Analytische Chemie: Chemie — Basiswissen III

546 Pages·1990·7.416 MB·German

by  Professor Dr. Hans Peter Latscha, Dr. Helmut Alfons Klein (auth.)

Springer-Lehrbuch
Springer-Verlag
GeschEiftsbibliothek - Heidelberg
Hans Peter Latscha
Helmut Alfons Klein
Analytische
Chemie
Chemie - Basiswissen III
Zweite Auflage
Mit 151 Abbildungen und 35 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York London
Paris Tokyo Hong Kong
Professor Dr. Hans Peter Latscha
Anorganisch-Chemisches Institut der Universitat Heidelberg,
1m Neuenheimer Feld 270,6900 Heidelberg 1
Dr. Helmut Alfons Klein
Bundesministerium fUr Arbeit und Sozialordnung
U-Abt. Arbeitsschutz/Arbeitsmedizin
Rochusstr. 1, 5300 Bonn 1
1. Auflage ist 1984 unter dem Titel "Analytische Chemie"
HeidelbergerTaschenoucher. Band 230 erschienen
ISBN-13: 978-3-540-52305-5 e-ISBN-13: 978-3-642-97237-9
DOT: 10.1007/978-3-642-97237-9
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Latscha. Hans P.: Chemie - Basiswissen / H. P. Latscha; H. A. Klein. - Berlin; Heidel
berg; New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong: Springer
NE: Klein, Helmut A.:
3. Analytische Chemie. - 2. Aufl. - 1990
(Springer-Lehrbuch)
ISBN-13: 978-3-540-52305-5
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nimmt der Verlag keine Haftung. Derartige Informationen sind den Laboratoriumsvor
schriften und den Hinweisen der Chemikalien-und Laborgerateherstellcr und -Vertreiber
zu entnehmen.
Einbandgestaltung: W. Eisenschink, Heddesheim
2152/3145-543210 - Gedruckt auf saurefreiem Papier
Vorwort zur zweiten Auflage
Dieses Buch ist der dritte Band der Reihe "Chemie Basiswissen".
Er basiert auf dem Buch "Pharmazeutische Analytik" (Springer
Verlag) von Latscha, Klein und Kessel; er enthalt die Grundlagen
der analytischen Chemie. Dabei erschien es uns sinnvolJ, einige
erprobte Bestimmungsmethoden aus den Arzneibuchern zu uber
nehmen, da diese Chemikern haufig unbekannt sind.
AusfUhrlich behandelt werden die klassischen Methoden der quali
tativen und quantitativen Analyse, der qualitative Nachweis der Ele
mente undfunktioneller Gruppen in organischen Verbindungen, chro
matographische und elektrochemische Methoden. Den elektrochemi
schen Methoden wurde besondere Aufmerksamkeit gewidmet,
weil sie fur Forschung und Betrieb zunehmend an Bedeutung
gewinnen.
Skizziert werden auBerdem die Grundlagen der optischen Analyse
methoden, der kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR), der
lnfrarot (IR)- und Ultraviolett (UV)-Spektroskopie, der Massenspek
troskopie (MS) und anderer moderner Analysemethoden.
Das Buch wurde so angelegt, daB es zur Prufungsvorbereitung und
als begleitender Lehrtext fUr Praktika von
- Studenten der Chemie
- Studierenden des hoheren Lehramtes
- Studenten mit Chemie als Nebenfach
benutzt werden kann.
Heidelberg, im Februar 1990 H. P. LATSCHA
H.A. KLEIN
Inhaltsverzeichnis
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
VorsichtsmaBnahmen und Unfallverhutung im
chemischen Labor . . . . . . . 3
1 Qualitative Analyse. 11
1.1 Anorganische Verbindungen 11
1.1.1 Allgemeine EinfUhrung . . . 11
1.1.2 Vorproben ........ . 22
1.1.3 Nachweis wichtiger Elementar-Substanzen 33
1.1.4 Schnelltests . . . . . . . . . 35
1.1.5 Untersuchung von Anionen . 37
1.1.6 Untersuchung von Kationen 70
1.1.6.1 Losliche Gruppe . . . . . . 72
1.1.6.2 Ammoniumcarbonat-Gruppe (NH4hC04-Gruppe 77
1.1.6.3 Ammoniumsulfid-Gruppe (NH4)2S-Gruppe 81
1.1.6.4 Schwefelwasserstoff-Gruppe (H2S-Gruppe) . 106
1.2 Organische Verbindungen . . . . . . . 135
1.2.1 Nachweis der Elemente in organischen
Verbindungen ................. . 135
1.2.2 Ausgewahlte Nachweis- und Identitatsreaktionen
fUr funktionelle Gruppen . . . . . . . . . 140
2 Grundlagen der quantitativen Analyse 163
2.1 Analytische Gerate . . . . . . . . . 163
2.1.1 Waagen .............. . 163
2.1.2 VolumenmeBgerate fUr Flussigkeiten 167
2.2 Konzentrationsma8e . . . . . . . . 171
2.2.1 Konzentrationsangaben des SI-Systems . 171
2.2.2 Berechnung der Stoffmengen bei chemischen
Umsetzungen . 179
2.2.3 Aktivitat .................. . 181
VIII
2.3 Statistische Auswertung von Analysendaten 185
3 K1assische quantitative Analyse 189
3.1 Grundlagen der Gravimetrie .. 189
3.1.1 Gravimetrische Grundoperationen 190
3.1.2 Lbslichkeit . . 196
3.1.3 Komplexbildung 203
3.1.4 Niederschlagsbildung. 205
3.1.5 Berechnungder Analysenwerte . 207
3.2 Gravimetrische Analysen mit anorganischen
FiiUungsreagenzien . 209
3.3 Gravimetrische Analysen mit organischen
Fiillungsreagenzien . . 213
3.4 Grundlagen der Ma8analyse 215
3.4.1 MaBlbsungen, Urtitersubstanzen 217
3.4.2 Berechnung der Analysen . 221
3.4.3 Indikatoren. 223
3.5 Siiure-Base-Titrationen
(Neutralisationstitrationen,
Acidimetriel Alkalimetrie) . . 230
3.5.1 Theorie der Sauren und Basen . . . 230
3.5.2 Aciditats- und Basizitatskonstante (Sauren- und
Basenkonstante) 233
3.5.3 Ionenprodukt des Wassers 236
3.5.4 pH-Wert 238
3.5.5 Saure-Base-Reaktionen. 244
3.5.6 "Hydrolyse" (Proto lyse) von Salzen . 245
3.5.7 Puffer. 246
3.6 Titrationen von Siiuren und Basen
in wii8rigen Losungen . 251
3.6.1 Titrationskurven 251
3.6.2 Endpunkte der Titrationen 258
3.6.3 Titrationsmbglichkeiten (Abschatzung anhand
vorgegebener pK-Werte) 259
3.6.4 Anwendungsbeispiele . 260
3.7 Titrationen von Siiuren und Basen in
nichtwii8rigen Losungen . . 270
3.7.1 Physikalisch-chemische Grundlagen 270
IX
3.7.2 Losungsmittei und ihre Einfliisse 274
3.7.3 Titration schwacher Basen 278
3.7.4 Titration schwacher Siiuren . 281
3.8 Gmndiagen der Oxidations-nnd
Rednktionsanalysen 283
3.8.1 Oxidation und Reduktion . 283
3.8.2 Redoxreaktionen . . . 284
3.8.3 Redoxpotentiaie (Standardpotentiaie und
Normaipotentiaie) ... . 285
3.8.4 Eiektroden 292
3.9 Redoxtitrationen (Oxidimetrie) . 297
3.9.1 Titrationskurven 297
3.9.2 Endpunkte der Titration 299
3.9.3 Anwendungsbeispieie . 301
3.10 FiiUnngstitrationen 318
3.10.1 Titrationskurven . . 318
3.10.2 Endpunkte der Titrationen 320
3.10.3 Anwendungsbeispieie . 320
3.11 Komplexometrische Titrationen (Chelatometrie) . 325
3.11.1 Cheiatbiidner. .. .. ... .. 326
3.11.2 Titrationsmogiichkeiten mit
Dinatriumethyiendiamintetraacetat (EDTA ) . 328
3.11.3 Titrationsendpunkte .. .. 329
3.11.4 Kompiexometrische Arbeitsweisen 330
3.11.5 Titrationskurven .. .. ... 332
3.11.6 Anwendungsbeispieie mit EDTA . 334
4 Elektroanalytische Verfahren 341
4.1 Gmndlagen der Potentiometrie . 341
4.1.1 Allgemeines .... .. 341
4.1.2 MeBanordnung (fur die Wendepunktmethode)
und MeBeiektroden . 342
4.1.3 Anwendungsbereiche. .. 344
4.1.4 Anwendungsbeispieie . .... 344
4.2 Gmndlagen der Elektrogravimetrie . 355
4.2.1 Allgemeines . . . . . . . 355
4.2.2 Trennungen durch Elektroiyse 360
4.2.3 Instrumentelle Anordnung . . 362
X
4.2.4 Anwendungen 363
4.3 Grundlagen der Coulometrie 365
4.3.1 Allgemeines 365
4.3.2 Durchfiihrung coulometrischer Messungen 366
4.3.3 Anwendungsbereiche der potentiostatischen
Coulometrie · . 370
4.3.4 Anwendungsbeispiele. . . .. 374
4.4 Grundlagen der Polarographie 376
4.4.1 Allgemeines und instrumentelle Anordnung 376
4.5 Grundlagen der Konduktometrie 391
4.5.1 Allgemeines .. 391
4.5.2 Prinzipielle Anwendung . 397
4.6 Grundlagen der Voltametrie 401
4.6.1 Allgemeines · . 401
4.6.2 Prinzipielle Anwendung. . 403
4.7 Grundlagen der Amperometrie 404
4.7.1 Allgemeines · . 404
4.7.2 Prinzipielle Anwendung . 407
5 Optische nnd spektroskopische
Analysenverfahren . 411
5.1 Einfache optische Analysenmethoden 411
5.1.1 Refraktometrie . 411
5.1.2 Polarimetrie 414
5.1.3 Fluoreszenzspektroskopie 416
5.1.4 Nephelometrie 417
5.2 Molekiilspektroskopische Methoden 417
5.2.1 Gemeinsame Grundlagen von Atom- und
Molekiilspektren 417
5.2.2 Absorptionsspektroskopie im ultravioletten und
sichtbaren Bereich 423
5.2.3 Absorptionsphotometrie .. 431
5.2.4 Kolorimetrie ... 432
5.2.5 Infrarot- Absorptionsspektroskopie und
Raman-Spektroskopie 433
5.2.6 Raman-Spektroskopie ... 440
5.2.7 Kernresonanzspektroskopie (NMR, nuclear
magnetic resonance) .. 441
XI
5.2.8 Elektronenspinresonanz-Spektroskopie (ESR) 453
5.3 Atom- und Ionenspektroskopie;
Rontgenstrukturanalyse 454
5.3.1 Flammenphotometrie. . . . . . 454
5.3.2 Emissions-Spektroskopie . . . . 455
5.3.3 Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) . 456
5.3.4 Rontgenfiuoreszenzspektroskopie . . . 457
5.3.5 Elektronenstrahl-Mikroanalyse (Mikrosonde) 458
5.3.6 Photoelektronenspektroskopie (PE und ESCA) 458
5.3.7 Massenspektroskopie (MS) . . . . . . . . . 459
5.3.8 Rontgenstrukturanalyse ......... . 462
5.4 Stmkturbestimmung mit spektroskopischen
Methoden . .............. . 463
5.4.1 Aufgabenstellung und Analysenplanung 463
5.4.2 Auswertung von Spektren . 465
5.4.3 Praktische Anwendungen. . . . . . . . 466
6 Grundlagen der chromatographischen
Analysenverfahren . . . . . . . . . . . 473
6.1 Prinzip und Mechanismen der Chromatographie;
KenngroBen .. . . . . . . . . . . 473
6.2 Papierchromatographie (PC) . . . . 483
6.3 Diinnschichtchromatographie (DC) . 486
6.4 Saulenchromatographie (SC) . . . . 489
6.5 Gaschromatographie (GC) ..... 493
6.6 Hochieistungsfiiissigkeitschromatographie
(HPLC) ........ . 497
6.7 Ionenaustauscher (1EC). . . . . . . 498
6.8 Gelchromatographie
(Gelpermeationschromatographie) . 503
6.9 Affinitatschromatographie . . . . . 507
7 Reinigung ond Trennong von Verbindongen 509
7.1 Charakterisierung von Verbindungen durch
Schmelz-und Siedepunkt . . . . . . . . 509
7.2 Trennung und Reinigung von Losungen. . . 510
XII
7.3 Reinigung von festen Stoffen 515
7.4 Extraktion 516
7.5 Trennung aufgrund kinetischer Effekte 518
8 Literaturnachweis und weiterfiihrende
Literatur . 525
9 Abbildungsnachweis 531
10 Sachverzeichnis . 532