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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.

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Multiple-Choice-Test zum Thema „Chemie – Qualitative und quantitative Analytik“.

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Die Nebengruppenelemente einer Periode des PSE unterscheiden sich in ihrer Elektronenkonfiguration nur durch die Besetzung der d-Niveaus. Sie werden deshalb als d-Block-Elemente bezeichnet und ähneln sich in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften weitaus stärker als Hauptgruppenelemente:

1. Alle Nebengruppenelemente sind Metalle.
2. Sie bilden vielfach farbige, stabile Komplexverbindungen, in denen sie als Elektronenpaarakzeptoren wirken.
3. Die Elemente der mittleren Gruppen können in vielen verschiedenen Oxidationsstufen auftreten.
4. Besonders stabil sind Atome oder Ionen, die über halb besetzte oder vollständig besetzte d-Niveaus verfügen.
    

Die Salze der Salpetersäure heißen Nitrate. Sie sind gekennzeichnet durch das Säurerest-Ion $N{O}_3{}^{-},\begin{array}{c}\\ \end{array}N{O}_3{}^{-}-Ionen$(Nitrat-Ionen) werden durch die „Ringprobe“ nachgewiesen.

Die Nitrate finden hauptsächlich als Düngemittel in der Landwirtschaft und als Oxidationsmittel, z. B. in der Feuerwerkerei oder in chemischen Synthesen Verwendung.

Atomkerne lassen sich durch die Anzahl der Kernbausteine (Nukleonen) Proton und Neutron charakterisieren. Die Protonenzahl ist identisch mit der Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente. Die Massenzahl ergibt sich aus Protonenzahl und Neutronenzahl. Zur übersichtlichen Kennzeichnung eines Atomkerns verwendet man die Symbolschreibweise.

Oxidationszahlen sind formale Größen zur Beschreibung von Redoxreaktionen. Sie werden in römischen Ziffern über die Elementsymbole geschrieben. Die Änderung der Oxidationszahlen ist das charakteristische Merkmal von Redoxreaktionen.
Für die Bestimmung der Oxidationszahlen gibt es einfache Regeln. Bei komplexeren Verbindungen oder Teilchen ermittelt man die Oxidationszahlen der Atome anhand der Lewis-Formel, indem man formal eine heterolytische Bindungsspaltung durchführt.

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Protonen in einer Lösung. Der Zahlenwert gibt die Konzentration als negativen dekadischen Logarithmus an. Je weniger freie Protonen in einer Lösung vorhanden sind, desto größer ist der pH-Wert. Ist die Protonenkonzentration in einer Lösung hoch, d.h. der pH-Wert niedrig, spricht man von einer sauren Lösung, ist der Protonenkonzentration niedrig, d.h. der pH-Wert hoch, spricht man von einer basischen Lösung. Als neutral wird ein pH-Wert von 7 angenommen. In Analogie zum pH-Wert wird auch ein pOH-Wert definiert, der die Konzentration an OH${}^{-}$ -Ionen angibt.

Radioaktive Strahlung entsteht beim Umwandeln von instabilen Atomkernen (Radionukliden). Dabei können freigesetzt werden:

• Alphastrahlung (doppelt positiv geladene Heliumkerne),
• Betastrahlung (Elektronen oder Positronen),
• Gammastrahlung (energiereiche elektromagnetische Wellen kleiner Wellenlänge)

Redoxgleichungen müssen wie alle Reaktionsgleichungen die Gesetze der Erhaltung der Masse und der Ladung erfüllen. Die herkömmliche Verfahrenweise zum Aufstellen von Reaktionsgleichungen ist jedoch bei komplexen Redoxreaktionen sehr zeitraubend und führt häufig zu Fehlern. Deshalb geht man beim Einrichten von Redoxgleichungen nach folgendem Schema vor:

1. Aufstellen der Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion,

2. Ausgleich der Elektronenanzahl und Addition der Teilreaktionen,

3. Kürzen der Bruttoreaktionsgleichung,

4. Kontrolle, ob Erhaltung der Masse und der Ladung erfüllt sind.

* 30.08.1871 Nelson/Neuseeland
† 09.10.1937 Cambridge

RUTHERFORD war ein britischer Physiker, Professor in Montreal, Manchester und Cambridge. Er schuf die heute noch gültige Theorie des radioaktiven Zerfalls und entwickelte ein Atommodell, das wir heute als rutherfordsches Atommodell bezeichnen. 1919 realisierte er die erste künstliche Kernumwandlung.

Salze werden in der Lebensmittelindustrie häufig eingesetzt, um frische aber leicht verderbliche Nahrungsmittel länger haltbar zu machen. Durch Verfahren wie Einsalzen, Pökeln oder durch Zusetzen anderer Salze werden Bakterien und Keime abgetötet und die Lebensmittel konserviert (lat. conservare = erhalten).

Die Salzlagerstätten wurden in der Erdgeschichte durch Eindampfen von abgetrennten Meeresteilen gebildet, so z. B. in Europa vor etwa 200 Millionen Jahren aus dem Zechsteinmeer. Die Salzlagerstätten liegen in 300-1 500 m Tiefe und sind zum Teil über 100 m dick. Entsprechend der unterschiedlichen Löslichkeit der Salze im Meer erfolgte die Ablagerung in Schichten.

Eine einfache und trotzdem sehr zuverlässige Methode der quantitativen Analyse ist die Titration, die schon sehr lange zur Bestimmung der Konzentration wässriger Lösungen angewendet wird. Das Grundprinzip besteht darin, zu einer Analysenlösung unbekannter Konzentration eine Maßlösung eines Stoffes bekannter Konzentration zu geben. Wenn beide Stoffe vollständig miteinander reagieren, kann aus dem Volumen der Maßlösung die Konzentration der Analysenlösung berechnet werden. Dieses Prinzip kann sowohl bei Säure-Base-Reaktionen als bei auf anderen Reaktionstypen zur quantitativen Analyse genutzt werden.
Säure-Base-Titrationen kommen vielfältig zum Einsatz: für die Überwachung von Umweltprozessen, wie die Analyse der Wasser- und Bodenqualität, aber auch bei der Herstellung von Lebens- und Arzneimitteln.

Säuren sind dem Menschen schon lange bekannt. Schon 2000 v. Chr. verwendete man Essig zum Würzen von Speisen. Es ist zwar unwahrscheinlich, dass diese Stoffe schon damals als Säuren angesprochen wurden, aber ihr saurer Charakter war bereits bekannt und geschätzt.
Die erste Definition der Säuren war wohl die nach dem Geschmack. Unsere Zunge spricht auf saure Stoffe an, das heißt etwas schmeckt „sauer“. Da man aber im chemischen Labor keine Stoffe kosten kann, ohne die Gesundheit zu gefährden, wurden Messgeräte entwickelt und der Begriff „Säure“ definiert. Die Definitionskriterien wandelten sich dabei im Laufe der Zeit.

Säuren sind chemische Verbindungen, die in wässriger Lösung Protonen (Wasserstoff-Ionen) abgeben können. Sie haben eine ätzende Wirkung und bilden in Verbindung mit Basen entsprechende Salze. Säuren färben den Indikator Lackmus rot.
Sowohl in der chemischen Industrie als auch im täglichen Leben haben Säuren eine immense Bedeutung. Sie sind Bestandteil vieler Reinigungsmittel und sind als Ausgangsstoffe chemischer Synthesen, z. B. die Produktion von Düngemitteln, Baustoffen, Metallen und Kunststoffen unverzichtbar. Die Salzsäure ist als Bestandteil der Magensäure an der Verdauung beteiligt.
Weitere vielfältig verwendete anorganische Säuren sind die Schwefelsäure, die Phosphorsäure oder die Salpetersäure.

Als Schmelzen bezeichnet man den Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand, als Erstarren den umgekehrten Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand. Dabei gilt:

• Schmelztemperatur und Erstarrungstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
• Schmelzwärme und Erstarrungswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.

Als Sieden bezeichnet man den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand, als Kondensieren den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand.

Dabei gilt:

• Siedetemperatur und Kondensationstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
• Verdampfungswärme und Kondensationswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.

Natriumcarbonat (Soda) wird nach dem Solvay-Verfahren hergestellt. Das Grundprinzip des Solvay-Verfahrens besteht in der Reaktion von Natriumchlorid und Ammoniumhydrogencarbonat, wobei das am schwersten lösliche Salz, das Natriumhydrogencarbonat, ausfällt. Das ausgefallene Natriumhydrogencarbonat wird geglüht. Es entsteht Soda.

Ein chemisches System wird als homogen bezeichnet, wenn es nur aus einer einzigen Phase (fest, flüssig oder gasförmig) besteht, deren Zusammensetzung an jedem Ort des Systems gleich ist. Homogene Systeme können aus einem Reinstoff oder aus vielen Bestandteilen bestehen. Beispiele für homogene Stoffgemische sind: Mehl, Messing, Speisefett, Wein, Tee, Salzlösungen, Luft oder Erdgas.
Heterogene Stoffgemische bestehen aus mindestens zwei nicht miteinander mischbaren Phasen. Die Zusammensetzung solcher Gemische wie Schlamm oder Metallerzen ist nicht an jedem Punkt des Systems gleich. Oftmals sind die einzelnen Phasen mit bloßem Auge nicht mehr so einfach zu unterscheiden, sondern werden erst bei mikroskopischer Betrachtung deutlich. In solchen Fällen (Milch, Flüssigseifen) spricht man von mikroheterogenen oder kolloiden Systemen.

Stoffgemische bestehen aus mindestens zwei verschiedenen Reinstoffen, die entweder homogen oder heterogen miteinander vermischt sein können. Unter Ausnutzung der verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften kann man die Reinstoffe trennen. Eine solche Stofftrennung ist gerade unter dem Gesichtspunkt der ökologisch verantwortungsbewussten Nutzung der Rohstoffreserven und der Notwendigkeit der Abfallvermeidung von sehr aktueller Bedeutung.
Im Alltag werden Stoffe z. B. in Müllverwertungsanlagen, der Trinkwasseraufbereitung oder der Abwasserbehandlung getrennt. Aber auch im menschlichen Körper erfolgt die Trennung und Aufbereitung von Stoffen in den inneren Organen. Bei Fehlfunktionen der Leber oder der Nieren muss die Stofftrennung künstlich durchgeführt werden, da der Mensch ohne diese Prozesse nicht lebensfähig ist.