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Folie 1 Analytische Chemie
Analytische Chemie
Inhalt
1. Größen und Einheiten
2. Allgemeine Grundlagen
3. Stoffe und Stofftrennung
4. Theoretische Grundlagen
5. Gravimetrie
6. Volumetrie (Maßanalyse)
7. Gang einer qualitativen Analyse
8. Vorproben
9. Anionennachweise
10. Trennungsgang der Kationen
11. Aufschlüsse
Folie 2 Analytische Chemie
Literatur
Allgemeine Chemie
• E. Riedel, Allgemeine und anorganische Chemie
deGruyter, 9. Auflage 2008
• C.E. Mortimer, U. Müller, Chemie
Thieme, 8. Auflage 2003
• P. Paetzold, Chemie – Eine Einführung, deGruyter, 1. Auflage, 2009
Analytische Chemie
• G. Jander, E. Blasius, Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum, S.
Hirzel Verlag, 16. Auflage, 2006
• G. Jander, K.F. Jahr, Maßanalyse, deGruyter, 17. Auflage, 2009
• F.J. Hahn, H. Haubold, Analytisches Praktikum: Qualitative Analyse, VCH, 2.
Auflage, 1993
• D.C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W.H. Freeman and Company, 2
nd
Edition, 1987
• M. Otto, Analytische Chemie, Wiley-VCH, 3. Auflage, 2006
• U.R. Kunze, G. Schwedt, Grundlagen der quantitativen Analyse, Wiley-VCH, 6.
Auflage, 2009
Folie 4 Analytische Chemie
1. Größen und Einheiten
Zehnerpot. Präfix Abkürzung
- 24
Yocto y
- 21
Zepto z
- 18
Atto a
- 15
Femto f
- 12
Piko p
- 9
Nano n
- 6
Mikro μ
- 3
Milli m
- 2
Zenti c
- 1
Dezi d
1
Deka da
2
Hekto h
3
Kilo k
6
Mega M
9
Giga G
12
Tera T
15
Peta P
18
Exa E
21
Zetta Z
24
Yotta Y
Messgröße Formelzeichen Einheit Symbol
Kraft F kg m s
- 2
N
Energie E N m (kg m
2
s
- 2
) J
Leistung P J s
- 1
(kg m
2
s
- 3
) W
Druck p N m
- 2
Pa
Frequenz s
- 1
Hz
Elektrische Ladung Q A s C
Elektrisches Potential U kg m
2
A
- 1
s
- 3
V
Elektrischer Widerstand R kg m
2
A
- 2
s
- 3
Molare Masse M g mol
- 1
Da
Konzentration c mol l
- 1
Naturkonstante Symbol Zahlenwert
Avogadro-Konstante N
A
.
23
Teilchen
.
mol
- 1
Bohr’scher Radius a
0
.
- 11
m
Bohr’sches Magneton μ
B
.
- 24
JT
- 1
Boltzmann-Konstante k 1 , 380662
.
- 23
J
.
K
- 1
Elementarladung e 1 , 6021892
.
- 19
C
Normfallbeschleunigung g 9 , 80665 m
.
s
- 2
Faraday-Konstante F 96485 C
.
mol
- 1
Gravitationskonstante G 6 , 6729
.
11
m
3
kg
- 1
s
- 2
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c 299792458
.
8
m
.
s
- 1
molares Volumen V
m
22 , 414 l
.
mol
- 1
Permittivität des Vakuums
0
.
- 12
AsV
- 1
m
- 1
Permeabilität des Vakuums μ
0
- 7
VsA
- 1
m
- 1
Planck’sches Wirkungsquantum h 6 , 626176
.
- 34
J
.
s
universelle Gaskonstante R 8 , 31441 J
.
mol
- 1.
K
- 1
Abgeleitete SI Einheiten, SI Vorsätze und einige bedeutende Naturkonstanten
Folie 5 Analytische Chemie
1. Größen und Einheiten
Gehaltsangaben für Mischphasen nach DIN 1310
G =
gelöster Stoff
L =
Lösung
LM =
Lösemittel
c = Molarität
b = Molalität
Folie 7 Analytische Chemie
2. Allgemeine Grundlagen
Einsatzgebiete der analytischen Chemie
Pharmakologische, toxikologische, forensische Analytik
• Drogennachweis Ethanol, Cannabis, Kokain, Methadon, ....
• Dopingkontrolle Anabolika
• Klinische Untersuchungen Früherkennung von Krankheiten
• Gerichtsmedizin Giftstoffe, Blutgruppen, DNA-Profiling
(Single Nucleotide Polymorphisms SNPs)
Forschung und Entwicklung
• Bioanalytik Humangenomprojekt
• Präparative Chemie Struktur- und Eigenschaftsanalytik
• Materialentwicklung Materialcharakterisierung (Masterstudium)
• Astronomie Hochauflösende Spektralanalytik
• Raumfahrt Planetare Sonden
Folie 8 Analytische Chemie
2. Allgemeine Grundlagen
Einteilung der analytischen Chemie
Qualitative Analyse
Welche chemischen Elemente oder Verbindungen sind in einer Probe vorhanden?
• Trennungsgang
• Infrarotspektroskopie (IR)
• Kernresonanzspektroskopie (NMR)
• Massenspektroskopie (MS)
• Röntgenstrukturanalyse (XRD)
Quantitative Analyse
Wieviel eines chemischen Elements oder einer Verbindung ist in der Probe vorhanden?
• Gravimetrie
• Volumetrie
• Photometrie
• Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)
• Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF)
• Elektronen Spektroskopie für die chemische Analyse (ESCA)
Folie 10 Analytische Chemie
3. Stoffe und Stofftrennung
Als Stoffe bezeichnet man Körper, deren chemische und physikalische Eigen-
schaften von Größe und Gestalt unabhängig sind
Beispiel: Edelstahl Schere, Bohrer, Messer, Schreibfeder....
Stoffe
Heterogene Systeme Homogene Systeme
(mikroskopisch unterscheidbar) (mikroskopisch einheitlich )
Fest-fest Gemenge (Granit) Legierungen (Messing)
Fest-flüssig Suspension (Kalkmilch) Lösungen (Salzlösung)
Fest-gasförmig Aerosol (Rauch) -
Flüssig-flüssig Emulsion (Milch) Lösungen (Alkohol in Wasser)
Flüssig-gasf. Aerosol (Nebel, Schaum) Lösungen (Sauerstoff in Wasser)
Reine Stoffe
Folie 11 Analytische Chemie
3. Stoffe und Stofftrennung
Stoffe lassen sich durch eine Vielzahl physikalischer Eigenschaften charakterisieren
Stoffeigenschaft Formelzeichen Einheit
• Absorptionsstärke (Farbe) lmol
cm
• Brechungsindex n -
• Dichte gcm
• Dipolmoment μ Cm
• Elektrische Leitfähigkeit σ
m
• Härte - -
• Isoelektrischer Punkt IEP pH
• Löslichkeit L mol
l
• Magnetisches Moment μ μ
B
• Molare Wärmekapazität c
vm
JK
mol
• Schmelzpunkt T
m
°K
• Siedepunkt T
b
°K
• Wärmeleitfähigkeit Jm
s
K
• Zersetzungspunkt T
d
°K
Folie 13 Analytische Chemie
3. Stoffe und Stofftrennung
Zerlegung homogener Systeme
1. Physikalische Methoden
Verdampfen und Kondensation: Meerwasser Regenwasser
Abkühlen: Salzlösungen Salzkristalle
Kondensation und Verdampfen: Luft N
, O
, Edelgase
Adsorption und Desorption
Gaschromatografie Lösung verdampfbarer Substanzen
Flüssigkeitschromatografie Lösung fester Substanzen
Papierchromatografie Lösung fester Substanzen (ß-Carotine)
Zentrifugation (von Gasen)
UF
UF
UF
2. Chemische Methoden
Fällungsreaktionen Mg
, Hg
(aq) + S
HgS + Mg
(aq)
Gasreinigung Trocknung von Ar mittels Durchleiten
durch P
O
+ 6 H
O 4 H
PO
Folie 14 Analytische Chemie
3. Stoffe und Stofftrennung
Einteilung der Stoffe
Heterogene Stoffe Stoffaufbau aus verschiedenen Phasen
Homogene Stoffe Stoffausbau aus einer einzigen Phase
1. Lösungen Phasenaufbau aus verschiedenen Molekülarten
2. Reine Stoffe Phasenaufbau aus einer einzigen Molekülart
a. Verbindungen Molekülaufbau aus verschiedenen Atomarten
b. Elemente Molekülaufbau aus einer einzigen Atomart
Alle Verbindungen lassen sich durch Dissoziationsprozesse bei genügend hohen
Temperaturen in die einzelnen Elemente zerlegen:
2 HgO(s) 2 Hg(s) + O
(g)
MgO(s) Mg(g) + O(g) (Keine Bildung von O
, da Sauerstoff bei
6000 K fast zu 100% dissoziert vorliegt
400 °C
6000 °C
Folie 16 Analytische Chemie
4. Theoretische Grundlagen
Löslichkeitsgleichgewichte werden durch das Löslichkeitsprodukt beschrieben
A
m
B
n
(s) ⇌ m A
n+
(aq) + n B
m-
(aq)
Da die Konzentration von A
m
B
n
bei konstanter Temperatur konstant ist, kann man
die Gleichung auch mit c(A
m
B
n
) multiplizieren Löslichkeitsprodukt
d.h. K
L
= K
c(A
n
B
m
) Einheit: [mol
(m+n)
l
]
Beispiel: AgCl ⇌ Ag
(aq) + Cl
(aq)
K
L
= c(Ag
c(Cl
mol
/l
pK
L
= 9,7 mit p = - log
„Operator“
Konzentration an Ag
- Ionen: c(Ag
) = K
L
mol/l, da c(Ag
) = c(Cl
m n
m n n m
c A B
c A c B
K
m n n m
KL c A c B
Folie 17 Analytische Chemie
4. Theoretische Grundlagen
Löslichkeitsprodukte schwerlöslicher Stoffe in H
O bei 25 °C (auf Aktivitäten bezogen)
Salz pK
L
- Wert Salz pK
L
- Wert Salz pK
L
- Wert
LiF 2,8 SnS 27,5 MgCO
MgF
8,2 PbS 52,7 CaCO
CaF
10,4 MnS 36,1 SrCO
BaF
5,8 NiS 19,4 BaCO
PbF
7,4 FeS 18,1 PbCO
PbCl
4,8 CuS 36,1 ZnCO
PbI
8,1 Ag
S 59,1 CdCO
CuCl 7,4 ZnS 24,7 Ag
CO
CuBr 8,3 CdS 27,0 SrCrO
CuI 12,0 HgS 52,7 BaCrO
AgCl 9,7 Bi
S
71,6 PbCrO
AgBr 12,3 CaSO
4,6 Ag
CrO
AgI 16,1 SrSO
6,5 Al(OH)
Hg
Cl
17,9 BaSO
10,0 Sc(OH)
Hg
I
28,3 PbSO
7,8 Fe(OH)
Folie 19 Analytische Chemie
4. Theoretische Grundlagen
Aktivität und Aktivitätskoeffizient
Experimentelle Untersuchungen zur Löslichkeit von Salzen zeigen, dass die Löslich-
keit von der Konzentration des Salzes und von der von Fremdsalzen abhängen
Aktivität: a =
c (wirksame oder effektive Konzentration)
Größe des Aktivitätskoeffizienten
• Stark verdünnte Lösungen ≈ 1,0 d.h. a = c
• Konzentrierte Lösungen = 0,0 …1,0 d.h. a < c
Wovon hängt die Größe des Aktivitätskoeffizienten nun ab?
• Ionenstärke I = 0,5c
i
z
i
(z
i
= Ionenladung des Ions i)
• Effektiver Ionenradius r
eff
: Ion + Hydrathülle
(Die Hydrathülle schwächt die attraktive Wechselwirkung)
r
eff
Folie 20 Analytische Chemie
4. Theoretische Grundlagen
Aktivitätskoeffizienten in H
O bei 25 °C
Aktivitätskoeffizient für Ionenstärke I [mol/l]
Ion r
eff
[pm] I = 0,001 I = 0,01 I = 0,
H
Li
Na
, HCO
, HSO
, H
PO
K
, Cl
, Br
, I
CN
, NO
, NO
Mg
, Be
Ca
, Cu
Zn
, Mn
, Fe
, Ni
Sr
, Ba
, Cd
, Hg
, S
, WO
Hg
, SO
, S
O
, CrO
, HPO
Al
, Fe
, Cr
, Sc
, Y
, La
PO
, [Fe(CN)
]
, [Cr(NH
]
Berechnung der Aktivitätskoeffizienten nach Debye und Hückel
I/305)
eff
1 (r
- 0.51 z I
log γ
