Vorlesung zum Präparativen Teil

Anorganische Präparate
Literatur:
Übungsbeispiele aus der anorganischen Experimentalchemie
Fritz Umland und Karl Adam; S. Hirzel Verlag, Stuttgart (1968)
Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie
Georg Brauer; Ferdinand Enke Verlag Stuttgart (1975)
Seminarablauf
a) ausgewählte Geräte
b) Beispiele an ausgesuchten Versuchen
Anorganische Präparate
Die Aufgabe dieses Teils besteht darin 8 Präparate darzustellen.
Die Präparate werden mit verschiedenen Methoden dargestellt.
1.
2.
3.
4.
5.
“Kipp-Schütt“
Hochtemperaturpräparate
Gaseinleitung
Rückfluss
Mikropräparate
Bechergläser; Erlenmeyerkolben
Wohl die häufigsten Laborgeräte.
Erhitzen und Eindampfen
Erhitzen und Auflösen
Laborgläser
Werden nach ihrer Zusammensetzung eingeteilt.
Laborglas (Duran, Pyrex):
Borsilicatglas enthalten neben SiO2 75% noch 7 - 16% B2O3 und
sind widerstandsfähig gegen Chemikalien.
Alumosilicatgläser (Supremax):
Sie enthalten neben SiO2 noch 20 - 22 % Al2O3 und
können bei höheren Temperaturen verwendet werden.
Quarzglas (Kieselglas):
SiO2 ist widerstandsfähig, sehr hohe Temperaturen bis 1200°C,
UV-Licht durchlässig und besitzt geringe Wärmeausdehnung.
Magnetrührer
Magnetrührer werden zum Erhitzen und Rühren der Reaktionsgemische verwendet.
Laborboy
Hebebühne zum Heben und Senken von Heizplatten. Es kann so
schnell die Heizquelle unter dem Reaktionsgemisch entfernt
werden.
Porzellanschale; Mörser und Stößel
Die Porzellanschale dient zum Mischen von Feststoffen und
Flüssigkeiten. Die Schale kann auch erwärmt werden. Außerdem
können darin Produkte zum Trockenen und Aufbewahren im
Exsikkator verwendet werden.
Die Reibschale mit Pistill ist aus Porzellan oder Steingut und dient
zum Zermalen von Feststoffen, darf aber nicht erwärmt werden.
Exsikkator
Der Exsikkator dient zum Trocknen oder Aufbewahren von
feuchtigkeitsempfindlichen Stoffen (lat. exsiccare = austrocknen)
Ein Gefäß mit dem Trocknungsmittel
(z. B. P4O10 (Sicapent) oder CaO) wird,
unter die durchlöcherte Porzellanscheibe
gestellt. Der verschlossene Exsikkator wird
dann anschließend mit Wasserstrahlpumpe
oder am Pumpstand evakuiert.
Immer zuerst den Hahn am Exsikkator
schließen, dann den Schlauch vorsichtig
abziehen und danach dasWasser aus, zur
Sicherheit besser eine Waschflasche
vorschalten.
Wasserstrahlpumpe
Wasserstrahlpumpen dienen dazu einen Unterdruck in einer
Apparatur zu erzeugen. Der Wasserstrahl reißt die Gasteilchen
mit, die Zerstäuung des Wasserstrahls führt zusätzlich zur
Geschwindigkeitserhöhung.
Rund-, Spitzkolben
Man teilt die Rundkolben in Ein-, Zwei- und Dreihalskolben ein.
Rundkolben dürfen im Gegensatz zu Erlenmeyerkolben unter
Vakuum gesetzt werden und besitzen eine gleichmäßigere
Wärmeverteilung. Spitzkolben werden oft als Vorlage benutzt um
das Reaktionsprodukt an der Spitze zu sammeln.
Reduzierstücke
Es werden verschiedene Schliffgrößen verwendet. Die häufigsten
Normalschliffe sind NS14,5, NS 19, NS 23 und NS 45.
Reduzierstücke erlauben die Kombination von großem Kern
und kleinere Hülse.
Waschflasche
Die Waschflasche dient zum Reinigen und Auffangen von Gasen
und Flüssigkeiten. Gase, die in eine Apparatur eingeleitet werden
sollen, getrocknet und gereinigt werden. Dient zum Auffangen
von Reaktionsprodukten aus der Apparatur.
Durch das Steigrohr wird das Gas durch die
Reinigungsflüssigkeit geleitet und geht aus
dem oberen Anschluss wieder raus. Zwei
Waschflaschen werden immer so kombiniert,
dass die Steigrohre miteinander verknüpft
sind.
Stopfen
Glasstopfen besitzen Normalschliffe und dienen zum gasdichten
Verschließen von Rundkolben oder anderer Schliffgeräte.
Plastikstopfen sind nicht gasdicht.
Messzylinder
Mit Messzylindern sind zum Abmessen von Flüssigkeiten geeignet.
Sie sind genauer als Bechergläser und sind im Gegensatz zu
Pipetten auf Einlauf geeicht.
Kristallisierschale
Dienen zum Aus- und Umkristallisieren von Feststoffen.
Dürfen nur ganz vorsichtig erhitzt werden, da die Gefahr von
Spannungen im Glas besteht und dadurch platzen können.
Kleine Schalen können im Exsikkator für das Trocknungsmittel
verwendet werden.
Vorsicht beim Entsorgen (z. B. P4O10),
da die Reaktion sehr stark exotherm ist.
Nie im Exsikkator das Trocknungsmittel mit Wasser versetzen.
Tropftrichter
Mit Hilfe des Tropftrichters können Flüssigkeiten und Lösungen
langsam und kontrolliert ins Reaktionsgefäß gegeben werden. Oft
besitzen diese Skalierungen zum Ablesen der Flüssigkeitsmenge.
Beim Arbeiten in geschlossenen Apparaturen oder unter Inertgas
muss ein Tropftrichter mit Gasausgleich benutzt werden.
Trockenrohraufsatz
Wird verwendet, wenn die Chemikalien feuchtigkeitsempfindlich
sind. Das Trockenrohr wird mit Watte verschlossen, mit CaCl2
befüllt und mit Watte verschlossen.
Dimmroth-Kühler
Er ermöglicht eine schnelle Kühlung bei Reaktionen, die
unter Rückfluss erhitzt werden. In diesem Standardkühler
wird meist Wasser durch die Kühlschlange geleitet. Das
Wasser fließt unten rein und oben raus. Wenn erforderlich
wird der Kühler oben mit einem Trockenrohr verschlossen.
Heizpilz
Thermometer
Thermometer dienen zur Überwachung der Temperatur im
Reaktionsgefäß oder bei Destillationen zur Bestimmung des
Siedpunktes. Besser sind Thermoelemente!
Kontaktthermometer oder –thermoelemente zur Temperatursteuerung.
Quickfit
Für das luftdichte Anbringen von Gaseinleitungsrohren oder
Thermometern.
Destillationsapparatur
Gestern und heute
Claisenaufsatz
Aufsatz auf den Rundkolben in Destillationsapparaturen ist
meist schon mit dem Kühler verbunden.
Destillationsbrücke
Die Destillation dient zum Trennen von Flüssigkeiten
Vigreuxkolonne
Dient zur besseren Trennung von Stoffen bei der Destillation.
Die Kolonne wird zwischen Reaktionskolben und Destillationsbrücke gebaut. Sie wird am besten mit Alufolie umwickelt um den
Wärmeverlust zu minimieren.
Kippsche
Gasentwicklungsapparatur
Trichter, Fritten
Büchnertrichter, Glas- und Porzellanfritten dienen zum Filtrieren
unter Vakuum. Der Rückstand wird vom Filtrat getrennt und kann
gewaschen werden. Vorteil ist die Geschwindigkeitssteigerung
gegenüber der klassischen Methode. Vorsichtig bei niedersiedenden
Flüssigkeiten
Saugflaschen
Saugflaschen werden bei Filtrationen mit Vakuum eingesetzt.
Die große Öffnung dient zum Aufsetzen eines Filters oder einer
Fritte. Der Filter wird nie direkt auf die Saugflasche aufgesetzt,
sondern es wird immer eine Guko-Mannschette (Gummikonus
als Gummidichtung) dazwischengelegt.
In der Saugflasche sammelt sich bei einer
Filtration die Mutterlauge.
Filtration
Die Filtration meist mit Papierfiltern zum Trennen der Feststoffe
von der Flüssigkeit realisiert. Im Büchnertrichter liegt ein Papierfilter
flach auf und der Filterrückstand bleibt dort zurück. Fritten kommen
ohne Filterpapier aus, bei denen sich der Rückstand auf porösen
Keramikplatte sammelt und die ohne
Filterpapier auskommen.
Der Vorteil ist, dass ein Vakuum
an der Saugflasche angelegt werden kann.
Einteilung nach Porengröße:
G Glasfritten A Porzellanfritten
0
>150 µm
5 µm
2
40-90 µm
7-9 µm
4
3-15 µm
>4 µm
Schutzgasrundkolben
Zum Aufbewahren von luft- und feuchtigkeitsempfindlichen
Substanzen. Dürfen aber nicht unter Vakuum gesetzt werden.
Mikropräparate
Beispiel: Alkaliperchlorate
Wie bekannt bilden höheren Alkalimetalle von K bis Cs, sowie Tl,
farblose, schwerlösliche Perchlorate.
Die Aufgabe besteht darin schön ausgebildete Kristalle zu
erhalten.
Wie sollte man vorgehen?
Entscheidend sind Konzentration und Temperatur.
Die Grundlage für schöne Kristalle ist das langsame Fällen, was
am besten im Ostwald-Miers-Bereich geht. Wenn die Konzentration
zu hoch ist, gibt es viele kleine uncharakteristische Kristalle.
Ostwald - Miers Bereich
Zeigt die Abhängikeit von Temperatur zur spontanen Kristallbildung,
dem Kristallwachstum und Konzentration.
Fällen immer in der Hitze, da die meisten Salze in der Hitze besser
löslich sind als in der Kälte. Ausnahmen sind Kochsalz und Tapetenkleister. NaCl ist praktisch unabhängig von der Temperatur löslich
und Tapetenkleister ist in der Kälte besser löslich.
Mikropräparate
Beispiel: Kaliumperchlorat
Man stellt sich ein sehr verdünnte K+ haltige Lösung und
Perchlorsäure her.
Auf ein Objektträger gibt man mit der Pasteurpipette einen Tropfen
von jeder Lösung nebeneinander. Ist die Konzentration der beiden
Lösungen optimal gewählt, erhöht sich die Konzentration der Ionen,
dadurch dass das Wasser verdampft und das Löslichkeitsprodukt
wird überschritten.
Durch Diffusion vermischen sich die beiden Lösungen und an der
Grenzschicht wird das Löslichkeitsprodukt überschritten
Mikropräparate
Beispiel: Kaliumperchlorat
Hier wurde eine zu hohe Konzentration verwendet. Die Kristalle
bilden keine schönen Flächen.
Mikropräparate
Beispiel: Kaliumperchlorat
Die Lösungen um das 100 fache verdünnt.
Mikropräparate
Beispiel: Cäsiumperchlorat
Mikropräparate
Beispiel: Cäsiumperchlorat-Cäsiumpermanganatmischkristalle
Die beiden Salzen besitzen die gleiche Kristallstruktur und können
Mischkristalle bilden. In das Perchloratgitter werden PermanganatGruppen anstelle von Perchloratgruppen eingebaut.
Mikropräparate
Beispiel: Bariumsulfat
Es gibt Verbindungen, die ein extrem kleines Löslichkeitsprodukt
(BaSO4) besitzen oder nur voluminöse Niederschläge (AgCl) bilden.
In beiden Fällen entstehen keine schönen Kristalle.
In diesen Fällen bedient man sich verfeinerter Methoden der
Fällung aus.
Fällen aus homogener Lösung bedeutet, dass das Fällungsreagens
durch eine vorgeschaltete Reaktion erst gebildet wird. Ein Beispiel
ist BaSO4. Dieses fällt man am besten aus einer Lösung, die S2O82enthält. Beim Erhitzen zersetzt sich das Peroxodisulfat zu einem
kleinen Teil zu SO42- und HSO5- weiter zu H2O2.
Mikropräparate
Beispiel: Silberchlorid
AgCl + NH3 ' [Ag(NH3)2]+ + ClMan nutzt das Gleichgewicht aus, in dem man erst das Gleichgewicht
durch Zugabe von Ammoniak nach rechts verschiebt.
Durch langsames Entweichen
des Ammoniaks verschiebt
sich das Gleichgewicht
wieder nach links.
Es bilden sich immer neue
freie Silberkationen.
Mikropräparate
Beispiel: Bleidiiodid
Eine weitere Möglichkeit ist das erneute Auflösen des Niederschlags,
wenn das Löslichkeitsprodukt stark von der Temperatur abhängig ist.
Beim Erwärmen lösen sich alle Kristalle im gleichen Maß auf.
Die kleinen verschwinden
und die großen werden nur
kleiner. Diese Reste dienen
als Kristallisationskeime
beim Erkalten.
Döbereinersches Feuerzeug