0

Allgemeine und Anorganische sowie Organische Chemie im Nebenfach

Modul AC-N II

Inhalt Seite 1. Vorlesungen und Seminar 1 1.1. Inhalt der Vorlesung Allgemeine und Anorganische Chemie 1 1.2. Inhalt der Vorlesung Organische Chemie 4 1.3. Seminare 6 1.4. Empfohlene Literatur (Vorlesung und Seminar) 6 2. Praktikum zur Allgemeinen, Anorganischen und 3. Organischen Chemie im Nebenfach 8 2.1. Allgemeine Bemerkungen 8 2.2. Literatur (Praktikum) 8 2.3. Inhalt des Praktikums 9 2.4. Ablauf des Praktikums 10 2.5. Versuche und Analysen – Anorganische Chemie 11 2.6. Versuche und Analysen – Organische Chemie 13 2.7. Platzausrüstung 17 2.8. Protokollführung 18 3. Bewertung des Lehrabschnittes 20 3.1. Klausuren 20 3.2. Praktikumsleistungen 20 3.3. Modulleistung 20 Aktuelle Termine werden in der Vorlesung angekündigt

1

1. Vorlesungen und Seminare 1.1. Inhalt der Vorlesung Anorganische und Allgemeine Chemie 1. Einführung Chemie – eine experimentelle Wissenschaft. Aufgaben der Chemie, Stofftrennung, Synthese und Analyse. 2. Masse- und Volumenbilanz chemischer Reaktionen - Stöchiometrie Grundbegriffe (stöchiometrische Wertigkeit, Gesetze von den stöchiometrischen Proportionen, Molbegriff). Stöchiometrisches Rechnen (Verbindungen und einfache Reaktionen). Konzentrationsmaße (Definitionen, Herstellen von Lösungen, Verdünnen, Mischen). 3. Atombau Atombausteine, Isotope, klassische Atommodelle. Wasserstoff-Atomspektrum. Wellenmechanisches Atommodell (Welle-Teilchen-Dualismus, Unschärfebeziehung, SCHRÖDINGER-Gleichung). Atomorbitale, Quantenzahlen. 4. Periodensystem der Elemente Elektronenkonfiguration (Orbitalenergien, HUND'sche Regel(n), PAULI-Prinzip). Periodizität physikalischer und chemischer Eigenschaften (Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Atom- und Ionenradius, Elektronegativität). Aufbau des PSE. 5. Chemischen Bindung Kovalente Bindung. Elektronenpaarbindung, Oktettregel, LEWIS-Formeln. MO-Theorie. Molekülorbitale, Energieniveauschema, Bindungstypen, zweiatomige Moleküle. VB-Theorie. Hybridisierung, Mesomerie, Grenzstrukturen. Mehratomige Moleküle. VSEPR-Modell Ionenbeziehung. Salze, Ionengitter, Ionenradien, Gitterenergie, BORN-HABER-Kreisprozess, Lösevorgang. Metallbindung. Eigenschaften von Metallen, Elektronengas-Modell. Zwischenmolekulare Wechselwirkungen. 6. Wasserstoff Vorkommen, Eigenschaften, Darstellung, Isotope, Verwendung. Verbindungen (Elementwasserstoffe der zweiten Periode – Übersicht und Eigenschaften). 7. Sauerstoff Vorkommen, Eigenschaften, Darstellung, Verwendung. Ozon, Darstellung und Eigenschaften, Mesomerie und formale Ladung, Bildung in der oberen und unteren Atmosphäre, Ozon-Problematik, MAK-Wert.

2

8. Wasser Eigenschaften, Struktur, Wasserstoffbrückenbindungen, Dichteanomalie, osmotischer Druck, Dampfdruckerniedrigung, Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktserniedrigung von Lösungen. 9. Energiebilanz chemischer Reaktionen Thermodynamik, Zustandsgrößen, Reaktionswärme, Triebkraft chemischer Reaktionen. 10. Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht Reaktionsgeschwindigkeit. Abhängigkeit von Temperatur und Konzentration, Katalyse. Massenwirkungsgesetz. Prinzip von LE CHATELIER/BRAUN. Elektrolytlösungen. Dissoziation und Dissoziationsgrad. Löslichkeitsprodukt. Gleich- und fremdionige Zusätze, Fällungsgleichgewichte, Gravimetrie. 11. Säuren und Basen Modell nach BRØNSTED und LOWRY. Säure-Base-Reaktionen in wässriger Lösung, Ionenprodukt des Wassers, pH-Wert, Stärke von Säuren und Basen (KS, pKS, KB, pKB), Stärke und Struktur von Säuren und Basen, Säure-Base-Titrationen, Indikatoren, Puffersysteme. Modell nach LEWIS. 12. Wasserstoffperoxid Bildung und Darstellung, Eigenschaften, Disproportionierung, Redoxamphoterie, Struktur, Metallperoxide. 13. Redoxreaktionen und Elektrochemie Oxidationszahl, Aufstellen von Redoxgleichungen, spezielle Redoxreaktionen (Disproportionierung, Komproportionierung), Normalpotential, Normalwasserstoffelektrode, elektrochemische Spannungsreihe, Passivierung, NERNST´sche Gleichung, Anwendung (Akkumulatoren). 14. Nomenklatur Ionische und kovalente Verbindungen, Oxosäuren und ihre Salze. 15. Alkalimetalle Gruppeneigenschaften. Natrium und Kalium. Vorkommen, Darstellung, Chloralkalielektrolyse, Eigenschaften, Verbindungen und Anwendungen (Na2CO3/SOLVAY-Prozess, NaOH, Pottasche, Salpeter). 16. Erdalkalimetalle Gruppeneigenschaften.

3

Magnesium und Calcium. Vorkommen, Eigenschaften, Verbindungen und Anwendungen (Gips, Kalkmörtel, Chlorkalk, Wasserhärte), Schrägbeziehung. 17. Erdmetalle Gruppeneigenschaften. Bor. Vorkommen, Darstellung. Eigenschaften, Verbindungen (Diboran, Borhalogenide, Borate, Perborate, Borsäure). Aluminium. Vorkommen, Darstellung, GOLDSCHMIDT-Verfahren, Eigenschaften, Passivierung, Verbindungen (Al2O3, Al(OH)3, AlCl3, [Al(H2O)6]3+-Ion, Alaune). 18. Kohlenstoffgruppe Gruppeneigenschaften. Kohlenstoff. Vorkommen, Eigenschaften, Modifikationen, Verbindungen (Methan, Ethylen, Acetylen, Halogenkohlenwasserstoffe, CO und isoelektronische Verbindungen, CO2, Kohlensäure und ihre Salze). Silicium. Vorkommen, Darstellung, Eigenschaften. Verbindungen (SiCl4, SiO2, Kieselsäure, Silicate), Anwendungen: Glas, Porzellan, Zeolithe. 19. Stickstoffgruppe Gruppeneigenschaften. Stickstoff. Vorkommen, Darstellung, LINDE-Verfahren, Eigenschaften, Verbindungen (Nitride, NH3, N2H4, HN3, Oxide, Sauerstoffsäuren). Phosphor. Vorkommen, Darstellung, Eigenschaften, Modifikationen, Verbindungen (Phosphide, PH3, PCl3, PCl5, P4O6, P4O10, Sauerstoffsäuren und deren Salze). 20. Chalkogene - Erzbildner Gruppeneigenschaften. Schwefel. Vorkommen, Eigenschaften, Modifikationen, Verbindungen (Sulfide, H2S, Halogenide, Oxide und Oxyhalogenide, Sauerstoffsäuren und deren Salze). 21. Halogene - Salzbildner Gruppeneigenschaften. Chlor. Vorkommen, Darstellung, Eigenschaften, Verbindungen (Halogenwasserstoffe, Interhalogene, Pseudohalogene, Oxide, Sauerstoffsäuren und deren Salze). 22. Edelgase Gruppeneigenschaften. Xenon. Reaktivität, Verbindungen (Halogenide und Oxoverbindungen). 23. Einführung in die Chemie der Übergangselemente Allgemeine Eigenschaften der 3d-Elemente: d-Orbitale, Elektronenkonfiguration, Oxidationsstufen.

4

24. Komplexverbindungen Aufbau und Eigenschaften von Komplexen, Nomeklatur, räumlicher Bau – Stereoisomerie, Stabilität und Reaktivität, chemische Bindung – Ligandenfeldtheorie, HSAB-Konzept. 1.2. Inhalt der Vorlesung Organische Chemie 1. Alkane Tetraedermodell, Bindungswinkel, Struktur und Eigenschaften, Strukturisomerie, Reaktionen, Cycloalkane, Konformationsisomerie. 2. Alkene Struktur, Eigenschaften, Reaktionen, cis-trans- und E/Z-Isomerie, MARKOVNIKOV-Regel, Polymerisation. 3. Alkine Struktur, Eigenschaften. 4. Aromatische Kohlenwasserstoffe Aromatischer Zustand, HÜCKEL-Regel, Bindungswinkel, planarer Bau, Mesomerie, elektrophile Substitution, induktiver und mesomerer Effekt, substituierte Aromaten, Zweitsubstitution, kondensierte aromatische Systeme. 5. Heterocyclen Fünfring- und Sechsringheterocyclen, π-Elektronenüberschuss- und π-Elektronenmangel-Verbindungen, Eigenschaften, Reaktionen. 6. Alkohole Einteilung nach ihrer Oxydationsfähigkeit bzw. nach der Anzahl der OH-Gruppen im Molekül, Eigenschaften, Reaktionen, optische Aktivität. 7. Phenole Eigenschaften, Reaktionen, Unterschied Alkohole/Phenole. 8. Ether Struktur, Bildung. 9. Aminoverbindungen Unterscheidung zwischen primären, sekundären und tertiären aliphatischen Aminen sowie aromatischen Aminen, I- und M-Effekte, Basizität der Amine, Verhalten gegenüber salpetriger Säure.

5

10. Aldehyde und Ketone Struktur und Reaktionsfähigkeit der funktionellen Gruppe, Polarität der Carbonylgruppe und Reaktionen, Carbonylaktivität, Nachweisreaktionen von Aldehyden und Ketonen. 11. Carbonsäuren Carboxylgruppe und Säureeigenschaften, Einfluss des Restes R auf den Säurecharakter, biologisch bedeutsame langkettige gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. 12. Dicarbonsäuren Acidität, thermisches Verhalten, Citronensäure.

13. Substituierte Carbonsäuren Halogencarbonsäuren, natürliche Hydroxy- und Ketosäuren und ihre Bedeutung in biologischen Prozessen.

14. Aminosäuren, Peptide, Proteine α-Aminosäuren, Strukturen, Ampholyteigenschaften, isoelektrischer Punkt, Nachweisreaktionen, Peptidbindung.

15. Carbonsäurederivate Säurechloride, Säureanhydride, Säureester, Fette, Wachse, Öle.

16. Kohlenhydrate Monosaccharide – funktionelle Gruppen, Asymmetriezentren, Ringstruktur, α- und β-Zucker, cyclische Halbacetale und –ketale, Mutarotation, Desoxyzucker, Disaccharide – Saccharose, Maltose, Lactose, Nachweisreaktionen, Hydrolysereaktionen, Polysaccharide – Cellulose und Stärke, Eigenschaften, Reaktionen.

17. Nucleoside, Nucleotide, Nucleinsäuren

18. PSM Ausgewählte Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmittel.

6

1.3. Seminare Seminare finden 1x wöchentlich statt. Eine Einteilung der Studierenden zu den Seminargruppen erfolgt in der Vorlesung. Wesentliches Ziel der Seminare ist es, den gebotenen Vorlesungsstoff zu vertiefen. Dazu ist eine auf das Seminar vorbereitende Nacharbeitung der Vorlesung unter Einbeziehung eines Lehrbuches unerlässlich. Ideal wäre es, Probleme aus Vorlesung und/oder Literaturstudium im Seminar zu diskutieren. Die Seminare zur Allgemeinen und Anorganischen sowie zur Organischen Chemie finden im Wechsel statt. Woche im Semester

Vorlesung Kapitel

Bevorzugte Inhalte im Seminar

1 --- entfällt 2 AC1, AC2 Übungen zur Stöchiometrie 3 AC3 Atombau 4 AC4 Periodensystem 5 AC5 Chemische Bindung 6 OC1 - OC3 Alkane, Alkene, Alkine 7 OC4, OC5 Aromatische Kohlenwasserstoffe 8 AC10 Chemische Gleichgewichte 9 AC11 Säuren und Basen, pH-Wert 10 OC6 - OC8 Alkohole, Phenole, Ether 11 OC9, OC10 Aminoverbindungen, Aldehyde, Ketone 12 OC11 - OC13

OC15 Carbonsäuren und Derivate

13 AC13 Redoxreaktionen 14 OC14 – OC16 Aminosäuren, Peptide, Kohlenhydrate 15 AC23, AC24 Übergangselemente, Komplexbildung 1.4. Empfohlene Literatur (Vorlesung und Seminar) C. E. Mortimer, U. Müller: „Chemie - Das Basiswissen der Chemie“, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 8. Auflage, 2003, ISBN 3-13-4843307-2. H. Pscheidl: „Grundkurs Allgemeine Chemie“, 5. Auflage, - Leipzig, Barth, 1992, 402 S., ISBN 3-335-00322-5, 3-540-42938-7. H. P. Latscha, H. A. Klein: „Anorganische Chemie – Chemie Basiswissen“, 8. Auflage, Heidelberg, Springer, 2002, 453 S., ISBN 3-540-60485-5, 3-540-42938-7. H. R. Christen, G. Meyer: „Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie“ 1. Auflage, Frankfurt/M., Salle, 1997, 744 S., ISBN 3-7935-5493-7, 3-7941-3984-4.

7

E. Riedel: „Allgemeine und Anorganische Chemie - Ein Lehrbuch für Studenten mit Nebenfach Chemie“, 7. Auflage, Berlin, W. de Gruyter, 1999, 398 S., ISBN 3-11-016415. J. Oehmichen: „Chemie für Landwirte“, 3. Auflage, Alfeld, Schaper, 1992, 574 S., ISBN 3-7944-0168-9. H.-G. Henning, W. Jugelt, G. Sauer: „Praktische Chemie: ein Studienbuch für Biowissenschaftler“, 6. Auflage, Volk und Gesundheit, 1990, Berlin, 612 S., ISBN 3-333-00126-8. B. K. Keppler, A. Ding: „Chemie für Biologen“, Spektrum Akademischer Verlag, 1997, Heidelberg, 504 S.; ISBN 3-8274-0244-1. H. P. Latscha, H. A. Klein: „Organische Chemie – Chemie Basiswissen“, 8. Auflage, Springer, 2002, Heidelberg, 453 S., ISBN 3-540-42941-7. G. Reibnegger: „Grundlagen der Chemie – interaktiv“, de Gruyter, 1999, Berlin, 1 CD, ISBN 3-11-016480-9. Vernetztes Studium Chemie, http://www.vs-c.de/

8

2. Praktikum zur Allgemeinen und Anorganischen sowie Organischen Chemie im Nebenfach

2.1. Allgemeine Bemerkungen Im "Praktikum zur Allgemeinen und Anorganischen sowie Organischen Chemie im Nebenfach" werden grundlegende labortechnische Arbeitsoperationen geübt, Versuche zum qualitativen Nachweis einfacher anorganischer Ionen und deren quantitativer Bestimmung sowie einige typische organische Nachweisreaktionen durchgeführt. In Vorbereitung der Experimente haben sich die Studierenden vor dem Praktikum zum Versuchsgegenstand zu informieren. Notizen sind dazu in einem "Laborjournal" zusammenzufassen. Alle experimentellen Einzeldaten, insbesondere Analysenergebnisse, sind zu dokumentieren (Anfertigung von Protokollen siehe 2.8.). Zu jedem Praktikumabschnitt werden Einführungsgespräche (Ü) durchgeführt. Inhaltlich orientiert sind diese Übungen auf die Durchführung der anstehenden Praktikumsaufgaben, insbesondere auf Trennung und speziellen Nachweis zu bestimmender Ionen. Dazu ist eine Vorbereitung der Studierenden dringend erforderlich. Die für den Praktikumstag angeführten Versuche (V) sollen vor den Analysen durchgeführt werden, da sie eine Vorbereitung auf die Analyse darstellen. Erforderlich werdende Nachanalysen sollten möglichst am gleichen Praktikumstag erledigt werden. Die Terminplanung des Praktikums stellt lediglich eine Orientierung dar, nach Absprache mit dem Assistenten ist jede effektive Veränderung zulässig. 2.2. Literatur (Praktikum) J. Strähle, E. Schweda: („Jander-Blasius") „Einführung in das anorganisch-chemi-sche Praktikum", 14. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, Leipzig, 1995 (oder ältere Auflagen).

9

2.3. Inhalt des Praktikums zur Allgemeinen und Anorganischen sowie Organischen Chemie im Nebenfach A. Organisatorisches, Einführung in die Laborpraxis (Ü/V)

Arbeitsschutz Umgang mit Chemikalien

Laborordnung, Fluchtplan Platzübergabe; Platzabgabe (V0) B. Nachweis einfacher Anionen B.1. Theoretische Grundlagen des Anionennachweises (Ü)

Nachweis der Anionen Cl-, CO32-, NO3

-, SO42- und PO4

3- Versuche: V1 – V6, Analyse 1 B.2. Nachweis von Halogen-Anionen und Nitrit/Nitrat (Ü)

Nachweis der Anionen Cl-, Br-, I-, ClO4- und NO3

-, SO42-, CO3

2-

Versuche: V7 - V15, Analyse 2 C. Kationennachweise C.1. Trennung der Kationen der Ammoniumcarbonat-Gruppe (Ü) Nachweis von Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ sowie NH4

+ Versuche: V16 – V25, Analyse 3 D. Titrationsverfahren D.1. Einführung in die quantitative Analyse (Ü) V26: Demonstrationsversuch, Herstellen und Einstellen einer HCl-Maßlösung

sowie Herstellen und Einstellen einer NaOH-Maßlösung D.2. Alkalimetrie Theoretische Grundlagen volumetrischer Bestimmungen (Ü) Herstellung und Einstellen einer NaOH-Maßlösung (V27) Bestimmung von Schwefelsäure (Analyse 4) E. Nachweis funktioneller Gruppen der Organischen Chemie E.1. Demonstration wichtiger experimenteller Techniken in der organischen Chemie (Destillation, Extraktion, Schmelzpunktbestimmung,

10

Sublimation, Umkristallisation) (Ü) E.2. Charakteristische Reaktionen von Carbonylverbindungen (Ü)

Reduktionswirkung, Darstellung von Hydrazonen Versuche: V28, V29, (Analyse 5)

2.4. Ablauf des Praktikums In der Semesterpause findet ein ganztägiges Kompaktpraktikum (5-tägig von 8.00 bis 17.30 Uhr) statt. Dazu erfolgt auf der Grundlage der Ergebnisse der Klausur I in der Vorlesung eine Zuordnung zu Praktikumsgruppen. Voraussetzung für die Teilnahme am Praktikum: Summe der Punkte beider Klausurergebnisse ≥ 50% der erreichbaren Punkte! Tag

Inhalt Stunden Übung

Stunden Vorversuche

Versuche Analyse

Montag A. B.1.

4 1

6

(V0) (V1-V6)

1

Dienstag B.2. 3 8 (V7-V15) 2 Mittwoch C. 3 8 (V16-V25) 3 Donnerstag D.1., D.2., E. 4 8 (V26-V29) 4, 5 Freitag Platzabgabe 1) Konkrete Termine siehe Anlage, Aushänge und http://www.chemie.uni-halle.de/anorg/ano-educ.htm

11

2.5. Versuche und Analysen – Anorganische Chemie B. Nachweis einfacher Anionen B.1. Nachweis der Anionen Cl-, CO3

2-, NO3-, SO4

2- und PO43-

V1: Fällung von Cl- mit AgNO3 {Seite 136*} V2: Fällung von CO3

2- mit AgNO3 {136, wie V1, nicht ansäuern!} V3: Reaktion von CO3

2- mit HCl, Nachweis des CO2 mit Ba(OH)2 {88} V4: Nachweis von NO3

- durch Ringprobe {108} V5: Fällung von SO4

2- als BaSO4 {124} V6: Nachweis von PO4

3- als Ammoniummolybdatophosphat {111} Analyse 1: Analyse eines Substanzgemisches auf Cl-, CO3

2-, NO3-, SO4

2- und PO4

3- {146 u.f.} B.2. Nachweis der Anionen Cl-, Br-, I-, ClO4

-, NO3-, NO2

-, SO42- und CO3

2-

V7: Fällung von Cl-, Br- und I- mit AgNO3 {136, 143} V8: Löseversuche an Silberhalogeniden durch Komplexbildung

Reaktion von AgX (X = Cl, Br, I) mit NH3 {144} Nachweis von Cl- neben Br- und I- mittels (NH4)2CO3 {144}

V9: Reaktion von Br- und I- mit Chlorwasser {144} V10: Trennung von Cl-, Br-, I- und NO3

- {145} V11: Fällungsverhalten von ClO4

- mit K+ {159} V12: analog V11: Fällungsverhalten von ClO4

- gegen AgNO3 {wie 159} V13: analog V4: NO2

--Nachweis mittels Ringprobe {105} V14: Komproportionierung von Nitrit mit Harnstoff oder Amidosulfonsäure {105} V15: NO2

- nach LUNGE {106} Analyse 2: Analysieren Sie ein Substanzgemisch auf Cl-, Br-, I-, ClO4

-, NO3-,

NO2-, SO4

2- und CO32-

Erarbeiten Sie dazu einen Trennungsgang {148} *J. Strähle, E. Schweda: („Jander-Blasius") „Einführung in das anorganisch chemische Praktikum" S. Hirzel Verlag, Stuttgart - Leipzig 1995 (ältere Auflagen auch verwendbar)

12

C. Kationennachweise C.1. Nachweis von Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ sowie NH4

+ V16: Nachweis von Na+, K+, Ca2+, Sr2+ und Ba2+ durch Flammenfärbung {156, 157,

159, 171, 173, 174} V17: Nachweis von Na+ als Hexahydroxoantimonat(V) {158} V18: Fällung von K+ als Perchlorat {159} V19: Reaktion von Ammoniumsalzen mit NaOH, Ammoniak-Nachweis {162 u.f.} V20: Reaktion von Mg2+ mit Ammoniak, NaOH {164} V21: Mg2+-Nachweis als Magnesiumammoniumphosphat {166} V22: Trennung und Nachweis von Na+, K+ und Mg2+ {167, 308} V23: Reaktion von Ca2+, Sr2+ und Ba2+ mit Sulfat und Oxalat sowie Ammonium-

carbonat (-carbamat) {171} V24: Fällung von Sr2+ und Ba2+ als Chromate {173, 175} V25: Trennung und Nachweis von Ca2+, Sr2+ und Ba2+: Chromat-Sulfat-Trennung {176} Analyse 3: Analysieren Sie ein Salzgemisch auf Na+, K+, NH4

+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ und Ba2+ {306 u.f.} D: Titrationsverfahren D.1. Einführung in die quantitative Analyse (Ü/P) D.2. Alkalimetrie {353 u.f.} V26: Demonstrationsversuch: Herstellung von HCl- und NaOH- Maßlösungen

(Assistent) V27: Herstellung und Einstellen einer NaOH-Maßlösung {363} Analyse 4: Alkalimetrische Bestimmung von Schwefelsäure {364} . E: Organische Chemie E.1. Demonstrationsversuch: wichtige experimentelle Techniken (Assistent) E.2. Charakteristische Reaktionen von Carbonylverbindungen. Carbonylreaktionen (Ü) V28: Aldehyde und Ketone – Reduktionswirkung – Tollens Reagenz V29: Nachweis mit FEHLINGSCHER Lösung Analyse 5: Identifizierung einer Carbonylverbindung durch Herstellung von Hydrazonen und Semicarbazonen

13

2.6. Versuche und Analysen – Organische Chemie E.1. Demonstration experimenteller Techniken

Es sollen Ihnen wichtige experimentelle Techniken der organischen Chemie vorgestellt werden. Informieren Sie sich über den theoretischen Hintergrund dieser Techniken! Destillation/Vakuumdestillation Stoffe verfügen über unterschiedliche Siedepunkte, deswegen können sie durch fraktionierte Destillation getrennt werden. Bei hochsiedenden Flüssigkeiten kann der Siedepunkt durch Destillation im Vakuum herabgesetzt werden. Sublimation Ein Gemisch fester Stoffe kann dann getrennt werden, wenn sich die Dampfdrücke dieser Verbindungen bei erhöhter Temperatur hinreichend unterscheiden. Extraktion Unter Extraktion versteht man das Überführen eines Stoffes aus einer Phase, in der er gelöst oder suspendiert ist, in eine andere flüssige Phase (Verteilungssatz nach NERNST). Umkristallisation Eine wichtige Methode zur Reinigung von Feststoffen ist die Umkristallisation. Man sättigt ein geeignetes Lösungsmittel in der Hitze mit dem Rohprodukt, filtriert von den unlöslichen Bestandteilen noch heiß ab und lässt die Lösung erkalten, wobei die Substanz - in der Regel in reinerer Form - auskristallisiert. Schmelzpunkt Der Schmelzpunkt einer Substanz ist ein wichtiges Merkmal zur Charakterisierung dieser Substanz. Zur Schmelzpunktbestimmung können Schmelztischmikroskope oder die Schmelzpunktapparatur nach THIELE genutzt werden. Vor der Bestimmung des Schmelzpunktes ist zu garantieren, dass der Feststoff trocken ist. Zur Bestimmung des Schmelzpunktes wird eine 1-2 mm hohe Schicht der zu untersuchenden Substanz in das zugeschmolzene Ende des Schmelzpunktröhrchens gebracht. Man drückt das offene Ende des Röhrchens in die Kristalle, nimmt hierdurch eine kleine Probe auf und klopft dann vorsichtig mit dem zugeschmolzenen Ende auf die Tischplatte, so dass die Probe heruntergleitet. Noch leichter lässt sich die Probe in das untere Ende befördern, wenn man dieses durch ein 20-30 cm langes Glasrohr auf die Fliesen der Tischplatte fallen lässt. Das Schmelzpunktröhrchen wird in die Schmelzpunktapparatur gestellt und langsam bis zum Schmelzpunkt erwärmt.

14

E.2. Charakteristische Reaktionen von Carbonylverbindungen

V28: Nachweis der Reduktionswirkung mit TOLLENS Reagenz Bereiten Sie TOLLENS-Reagenz: In einem Reagenzglas werden ca. 3 ml AgNO3-Lösung mit 10 Tropfen verdünnter NaOH versetzt und der ausgefallene Niederschlag von AgOH mit verdünntem Ammoniak wieder komplex in Lösung gebracht; es entsteht eine klare Lösung. Verteilen Sie die Lösung auf 3 Reagenzgläser. In das erste geben Sie jeweils ca. 1 ml Formaldehyd, in das zweite Acetaldehyd und in das dritte Aceton (jeweils alkoholische Lösungen, die bereitgestellt werden). Beobachtungen: - Formaldehyd Formel :

- Acetaldehyd Formel :

- Aceton Formel :

V29: Nachweis der Reduktionswirkung mit FEHLING´scher Lösung Bereiten Sie aus 3 ml FEHLING I (CuSO4-Lösung) und 3 ml FEHLING II (Seignettesalz-Lösung + verdünnte NaOH, Lösungen werden bereitgestellt) ein Gemisch, schütteln Sie dieses kräftig durch und verteilen es auf 3 Reagenzgläser. In das erste geben Sie 2 ml Acetaldehyd-Lösung, in das zweite 1 ml Benzaldehyd-Lösung, in das dritte 1 ml Aceton-Lösung (in Ethanol) und erwärmen alle Reagenzgläser gemeinsam 10 Minuten in einem Wasserbad bei ca. 70 °C. Beobachtungen: Acetaldehyd Formel: Aceton Formel: Schreiben Sie die Reaktionsgleichung in 2 Teilgleichungen: Oxidation: Reduktion: Einige Kondensationsreaktionen der Aldehyde und Ketone werden zur Identifizierung dieser Substanzen herangezogen; die Kondensation mit Hydroxylamin (Oxime), Semicarbazid (Semicarbazone) und verschiedenen Phenylhydrazinen (2,4-Dinitrophenylhydrazone, p-Nitrophenylhydrazon, Phenylhydrazon) liefert gut

15

kristallisierende Verbindungen (sogenannte „Derivate“) mit scharfem Schmelzpunkt, anhand dessen die Carbonylverbindungen identifiziert werden können. Analyse 5: Identifizieren Sie eine unbekannte Carbonylverbindung (Aldehyd oder Keton als ethanolische Lösung) durch Herstellung zweier Derivate (p-Nitrophenylhydrazon, 2,4-Dinitrophenylhydrazon, Phenylhydrazon oder Semicarbazon) und Bestimmung deren Schmelzpunkte. Vergleichen Sie die erhaltenen Schmelzpunkte mit der aushängenden Schmelzpunkttabelle. Derivatisierung einer Carbonylverbindung - Fällung eines Phenylhydrazons Zu einer Lösung von 0.4 g 2.4-Dinitrophenylhydrazin in 2 ml konz. Schwefelsäure (wird bereitgestellt) gibt man unter Rühren oder Schütteln tropfenweise 3 ml Wasser. Der warmen Lösung setzt man 10 ml 95% Ethylalkohol zu. Zur Herstellung des 2.4-Dinitrophenylhydrazons wird zu dieser frisch hergestellten Lösung unter Umschütteln ca. 1 ml einer 10 bis 20 %igen ethanolischen Lösung der Carbonylverbindung gegeben. Erwärmen Sie das Gemisch 5 bis 10 Minuten im Wasserbad bei ca. 60 °C und kühlen anschließend unter fließendem Wasser. Das 2,4-Dinitrophenylhydrazon fällt aus. Filtrieren Sie das Rohprodukt ab, waschen Sie es gut mit Wasser (pH 7) und kristallisieren Sie es aus wenig Ethylalkohol um. Trocknen Sie das umkristallisierte 2,4-Dinitrophenylhydrazon auf dem Filterpapier im Trockenschrank bei 70 °C und bestimmen Sie dessen Schmelzpunkt. Zur Darstellung der p-Nitro- und Phenylhydrazone benutzt man das entsprechende p-Nitro- bzw. Phenylhydrazin (Gift) und an Stelle von Schwefelsäure eine 50 %ige Essigsäure als Lösungsmittel! Umkristallisation des 2.4-Dinitrophenylhydrazons Einen Teil der Kristalle übergießt man mit 2-3 ml Ethanol und erwärmt unter Schschütteln auf dem Wasserbad vorsichtig zum Sieden (Siedeverzug! Brandgefahr! Ethanol nicht herauskochen oder herausspritzen lassen). Löst sich hierbei nicht die gesamte Substanzmenge auf, so fügt man in ganz kleinen Anteilen weiteres Ethanol zu, bis sich in der Siedehitze gerade alles gelöst hat. Beim Nachfüllen mit Lösungsmittel wird das Reagenzglas in den Ständer gestellt, Ethanol aus einem anderen Reagenzglas oder mit einer Pipette, niemals direkt aus der Vorratsflasche, nachgießen und unbedingt darauf achten, dass keine Flamme in der Nähe ist. Außerdem darf das Reagenzglas höchstens bis zu einem Viertel mit Lösungsmittel gefüllt sein, anderenfalls muss die Substanzmenge verringert werden. Die beim Erkalten der Lösung ausgeschiedenen Kristalle werden abgesaugt und eventuell ein zweites Mal umkristallisiert. Vor der Schmelzpunktbestimmung muss das Umkristallisat getrocknet werden.

16

Derivatisierung einer Carbonylverbindung - Darstellung eines Semicarbazons Bereitung einer alkoholische Lösung von Semicarbazidacetat: Man verreibt 1 g Semicarbazid-hydrochlorid (Gift!) mit 1 g wasserfreiem Natriumacetat in einem Mörser, überführt die Mischung in einen 50 ml-Rundkolben, kocht mit 10 ml absolutem (wasserfreien) Ethanol auf und filtriert heiß. Zum Filtrat gibt man etwa 0.2 g der Carbonylverbindung, erwärmt 30 bis 60 Minuten auf dem Wasserbad, versetzt mit soviel Wasser, dass eine gerade bleibende Trübung auftritt und lässt langsam abkühlen, wobei das Semicarbazon auskristallisiert. Zur Reinigung kann nochmals aus Ethanol wie oben beschrieben umkristallisiert werden. Schmelzpunkte (oC) von Derivaten verschiedener Ketone und Aldehyde Verbindungen

Phenylhydrazon 4-Nitrophenylhydrazon 2,4-Dinitrophenylhydrazon

Formaldehyd

32 81 166

Acetaldehyd

100 (Zersetzung) 128 164

Benzaldehyd

158 191 238

Aceton

26 152 126

Benzophenon

137 154 232

Diethylketon

flüssig 139 156

Ethyl-methyl-keton

flüssig 126 117

17

2.7. Platzausrüstung A. Qualitativer Teil: Name Bemerkung Anzahl Abdampfschale ca. 8 - 12 cm 1 Ablagegestell für Tropfer 1 Becherglas 250 ml 2 Becherglas 600 ml 1 Bunsenbrenner mit Schlauch 1 Dreifuß 1 Flaschengestell für Pipettenflaschen 1 Gasprüfer dreiteilig 1 Gestell für Reagenzgläser halbmikro 1 Glastrichter 5 -10 cm 1 Gummistopfen für Halbmikroreagenzgläser 10 Keramikdrahtnetz 1 Kobaltglas 1 Messzylinder 50 o. 100 ml 1 Mörser mit Pistill 6...10 cm 2 Pipetten 10 Pipettierball 1 Pipettenflaschen mit Tropfer 20 Porzellantiegel 1 Sauger 5 Reagenzglas halbmikro 25 Reagenzglasbürste halbmikro 1 Reagenzglasklammer 1 Schutzbrille 1 Spatel halbmikro 1 Spritzflasche 250 o. 500 ml 1 Tiegelzange ca. 20 cm 1 Tondreieck ca. 6 cm 1 Tüpfelplatte 1 Uhrglas 6 - 10 cm 2 Wasserbadeinsatz 1 Zentrifugenglas 4 B. Quantitativer Teil Name Bemerkung Anzahl Bürette

25 ml, Preis ca. €40 Ausgabe erfolgt später

1

Bürettenklammer 1 Weithalserlenmeyerkolben 300 ml 2 Maßkolben 100 ml 3 Maßkolben 1000 ml 1 Messpipette 10 ml 1 Vollpipette 10 ml 1 Vollpipette 25 ml 1

18

C. Organischer Teil Name Bemerkung Anzahl Reagenzglas Rundkolben Hirschtrichter Saugfinger Petrischale mit Deckel

groß 50 ml

5 2 1 1 1

Die Gerätschaften für den organischen Teil werden am 4. Praktikumstag gesondert ausgegeben!2.8. Protokollführung 2.8. Protokollführung Muster Qualitative Analyse (Analysen-Nr. 1-3):

Datum: Analyse Nr.: Nachzuweisende Ionen: Vorproben: Löslichkeit: Hauptprüfung: (Hier Reaktionsgleichungen für die positiv

nachgewiesenen Ionen eintragen; z. B.: Chlorid: Ag+ + Cl- -> AgCl)

1. Angabe: Kationen: Anionen: 2. Angabe: Kationen: Anionen: Unterschrift des Assistenten =============================================================

19

Muster Quantitative Analyse (Analysen-Nr. 4):

Datum: Aufgabe: Reaktionsgleichung: Rechnung: Verbrauch v(1) = ml v(2) = ml v(3) = ml (Mittelwert) v = ml m(X) = (Hier allgemeine physikalische Gleichung und Rechnung) m(X) = ...... mg (m(X) - Masse an zu bestimmender Substanz X im 100 ml-Maßkolben) Unterschrift des Assistenten ============================================================= Muster Organische Analyse (Analysen-Nr. 5):

Datum: Analyse Nr.: Vorproben: Reaktionsgleichung Hergestelltes Derivat: Reaktionsgleichung Schmelzpunkt des Derivats. Die unbekannte Substanz ist Name Unterschrift des Assistenten =============================================================

20

3. Bewertung des Lehrabschnittes 3.1. Klausuren Klausur 1 Vorlesung Anorganische und Allgemeine Chemie Kapitel 1-10, Seminarinhalt Vorlesung Organische Chemie Kapitel 1-10, Seminarinhalt Klausur 2 Vorlesung Anorganische und Allgemeine Chemie Kapitel 1-22, Seminarinhalt Vorlesung Organische Chemie Kapitel 1-16, Seminarinhalt Die Klausuren werden bevorzugt in der 9. und der 13. Semesterwoche an einem Sonnabend geschrieben. Vorraussetzung für die Teilnahme am Praktikum: Summe der Punkte beider Klausurergebnisse ≥ 50% der erreichbaren Punkte 3.2. Praktikumleistungen Qualitative anorganische und organische Analyse:

Analyse 1. Angabe richtig 5 P 2. Angabe richtig 4 P

Wdh.-Analyse 1. Angabe richtig 3 P 2. Angabe richtig 2 P

Quantitative Analyse:

Analyse Fehler innerhalb 1% 5 P Fehler innerhalb 2% 4 P

Wdh.-Analyse Fehler innerhalb 1% 3 P Fehler innerhalb 2% 2 P

Das Praktikum (siehe 2.4.) gilt als erfolgreich absolviert, wenn mindestens 50 % der möglichen Punkte erreicht werden. Die aufgeführten Punktzahlen (Klausuren, Praktikum) sind Modulvorleistungen. 3.3. Modulleistung Nach erfolgreich absolvierten Modulvorleistungen (Klausuren I und II sowie das Praktikum) wird die Modulleistung in Form einer Klausur (1. Wdh. Klausur, 2. Wdh. mündliche Prüfung) in der Semesterpause, bevorzugt im April, abgenommen. Es werden 10 Leistungspunkte vergeben.

21

Fachpunkteschema:

FP /%

$ 95 $ 90 $ 85 $ 80 $ 75 $ 70 $ 65 $ 60 $ 55 $ 50 < 50

Note 1,0 1,3 1,7 2,0 2,3 2,7 3,0 3,3 3,7 4 5