Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 22.02.16


Gravimetrie

Vortrag von Martin Forstmeier und Nina Propp im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Physikalische Chemie", WS 2007/08 bzw. WS 2011/2012


Gliederung:


Einführung 1: Nickel : Ein essentielles Spurenelement für Organismen, jedoch in zu hohen Konzentrationen toxisch. Ist ein quantitativer Nachweis möglich? Ja, durch Gravimetrie!

Einführung 2: Wir reißen zurück in das 19. Jahrhundert, zu Lebzeiten des deutschen Chemikers Martin Heinrich Klaproth und des schwedischen Chemikers Jöns Jakob Berzelius. Eines der Ziele der Chemie des 19. Jahrhunderts war es, "exakte Messungen" durchführen zu können.

Einen Meilenstein hinsichtlich dieses Zieles legte Martin Heinrich Klaproth, denn er führte die Waage als analytisches Messinstrument ein. Dieses spielt eine zentrale Rolle in der von ihm und Jöns Jakob Berzelius entwickelten Analysemethode zur Mengenbestimmung, der Gravimetrie (= Gewichtsanalyse). Sie gilt als die Analysemethode des 19. Jahrhunderts.

[Hier befand sich ein Portrait von Jöns Jakob Berzelius, welches wegen Urheberrechtsverletzung entfernt wurde]

Abb. 1: Martin Heinrich Klaproth [7]

Abb. 2: Jöns Jakob Berzelius [8]


1 Einzelschritte der Fällungsanalyse

  1. Quantitatives Ausfällen des zu bestimmenden Stoffes (= Analyt; hier: Ni2+) in Form eines schwer löslichen Niederschlages (= Fällungsform) mithilfe einer spezifischen Fällungsreagenz (hier: Diacetyldioxim).
  2. Filtration der Fällungsform und Reinigung des Filterkuchens.
  3. Überführung des Filterkuchens in eine stöchiometrisch definierte Wägeform durch Trocknen oder Glühen und anschließendes Veraschen.
  4. Endwägung und Analytenberechnung (siehe 3 Berechnung).

2 Versuch

Zu 25ml NiCl2-Lösung gibt man 120ml einer ethanolischen Diacetyldioxim-Lösung w=0,5%. Durch Zugabe von 5 ml verd. NH3 wird das Gemisch leicht alkalisch.

Der entstandene himbeerrote Niederschlag wird in einem Glasfiltertiegel filtriert, der zuvor gewogen wurde. Der Tiegel wird drei Stunden bei 110°C im Trockenschrank getrocknet und konstant gewogen.


3 Berechnung


4 Mögliche Fehlerquellen

  • Störungen durch Mitfällung von Fremdionen (am Bsp. Ni2+ ausgeschlossen, da ein sehr selektives organisches Fällungsreagenz verwendet wurde)
  • Messfehler bei kleinen Mengen und Ungenauigkeiten bei Nachweis von geringen Konzentrationen. (Löslichkeitsprodukt fällt mit ins Gewicht)
  • Unexaktes Arbeiten!
  • Niederschlag muss exakt stöchiometrisch zusammengesetzt sein. Andernfalls muss die Fällungsform noch in eine Wägeform überführt werden:

5 Elektrogravimetrie

Bei der Elektrogravimetrie handelt es sich um einen elektrolytischen Prozess. Hierbei werden nicht freiwillig ablaufende Reaktionen mithilfe des elektrischen Stromes erzwungen (hier: Fällungsmittel).

Bsp.: Cu2+-Bestimmung


Abb. 3: Schematischer Aufbau einer Elektrolyse

Durch das Anlegen einer Gleichspannung entsteht an der Platinkathode ein Elektronenüberschuss und an der Graphitanode ein Elektronenmangel. Die Kupferionen wandern zur Kathode, wo sie zu elementaren Kupfer reduziert werden.

In der Lösung befinden sich neben den Kupfer- und den Sulfationen  ebenfalls noch Wassermoleküle. Diese werden an der Anode zu Sauerstoff oxidiert. Der entstandene Sauerstoff lagert sich in Form von Gasbläschen an der Graphitanode an. Die gewonnenen Elektronen werden von der Anode aufgenommen.

  • Kathodenreaktion:    2 Cu2+ + 4 e-         2 Cu

  • Anodenreaktion.       2 H2O             →   O2 + 4 H+ + 4 e-

Die umgesetzte Menge der Kationen entspricht der Gewichtszunahme der Platinkathode.


6 Fazit

Die Gravimetrie ist eine sehr exakte Methode, die jedoch sehr viel Zeit erfordert. Zudem können zahlreiche Fehler auftreten. Anwendung findet die Gravimetrie, obwohl sie die Analysemethode des 19. Jahrhunderts ist, heutzutage immer noch. Es haben sich jedoch eine Reihe moderner instrumenteller Methoden durchgesetzt, die vor allem eine wesentlich schnellere Analyse von Stoffen ermöglichen.

Ein Beispiel hierfür ist die Atom-Absorptions-Spektroskopie (AAS). Diese Methode ermöglicht es Spurenelemente (z.B. in Trinkwasser oder Bodenproben) im ppm-Bereich     (= parts per million) nachzuweisen.


Literatur

  1. Kunze U. R., Schwedt G., Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse, 4.Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart 1996.
  2. Holleman A. Fr., Wiberg E., Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 100. Auflage, Walter de Gruyter Verlag 1985.
  3. Strähle J., Schweda E., Jander/Blasius-Einführung in das anorganisch- chemische Praktikum, 14. Auflage, S. Hirzel Verlag Stuttgart 1995.
  4. Otto M., Analytische Chemie, 10. Auflage, Wiley-Verlag GmbH & Co, Weinheim 2011.
  5. http://www.lenntech.com/deutsch/Element-und-Wasser/Nickel-und-Wasser.htm (01.02.08)
  6. http://www.lenntech.com/deutsch/Data-PSE/Ni.htm (01.02.08)
  7. http://www.sil.si.edu/digitalcollections/hst/scientific-identity/explore.htm (22.02.2016, Lizenz: public domain, Autor: Ambroise Tardieu
  8. Quelle entfernt

Service

PowerPoint-Präsentation: animierte Darstellung der Fällung von Nickel-Kationen:

Gravimetrie.ppt (184kb)


E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 22.02.16