1. Semester - AC I - Vorprotokoll: Modul 1 (WS 2010) · L(AgCl) = 1,6 · 1010mol2 · l2 L(AgCl) = p...

AC I - PraktikumVorprotokoll: Modul 1

„Alkali- und Erdalkalimetalle,Halogene und ihre Verbindungen,

Pseudohalogenide“

1) Definitionen: Mol, relative Atommasse, Avogadrosche Zahl NA

Mol: 1 Mol ist diejenige Stoffmenge, die aus genauso vielen Teilchen besteht, wie Atome in 12,000g des Kohlenstoff-nuklids 12C enthalten sind.Teilchen können dabei z.B. Atome, Moleküle, Ionen oder Elektronen sein.

relative Atommasse: Die relative Atommasse ist eine dimensionslose Größe (ohne Einheit) und gibt das Massenverhältnis eines A-toms zu einem gedachten Atom der Masse 1u an.

Die Bezugsgröße u ist der zwölfte Teil der Masse eines Atoms des Kohlenstoff-Isotops 12C.

1u =1

12·mA(

126C) ⇡ 1, 66 · 10�24g

Avogadrosche Zahl NA: Die Avogadro-Konstante NA entspricht der Teilchenzahl, die ein Mol eines jeden Stoffes enthält.

N

A

⇡ 6, 022 · 1023mol

�1

(Zahl der Teilchen in einem Mol)

2) Reaktionsgleichungen für Essigsäure und Wasser, Soda-Lösung und verdünnte Salzsäure, Ammoniak und Wasser

1. Essigsäure und Wasser2. Soda-Lösung und verdünnte Salzsäure3. Ammoniak und Wasser

CH3COOH+H2O ��*)�� H3O+ +CH3COO� (1)

Na2CO3 + 2HCl ��! CO2 +H2O+ 2NaCl (2)

NH3 +H2O ��*)�� NH+4 +OH� (3)

Vorprotokoll: Modul 1 (AC I - Praktikum, 1. Semester)! WS 2010

formelbrause.wordpress.com – TU Dresden, Chemie! 1

3) Definitionen: Autoprotolyse, pH-Wert, pOH-Wert und pH-Wert von neutralem Wasser

Autoprotolyse: Wird ein H2O-Molekül durch ein Proton eines weiteren Wasser-moleküls protoniert, so nennt man diese Reaktion Autoprotolyse („Protolyse mit sich selbst“).

Bsp. Autoprotolyse des Wassers

! 2H2O ��*)�� H3O+ +OH�

Ampholyte: Ampholyte können sowohl Protonen aufnehmen als auch abge-ben, können also sowohl als Brønsted-Säure als auch als Brønsted-Base reagieren.

pH-Wert: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Hydroniumionenkonzentration.

! pH = � lg{c(H3O+)}

pOH-Wert: Der pOH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Hydroxidionenkonzentration.

! pOH = � lg{c(OH�)} = 14� pH

Neutrales Wasser sollte den pH-Wert 7 haben.

4) pH-Wert-Berechnung: HCl, NaOH, Essigsäure (jeweils 0,1mol·l-1)

HCl

sehr starke Säure (pKS = -7)

HCl + H2O ��! H3O+ +Cl�

pH = � lg{c0(HCl)}

pH = � lg

⇢0, 1

mol

l

�

pH = 1

NaOH

sehr starke Base (pKB = -1,74)

pH = 14� pOH = 14 + lg {c0(NaOH)}pH = 14� 1pH = 13



CH3COOH

mittelstarke Säure (pKS = 4,75)

pH =1

2(pKS � lg{c0(HA)})

pH =1

2(4, 75 + 1)

pH =1

2· 5, 75

pH = 2, 875

5) Definition: Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt, Beispiel AgCl

Löslichkeitsprodukt

Das Löslichkeitsprodukt KL eines Elektrolyten ist gleich dem Produkt der Konzentratio-nen 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 Kon-zentration eine Sättigung erreicht. Diese ist erreicht, wenn ein Bodenkörper des Fest-stoffs 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.

Aus dem Massenwirkungsgesetz lässt sich das Löslichkeitsprodukt herleiten:

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 be-achtet). Daraus ergibt sich das Löslichkeitsprodukt:

Löslichkeit

Die Löslichkeit eines Salzes entspricht seiner Konzentration in einer gesättigten Lö-sung.

MmXn ��*)�� mMn+ + nXm�

KC =cm(Mn+) · cn(Xm�)

c(MmXn)

KL(MmXn) = cm(Mn+) · cn(Xm�)

L(MmXn) =m+n

rKL(MmXn)

mm · nn



Fällung

Eine Substanz fällt aus, wenn das Löslichkeitsprodukt überschritten wird.

Bsp. AgCl

AgCl(s) ��*)�� Ag+(aq) +Cl�(aq)

Silber- und Chloridionen stehen in einem dynamischen Löslichkeits-Gleichgewicht mit dem festem Silberchlorid

KC =c(Ag+) · c(Cl�)

c(AgCl)

KL = c(Ag+) · c(Cl�)L(AgCl) =

pKL(AgCl) = c(Ag+) = c(Cl�)

KL(AgCl) = 1, 6 · 10�10mol

2 · l�2

L(AgCl) =

p1, 6 · 10�10

mol

2 · l�2= 1, 2649 · 10�5mol

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

1. Die Oxidationszahl in Elementen ist gleich Null.2. Die Oxidationszahl der Atome in einatomigen Ionen entspricht der angegebenen

Ladung (z.B. +III

Al3+, -II

O2�)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, in-

dem man den anderen Elementen vernünftige Oxidationszahlen zuweist.In Verbindungen ist die Summe der Oxidationszahlen aller Atome 0.



7) Oxidationszahlen einiger Verbindungen

+IK2

+VICr

-IIO4

+IAg2

-IIS

+IIBa

-IO2

+IVSi

-IIO2

-IIIN

+IH3

+IH2

-IIO

8) Lewis-Formeln1

Perchlorsäure+IH

+VIICl

-IIO4

Dichlormonoxid+ICl2

-IIO

Chlortrifluorid+IIICl

-IF3

Chlordioxid+IVCl

-IIO2

Sauerstoffdifluorid+IIO

-IF2

9) Flammenfarben

Metall Farbe Spektrallinien in nm

Li

Na

K

Sr

Ba

Ca

rot (blass) 670,8 (rot)

gelb 589,3 (gelb)

violett 768,2 (rot), 404,4 (violett)

rot (intensiver) mehrere rote Linien, 604,5 (orange), 460,7 (blau)

grün 524,2 (grün), 513,7 (grün)

ziegelrot 622,0 (rot), 553,3 (grün)



1 Marvin was used for drawing, displaying and characterizing chemical structures, substructures and reactions, Marvin 5.5.1.0, 2011, !ChemAxon (http://www.chemaxon.com)

10) Trennungsgang für Ca, Sr, Ba: Chromat-Sulfat-Verfahren

→ siehe Literatur

11) Trennungsgang für Cl-, Br- und I-

→ siehe Literatur

12) Eigenschaften der Halogene

F Cl Br I At (radioaktiv)

Schmelztemp. in ℃

Siedetemp. in ℃

1. Ionisie-rungsenergie

in eV

Farbe

Dissoziati-onsenergie

des X2-Mole-küls in

kJ·mol-1

Oxidations-kraft (Stan-dardelektro-denpotential X-/X2) in V

Oxidations-kraft (Stan-dardelektro-denpotential X-/X2) in V

-219,62 -100,98 -7,2 113,5 302

-188,14 -34,6 58,78 184,4 337

17,4228 12,9676 11,8138 10,4513 9,5351

schwach gelb gelblich grün braunrot

braun-schwarz

(fest), vio-lett (gasf.)

–

157,8 238,2 189,2 148,2 –

+2,87 +1,358 +1,065 +0,536 –

��!abnehmende Oxidationskraft��!abnehmende Oxidationskraft��!abnehmende Oxidationskraft

Erklärung für Farbabstufungen:

Die Elektronen des d-Orbitals sind in der VII. Hauptgruppe mit steigender Periode zu-nehmend delokalisiert. Die Elektronen können leichter angeregt werden. Dies führt zu einer Farbintensivierung.



13) Peroxide und Disproportionierung

Peroxide enthalten das Peroxidanion O22- bzw. eine Peroxidgruppe —O—O— .

! O2�2 : [O�O]2�

!�O�O� : R1 O

O R2

—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. H2O2) sind redoxamphoter)

Beispiel:

Wasserstoffperoxid +IH2

-IO2

Natriumperoxid +INa2

-IO2

Bariumperoxid +IIBa

-IO2

Disproportionierung:

2H2

-IO2 ��! 2H2

-IIO +

±0O2

14) Brinsches Bariumperoxid-Verfahren

Das Brinsche Bariumperoxid-Verfahren ist eine Methode zur Sauerstoff-Gewinnung aus der Luft.

! ! !2BaO +O2

500°C��*)��700°C

2BaO2

Bei 500℃ bindet Bariumperoxid den Luftsauerstoff. Bei 700℃ erfolgt die Rückreaktion. Bei der thermischen Zersetzung des Bariumperoxids entsteht wiederum Sauerstoff.



15) Definition: Hyperoxid und Dioxygenylkation

Hyperoxid

Hyperoxide sind chemische Verbindungen, die das vom Sauerstoff abgeleitete O2--Ion (Dioxid(1-)-Anion) enthalten.

! !-1/2

O�2

Oxidationszahl:! -½

! 2O�2 + 2H2O ��! H2O2 + 2OH� +O2

Kalium, Rubidium und Caesium bilden direkt die Hyperoxide KO2, RbO2 und CsO2 beim Verbrennen der Metalle an der Luft.

DioxygenylkationhO

•�O

i+

bzw. O+

2

Dioxygenyl-Radikalkation

Bsp.

O2 ��! O+2 + e�

±0O2 +

+VIPt

-IF6 ��!

+I

[O2]+V

[Pt-I

F6]

Gefahrstoffe des Moduls 1

1. Tag

• Halogene: Chlor H2SO4 (konz.) R35 � Handschuhe• Halogene: Chlor

Cl2(g) R23-36/37/38 � Abzug

• Fluorid H2SO4 (konz.) R35 � Handschuhe• Fluorid

HF R26/27/28-35 u. S28-37� Handschuhe + Abzug

• Sauerstoffsäuren der Ha-logene

KBrO3 R45 u. S53 � Abzug + Hand-schuhe



2. Tag

• Bariumbromat Ba(BrO3)·H2O

KBrO3 R45 u. S53 � Abzug + Hand-schuhe

• Pseudohalogenid HgCl2 R24 u. S37 � Handschuhe

3. Tag

• Nachweisreaktionen NaOH R35 u. S37 � Handschuhe

• Analytik der Ionen F-, Cl-, Br-, I-, ClO3-, BrO3-, IO3-, SCN-

NH3-Lsg. (konz.) S37 � Handschuhe• Analytik der Ionen F-, Cl-, Br-, I-, ClO3-, BrO3-, IO3-, SCN- HNO3-Lsg. (verd.) R35 u. S37 � Handschuhe


H2SO4-Lsg. (verd.) R35 u. S37 � Handschuhe


Chlorwasser / Cl2 R23-36/37/38 � Abzug


Pb(Ac)2 R-33-40, C3 � Handschuhe

• Wassertropfenprobe H2SO4 R35 u. S37 � Handschuhe

• Ätzprobe H2SO4 R35 u. S37 � Handschuhe• Ätzprobe

HF R26/27/28-35 u. S28-37� Handschuhe + Abzug

• weitere Gefahrstoffe Co(NO3)2·6H2O S37 � Handschuhe• weitere Gefahrstoffe

Br2 R26-35 u. S9 � Handschuhe + Abzug

• weitere Gefahrstoffe

I2 R21 � 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



2. Tag: Bariumbromat Ba(BrO3)2·H2O

2KBrO3 + BaCl2 · 2H2O ��! Ba(BrO3)2 ·H2O + 2KCl + H2O

Ba(BrO3

)2

·H2

O : MProd. = 411g ·mol�1

KBrO3

: MEd1

= 167g ·mol�1

BaCl2

· 2H2

O : MEd2

= 244g ·mol�1

m

Prod. = 3g

n

Prod. =m

Prod.

M

Prod.=

3g

411g ·mol

�1

=

1

137

mol

n

Prod.

n

Ed2

=

1

1

n

Prod. = n

Ed2

n

Ed2

=

1

137

mol

mEd2 = 244g ·mol

�1 · 1

137

mol

mEd2 =

244

137

g = 1, 7810g

n

Prod.

n

Ed1

=

1

2

n

Ed1

= 2 · nProd.

n

Ed1

=

2

137

mol

mEd1 = 167g ·mol

�1 · 2

137

mol

mEd1 =

334

137

g = 2, 4380g

Zur Herstellung von 3g Ba(BrO3)2·H2O müssen 1,7810g BaCl2·2H2O und 2,4380g KBrO3 verwendet werden.

2. Tag: Komplex (Pseudohalogenid): Cobalt(II)tetrarhodanatomercurat Co[Hg(SCN)4]

HgCl2 +Co(NO3)2 · 6H2O+ 4KSCN ��! Co[Hg(SCN)4] + 2KCl + 6H2O+ 2KNO3

Co[Hg(SCN)4

] : MProd

= 491, 5g ·mol�1

HgCl2

: MEd1

= 271, 5g ·mol�1

Co(NO3

)2

· 6H2

O : MEd2

= 291g ·mol�1

KSCN : MEd3

= 97g ·mol�1

n =m

Mn

Prod. = 4, 0692 · 10�3

mol

nEd1

= nProd. m

Ed1

= 1, 1048g

nEd2

= nProd. m

Ed2

= 1, 1841g



nEd3

nProd.

=4

1

nEd3

= 4nProd.

mEd3 = 4 · 4, 0692 · 10�3mol · 97g ·mol

�1

mEd3 = 1, 5788g

Für die Herstellung von 2g Co[Hg(SCN)4] werden 1,1048g HgCl2, 1,1841g Co(NO3)2·6H2O und 1,5788g KSCN benötigt.



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