Analytische und angewandte Chemie: Nachweisreaktionen, quantitative Auswertung, Technik und Umwelt
Die Analytische und Angewandte Chemie prüft Nachweisreaktionen, quantitative Auswertung und chemische Fragestellungen aus Technik und Umwelt. Sie sollen Nachweise begründen, Messdaten sauber auswerten, Gehalte berechnen und Verfahren unter Sicherheits- und Umweltaspekten beurteilen.
Nachweisreaktionen
- Halogenide: Cl-, Br-, I- mit AgNO3 als schwerlösliche Silberhalogenide; AgCl löst sich in Ammoniak, AgBr schwer, AgI nicht.
- Sulfat mit Ba2+ als BaSO4; Carbonat mit Säure und Kalkwasser (CO2-Trübung); Ammonium mit NaOH und Geruch/Indicatorpapier.
- Fe3+ mit Thiocyanat ergibt eine rote Lösung; Cu2+ mit Ammoniak eine tiefblaue Komplexlösung; Flammenfärbung nutzt charakteristische Emissionen (Na gelb, K violett, Ca ziegelrot).
- Organische Nachweise: Fehling/Tollens für Aldehyde, Iodoform für Methylketone und Ethanol, Biuret für Peptide, Ninhydrin für Aminosäuren.
Quantitative Auswertung
- Bei der Titration gilt c1·V1·z1 = c2·V2·z2; z ist die Anzahl der übergehenden Protonen oder Elektronen.
- Der Äquivalenzpunkt ist nicht automatisch der Neutralpunkt; die Indikatorwahl richtet sich nach dem pH-Sprung.
- Gravimetrie nutzt eine definierte Fällung und Wägung; Photometrie nutzt Absorption nach Lambert-Beer (A = ε·c·d).
- Fehlerbetrachtung: systematische Fehler (falsche Maßlösung, Pipette) von zufälligen Streuungen trennen; signifikante Stellen und Einheiten konsequent mitführen.
Technik und Umwelt
- Wasserhärte wird über Ca2+- und Mg2+-Gehalte bestimmt; Komplexometrie mit EDTA ist ein typisches Verfahren.
- Abwasserparameter wie CSB, pH und Schwermetallgehalt werden nasschemisch oder instrumentell überwacht; Fällung und Ionenaustausch dienen der Schwermetallentfernung.
- Bei technischen Prozessen sind Katalyse, Energiebilanz und Kreislaufführung zu bewerten; Sicherheitsdatenblätter und Grenzwerte gehören zur Beurteilung.
Worked example
25,0 mL Salzsäure unbekannter Konzentration werden mit 0,100 mol/L NaOH titriert; bis zum Äquivalenzpunkt werden 20,0 mL Maßlösung verbraucht. Da HCl und NaOH im Verhältnis 1:1 reagieren, gilt c(HCl)·25,0 mL = 0,100 mol/L·20,0 mL. Daraus folgt c(HCl) = (0,100·20,0)/25,0 = 0,0800 mol/L. In 250 mL Probelösung liegen dann n = 0,0800 mol/L·0,250 L = 0,0200 mol HCl vor; mit M(HCl) = 36,46 g/mol ergibt sich m = 0,729 g. Die Rechnung zeigt, dass Volumenverhältnis und Verdünnungsfaktor getrennt kontrolliert werden müssen.
Typische Fallen
Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt werden gleichgesetzt; der Indikator wird ohne pH-Sprung gewählt; der Meniskus wird falsch abgelesen; die Bürette wird nicht mit Maßlösung gespült; der Verdünnungsfaktor wird vergessen; bei Nachweisen wird ein positives Ergebnis ohne Ausschluss von Störionen als sicher gewertet.