Löslichkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln

Versuch 1
Löslichkeit und KOW-Wert
Löslichkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln
Chemikalien:
Cyclohexan (F, Xn, N)
Naphthalin (Xn, N)
Aceton (F, Xi)
Bromessigsäure (T, C, N)
Ethanol (F)
Mandelsäure (Xi)
Diethylether (F+, Xn)
Tetrabutylammoniumnitrat
Glucose
Phenol (T, C)
1-Pentanol (Xn)
Geräte:
20 Reagenzgläser
Schütteltrichter (250 ml)
Durchführung:
Man stellt 20 saubere Reagenzgläser bereit. In die ersten 10 füllt man je 5 ml H2O, in die
anderen 10 je 5 ml Cyclohexan. Dann werden die beiden Lösungsmittel jeweils mit 5 ml der
in der Tabelle angegebenen Flüssigkeiten oder 0.05 g Feststoff versetzt und geschüttelt. Man
notiert, ob und wie viel der einzelnen Stoffe sich löst.
Zur Entsorgung der organischen Verbindungen siehe Aufarbeitung unten.
Folgeversuch
Versuchen Sie bei den flüssigen Stoffen, die sich nicht mit Wasser mischen, mit einfachen
Methoden herauszufinden, welche der beiden Flüssigkeiten die H2O-Phase ist. Schließen Sie
hieraus auf die Dichte der Flüssigkeit im Vergleich zu Wasser.
Entsorgung
Alle heterogenen Systeme, die sich bei dem Versuch gebildet haben, gibt man in den
Scheidetrichter, schüttelt gut durch (exakte Handhabung des Scheidetrichters vom Assistenten
zeigen lassen!) und lässt die Phasen gegeneinander absitzen. Man prüft, welches die
organische Phase ist, trennt sie ab und führt sie der Entsorgung zu.
1
Zugesetzte Substanz
Strukturformel
der Substanz
H2 O
Cyclohexan
Löslichkeit in
Wasser
[Literatur]
Dichte
[g/l]
1. Aceton
2. Diethylether
3. Ethanol
4. Glucose
5. Naphthalin
6. Bromessigsäure
7. Mandelsäure
8. Tetrabutylammoniumnitrat
9. 1-Pentanol
10. Phenol
2
Aufgaben
1. Vervollständigen Sie die Tabelle auf S. 2
(„+“ gut löslich,
„w“ wenig löslich, „-“ nicht löslich).
2. Welche der oben untersuchten Substanzen und Lösungsmittel bilden
Wasserstoffbrücken aus?
3. Welche Dichten besitzen die verwendeten Lösungsmittel des Versuchs?
Löslichkeit in Abhängigkeit vom pH-Wert
Chemikalien:
Benzoesäure (Xn)
Puffergemische:
pH 3 pH 7 pH 9 pH 11
Geräte
Photometer
Erlenmeyerkolben mit Schliff (100 ml)
Durchführung:
In 4 Erlenmeyerkolben werden jeweils ungefähr 2.5 g Benzoesäure eingewogen und mit je 50
ml der verschiedenen Puffergemische versetzt. Die Lösungen werden 5 min gut geschüttelt
und danach filtriert. Die Lösungen müssen nun folgendermaßen verdünnt werden:
pH 3: 1:100 in pH 3;
pH 7: zuerst 1:50 und danach nochmals 1:20 in pH 9-Lösung;
pH 9: zuerst 1:250 und danach nochmals 1:5 in pH 9-Lösung;
pH 11: zuerst 1:50 und danach nochmals 1:20 in pH 9-Lösung.
Die Absorption der Lösungen bei 241nm bzw. 223 nm wird gegen den jeweiligen Puffer (pH
3 bzw. pH 9) als Referenz gemessen und die Konzentrationen aus den beigefügten
Eichkurven ermittelt.
Aufgaben
1. Berechnen Sie die Löslichkeit bei den verschiedenen pH-Werten in g/l und mol/l!
2. Warum ist die Löslichkeit pH-abhängig?
3
Ermittlung des Verteilungskoeffizienten zwischen 1-Octanol und Wasser
1. Verteilungskoeffizient von Benzoesäure, p-Aminobenzoesäure und Phthalsäure
Chemikalien
Benzoesäurelösung (0.3 g/l)
p-Aminobenzoesäure (0.75 g/l)
Phthalsäurelösung (0.5 g/l)
2 mM Natronlauge
Geräte
Schütteltrichter (100 ml)
Scheidetrichter (100 ml)
Eppendorf-Pipette (500 µl)
Magnetrührer
Leitfähigkeitsmessgerät
Durchführung
Je 25 ml der Säurelösung werden mit je 25 ml 1-Octanol im Scheidetrichter 10 min lang
kräftig geschüttelt. Der mit dem Verschlussstopfen nach unten gerichtete Schütteltrichter
ist dabei periodisch über den Hahn zu belüften. Anschließend wird der Schütteltrichter so
lange in Ruhe gelassen, bis sich die Phasen für eine Probenahme ausreichend getrennt
haben.
Jeweils 20 ml der wässrigen Phase werden in ein kleines Becherglas pipettiert und mit
Hilfe der Leitfähigkeitstitration mit 2 mM Natronlauge in 0.5 ml Schritten mittels einer
Eppendorf-Pipette unter stetigem Rühren bis 20 ml titriert.
Aus der Octanolphase wird ebenfalls eine Probe entnommen, 1:5 in Octanol
(p-Aminobenzoesäure 1:200 in Octanol) verdünnt und die Extinktion bei 227,4 nm
(Benzoesäure), 289,3 nm (p-Aminobenzoesäure) bzw. 224,4 nm (Phthalsäure) gemessen.
Aufgaben
1. Zeichnen Sie die Titrationskurven jeder Säure auf und ermitteln Sie daraus den
Äquivalenzpunkt.
2. Berechnen Sie anhand der Titration die KOW-Werte der Säuren.
3. Berechnen Sie anhand der Ihnen zur Verfügung gestellten Eichkurven der Säuren in
1-Octanol und der gemessenen Extinktion in 1-Octanol den KOW-Wert.
4. Vergleichen Sie die berechneten Werte mit Literaturwerten und diskutieren Sie die
Fehler.
4
2. KOW-Wert von Phthalsäureestern
Chemikalienlösungen in 1-Octanol
Dimethylphthalat (0.1 mM)
Diethylphthalat (0.1 mM und 0.025 mM)
Benzylbutylphthalat (0.1 mM)
Durchführung
Jeweils 10 ml der jeweiligen 1-Octanollösungen werden in einen Schütteltrichter mit je
10 ml Wasser 10 min lang kräftig geschüttelt. Nach der Phasentrennung wird die
Octanolphase im Photometer zwischen 200 und 350 nm vermessen.
Aufgaben
1. Bestimmen Sie den KOW- und den pKOW-Wert von den Estern.
2. Vergleichen Sie die ermittelten Werte mit der Literatur (Fehlerdiskussion!).
3. Erklären Sie die unterschiedlichen KOW-Werte (Strukturanalyse).´
5
Versuch 2
Komplexchemie
Citronensäure als Komplexbildner
Chemikalien
Citronensäure (1 M)
Kupfer(II)sulfat (0.1 M)
Natronlauge (10 M)
Geräte
2 Reagenzgläser
Durchführung
Füllen Sie 2 Reagenzgläser mit je 5 ml Kupfersulfatlösung.
In ein Reagenzglas (RG 1) geben Sie 2 ml dest. Wasser.
In das andere (RG 2) geben Sie 2 ml Citronensäurelösung.
Unter Umschütteln versetzen Sie die Reagenzgläser (RG 1 und RG 2) tropfenweise mit
Natronlauge, bis sich in RG 1 ein Niederschlag bildet.
Geben Sie anschließend ca. 1ml aus RG 1 zu RG 2.
Aufgaben
1. Notieren Sie die Beobachtungen.
2. Welche Komplexe entstehen?
3. Warum fällt in Anwesenheit von Citronensäure kein Niederschlag aus?
6
Ligandenaustauschreaktionen
Chemikalien
Eisen(III)nitrat (0.1 M in 0.5 M HNO3)
Ammoniak (2 M)
Salzsäure (12 M) (C)
1,2-Diaminoethan (0.2 M)
Ammoniumthiocyanat (0.1 M)
Phosphorsäure (10 M) (C)
Natriumacetat (1 M)
Nickelsulfat (0.1 M)
Geräte
5 Reagenzgläser
2 Probenfläschchen mit Schraubverschluss (20 ml)
Durchführung
1. In 5 Reagenzgläser werden je 5 ml Eisen(III)nitratlösung gegeben. In 4 Reagenzgläser
geben Sie nun je 2 ml folgender Lösungen.
RG 1: als Referenz
RG 2: Salzsäure
RG 3: Salzsäure
RG 4: Ammoniumthiocyanatlösung
RG 5: Natriumacetatlösung
Danach geben Sie zu RG 2 noch 2 ml Ammoniumthiocyanat und in RG 3 bis RG 5
geben Sie je 2ml Phosphorsäure.
2. In 2 Probenfläschchen werden je 10 ml Nickelsulfatlösung gegeben. In ein Fläschchen
fügen Sie 5 ml 1,2-Diaminoethanlösung hinzu, in das andere 5 ml Ammoniaklösung
und schütteln gut. Dann versetzen Sie beide Lösungen mit je 5 ml des anderen
Reagenzes.
Aufgabe
1. Notieren Sie alle auftretenden Farben.
2. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen und benennen Sie die entstehenden
Komplexe.
3. Stellen Sie anhand der Beobachtungen eine relative Stabilitätsreihe der gebildeten
Komplexe in den beiden Versuchen auf.
7
Spektrochemische Reihe
Chemikalien
Kupfersulfatlösung (0.1 M)
Salzsäure (12 M)
Ammoniak (2 M)
1,2-Ethylendiamin (0.2 M)
Kaliumthiocyanat (0.1 M)
Geräte
5 Reagenzgläser
Durchführung
In 5 Reagenzgläser werden je 4 ml Kupfersulfatlösung pipettiert.
Dazu werden je 4 ml destilliertes Wasser zugegeben.
Geben Sie nun folgende Lösungen zu:
RG 1: als Referenz
RG 2: 5ml Salzsäure
RG 3: 5ml Ammoniaklösung
RG 4: 2,5ml Kaliumthiocyanatlösung
RG 5: 5ml Ehtylendiaminlösung
Aufgabe
1. Notieren Sie die Farben der Komplexe und geben Sie eine ungefähre Wellenlänge des
Komplexes an.
2. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen.
3. Benennen Sie die entstehenden Komplexe.
4. Erstellen Sie eine spektrochemische Reihe für die Liganden.
8
Bestimmung von Komplexbildungskonstanten
1. Polarographisch
Chemikalien
Bismutnitrat (2 g/l)
EDTA (1 g/l)
NTA (0,5 g/l)
PDTA (1 g/l)
Grundlösung (4 g Ascorbinsäure + 200 µl HNO3 in 100 ml)
Geräte
Voltammetriestand Fa. Metrohm
Durchführung
10 ml Grundlösung werden in eine Polarographiezelle pipettiert und danach 5 min mit
Stickstoff entlüftet. Von dieser Lösung wird ein Polarogramm zwischen +0.1V und -0.8V
aufgenommen. Danach wird 100 µl Bi(III)-Lösung zugegeben und erneut ein
Polarogramm aufgenommen. Nach Zugabe von 100 µl EDTA wird erneut ein
Polarogramm aufgenommen.
Für die Bestimmung der Reduktionspotentiale von NTA und PDTA wird analog
verfahren.
Auswertung
1. Tabellieren Sie die Reduktionspotentiale der 4 Spezies.
2. Berechnen Sie die Komplexbildungskonstanten der 3 Bismutkomplexe.
2. Photometrisch
Chemikalien
Ammoniumeisensulfat (0.01 M in 0.001 M H2SO4)
Phenanthrolinlösung (0.01 M); frisch hergestellt
Acetat-Puffer (0.1 M) pH 4.5
Geräte
Photometer Metrohm
PS-Küvetten
8 Messkolben (100 ml)
9
Durchführung
In jeden Messkolben (100 ml) werden 10 ml Acetat-Puffer pipettiert. Nach folgender
Tabelle werden jeweils folgende Volumina in ml an Eisen- und Phenanthrolinlösung
zugegeben.
Kolben
Eisen(II)Lösung
Phenanthrolin
-Lösung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-
6
5
4
3
2
1
0,5
0,25
0,1
4
2
3
4
5
6
7
7,5
7,75
7,9
Nach einer Reaktionszeit von 20 min werden die Kolben mit Wasser bis zur Eichmarke
aufgefüllt. Die Lösung 1 dient als Blindwert. Die farbigen Proben werden in 1 cm
Polystyrol-Küvetten bei 546 nm gemessen.
Aufgabe
1. Tabellieren Sie die Konzentrationen an Eisen(II)- und Phenanthrolin und die
gemessenen Extinktionen.
2. Tragen Sie die Extinktion zum einen gegen die Ligandenkonzentration und zum
anderen gegen die Molfraktion auf.
3. Bestimmen Sie anhand Ihrer Graphik das Verhältnis Metallion / Ligand (höchste
Extinktion), den molaren Extinktionskoeffizienten des Komplexes und die
Komplexbildungskonstante.
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Schwermetallextraktion mit 4 Chelatbildnern
Chemikalien
EDTA (0.1 M)
Citronensäure (0.1 M)
Ameisensäure (0.1 M)
Weinsäure (0.1 M)
H2O
Geräte
10 Zentrifugenröhrchen
Überkopfschüttler
AAS
Durchführung
Je 0.5 g Probenmaterial (Boden oder Klärschlamm) werden in ein Zentrifugenröhrchen exakt
eingewogen und mit 5 ml Extraktionslösung versetzt. Die Proben werden 3 Std. im
Überkopfschüttler geschüttelt. Anschließend werden die Proben in 25 ml Messkolben filtriert.
Die Kolben werden mit Wasser bis zur Eichmarke aufgefüllt. Die Messung der Metallgehalte
an Cu, Pb, Zn und Ni erfolgt mit AAS.
Auswertung
1. Anhand von Eichgeraden werden die Metallgehalte in den verschiedenen
Probelösungen ermittelt und tabelliert.
2. Diskutieren Sie die erhaltenen Ergebnisse.
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