Analytik 2.0

• PH-Wert berechnen

  • starke Säure: pH=-lg(c(H3O+)) = -log(c(HA))
  • schwache Säure: c(H3O+)=Wurzel aus Ks*c0(Ha)
  • pH=-lg Wurzel aus Ks*c0(HA) -> 1/2*(pks-lg(c0(HA))
  • starke Base: pH=14+lg(c0(A-))
  • schwache Base: pH=14-1/2*(pks-c0(HA))
• Protolysegrad

  • schwache Säuren und Basen nicht vollständig protolysiert

  Alpha=(c der protolysierten Teilchen)/c0 vor der Protolyse

  Ks=Alpha^2*C0
• Puffer

  • Säure + konjungierte Base
  • um pH Wert konstant zu halten, reagiert mit Säure oder Base

  Essig Acetat Puffer

  CH3COOH -> <- Ch3OO-

  CH3COOH + H2O -> <- CH3OO- + H3O+
• Henderson-Hasselbach-Gleichung

  • aktueller pH-Wert einer Pufferlösung
  • CH3COOH und CH3OO- laufen im GGW ab
  • Zugabe von H3O+ Ionen stört, Bildung on CH3COOH + H2O
  • Ks mit MWG bestimmbar
  • (H3O+)=(Ks*(CH3COOH))/(CH3COO-)
  • pH=pks-lg((HA)/(A-))
  • pH=pks+log((A-)/(HA))
• gleichionige Zusätze

  • Zugabe von KCl -> Übersättigung der AgCl-Lösung und Überschreitung des KL Wertes -> Ausfällung Silberchlorid
  • GGW stellt sich ein -> cAg+ gering, cCl- hoch
  • kann L verringern, weitere Zusätze führen wieder zur Auflösung des Niederschlages

  Ag+ + Cl- -> <- AgCl

  AgCl + 2Cl- -> <- (AgCl2) (löslicher Komplex)

  KL=(Ag+)*(Cl-)

  K=(AgCl2)/((Ag+)*(Cl-)^2
• fremdionige Zusätze

  • geringe c -> keine Beeinflussung der Löslichkeit
  • hohe c -> verringert Aktivität der am KL beteiligten Ionen durch ionische WW -> Auflösung vom Bodensatz
  • Erhöhung L der schwerlöslichen Salze
• Base-Konstante

  K=((OH-)*(BH+))/((B)*(H2O))

  KB=K(H2O)=((OH-)*(BH-))/(B-)

  • je größer KB, desto stärker die Base und je kleiner pKB
  • pKB=-log(KB)
• Säure-Base-Gleichgewicht

  • Ionenprodukt H2O: Produkt c von Oxoniumionen und Hydroxidionen in reinem H2O
  • KW=c(H3O+)*c(OH-)=1*10^-14 mol/l
• Säurekonstante

  HA + H2O -> <- H3O+ + A-

  K=((H3O+)*(A-))/((HA)*(H2O))

  KS=K(H2O)=((H3O+)*(A-))/(HA)

  • je größer Ks, desto stärker die Säure und je kleiner pKs
  • pKS=-log(KS)
• Solvey-Verfahren

  Herstellung Natriumcarbonat

  1. in gesättigter Lösung NaCl wird NH3 und CO2 eingeleitet

  2NaCl + 2NH3 -> 2NaHCO3 + 2NH4Cl

  2. NaHCO3 wird erhitzt, CO2 wird zurückgeleitet

  2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O

  3. andere Hälfte CO2 erhält man durch Verbrennen

  CaCO3 -> CaO + CO2

  4. Branntkalk wird für Rückgewinnung von NH3 genutzt

  CaO + 2NH4Cl -> CaCl2 + 2NH3 + H2O

  -> 2NaCl + CaCO3 -> Na2CO3 + CaCl2
• Bleiakkumulator

  • Beim Entladen

  Oxidation an der Anode: Pb + SO42- -> PbSO4 + 2e-

  Reduktion an der Kathode: PbO2 + SO42- + 4H3O+ + 2e- -> PbSO4 + 6H2O

  • Beim Laden

  Oxidation: PbSO4 + 2e- -> Pb + SO42-

  Reduktion: PbO4 + 6H2O -> PbO2 + SO42- + 4H3O+ 2e-

  • Gesamtreaktion

  Pb + PbO2 + 2SO4- + 4H3O+ -> 2PbSO4 + 6H2O
• Bayer-Verfahren + Schmelflusselektrolyse

  Aluminium Herstellung

  • Bauxit brechen/mahlen -> Druckbehälter NaOH -> filtrieren und Rotschlamm entfernen -> Na[Al(OH)4] -> abkühlen -> Kristallisieren indem man Al(OH)3 als Impfkristalll benutzt -> Drehrohröfen -> Aluminiumoxid
  • Schmelzflusselektrolyse

  1,5O2 + 3C -> 3CO

  Al2O3 + 3C -> 2Al + 3CO
• Alkalimetalle Verbrennung und H2O

  • Verbrennung

  4Li + O2 -> 2LiO

  K + O2 -> KO2

  4Na + O2 -> 2Na2O

  • H2O

  2Li + 2H2O -> 2LiOH + H2

  2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2

  2K + 2H2O -> 2KOH + H2
• Iod

  • Hauptvorkommen: Chilesalpeter NaIO3
  • Komproportionierung

  durch gleichzeitig Oxidation und Reduktion aus höheren und niedrigeren Oxidationsstufen des gleichen Elementes wird eine mittlere Oxidationsstufe gebildet

  IO3- + 5I- + 6H3O+ -> 3I2 + 9H2O
• Haber-Bosch-Verfahren

  1. Synthesegas Herstellung

  CH4 + CO -> <- 3H2 + CO

  2. Wassergas-Shift-Reaktion

  H2O + CO -> <- H2 + CO2

  3. Hauptreaktion

  3H2 + N2 -> <- 2NH3

  
  

  • > N2 relativ unreaktiv, deswegen Katalysator Fe3O4/Al2O3
• Ostwald-Verfahren

  1. Katalysierte Oxidation von NH3

  4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O

  2. Oxidation zu NO2

  • auf 50°C abkühlen 2NO + O2 -> 2NO2

  3. Umsetzung zur Salpetersäure

  4NO2 + 2H2O + O2 -> 4HNO3

  2N2O4 + 2H2O + O2 -> 4HNO3

  2NO2 + H2O -> HNO3 + HNO2

  3HNO2 -> HNO3 + 2NO + H2O
• Borsäure

  B(OH)3 + H2O -> <- [B(OH)4]- + H+

  • einprotonige Säure ( sehr schwache Säure)
  • Lewis-Säure als Hydroxidakzeptor
• Soda-Pottasche (Mischung aus K2CO3 & Na2CO3)

  BaSO4 + Na2CO3 -> BaCO3 + Na2SO4
• Saurer Aufschluss

  Fe2O3 + 6KHSO4 -> Fe2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O
• Oxidationsschmelze

  2FeCr2O4 + 4K2CO3 + 7NaNO3 -> Fe2O3 + 4K2CrO4 + 7NaNO2 + 4CO2
• Freiberger Aufschluss

  2Sno2 + 2Na2CO3 + 9S -> 2Na2SnS3 + 2SO2 + 2CO2
• Kontaktverfahren

  1. Schwefel wird verbrannt

  S + O2 -> SO2

  2. Schwefeldioxid in GGW Reaktion zu SO3 umgesetzt

  2SO2 + O2 -> 3SO3

  3. SO3 + H2O -> H2SO4

  4. SO3 in H2SO4 gelöst

  SO3 + H2SO4 -> H2S2O7

  5. H2S2O7 + H2O -> 2 H2SO4

  Katalysator:

  2V2O5 + 2SO2 -> 2V2O4 + 2SO3

  • wird zurückgebildet
  • 2V2O4 + O2 -> 2V2O5
• chemisches GGW Allgemein

  • konstante Konzentration an Produkten und Edukten
  • keine Konzentrationsänderung
  • in beide Richtungen und Gleichzeitig
  • Voraussetzung: geschlossenes oder abgeschlossenes System
  • umkehrbare Reaktion
  • Hin- und Rückreaktion parallel
  • Unvollständiger Stoffumsatz
  • Katalysator führen zu wirksame Zusammenstöße
• Puffersysteme

  • Entstehung H3O+ Ionen -> c auf rechte Seite erhöht
  • Le Chatelier -> GGW nach links verschoben
  • zusätzliche Oxoniumionen abgebaut -> c ändert sich kaum
  • Basen: Entstehen von OH- Ionen
  • CH3COOH + OH- -> <- Ch3COO- + H2O
  • Hydroxidionnen durch CH3COOH fast vollständig abgebaut -> reagieren nicht mit H§O+ Ionen
• Röstreduktionsverfahren

  Herstellung Blei

  1. Bleiglanz im Luftstrom bei ca 1000°C oxidiert

  2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2

  2. PbO reduziert mit Koks

  PbO + C -> Pb + CO

  PbO + CO -> Pb + CO2

  3. nur ein Teil PbO geröstet, anderer dient zur Reduktion

  3Pbs + 3O2 -> PbS + 2PbO + 2SO2

  PbS + 2PbO -> 3Pb + SO2
• Wasserhärte

  temporär: 2HCO3- -> <- CO32- + CO2 + H2O

  CaCO3 + CO2 + H2O -> <- Ca2+ + 2HCO3-
• Essig-Acetat-Puffer

  CH3COOH -> <- CH3COO-

  CH3COOH + H2O -> <- CH3COO- + H3O+
• Graphit Vs Diamant

  
  

  Graphit:

  • hexagonale Kristallstruktur
  • thermodynamisch stabil
  • besteht aus verschiedenen mit nur einer Atomlage
  • geringe Dichte
  • sp2-hybridisiert -> jedes Kohlenstoffatom hat 3 weitere Nachbarn > Winkel 120°

  Diamant

  • kubische Kristallstruktur
  • thermodynamisch instabil
  • härtestes Material der Welt
  • sp3-hybridiesiert, jedes Kohelenstoffatom hat 4 Nachbarn mir kovalenten Bindungen > Winkel von 109,5°
• CoAl₂O₄

  • Die Sauerstoffatome bilden eine kubisch dichteste Kugelpackung (fcc).
  • In dieser Packung sind die Sauerstoffatome in den Ecken und auf den Flächen eines Würfels angeordnet.
  • Jedes Sauerstoffatom ist von sechs benachbarten Sauerstoffatomen umgeben.
  • Die Co- und Al-Metalle verteilen sich auf Oktaederlücken und Tetraederlücken im Spinellgitter.
  • Jedes Oktaeder besteht aus sechs Sauerstoffatomen, die ein Oktaeder umgeben.
  • Jedes Tetraeder besteht aus vier Sauerstoffatomen, die ein Tetraeder umgeben.
  • Die Co²⁺-Ionen besetzen die Oktaederlücken, während die Al³⁺-Ionen die Tetraederlücken einnehmen