книги / Struktur und Bindung

Versuch 6.22 Entfernung von CaI+-Ionen mit Hilfe eines Kationenaustauschers

Vorbereitung der Ionenaustauschersäule:

In ein Ionenaustauscherrohr (Bild 6.4) stopft man eine etwa 1 cm hohe Schicht Glaswolle und füllt das Rohr bis zum Überlauf mit destilliertem Wasser. Anschließend wird der vorher in einem Becherglas 24 Stunden gequollene Kationenaustauscher (z. B. Wofatit KPS) langsam so einge­ füllt, daß die Harzschicht etwa 1 cm unterhalb der Ausflußöffnung der Kapillare endet und zwi­ schen den Harzkömem keine Luftblasen vorhanden sind. Schließlich läßt man 50 ml 2 N Salz­ säure über den Ionenaustauscher fließen und wäscht mit destilliertem Wasser so lange, bis die abtropfende Flüssigkeit gegen Universalindikatorpapier schwach sauer bzw. neutral reagiert.

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Bild 6.4. Ionenaustauscherrohr

Der Kationenaustauscher ist damit einsatzbereit, und es empfiehlt sich, diesen bei Nichtbenut­ zung mit einem Gummistopfen zu verschließen.

•Warum soll das Ionenaustauscherharz im Rohr etwa 1 cm unterhalb der Ausflußöffnung en­ den?

•Warum empfiehlt es sich, den einsatzbereiten Austauscher bei Nichtgebrauch zu verschlie­ ßen?

Durchßhrung:

Die CaMonen einer 1 %igen CaS04bzw. CaHCOj-Lösung sollen mit Hilfe des vorbehandelten Kationenaustauschers entfernt werden. Hierzu läßt man 10 bis 20 ml der Probelösung langsam durch die Säule fließen und prüft mit (NH4)2C20 4 (-»Versuch 7.32) auf Ca2+-Ionen. Anschlie­ ßend wird die Austauschersäule mit 10 bis 20 ml 2 N HCl behandelt, wobei Calcium eluiert und gleichzeitig der Ionenaustauscher regeneriert wird.

Im ammoniakalisch gestellten Eluat kann man mit (NH4)2C204 Ca2+-Ionen nachweisen. Der Kat­ ionenaustauscher wird wie vorher beschrieben mit destilliertem Wasser gewaschen und ist wieder einsatzbereit.

• Beschreiben Sie die während des Ionenaustausches abgelaufenen Vorgänge!

(Zu Abschn.6.3.6. —»AB 0, Abschn. 12.7.)

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6.4.Charakterisierung reiner Stoffe

Unter einem reinen Stoff versteht man ein System, das physikalisch und chemisch einheitlich reagiert. Als Reinheitskriterien dienen vorwiegend physikalische Größen. Die wichtigsten sind der Schmelzpunkt (Schmp.), der Siedepunkt (Sdp.) und der Brechungsindex (n).1) Sie lassen sich im Laboratorium einfach bestimmen. (Zu 6.4.-»AB 0, Abschn. 13.)

6.4.1.Schmelzpunkt

Feste kristalline Stoffe gehen beim Erwärmen bei einer bestimmten Temperatur in den flüssigen Zustand über. Diese Temperatur, bei der die feste Substanz mit ihrer Schmelze im Gleichgewicht steht, wird Schmelzpunkt genannt. Beim Abkühlen geht die Schmelze bei einer Temperatur, die Erstarrungstemperatur genannt wird und denselben Wert wie der Schmelzpunkt besitzt, in den fe­ sten Zustand über. Reine Substanzen haben einen scharfen Schmelzpunkt, jedoch beobachtet man bei den üblichen einfachen Bestimmungsmethoden allgemein Schmelzintervalle bis zu einem Grad. Verunreinigungen erniedrigen in der Regel den Schmelzpunkt. Diese Depression kann bisweilen sehr beträchtlich sein.

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Versuch 6.23 Bestimmung von Schmelzpunkten

Informieren Sie sich im AB 0 über das Arbeiten mit dem Schmelzpunktsapparat nach Thielel Der Apparat kann mit konz. H2S04, Paraffinoder Silikonöl gefüllt sein.

Tragen Sie beim Arbeiten einer mit H2S04 gefüllten Apparatur unbedingt eine Schutzbrille! Verschiedene Vorteile bietet die Schmelzpunktbestimmung mit einem Heiztischmikroskop nach Kofler oder Boetius, z.B. geringerer Substanzverbrauch, exakte Beobachtung aller Veränderungen der Substanz (Wasserabspaltung, Sublimation, Zersetzungsprozesse usw.).

Variante 1: Schmelzpunktbestimmung nach Thiele

Bestimmen Sie den Schmelzpunkt einer oder mehrerer Substanzen in einseitig zugeschmolzenen Kapillarröhren mit Hilfe einer Schmelzpunktbestimmungsapparatur nach Thielel Vergleichen Sie die von Ihnen ermittelten Werte mit den entsprechenden Literaturdaten!

Variante 2: Schmelzpunktbestimmung mit einem Mikroheiztisch nach Boetius (—»AB 0, Abschn. 13.1.)

Geräte und Chemikalien:

1kompletter Mikroheiztisch »Boetius«

(Zubehör: Thermometersatz 0 bis 270° und 70 bis 260 °C, Objektträger, Deckgläser, 1 Satz Übungssubstanzen)

1 Mikroskop zum Heiztisch

1 Mikrospatel

1 Becherglas mit Alkohol zum Reinigen der Objektträger und Deckgläser

Durchführung:

Etwa 0,01 bis 0,1 mg einer Substanz werden mit dem Mikrospatel auf einen Objektträger ge­ bracht, mit einem Deckgläschen bedeckt und die Kristalle durch leichten Druck mit dem Zeige­ finger verrieben, so daß ein dichtes Aufliegen des Deckgläschens auf dem Objektträger gewährlei­

1)In jüngster Zeit werden in der chemischen Fachliteratur die Begriffe Siedetemperatur und Schmelztempera­ tur verwendet, aber auch die Bezeichnungen Siedepunkt und Schmelzpunkt sind nach wie vor üblich.

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stet ist. Bestimmen Sie davon den Schmelzpunkt auf dem genannten Mikroheiztisch! (-* AB 0, Abschn. 13.1.)

•Wie verändert sich der Schmelzpunkt einer Substanz durch Verunreinigungen?

•Wozu dient die Mischschmelzpunktmethode?

6.4.2.Siedepunkt

Der Dampfdruck jeder Flüssigkeit wächst mit steigender Temperatur. Die Temperatur, bei der er gerade den Außendruck erreicht, nennt man den Siedepunkt der Flüssigkeit (Abkürzung Sdp.). Den Siedepunkt einer Substanz bei einem Außendruck von 1,013 25 • 10s Pa nennt man ihren normalen Siedepunkt. (Zu 6.4.2.—»AB 0, Abschn. 13.2.)

•Beschreiben Sie qualitativ die Druckabhängigkeit des Siedepunktes!

Versuch 6.24 Bestimmung des Siedepunktes nach einer Mikromethode

Für die Mikrosiedepunktbestimmung haben sich u. a. folgende zwei Verfahren bewährt: Während sich die Methode nach Emich besonders für Verbindungen mit Siedepunkten bis etwa 150 °C eignet, liefert für höher siedende Flüssigkeiten (Sdp. > 120 °C) das Verfahren von Siwoloboff gute Resultate.

Beide Methoden sind im AB 0, Abschn. 13.2., ausführlich beschrieben.

Bestimmen Sie den Siedepunkt einer Substanz mit Hilfe einer dieser beiden Mikromethoden, und vergleichen Sie Ihr Resultat mit dem entsprechenden Literaturwert!

Es empfiehlt sich, in beiden Fällen eine vorherige Eichung mit Wasser vorzunehmen.

6.4.3.Brechungsindex

Der Brechungsindex ist definiert als das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in Luft zu der im betreffenden Medium. Seine Bestimmung erfolgt für Flüssigkeiten am zweckmäßigsten mit dem

.466e-Refraktometer. Der Brechungsindex ist jedoch keine Stoffkonstante, da er von der Tempe­ ratur und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes abhängt.

Versuch 6.25 Bestimmung von Brechungsindizes

Die Brechungsindizes von organischen Flüssigkeiten sind bei 20 °C und 25 °C zu bestimmen. Die Proben erhalten Sie von Ihrem Assistenten.

Beim Veigleich mit den Literaturwerten ist stets darauf zu achten, daß gleiche Meßbedingungen vorliegen!

•Was bedeutet das Symbol »|°?

6.5.Massenund Volumenmessung

6.5.1.Massenmessung

Die Wägung dient der Massebestimmung eines Körpers. Im chemischen Laboratorium stehen da­ für im Prinzip zwei Arten von Waagen zur Verfügung (—»AB 0, Abschn. 6.):

Präzisionswaagen (Genauigkeit ±0,1 g) dienen zur Wägung größerer Substanzmengen (bis etwa

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