Allgemeine Chemie

60 Pages·2007·0.77 MB·German

Skript zum Praktikum
Allgemeine Chemie
für Physiker
Name

Inhaltsverzeichnis i
Inhaltsverzeichnis
Durchf(cid:252)hrung der Experimente 1
Protokollf(cid:252)hrung 4
Literaturempfehlungen 5
Tag 1: Chemische Energetik 7
Station 1: Ger(cid:228)tekunde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Umgang mit Gas(cid:29)aschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Umgang mit Bunsenbrennern . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Station 2: L(cid:246)sungsw(cid:228)rme von Salzen . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Station 3: Reaktionsenthalpie (∆H) einer Redox-Reaktion . . . . 12
Station 4: Verbrennungsenthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Station 5: W(cid:228)rmekissen und K(cid:228)ltepackungen . . . . . . . . . . . 14
Station 6: Spontane endotherme Reaktion . . . . . . . . . . . . . 15
Tag 2: S(cid:228)uren und Basen 17
Station 1: Nat(cid:252)rliche Indikatoren, Farborgel . . . . . . . . . . . . 17
Station 2: Bildung von S(cid:228)uren und Laugen. . . . . . . . . . . . . 18
Station 3: Pu(cid:27)er . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Station 4: Titration von Coca Cola . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Station 5: Indikatoren, Umschlagbereiche, Mischindikatoren . . . 22
Station 6: S(cid:228)ure/Base-Verdr(cid:228)ngungsreaktionen . . . . . . . . . . 24
Tag 3: Redoxreaktionen und Elektrochemie 25
Station 1a: Die F(cid:228)llungs-/Redoxreihe der Metalle . . . . . . . . . 25
Station 1b: Zementation von Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Station 2: Das Daniell-Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Station 3: Konzentrationsabh(cid:228)ngigkeit des Elektrodenpotentials . 29
Station 4: Die Brennsto(cid:27)zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Station 5: Die Alkali-Mangan-Batterie . . . . . . . . . . . . . . . 32
Station 6: Die Zink-Luft-Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Tag 4: Chemische Kinetik 37
Station 1: Die Ioduhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Station 2: Reaktion von Natriumthiosulfat mit Salzs(cid:228)ure . . . . . 39
Station 3: Grobes und fein verteiltes Zink in Salzs(cid:228)ure . . . . . . 41
Station 4: Temperaturabh(cid:228)ngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 42
Station 5: Die Hydrolyse von tert-Butylchlorid . . . . . . . . . . 43
Tag 5: Freies Experimentieren 45
Anhang A: Chemikalienliste 47
Anhang B: R- und S-S(cid:228)tze 51
Anhang C: Spannungsreihe 55
ii Inhaltsverzeichnis
Durchf(cid:252)hrung der Experimente 1
Durchfu¨hrung der Experimente
Dieses Skript wurde zum Praktikum (cid:18)Allgemeine Chemie f(cid:252)r Physiker(cid:16) ge-
schrieben. In diesem Praktikum sollen Sie experimentell einige grundlegen-
dene Konzepte der Chemie kennenlernen.
Die einzelnen Experimente stehen in gr(cid:246)(cid:255)eren experimentellen und/oder
theoretischen Problemkreisen. Jeder Versuchstag ist dabei einem bestimm-
ten Sachgebiet zugeordnet. Bereiten Sie sich daher auf das Praktikum vor,
indem Sie das Skript im Vorfeld sorgf(cid:228)ltig durcharbeiten, sich die Durch-
f(cid:252)hrung und Zielsetzung aller Versuche klarmachen und evtl. Reaktions-
gleichungen formulieren. Die Praktikumsassistenten werden sich im
Vorfeld davon (cid:252)berzeugen, dass Sie ausreichend vorbereitet sind.
Nur dann d(cid:252)rfen Sie die Versuche durchf(cid:252)hren!
Sie werden in diesem Praktikum die Experimente an den ersten vier Ta-
gen an Stationen durchf(cid:252)hren. Ihre Aufgabe besteht darin, den zeitlichen
Ablauf Ihres Praktikumstages zu organisieren. Sie m(cid:252)ssen die Stationen so
ausw(cid:228)hlen, dass Sie alle Experimente durchf(cid:252)hren, aber m(cid:246)glichst auch kei-
nen Leerlauf haben. Sprechen Sie sich untereinander ab.
Am 5. und letzten Tag werden Sie einen einzelnen Versuch in einer Zweier-
gruppe durchf(cid:252)hren. Die zugeh(cid:246)rige Versuchsvorschrift werden Sie erst an
diesem Tag erhalten. Ziel dieses Praktikumstages ist die eigenst(cid:228)ndige und
selbstdurchdachtePlanungundUmsetzungeineseinfachenexperimentellen
Problemes. Dabei stehen Ihnen die Prakikumsassistenten als Diskussions-
partner zur Verf(cid:252)gung.
Gefahren beim Umgang mit Chemikalien
Beachten Sie die allgemeinen Sicherheitshinweise. Im Labor ist
das Tragen von Laborkitteln (100% Baumwolle) und Schutzbrillen
P(cid:29)icht! Lange Haare m(cid:252)ssen zusammengebunden werden. Eben-
falls ist Essen und Trinken im Labor strikt verboten! Informieren
Sie Sich (cid:252)ber Fluchtt(cid:252)ren und die Standorte von Feuerl(cid:246)schern
und Verbandsk(cid:228)sten.
Informieren Sie sich bereits im Vorfeld (cid:252)ber m(cid:246)gliche Gefahren im Um-
gang mit den von Ihnen verwendeten Chemikalien. In der Chemikalienliste
f(cid:252)r die Versuche sind dazu die Gefahrensymbole angegeben. Besonders ge-
f(cid:228)hrliche Chemikalien sind in diesem Skript mit einem ! gekennzeichnet.
Informieren Sie sich ganz besonders bei diesen Chemikalien (cid:252)ber die R- und
S-S(cid:228)tze. Hierzu (cid:28)nden Sie am Ende des Skripts eine Zusammenstellung al-
ler verwendeten Chemikalien inklusive der zugeh(cid:246)rigen R- und S-S(cid:228)tze. Die
Praktikumsassistenten werden Sie w(cid:228)hrend des Praktikums hierzu befra-
gen. Dieses dient vor allem Ihrer Sicherheit und der Ihrer Kommilitonen.
Um auf den ersten Blick (cid:252)ber Eigenschaften von Chemikalien informiert zu
sein,welchedieGesundheitbeeintr(cid:228)chtigenk(cid:246)nnen,stehenaufdenVorrats-
gef(cid:228)(cid:255)en und in der Versuchsbeschreibung entsprechende Gefahrensymbole.
Diese Symbole m(cid:252)ssen Ihnen neben den R- und S-S(cid:228)tzen vertraut sein.
2 Durchf(cid:252)hrung der Experimente
T+ T C O
sehrgiftig giftig ätzend brandfördernd
F F+ E
leichtentzündlich hochentzündlich explosionsgefährlich
Xn Xi N
gesundheitsschädlich reizend umweltgefährlich
R- und S-S(cid:228)tze beinhalten Gefahrenhinweise (R-S(cid:228)tze) und Sicherheits-
ratschl(cid:228)ge(S-S(cid:228)tze),dieIhnenbeidemUmgangoderbeiderKontamination
mit dem betre(cid:27)enden Sto(cid:27) als Hilfe zur Gefahrenabwehr dienen sollen. In
keinem Fall entbindet Sie das Wissen um Gefahrensymbole und R- und S-
S(cid:228)tze davon, sich ausf(cid:252)hrlich mit den chemischen Eigenschaften und der
biologischen Wirksamkeit benutzter Chemikalien vertraut zu machen, da
diese Informationen in den R- und S-S(cid:228)tzen aus verst(cid:228)ndlichen Gr(cid:252)nden
allgemein gehalten werden.
Dies sei Ihnen kurz am Beispiel der Salpeters(cid:228)ure verdeutlicht: Salpeters(cid:228)u-
re tr(cid:228)gt als starke Elementsauersto(cid:27)s(cid:228)ure die Gefahrensymbole O (brand-
f(cid:246)rdernd) und C ((cid:228)tzend). Die Angaben in den R- und S-S(cid:228)tzen liefern:
R 8-35 S: 1/2-23-26-36-45. Hier steht aber z.B. nirgendwo, dass der Haut-
kontakt mit deren Gelbf(cid:228)rbung und Zersetzung einhergeht. Informieren Sie
Sich(cid:252)berdieReaktion!BedenkenSieauch,dassvieleReaktionenmitbiolo-
gischem Material erst zeitlich stark versetzt (Stunden bis Tage!) sicht- und
sp(cid:252)rbar werden k(cid:246)nnen! Au(cid:255)erdem k(cid:246)nnen diese Informationen abh(cid:228)ngig
von Konzentration, Zubereitung oder Zerteilungsgrad der Chemikalie stark
di(cid:27)erieren.
W(cid:228)hrend des ersten Praktikumstags werden die Assistenten Ihnen au(cid:255)er-
dem Hinweise zum sicheren praktischen Arbeiten geben.
Arbeiten Sie au(cid:255)erdem umweltbewu(cid:255)t. Erkundigen Sie Sich bei Unklarhei-
ten (cid:252)ber die Entsorgung von Chemikalien bei den Assistenten. Sch(cid:252)tten
Sie niemals schwermetallhaltige L(cid:246)sungen oder organische L(cid:246)sungsmittel in
den Ausguss. Gehen Sie sparsam mit den bereitgestellten Chemikalien um,
nicht immer gilt: (cid:18)Viel hilft viel(cid:16). Nutzen Sie einige L(cid:246)sungen in Absprache
mit den Assistenten ggf. mehrfach.
Durchf(cid:252)hrung der Experimente 3
Halten Sie den Arbeitsplatz sauber. Nachdem Sie eine Station er-
folgreich durchgef(cid:252)hrt haben reinigen Sie bitte die verwendeten
Ger(cid:228)te, soweit dies m(cid:246)glich ist. Achten Sie besonders bei Pipet-
tenaufeineausreichendeReinigung,damitandereL(cid:246)sungennicht
kontaminiert werden.
Neben einigen Versuchen (cid:28)nden Sie Symbole, die auf Besonderheiten der
Station hinweisen sollen.
Besondere Entsorgung beachten.
Experiment mit erh(cid:246)htem Gefahrenpotential.
Bei der Durchf(cid:252)hrung wird Ihnen vom Assistenten geholfen.
4 Protokollf(cid:252)hrung
Protokollfu¨hrung
DieimPraktikumdurchgef(cid:252)hrtenExperimentesollenw(cid:228)hrend des Prak-
tikums protokolliert werden. Dieses ist f(cid:252)r Ihren Lernerfolg sehr wichtig.
Achten Sie in Ihrem eigenen Interesse auf eine sorgf(cid:228)ltige Protokollierung
der Experimente. Benutzen Sie hierf(cid:252)r ein Laborjournal oder ein
vergleichbares Heft, am besten mit kariertem Papier. Eine (cid:18)Lose Zettel-
sammlung(cid:16) wird nicht akzeptiert. Die Protokolle werden bereits am Prak-
tikumstag vom jeweiligen Versuchsbetreuer abgezeichnet.
Ein Protokoll soll enthalten:
• Thema des Versuchs
• Beschreibung und ggf. Skizze
• Abweichungen von der Versuchsdurchf(cid:252)hrung im Skript
• Beobachtungen, Messwerte und kurze Deutung
Bringen Sie zu jedem Versuchstag entweder Millimeterpaper oder einen
Laptop mit geeigneter Software (Excel o.˜.) mit. Sie sollen mit diesen
Hilfsmitteln die Versuche, in denen z.B. Me(cid:255)daten als Funktion der Zeit
anfallen, w(cid:228)hrend des Experimentes quantitativ auswerten.
Achten Sie auf eine angemessene (cid:228)u(cid:255)ere Form der Protokolle!
Literaturempfehlungen 5
Literaturempfehlungen
1. Binnewies,M.;Allgemeine und Anorganische Chemie;SpektrumAka-
demischer Verlag
DerBinnewiesistderidealeBegleiterf(cid:252)rdieVorlesungunddasPrak-
tikum.
2. Riedel, Erwin; Anorganische Chemie; deGruyter Verlag Berlin
DerRiedelisteinKlassiker,derjedochnichtalleInhaltederVorlesung
abdeckt.
3. Atkins, Peter W.; Physikalische Chemie; Wiley-VCH
Der Atkins ist ein Standard-Lehrbuch im Bereich der physikalischen
Chemie, in dem viele Inhalte der Vorlesung weiter vertieft werden
k(cid:246)nnen. Im ersten Semester kein Muss, in h(cid:246)heren Semestern kommt
man nicht mehr am Atkins vorbei.
4. Mortimer C. E.; Chemie. Das Basiswissen der Chemie; Thieme Ver-
lag, Stuttgart.
ZumAufarbeitenvonWissensl(cid:252)ckenausderSchulzeitdurchausgeeig-
netes Lehrbuch. F(cid:252)r ein tiefer gehendes Verst(cid:228)ndnis sind o.g. B(cid:252)cher
zu empfehlen.
6 Literaturempfehlungen