt eine vollständige oder nur eine teilweise Dissoziation auf.

Übungsaufgaben Chemie

Anorganische-Chemie. Michael Beetz Arbeitskreis Prof. Bein. Grundpraktikum für Biologen 2017

a.) Wie groß ist die Reaktionsenthalpie für die Diamantbildung aus Graphit? b.) Welche Kohlenstoffform ist unter Standardbedingungen die stabilere?

Redoxgleichungen. 1. Einrichten von Reaktionsgleichungen

Vorlesung Allgemeine Chemie 30. November 2010

Fällungsreaktion. Flammenfärbung. Fällungsreaktion:

Elektrochemische Thermodynamik. Wiederholung : Potentiale, Potentialbegriff

Die Standard Reduktions-Halbzellenpotentiale. Die Standard Reduktions. Wird die Halbzellenreaktion Zn 2+ /Zn gegen die Standard-Wassersoffelektrode

Mehrprotonige Säuren (z.b. H 2 SO 4 )

Transkript:

Puffer-Lösungen Folie156 Beispiel: Der ph-wert des Blutes (ph = 7.4) darf nicht schwanken, da sonst die Funktionen von ph-abhängigen Enzymen gestört wird. Der ph-wert lässt sich mit einem Puffersystem konstant halten, z.b. im Blut mit dem sogenannten Kohlensäure-Puffer und dem Protein-Puffer. Eine Puffer-Lösung besteht in der Regel aus gleichen Mengen einer schwachen Säure und dem Alkalimetall-Salz der schwachen Säure oder einer schwachen Base und dem Salz der schwachen Base. Beispiele: CH 3 COOH / CH 3 COO - Na + Acetat-Puffer Essigsäure / Natriumacetat NH 3 / NH + 4 Cl - Ammoniak / Ammoniumchlorid Ammonium-Puffer Folgende Reaktionen finden bei der Zuagbe von H 3 O + - oder OH - -Ionen statt: CH 3 COO - + H 3 O + CH 3 COOH + OH - CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 2 O NH 3 + H 3 O + NH 4 + + OH - NH 4 + + H 2 O NH 3 + H 2 O

Puffer-Gleichung: Ableitung der Gleichung Folie157 K S = [H 3O + ] [A - ] [HA] [H 3 O + ] = K S [HA] [A - ] ph = pk S - 10 log [HA] [A - ] bzw. ph = pk S + 10 [A - ] log [HA] Salzkonzentration Säurekonzentration Die größte Pufferwirkung hat eine Lösung mit [HA] = [A - ] ph = pk S Beispiel: Eine Puffer-Lösung enthält 1 mol/l CH 3 COOH + 1 mol/l CH 3 COO - Na + Frage: Welchen ph-wert hat diese Pufferlösung nach Zusatz von a) 0.01 mol HCl; b) 0.1 mol HCl; c) 0.01 mol NaOH; d) 0.1 mol NaOH ph = pk S + 10 [A - ] - x log [HA] + x ; x = 0.01 ph = 4.74 + 10 log 0.99 1.01 ph-wert in reinem H 2 O ph-wert der Puffer-Lösung ohne Zuatz 7 4.74 (pk S -Wert von CH 3 COOH) 0.01 mol HCl 2 4.73 0.1 mol HCl 1 4.65 0.01 mol NaOH 12 4.75* 0.1 mol NaOH 13 4.83* *Frage: Wie wird der ph-wert für die Zugabe von NaOH berechnet?

Titrationskurve einer 0.1 M Essigsäure mit NaOH als Titration (Markierung des Pufferbereichs) Folie158

Titrationskurve der Phosphorsäure (Ä = Äquivalenzpunkt) Folie159 H 3 PO 4 H 2 O 1. Stufe H 3 O + + H 2 PO 4 - H 2 O 2. Stufe 2 H 3 O + 2- + HPO 4 H 2 O 3. Stufe 2. Stufe: ph = 7.2 + 10 log [HPO 4 2- ] [H 2 PO 4- ] 3 H 3 O + + PO 4 3- ph = 13 = pk S3 0.1 M NaOH

Folie160 Kohlensäure-Puffer (verantwortlich für die Konstanthaltung des Blut-pH-Wertes) Kohlendioxid CO 2 entsteht bei der Verbrennung von organischen Verbindungen. Im Wasser reagiert CO 2 schwach sauer: 25 C (1): CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 pk = 3.1 (2): H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - pk S1 = 3.3 (1) + (2): CO 2 + 2 H 2 O H 3 O + + HCO 3 - pk S = 6.4 Puffergleichung: 25 C: ph = 6.4 + 10 log [HCO 3 - ] [CO 2 ] 37 C: ph = 6.1 + 10 log [HCO 3 - ] [CO 2 ] pk S -Werte sind temperaturabhängig Frage: Wie groß muss das Verhältnis von [HCO 3- ] / [CO 2 ] sein, damit der Blut-pH-Wert a) bei 25 C und b) bei 37 C auf ph = 7.4 konstant gehalten wird? Antwort: a) ph = 6.4 + 1 = 6.4 + 10 log 10 1 b) ph = 7.4 = 6.1 + 1.3 = 6.1 + 10 log 20 1

Folie161 Kohlensäure-Puffer (verantwortlich für die Konstanthaltung des Blut-pH-Wertes) Im Blut liegt somit ein großer Überschuß von HCO 3 - -Ionen vor, der mit H 3 O + -Ionen reagiert. H 3 O + + HCO 3 - H 2 O + [H 2 CO 3 ] 2 H 2 O + CO 2 (g) In der Lunge wird das CO 2 -Gas abgegeben und gegen Sauerstoff O 2 -Gas ausgetauscht offenes Puffersystem. Verstärkte Säurebildung im Stoffwechsel erfordert verstärkte Atemtätigkeit, um den ph-wert des Blutes konstant zu halten. Verstärkte Atemtätigkeit ohne Säurebildung lässt den Blut-pH-Wert ansteigen Hyperventilation, respiratorische Alkalose. Behinderte Atmung führt zu einer Verminderung der CO 2 -Abgabe respiratorische Acidose

Oxidationen Reduktionen (Redox-Prozesse) Folie162 Oxygenium Sauerstoff: Lavoisier entdeckte vor ca. 200 Jahren, dass bei der Verbrennung von Elementen oder chemischen Verbindungen Sauerstoff verbraucht wird. Solche Prozesse nannte er Oxidationen. Die umgekehrten Prozesse, bei denen Sauerstoff frei wird, werden Reduktionen genannt. Beispiele: Oxidation: 2 Mg + O 2 2 MgO + Wärme Magnesium Magnesiumoxid Reduktion: 400 C 2 HgO 2 Hg + O 2 Quecksilberoxid Quecksilber Allgemeine Definition: Oxidation erfolgt unter Abgabe von Elektronen Reduktion erfolgt unter Aufnahme von Elekronen Die beiden Prozesse sind gekoppelt und werden als Redox-Reaktionen bezeichnet.

Oxidationen Reduktionen (Redox-Prozesse) Folie163 Beispiele: 2 Na + Cl 2 2 Na + Cl - Natriummetall + Chlorgas Natriumchlorid Teilprozesse: (1) 2 Na 2 Na + + 2 e - Oxidation: Abgabe von Elektronen (2) Cl 2 + 2 e - 2 Cl - Reduktion: Aufnahme von Elektronen (1) + (2) 2 Na + Cl 2 + 2 e - 2 Na + + 2 Cl - + 2 e - Auch die Bildung von MgO und der Zerfall von HgO sind Redox-Prozesse. Teilprozesse: (1) 2 Mg 2 Mg + + 4 e - (Oxidation) (1) 2 Hg 2+ + 4 e - 2 Hg (Reduktion) (2) O 2 + 4 e - 2 O 2- (Reduktion) (2) 2 O 2- O 2 + 4 e - (Oxidation) (1) + (2) 2 Mg + O 2 + 4 e - 2 Mg 2+ O 2- + 4 e - (1) + (2) 2 Hg 2+ O 2- + 4 e - 2 Hg + O 2 +4 e -

Weitere Beispiele für die Redox-Rektionen Folie164 Rosten von Eisen an der feuchten Luft 4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O 4 Fe(OH) 3 2 Fe 2 O 3 + 6 H 2 O Teilprozesse: (1) 4 Fe 4 Fe 3+ + 12 e - (Oxidation) (2) 3 O 2 + 12 e - + 6 H 2 O 12 OH - (Reduktion) (1) + (2) 4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O + 12 e - 4 Fe(OH) 3 + 12 e - Im Hochofenprozess wird Eisenerz (Fe 2 O 3 ) mit Kohlenmonoxid CO zu Fe-Metall reduziert. Fe 2 O 3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO 2 Teilprozesse: (1) 2 Fe 3+ + 6 e - 2 Fe (Reduktion) (2) 3 CO + 3 O 2-3 CO 2 + 6 e - (Oxidation)

Weitere Beispiele für die Redox-Rektionen Folie165 Knallgas-Reduktion: explosionsartige Reaktion eines Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoffgas. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Teilprozesse: (1) 2 H 2 4 H + + 4 e - (Oxidation) (2) O 2 + 4 e - 2 O 2 - (Reduktion) Reaktion von unedelen Metallen und Säuren Beispiel: Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Zink Salzsäure Zinkchlorid + Wasserstoffgas Teilprozesse: (1) Zn Zn 2+ + 2 e - (Oxidation) (2) 2 H + + 2 e - H 2 (Reduktion) (1) + (2) Zn + 2 H + + 2 e - Zn 2+ + H 2 + 2 e - Die Chlorid-Anionen nehmen an der Reaktion nicht teil und müssen daher nicht berücksichtigt werden.

Oxidationszahlen Folie166 0 0 0 0 0 Elemente: Oxidationszahlen = 0 Cl 2, Na, Zn, H 2, O 2 Einfache Ionen: Oxidationszahl = Ladungszahl +1 +2 +3-2 -1 Na +, Mg 2+, Fe 3+, S 2-, Cl - Mehratomige neutrale oder komplexe Ionen: H: Oxidationzahl +1; O: Oxidationszahl -2 +1-2 +1-1 -3 +1-4 +1 +2-2 +4-2 +3-2 H 2 O (2 (+1) + (-2) = 0; HCl; NH 3 (3 (+1) + (-3) = 0); CH 4 ; CO, CO 2, Fe 2 O 3 (2 (+3) + 3 (-2) = 0) Bei neutralen Molekülen: Oxidationszahlen = 0 Bei komplexen Ionen: Oxidationszahlen = Ion-Ladungszahl +5-2 NO - 3 (+5 + 3 (-2) = -1) Nitrat +5-2 PO 4 3- (+5 + 4 (-2) = -3) Phosphat +6-2 SO 4 2- (+6 + 4 (-2) = -2) Sulfat Berechnung der Oxidationszahlen aus der Summenformel: x x MnO 4- : (x + 4 (-2) = -1 : x = +7) HSO 3- : (x + 1 (+1) + 3 (-2) = -1: x = +4)

Folie167 Oxidationszahlen biochemisch wichtiger Elemente. Diese entsprechen bei einfachen Ionen deren Ladung. Bei Molekülen und komplexen Ionen beziehen sie sich nicht auf H (+1) oder O (-2), sondern das jeweilige andere Atom. Ausnahmen: H in Hydriden (H - ): +1-1 NaH +1-1 O in Peroxiden: H-O-O-H; H 2 O 2

Die Anwendung von Oxidationszahlen bei Redox-Prozesse Folie168 Die Bilanz muss auf beiden Seiten der Reaktion gleich sein! Beispiele: 0 0 +2-2 2 Mg + O 2 2 MgO 0 0 +1-2 +3-2 +1 4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O 4 Fe(OH) 3 4 0 + 3 0 + 12 (+1) + 6 (-2) = 4 (+3) + 4 3 (-2) + 4 3 (+1) 0 + 0 + 12-12 = 12-24 + 12 = 0 +3-1 +1-1 +2-1 +1-1 0 2 FeCl 3 + 2 KI 2 FeCl 2 + 2 KCl + I 2 2 (+3) + 2 3 (-1) + 2 (+1) + 2 (-1) = 2 (+2) + 2 2 (-1) + 2 (+1) + 2 (-1) + 0 = 0 Teilprozesse: 2 Fe 3+ + 2 e - 2 Fe 2+ (Reduktion) 2 I - I 2 + 2 e - (Oxidation) +3 2 Fe 3+ -1 + 2 I - +2 2 Fe 2+ 0 + I 2 2 (+3) + 2 (-1) = 2 (+2) + 0 = +4

Elektrochemische Zelle (Daniell-Element) Folie169 Zn Zn 2+ + 2 e - (Oxidation) Cu 2+ + 2 e - Cu (Reduktion) Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Zwei getrennte Halbzellen sind außen durch einen Draht verbunden. Es fließen keine Elektronen. Der Elektromotor steht. Zwei Halbzellen haben über eine Salzbrücke Kontakt. Im äußeren Draht setzt ein Elektronenfluß ein. Der Elektromotor läuft.

Elektrochemische Zelle (Daniell-Element) Folie170 Daniell-Element (Zn/Zn 2+ //Cu 2+ /Cu)

Cu Cu 2+ + 2 e - (Oxidation) 2 Ag + + 2 e - 2 Ag (Reduktion) Cu + 2 Ag + Cu 2+ + 2 Ag Folie171 E - elektromotorische Kraft (EMK) G = -n F E Gibbs freie Enthalpie n - Zahl der übertragenen Elektronen F = 96487 C mol -1 (Faraday Konstante) E in Volt; G in KJ mol -1 Beispiel: Cu + 2 Ag + Cu 2+ + 2 Ag n = 2 E = 0.46 V G = -2 96487 0.46 = -88768 Jmol -1 = -88.8 KJ mol -1 G hat negatives Vorzeichen exergone Reaktion

Normalwasserstoffelektrode Folie172 Normalwasserstoffelektrode: Platinelektrode, 25 C (298 K), 1.013 bar H 2, [H 3 O + ] = 1 mol/l : ph = 0 2 H 2 O + H 2 2 H 3 O+ + 2 e - Elektrodenprozeß E 0 = 0.00 Volt (Bezugssystem) Zn Zn 2+ + 2 e - 2 H 3 O + + 2 e - 2 H 2 O + H 2 E 0 = 0 V Zn + 2 H 3 O + Zn 2+ + H 2 + 2 H 2 O 2 H 2 O + H 2 2 H 3 O + + 2 e - E 0 = 0 V Cu 2+ + 2 e - Cu Cu 2+ + 2 H 2 O + H 2 Cu + 2 H 3 O + Normalwasserstoffelektrode in Verbindung mit einer Standard-Zinkelektrode. Normalwasserstoffelektrode in Verbindung mit einer Standard-Kupferelektrode.

Spannungsreihe einiger Redoxpaare Folie173 unedle Metalle Bezugspunkt Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ E = E 0 Cu - E 0 Zn = +0.35 - (-0.76) = +1.11 2 Ag + + Cu 2 Ag + Cu 2+ E = E 0 Ag - E 0 Cu = +0.81 - (+0.35) = +0.46 Unedle Metalle: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Ni, Pb E 0 = -3.05 V abnehmende Reduktionskraft -0.126 V Halbedelmetalle: Cu, Ag E 0 = 0.35 V, 0.81 V Edelmetalle: Pd, Pt, Au E 0 = 0.99 V, 1.2 V, 1.69 V

Nernstsche Gleichung Folie174 RT E = E 0 + ln [Ox] nf [Red] Bei 25 C ( 298 K) 8.31 298 2.303 E = E 0 + 10 log n 96487 0.06 [Ox] E = E 0 + 10 log n [Red] [Ox] [Red] E - Potential E 0 - Potential unter Standardbedingungen (1M, 298 K) R - allgemeine Konstante R = 8.31 J k -1 mol -1 T - Temperatur [K] F - Faradaykonstante F = 96487 C mol -1 N - Zahl der übertragenen Elektronen Beispiel: 0.1 M ZnSO 4 / Zn 0.06 E = -0.76 + 10 log 2 [Zn 2+ ] [Zn] [Zn] (s) = 1 E = -0.76 + 0.03 10 log 0.1 = -079 V

Blei-Akkumulator Folie175 Anode (+): Elektrode 0 +6-2 +2 +6-2 Pb (s) + SO 4 2- PbSO 4 (s) + 2 e - +4-2 +1 +6-2 +2 +6-2 +1-2 Kathode (-): PbO 2 (s) + 2 e - + 4 H + + SO 4 2- PbSO 4 + 2 H 2 O Pb-Elektrrode mit PbO 2 beschichtet Das Potential einer Zelle beträgt E = 2 V eine 12 V-Batterie benötigt 6 Zellen in Serie geschaltet ph-wert-bestimmung E = E 0 0.06 H + 10 2 /H 3 O log + 2 [H 3 O + ] 2 [H 2 O] [H 2 ] E 0 = 0 V (Normalwasserstoff-Elektrode) [H 2 ] = konstant (bei 1.013 bar, Normaldruck) [H 2 O] = konstant 0.06 E = H 2 /H 3 O 10 log [H + 3 O + 0.06 2 ] = 10 log [H 3 O + ]; ph = - 10 log [H 3 O + ] 2 2 H 2 /H 3 O + E = -0.06 ph [V]: z.b. bei ph = 7: E = -0.06 7 = -0.42 V H 2 /H 3 O +

Chinonhydron-Elektrode Folie176 OH O 2 H 2 O + + 2 H 3 O + + 2 e E 0 = 0.70 Volt OH Hydrochinon O Chinon 0.06 [Chinon] [H 3 O + ] 2 E = E 0 + log bei [H 2 O] = const. 2 [Hydrochinon] [Chinon] E = E 0 + 0.03 log + 0.06 log [H 3 O + ] [Hydrochinon] Bei [Chinon] = [Hydrochinon] E = E 0-0.06 ph

Glaselektrode Folie177 Bezugselektrode Löslichkeitsprodukt L = [Ag + ] [Cl - ] = 1.7 10-10 mol 2 /l 2 [KCl] = [K + ] = [Cl - ] = 0.1 mol/l [Ag + 1.7 10 ] = -10 = 1.7 10-9 mol/l = const. 0.1 E (Ag + /Ag) = 0.2814 Volt * ) In der Glaselektrode diffundieren die H 3 O + -Ionen der Pufferlösung in eine Oberschicht der Innenseite und die H 3 O + -Ionen der zu messenden Lösung in eine Schicht auf der Außenseite ph-abhängige Potentialdifferenz auf den beiden Seiten der Glasmembran * ) Frage: Wie wird E (Ag + /Ag) berechnet? Versuchsaufbau zur ph-messung mit einer Glaselektrode und einer Ag/AgCl-Bezugselektrode

Knallgas-Reaktion: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Folie178 Sauerstoff-Halbzelle: 6 H 2 O O 2 + 4 H 3 O + + 4 e - E 0 = 1.24 V 0.06 [O E = +1.24 + 10 2 ][H 3 O + ] 4 H log ; [O 2 ] = 1, [H 2 O] = 1 2- /O 2 4 [H 2 O] 6 0.06 E = +1.24 + 10 log [H 3 O + ] 4 0.06 4 H = 1.24 + 10 log [H 3 O + ] 2- /O 2 4 4 E = 1.24-0.06 ph bei ph = 7: E = 0.82 V H 2- /O 2 H 2- /O 2 bei ph = 7: 4 H 2 O + 2 H 2 4 H 3 O + + 4 e - E = -0.42 H 2 /H 3 O + O 2 + 4 H 3 O + + 4 e - 6 H 2 O E = +0.82 O 2- /O 2 2 H 2 + O 2 2 H 2 O E = E - E = 1.24 V H 2 /H 3 O + O 2- /O 2 G 0 = -2n F E = -2 96.5 1.24 = -239 kj/mol

Schema des Elektronenflusses in der Atmungskette vom NADH zum Sauerstoff. Es gibt bei einzelnen Redox-Reaktionen 2 e - -Schritte und 1 e - -Schritte. Im zweiten Fall werden natürlich 2 mol des Redoxpaares benötigt um 1 mol NADH zu oxidieren. E 0 = Normalpotential des Systems bei ph = 7. Folie179

Nicotinamidadenindinucleotid (NAD + ) Folie180

Folie181

Folie182 O CH 3 CH 3 O (CH 2 CH C CH 2 ) 10 H CH 3 O O CH 3 Ubichinon (UQ) (vollständig oxidiert) H + + e - O CH 3 O CH 3 O OH R CH 3 Semichinon-Radikal (UQH ) H + + e - OH CH 3 O CH 3 O OH R CH 3 Ubichinol (UQH 2 ) (vollständig reduziert)

Folie183 Adenosintriphosphat (ATP) Gesamtreaktion der Atmungskette NADH + H + + ½ O 2 NAD + + H 2 O E 0 = +1.14 V Energiegewinn: G 0 1 = -2 96.5 1.14 = -220 KJ/mol ADP 3- + Pi 2- + H + ATP 4- + H 2 O G 0 2 = +30.5 KJ/mol Bei der Oxidation von 1 mol NADH werden 3 mol ATP 4- gebildet Adenosindiphosphat Energiebilanz: G 0 = -220 + 3 30.5 = -128.5 KJ/mol