Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse
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© 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse Udo R. Kunze Georg Schwedt 4., erweiterte und überarbeitete Auflage 85 Abbildungen 25 Tabellen 1996 Georg Thieme Verlag Stuttgart • New York VIII Inhaltsverzeichnis Formelzeichen Kapitel 1 Qualitative Analyse 1. Geschichte und Grundlagen Historische Entwicklungen Reaktionstypen der qualitativen Analyse Systematisierung chemischer Stoffeigenschaften 2. Lösen und Aufschließen Lösungsschritte • Klassische Aufschlußverfahren 3. Vorproben Phosphorsalz- und Boraxperle Oxidationsschmelze (Nachweis von Mn bzw. Cr) Flammenfärbung Leuchtprobe (Sn) Heparprobe (schwefelhaltige Verbindungen) Marshsche Probe (As und Sb) Wassertropfenprobe (F und Si) 4. Anionen-Analytik Sodaauszug Vorproben auf Anionen-Gruppen Halogenhaltige Anionen (Nachweis von Chlorid, Bromid und Iodid) Schwefelhaltige Anionen (Sulfid, Sulfat, Sulfit und Thiosulfat) 5. Systematik der Kationen-Trennungsgänge Schwefelwasserstoff-Gruppe Urotropin-Gruppe Ammoniumsulfid-Gruppe Ammoniumcarbonat-Gruppe Lösliche Gruppe (Mg 2+ , N H ^ , Na + ,K + , Li + ) Seltene Elemente Kapitel 2 Einführung 1. Der analytische Prozeß 2. Probennahme und Probenvorbereitung XVI 1 1 1 3 7 9 9 10 11 11 12 12 12 13 13 13 13 13 14 15 15 16 16 17 18 18 19 19 21 21 22 Inhaltsverzeichnis 3. Messung und Auswertung 4. Fehlerbetrachtung Zufälliger und systematischer Fehler Standardabweichung Nachweis- und Erfassungsgrenze 5. Umgang mit Dezimalstellen Signifikante Ziffern Rechnen mit Dezimalzahlen Anwendungsbeispiele Kapitel 3 Chemisches Gleichgewicht 1. Homogene Systeme Kinetische Betrachtung Thermodynamische Betrachtung •, . . . 2. Heterogene Systeme Gleichgewicht Lösung I/Lösung II Gleichgewicht Gasphase/Lösung Gleichgewicht Feststoff/Lösung 3. Schwache Elektrolyte Einstufige Dissoziation Mehrstufige Dissoziation Experimentelle Bestimmung des Dissoziationsgrads . . . . 4. Starke Elektrolyte Aktivitätsbegriff Berechnung von Aktivitätskoeffizienten Experimentelle Bestimmung von Aktivitätskoeffizienten . . . Kapitel 4 Gravimetrie 1. Fällungsform und Wägeform 2. Stöchiometrische Berechnungen 3. Lösen Löslichkeitsprodukt Löslichkeit Fällungsgrad 4. Fällen Keimbildung und Kristallwachstum Kolloid bildung Alterung Mitfällung und Nachfällung Komplexbildung Fällung aus homogener Lösung IX 24 25 25 27 28 29 29 30 31 32 32 32 34 37 37 38 39 40 40 42 43 44 44 46 48 49 49 49 52 52 52 54 55 55 56 56 57 58 58 X Inhaltsverzeichnis 5. Anwendungsbeispiele Chlorid-Fällung Sulfat-Fällung Hydroxid-Fällung Phosphat-Fällung Kalium-Bestimmung Blei-Bestimmung 6. Organische Fällungsreagenzien 7. Praktische Hinweise Filtrieren und Trocknen Wägen Kapitel 5 Maßanalyse (Volumetrie) 1. Mengen-, Gehalts- und Konzentrationsangaben . • Das Mol Molare Masse Gehalt und Konzentration Mischungsaufgaben 2. Grundbegriffe der Maßanalyse Volumenmessung Titration Indikation Maßlösung Probelösung Titrationskurven Kapitel 6 Säure-Base-Gleichgewichte 1. Säure-Base-Theorien Arrhenius-Ostwald-Theorie Brönsted-Theorie Lewis-Theorie Bjerrum-Theorie 2. Protolyse in wäßriger Lösung Eigendissoziation des Wassers Säure-Base-Reaktion mit Wasser 3. Protolyse in nichtwäßrigen Lösungsmitteln 4. Der pH-Wert 5. pH-Wert verschiedener Säure- und Basesysteme Starke Protolyte Schwache Protolyte Mehrwertige Protolyte 59 59 59 60 60 60 61 61 61 61 64 66 66 66 69 70 74 75 75 78 79 80 83 84 86 86 86 88 89 90 91 91 92 93 96 98 98 99 100 Inhaltsverzeichnis Gemische starker Protolyte Gemische schwacher Protolyte Gemische aus starken und schwachen Protolyten 6. pH-Wert von Salzlösungen XI 101 101 102 103 Kapitel 7 Säure-Base-Titration 106 1. Titration starker Protolyte 2. Titration schwacher Protolyte Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base . . Titration einer schwachen Base mit einer starken Säure . . Titration einer schwachen Säure mit einer schwachen Base 3. Säure-Base-Indikatoren Zweifarbige Indikatoren Einfarbige Indikatoren Mischindikatoren V . . 4. Titrationsfehler Systematischer Fehler Zufälliger Fehler 5. Anwendungsbeispiele Titration von Carbonat Titration von Borsäure Titration von Ammonium Kjeldahl-Aufschluß Wasserhärte-Bestimmung 6. Titration in nichtwäßrigen Lösungsmitteln Wahl des Lösungsmittels Titration von Basen Titration von Säuren 7. Hägg-Diagramme Mathematische Ableitung Geometrische Konstruktion Hägg-Diagramm einer schwachen Säure Indikation des Titrationsendpunkts Hägg-Diagramm einer schwachen Base Hägg-Diagramm einer zweiwertigen Säure Hägg-Diagramm von Salzen schwacher Protolyte 8. Titration mehrwertiger Protolyte Titrationsdiagramm Berechnung der stöchiometrischen Punkte Verschiebung des Titrierexponenten bei hoher Ionenstärke 9. Titration mehrerer Protolyte 10. Pufferlösungen Pufferbereich 106 106 109 111 112 112 113 115 117 117 117 119 120 120 120 121 121 122 123 123 124 124 125 125 126 128 129 131 132 133 134 135 136 138 139 141 141 . . . . XII Inhaltsverzeichnis pH-Wert von Pufferlösungen Pufferkapazität Graphische Darstellung der Pufferfunktion Anwendung von Pufferlösungen Kapitel 8 Fällungsanalyse 1. Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt 2. Schwerlösliche Säuren und Basen 3. Schwerlösliche Salze pH-Abhängigkeit der Löslichkeit Löslichkeitsdiagramm Gekoppelte Salzauflösung und Salzfällung 4. Sulfidfällung 5. Hydroxidfällung 6. Fällung und Komplexbildung 7. Fällungstitration Titrationskurve Fraktionierte Fällung Hägg-Diagramm zur Fällungstitration 8. Fällungsindikation Titration ohne Indikator Indikation durch farbigen Niederschlag Indikation durch Anfärben des Fällungsprodukts Indikation durch farbige Lösung Fluorid-Bestimmung Kapitel 9 Komplexometrie 1. Komplexbildung 2. Analytische Anwendung Mehrzähnige Liganden Titrationskurve Konditionalkonstante 3. Titrationsverfahren 4. Indikation Kapitel 10 Redoxvorgänge 1. Oxidation und Reduktion 2. Elektrodenpotential 3. Allgemeine Form des Redoxpotentials 4. Wasserstoff- und Sauerstoff-Elektrode 142 143 146 147 148 148 149 151 151 152 156 156 158 *. . . . 161 162 162 164 166 168 168 168 169 171 171 172 172 174 174 177 179 181 183 185 185 188 192 194 Inhaltsverzeichnis XIII 5. Normalpotential und Spannungsreihe 195 6. Redoxamphoterie 199 Luthersche Regel 199 Redox-Disproportionierung und -Komproportionierung . . 200 Gleichgewichtspotential 201 Anwendungsbeispiele 202 7. Gleichgewichtskonstante von Redoxreaktionen 203 8. Redoxtitration 205 Äquivalenzpotential 205 Titrationskurve 207 9. Redoxindikatoren 209 Zweifarbige Indikatoren 210 Einfarbige Indikatoren 210 10. Kinetik von Redoxreaktionen 212 Reaktionshemmung 212 Induktion « . . . . 213 Kapitel 11 Redoxtitration 1. Manganometrie Grundgleichungen Manganometrische Eisen-Bestimmung Oxalat-, Peroxid- und Nitrit-Bestimmung Manganbestimmung nach Volhard-Wolff 2. Dichromatometrie 3. Bromatometrie 4. Iodometrie Oxidimetrische Bestimmungen Reduktometrische Bestimmungen 5. Cerimetrie Kapitel 12 Trennungen 1. Aufschluß und Trennung 2. Stöchiometrische Berechnungen 3. Naßchemische Trennmethoden Gruppentrennungen Spezifische Fällung Komplexbildung Redoxreaktionen 4. Physikalisch-chemische Methoden Destillation Extraktion 214 215 215 216 217 218 218 219 220 222 224 227 228 228 229 231 231 232 232 233 234 234 234 XIV Inhaltsverzeichnis Ionenaustausch Elektrolyse 5. Aufschlüsse Die Schmelze als Reaktionsmedium Sulfid-Aufschluß Silicat-Aufschluß Aufschluß von organischen Verbindungen Moderne Aufschlußverfahren 6. Ionenaustauscher Charakterisierung von Ionenaustauschern 7. Chromatographie Verteilungsgleichgewicht Flüssigkeits-Chromatographie (LC) Gas-Chromatographie (GC) . Grundgleichungen der Chromatographie Kapitel 13 Elektrochemische Methoden 1. Elektrolyse Grundbegriffe Zersetzungsspannung Elektrogravimetrie Coulometrie 2. Konduktometrie Theorie der Leitfähigkeit Durchführung der Messung Konduktometrische Titration Hochfrequenztitration 3. Potentiometrie Grundlagen Durchführung Indikatorelektroden zur pH-Messung Ionenselektive Elektroden 4. Polarisationsmethoden Polarographie Voltammetrische Titration Dead-Stop-Titration Kapitel 14 Optische Methoden 1. Das elektromagnetische Spektrum 2. Brechungs- und Beugungsmethoden Refraktometrie Polarimetrie 235 236 236 236 238 239 241 243 244 247 247 247 248 250 253 254 254 254 257 258 261 264 265 270 271 275 276 276 278 280 283 285 286 290 293 296 296 298 298 299 Inhaltsverzeichnis 3. Absorptionsmethoden Lambert-Beersches Gesetz Spektralphotometer Kolorimetrie Photometrie Atomabsorption 4. Emissionsspektrometrie Übersicht Flammenphotometrie Kapitel 15 Thermische Methoden 1. Thermogravimetrie 2. Thermoanalyse 3. Thermometrische Titration Anhang 1. Physikalische Größen, Einheiten und Konstanten 2. Aktivitätskoeffizienten und analytische Konstanten Die chemischen Elemente XV 301 301 302 303 304 307 308 308 309 312 312 313 314 315 315 320 331 Literatur 334 Sachverzeichnis 339
