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Zur 1. Hauptgruppe des Periodensystems gehören die Elemente Wasserstoff, Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium. Wasserstoff, der in der ersten Periode steht, ist ein typisches Nichtmetall. Die übrigen Elemente der 1. Hauptgruppe werden auch Alkalimetalle genannt, sie sind weiche, reaktionsfähige Metalle.

Die Alkalimetalle geben leicht ihr Valenzelektron ab und sind daher sehr reaktiv. Sie kommen in der Natur nur in gebundener Form vor. Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum.

Die analytische Chemie befasst sich mit der Identifizierung der Bestandteile und der Ermittlung der Zusammensetzung von Stoffen oder Stoffgemischen. Durch die Anwendung geeigneter Analysenmethoden sind folgende grundsätzliche Fragestellungen zu beantworten:

1. Welcher Stoff liegt vor?
2. Welche Zusammensetzung hat der Stoff oder das Gemisch?
3. Wie ist die Substanz aufgebaut?

Das Ziel der anorganischen qualitativen Analyse besteht in der Identifizierung anorganischer Substanzen, d. h. Elementen, Ionenverbindungen oder Molekülverbindungen.

Zur Lösung eines chemisch-analytischen Problems stehen dem Chemiker theoretisch eine Vielzahl verschiedener klassischer oder instrumenteller Analysemethoden zur Verfügung. Die Auswahl des Verfahrens hängt u. a. davon ab, welche Eigenschaften die Probe aufweist und welche Information man eigentlich benötigt. Je geringer die Konzentration des Analyten und je komplexer die Zusammensetzung der Probe ist, um so höhere Anforderungen werden an die Leistungsfähigkeit der Analysemethode gestellt.

* 31.5.1811 Göttingen
† 16.8.1899 Heidelberg

ROBERT WILHELM BUNSEN war einer der hervorragenden Chemiker des 19. Jahrhunderts. Bekannt wurde er vor allem durch die Entwicklung der Spektralanalyse gemeinsam mit dem Physiker GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF.

Chromatigrafische Methoden dienen zur Trennung von Stoffgemischen, sowie zur qualitativen und quantitativen Analyse. Moderne chromatografische Analysenmethoden nutzt man zum Nachweis kleinster Stoffmengen in der Kriminalistik, Umweltanalytik, Pharmazie und Dopinganalytik.

Die wichtigsten chromatografischen Methoden sind die Papier-, Dünnschicht-, Säulen- und Gaschromatografie.

Bei der Chromatografie handelt es sich um ein physikalisches Trennverfahren, bei denen die Stofftrennung auf der unterschiedlichen Wechselwirkung der zu trennenden Substanzen zwischen einer stationären und einer mobilen Phase, die nicht miteinander mischbar sind, beruht. Chromatografische Analyseverfahren dienen zur qualitativen und quantitativen Analyse.

Die Chromatografie bezeichnet physikalische Trennverfahren, bei denen die Stofftrennung auf der unterschiedlichen Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase, die nicht miteinander mischbar sind, beruht. Bei der Dünnschichtchromatografie erfolgt die Trennung durch mehrstufige Verteilungsprozesse zwischen einer festen stationären Phase und einer mobilen flüssigen Phase hauptsächlich aufgrund von Adsorptions-Desorptions-Wechselwirkungen. Sie findet hauptsächlich zur qualitativen Analyse oder zur Vortrennung von Stoffgemischen Anwendung.

Elektrochemische Analysemethoden beruhen auf physikalischen oder chemischen Vorgängen, die in elektrochemischen Zellen unter Ladungsaustausch an den Elektroden ablaufen. Sie werden meist zur quantitativen Analyse wässriger Lösungen genutzt.
Zu diesen Analysemethoden gehören u. a. Potenziometrie, Polarometrie, aber auch Konduktometrie und elektrophoretische Verfahren.
Bei allen Verfahren werden elektrische Größen z. B. die Zellspannung, Leitfähigkeit oder die Wanderungsgeschwindigkeit von Teilchen gemessen. Diese stehen in Zusammenhang mit der Art und der Konzentration der zu bestimmenden Substanz, die Analyt genannt wird. Die elektrische Messgröße kann entweder direkt oder im Rahmen einer Titration zur Äquivalenzpunktbestimmung herangezogen werden.

Die Identifizierung organischer Verbindungen mit einfachen Nachweisreaktionen ist nicht besonders eindeutig ist, da man nur Hinweise auf die Stoffklasse erhält. Deshalb bestimmt man in der Organik die Zusammensetzung der Substanzen quantitativ. Dies ist wesentlich einfacher als in der Anorganik, da die meisten organischen Moleküle aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Nur wenige Moleküle enthalten noch weitere Heteroatome wie Halogenatome (F, Cl, Br, I) oder Schwefel und werden noch weiteren Untersuchungen unterzogen.
Bei der Elementaranalyse oder CHN-Analyse werden die Gewichtsprozente der chemischen Elemente in organischen Verbindungen bestimmt und daraus die Verhältnisformel berechnet. Obwohl es sich um eine quantitative Analysenmethode handelt, wird sie zur Identifizierung organischer Substanzen ebenso genutzt wie zur Reinheitsprüfung.

Bei der qualitativen chemischen Analyse wird als Vorprobe die Flammenfärbung genutzt. Durch ein Spektroskop betrachtet, werden diskrete, charakteristische Linien sichtbar, die sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Charakterisierung ermöglichen.

Die Chromatografie bezeichnet physikalische Trennverfahren, bei denen die Stofftrennung auf der unterschiedlichen Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase, die nicht miteinander mischbar sind, beruht. In der Säulenchromatografie ist die feste stationäre Phase in einem langen, meist senkrecht stehenden Rohr als Säule angeordnet. Das zu trennende Gemisch wird oben auf die Säule gegeben und fließt mit der flüssigen mobilen Phase infolge der Schwerkraft oder angetrieben durch eine Pumpe durch die Säule.
Je nach Säulendurchmesser, Teilchengröße der stationären Phase und Arbeitsdruck unterscheidet man zwischen der klassischen Säulenchromatografie und der modernen Hochleistungsflüssigkeitschromatografie.

* 28.12.1818 in Frankfurt am Main
† 11.06.1897 in Wiesbaden

Carl Remigius Fresenius war ein deutscher Chemiker. Er ist der Begründer des chemischen Labors in Wiesbaden und war lange Zeit dessen Direktor. Das „Fresenius - Institut“ existiert auch heute noch.
Er gründete die Lehranstalt für Pharmazie, eine Ausbildungsabteilung für Lebensmittelchemiker und eine Versuchsanstalt für „Agrikulturchemie“.
In seinem Labor entwickelte er zahlreiche Methoden zur Bestimmung der Inhaltsstoffe in Mineralwasser, Soda und Metall- Legierungen, sowie außerdem zahlreiche analytische Verfahren, z. B. insbesondere ein Trennungsverfahren mit Schwefelwasserstoff.

Die Chromatografie bezeichnet physikalische Trennverfahren, bei denen die Stofftrennung auf der unterschiedlichen Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase, die nicht miteinander mischbar sind, beruht.
Die Gaschromatografie ist ein Trennverfahren für Stoffgemische, die gasförmig sind oder sich unzersetzt in die mobile Gasphase überführen lassen. Die Siedepunkte der zu analysierenden Stoffe sollten zwischen 40 und 300 °C liegen. Als stationäre Phase dient ein Feststoff oder eine flüssige Phase.

Elektrochemische Analysemethoden beruhen auf physikalischen oder chemischen Vorgängen, die in elektrochemischen Zellen unter Ladungsaustausch an den Elektroden ablaufen. Sie werden meist zur quantitativen Analyse wässriger Lösungen genutzt.
Zu diesen Analysemethoden gehören u.a. Potenziometrie, Konduktometrie und elektrophoretische Verfahren.
Bei allen Verfahren werden elektrische Größen z. B. die Zellspannung, Leitfähigkeit oder die Wanderungsgeschwindigkeit von Teilchen gemessen. Diese stehen in Zusammenhang mit der Art und der Konzentration der zu bestimmenden Substanz, die Analyt genannt wird. Bei der konduktometrischen Titration wird die Änderung des Leitwerts einer Analysenlösung während der Zugabe einer geeigneten Maßlösung gemessen. Auf diese Weise kann der Äquivalenzpunkt der Titration sehr genau bestimmt werden.

In der Kriminalistik hinterlassen die Täter fast immer Spuren, die jedoch oft nur mit speziellen physikalische und chemische Analysemethoden sichtbar gemacht und ausgewertet werden können.
Dabei reicht die Palette von einfachen chemischen Reaktionen zum Nachweis von Giften über die Sichtbarmachung von Fingerabdrücken bis hin zu komplizierten physikalischen und biochemischen Methoden.
Insbesondere die Analyse des Erbguts, der sogenannte genetische Fingerabdruck erlaubt die eindeutige Überführung von Straftätern aller Coleur. Aber auch Dopingsünder im Sport, verantwortungslose Väter und Umweltsünder können mithilfe unterschiedlicher Analysenmethoden, z. B. chromatografischer oder elektrophoretischer Verfahren, identifiziert werden.

* 12.05.1803 in Darmstadt
† 18.04.1873 in München

Das Hauptarbeitsgebiet LIEBIGs war die Chemie. Er entwickelte die Liebigsche Elementaranalyse und schuf die Möglichkeiten der künstlichen Düngung. Bekannt ist LIEBIG auch heute noch durch die Entwicklung von „LIEBIGs Fleischextrakt“, der in ganz ähnlicher Zusammensetzung auch heute noch in Brühwürfeln zu finden ist.

Die Massenspektrometrie ist eines der wichtigsten qualitativen und quantitativen Analyseverfahren. Mit ihrer Hilfe können kleinste Substanzmengen in verschiedensten Proben nachgewiesen werden. Dadurch hat die Massenspektrometrie eine große Bedeutung in der Spurenanalytik, z. B. in der Umweltchemie, Medizin und in der Toxikologie erlangt. Sie eignet sich aber auch, um Informationen über die Strukturen unbekannter Stoffe zu erhalten. Das grundlegende Prinzip beruht auf der Ionisierung von Teilchen und ihrer anschließenden Trennung in elektrischen und magnetischen Feldern nach ihrer Masse und Ladung.

Das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen wird maßgeblich durch die in den Molekülen enthaltenen funktionellen Gruppen bestimmt. Um die zu identifizierenden reinen Verbindungen einer Stoffklasse zuordnen zu können, führt man einfache Nachweisreaktionen durch, die ebenfalls auf Fällungs- oder Farbreaktionen beruhen.
Der Nachteil der meisten einfachen Nachweisreaktionen funktioneller Gruppen besteht darin, dass diese meist wenig stoffspezifisch sind, sondern nur Hinweise auf die entsprechenden Stoffklasse geben.

Die Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße sind mehr oder weniger spezifische Nachweisreaktionen der Stoffklassen. Anders als bei anorganischen Fällungs- oder Farbreaktionen sind die Reaktionsgleichungen oft sehr kompliziert und daher nur schwer darzustellen.
Die Vielfalt der makromolekularen Naturstoffe ist viel zu groß, als das man für jeden einzelnen Stoff einen spezifischen Nachweis entwickeln könnte. Deshalb nutzt man zur eindeutigen Identifizierung der Einzelstoffe heutzutage moderne instrumentelle Methoden wie die Massenspektroskopie oder elektrophoretische Verfahren. Stehen diese nicht zur Verfügung, muss man physikalische Eigenschaften wie Schmelzpunkte oder optische Drehwerte für eine eindeutige Identifizierung heranziehen.

Eine sehr leistungsfähige und inzwischen unverzichtbare Methode zur Analyse und Identifizierung von Substanzen, sowie zur Strukturaufklärung meist organischer Verindungen ist die NMR-Spektroskopie. Sie basiert auf dem unterschiedlichen Verhalten magnetisch aktiver Atomkerne unter dem Einfluss eines äußeren starken Magnetfeldes. Die am häufigsten untersuchten Kerne sind ${}^1\text{H}$- und ${}^{13}\text{C}$- Kerne aber auch ${}^{31}\text{P}$- und ${}^{19}\text{F}$- Kerne eignen sich für die NMR-Spektroskopie. Eine wichtige Anwendung des Prinzips ist in der medizinischen Diagnostik in Form der MRT (Magnet Resonanz Tomografie) zur Untersuchung von Gewebestrukturen zu finden.

Elektrochemische Analysemethoden beruhen auf physikalischen oder chemischen Vorgängen, die in elektrochemischen Zellen unter Ladungsaustausch an den Elektroden ablaufen. Sie werden meist zur quantitativen Analyse wässriger Lösungen genutzt.
Zu diesen Analysemethoden gehören u.a. Potenziometrie, Konduktometrie und das elektrophoretische Verfahren.
Bei allen Verfahren werden elektrische Größen z. B. die Zellspannung, Leitfähigkeit oder die Wanderungsgeschwindigkeit von Teilchen gemessen. Diese stehen in Zusammenhang mit der Art und der Konzentration der zu bestimmenden Substanz, die Analyt genannt wird. Die elektrische Messgröße kann entweder direkt oder im Rahmen einer Titration zur Aquivalenzpunktbestimmung herangezogen werden.

Die Struktur kristalliner Festkörper bestimmt wesentlich dessen Eigenschaften und die daraus resultierenden Anwendungsmöglichkeiten. Zur Analyse der Struktur nutzt man die Röntgenbeugungsanalyse (engl.: X-ray diffraction analysis), indem man Röntgenstrahlen einer geeigneten definierten Wellenlänge an der Gitterstruktur des Festkörpers beugt. Aus dem erhaltenen Beugungsmuster kann man Rückschlüsse auf die Anordnung der Atome, Ionen bzw. Moleküle im Gitter ziehen.
Man unterscheidet zwischen Einkristall- und Pulvermethoden. Aus Einkristallaufnahmen kann man die Struktur unbekannter, reiner Festsubstanzen sehr genau berechnen. Pulveraufnahmen sind weniger genau, lassen sich aber zur Identifizierung von bekannten Feststoffen und zur Reinheitsbestimmung nutzen. Mit aufwändigen Rechenprogrammen können auch aus Pulveraufnahmen Kristallstrukturen unbekannter, neu entdeckter Verbindungen ermittelt werden.

Bei spektroskopischen Analysenmethoden wird die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie, d. h. den Teilchen (Atomen, Molekülen oder Ionen) der Analysenprobe, untersucht.

In der Natur liegen die meisten organischen und anorganischen Stoffe als Stoffgemische vor. Auch in der chemischen Industrie handelt es sich bei Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten von Stoffsynthesen häufig um verunreinigte Substanzen. Deshalb sind Verfahren zur Stofftrennung von außerordentlicher Bedeutung. Ähnliche Trennverfahren begegnen uns auch erstaunlich oft im Alltag.
Die Trennung der Stoffgemische beruht auf der Ausnutzung der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften der beteiligten Reinstoffe.

Die UV-VIS-Spektroskopie ist eine elektronenspektroskopische Methode, bei der die Absorption von sichtbarem und UV-Licht hauptsächlich durch organische Moleküle gemessen wird. Sie wird in der Regel zur quantitativen Analyse eingesetzt.