Praktikum Allgemeine Chemie - bplacedmolekuelwald.square7.ch/biblio/Allgemeine Chemie Praktikum/AllgCP_… · Ausgewählten sind die Gravimetrie, die Komplexometrie und die Permanganometrie

Praktikum Allgemeine Chemie

Analyse von Calcium

Gruppe VIIFabienne Morf & Fabian Deuber

16. Nov. bis 14. Dez. 2009

Betreuender Dozent: Chahan Yeretzian

Praktikumskoordination: Chahan Yeretzian

Inhaltsverzeichnis

1. Aufgabenstellung 5

2. Theoretischer Teil 62.1. Calcium allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1.1. Calciumvorkommen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1.2. Calcium im Körper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2. Analyse mittels Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1. Titerbestimmung der EDTA-Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3. Analyse mittels Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3.1. Titerbestimmung der Kaliumpermanganat-Lösung . . . . . . . . . 9

2.4. Analyse mittels Gravimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.5. Ökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3. Praktischer Teil 123.1. Analyse mittels Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.1.1. Titerbestimmung der Masslösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1.2. Analyseverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.2. Analyse mittels Kaliumpermanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2.1. Titerbestimmung der Masslösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2.2. Analyseverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3. Analyse mittels Gravimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.1. Analyseverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4. Berechnungen 154.1. Titerbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.1.1. Titerbestimmung der Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . 154.1.2. Titerbestimmung der Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.2. Analyse mittels Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.2.1. Berechnung der Unsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

4.3. Analyse mittels Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.3.1. Berechnung der Unsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.4. Analyse mittels Gravimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.4.1. Berechnung der Unsicherheit I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.4.2. Berechnung der Unsicherheit II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5. Resultate 21

6. Diskussion 226.1. Gehaltsbestimmung mittels Gravimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.2. Gehaltsbestimmung mittels Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6.2.1. Änderungen der Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.3. Gehaltsbestimmung mittels Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . 23

A. Rohdaten & tabellarische Übersicht der Berechnungen 24A.1. Gravimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24A.2. Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A.3. Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

B. Standardabweichungen der Geräte 27

3

Abstract January 3, 2010

Abstract

In dieser Arbeit wird der Gehalt an Calcium in einer unbekannten Probe bestimmt.Zur Analyse werden drei im Labor zugängliche, quantitative Methoden verwendet. DieAusgewählten sind die Gravimetrie, die Komplexometrie und die Permanganometrie.

Durch Ausfällen mit Ammoniumoxalat kann Calcium gravimetrisch nachgewiesen wer-den. Nach 30 Stunden glühen bei 500 °C wird das Calcium als Calciumcarbonat ausge-wogen.

Der erhaltene Calcium-Gehalt ist 0.9971 ± 0.0304 mg/g

Da es auch möglich ist, das Calcium als Oxid auszuwägen, wird das Calciumcarbonatweiter geglüht und nach 40 Stunden bei 900 °C als Calciumoxid ausgewogen.

Gehalt an Calcium: 1.0018 ± 0.0313 mg/g

Die zweite Methode den Calcium Gehalt zu bestimmen ist die Komplexometrie. Miteiner EDTA-Lösung kann die Calciumprobe mit Zugabe von Murexid-Indikator titriertwerden.

Der Calcium-Gehalt mittels Komplexometrie: 0.9925 ± 0.0393 mg/g

Mittels Permanganometrie wird Calcium durch eine Ausfällung mit Ammoniumoxalat,Filtration und anschliessender Titration mit einer Kaliumpermanganat-Lösung bestimmt.

Der ermittelte Calcium-Gehalt mittels Permanganometrie: 0.9806 ± 0.0697 mg/g

4

Aufgabenstellung January 3, 2010

1. Aufgabenstellung

Bestimmen Sie die Konzentration von Calcium Ionen in einer wässerigen Lösung.

Verwenden Sie die im Labor zugänglichen analytischen Methoden um den Gehalt anCalcium in der Lösung zu Bestimmen (mit Fehlerrechnung).

Vergleichen und diskutieren Sie die Ergebnisse der verschiedenen Methoden.

5

Theoretischer Teil January 3, 2010

2. Theoretischer Teil

2.1. Calcium allgemein1

Calcium ist ein Element welches im Periodensystem in der zweiten Hauptgruppe undin der vierten Periode steht. Es besitzt das Symbol Ca, die Ordnungszahl 20 und einemolare Masse von 40.078 g/mol. Calcium als Metall ist silberweiss, kommt in der Umweltaber nur gebunden als Bestandteil von Mineralien vor. Ausserdem ist Calcium ein grosserBestandteil der Knochen. [3]

2.1.1. Calciumvorkommen

Calcium ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste und kommt vor allem als Mineral,wie zum Beispiel Calcit und Gips vor. (Alpen aus Kalkstein)

Calcium ist ein essentieller Bestandteil der belebten Materie. Es ist am Aufbau vonBlättern, Knochen, Zähnen und Muscheln beteiligt. Neben K+, Na+ spielt Ca2+ einewichtige Rolle bei der Reizübertragung in Nervenzellen. In Milchprodukten ist Calciumebenfalls in grösseren Mengen vorhanden.

2.1.2. Calcium im Körper

Calcium spielt eine wichtige Rolle bei der Muskelarbeit, der Blutgerinnung, der Steuerungder Erregbarkeit von Nerven und Muskeln, dem Herzrhythmus, der Knochenbildung undvielen anderen Stoffwechselvorgängen in den Zellen.

1[1, 2, 3]

6


Ein Körper eines Erwachsenen enthält ca. 1 kg Calcium. Der grösste Teil davon (ca.99%) im Skelett und in den Zähnen.

Das Calcium des Skelettes unterliegt einem ständigen Austausch mit dem übrigen Körper-calcium. Pro Tag werden ca. 400 bis 600 mg ausgetauscht. Demnach erfolgt nach etwasieben Jahren eine völlige Erneuerung des Calciums im Körper. Daher ist der Knochennicht nur die Stütze des Körpers, sondern dient auch als Calciumspeicher (ca. 1% desCalciums im Knochen dient als Speicher).

Nebst dem, dass Calcium als Bauelement in den Knochen und Zähen dient, ist Calciumin den der extrazellulären Flüssigkeiten, in Zellmembranen und in intrazellulären Struk-turen. Dieses Calcium ist für verschiedenste lebensnotwendige Funktionen unabdingbar.[2]

Als freies Ion ist es für Stabilisationen biologischer Membransysteme und der Reizüber-tragung im Nervengewebe verantwortlich.

In proteingebundener Form hat es Funktionen bei der Zellaktivierung d.h. der Sti-mulierung von zellspezifischen Funktionen (zB.: Kontraktion der Muskelzellen, Biosyn-these und Sekretion von Stoffen, Bereitstellung von Glucose)

Die der Calciumkonzentration im Blut liegt bei 2.2 und 2.6 mmol/L. Davon liegt die Hälftein ionisierter Form vor.

2.1.2.1. Bedarf

Der Bedarf an Calcium hängt stark von der Wachstumsphase ab. Daher braucht einKleinkind, welches sich in einer starken Wachstumsphase befindet ca. 600 bis 1000 mg

an Calcium.

7


2.2. Analyse mittels Komplexometrie

[Na2(H2EDTA)] + Ca 2+ Murexid−−−−−→←

[Ca(H2EDTA)] + 2Na+ (2.1)

Mittels direkter Titration mit Murexid als Indikator kann das Calcium mit EDTA kom-plexometrisch bestimmt werden. Dazu wird die Probelösung vor der Titration mit 1 mL

Natronlauge (2 mol/L.) alkalisch gestellt und eine Spatelspitze Murexid-Indikator zu-gegeben. Anschliessend wird mit EDTA (c = 0.05 mol/L) von rot nach violett titriert.Die Titration muss gleich nach dem Zusatz von Natronlauge erfolgen, da sonst infolgeAbsorption von CO2 in der Luft Calciumcarbonat ausfallen kann [4].

2.2.1. Titerbestimmung der EDTA-Lösung

Eine Masslösung mit EDTA (c = 0.05 mol/L) wird selbst hergestellt. Deshalb wird diegenaue Konzentration mit einem Urtiter genau ermittelt. Für diese Bestimmung wirdals Urtiter Zink verwendet.

Das Zink wird in einen Erlenmeyerkolben eingewogen und mit 1 mL Salzsäure konz. vor-sichtig aufgelöst. Die Lösung wird mit 50 mL Wasser verdünnt und 10 mL Ammonium-Puffer pH 10 (NH4Cl/NH3) zugegeben. Als Indikator wird eine Spatelspitze Eriochrom-schwarz zugegeben. Diese Lösung wird dann mit der hergestellten EDTA-Masslösung vonblau nach rot titriert.

8


2.3. Analyse mittels Permanganometrie

Ca2+ + C2O2−4 � CaC2O4 · nH2O ↓ (2.2)

5 C2O2−4 + 2 MnO−4 + 16 H+ � 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O (2.3)

20 mL Analysenlösung in einem Becherglas mit 5 mL HCl versetzen und mit Wasserauf 100 mL verdünnen. NH3-Lösung zufügen, bis Flüssigkeit schwach alkalisch reagiert.Zum Sieden erhitzen und mit siedenden (c = 0.4 mol/L) (NH4)2C2O4 in kleinen Anteilensolange versetzen, bis ein Niederschlag entsteht. Geringen Überschuss hinzufügen undnach mehrstündigem Stehen durch Glasfiltertiegel (oder ersatzweise Blauband-Filter)dekantierend filtrieren. Den Niederschlag fünfmal mit (c = 0.01 mol/L) (NH4)2C2O4,dann einmal mit Wasser waschen, Glasfiltertiegel in Becherglas bringen und den Nieder-schlag spülen. Um alle Reste zu lösen wird H2SO4 durch Filter und Trichter geben. Aufetwa 300 mL verdünnen mit Wasser und anschliessend mit Masslösung titrieren [5].

2.3.1. Titerbestimmung der Kaliumpermanganat-Lösung

Eine Masslösung (KMnO4, c = 0.01 mol/L) wird selbst hergestellt. Deshalb wird diegenaue Konzentration mit einer Urtitersubstanz bestimmt.

Für die Kaliumpermanganat-Masslösung wird di-Natiumoxalat verwendet. Das di-Natri-umoxalat wird in einen Erlenmeyerkolben eingewogen, 100 mL Wasser zugegeben undmit 25 mL 20%iger Schwefelsäure auf 50-70 °C aufgeheizt. Anschliessend wird es mitder hergestellten Masslösung titriert. Es gibt einen Farbumschlag von farblos zu violett.

9

Theoretischer Teil 3. Januar 2010

2.4. Analyse mittels Gravimetrie

Um die Massenkonzentration an Calcium zu bestimmen wurde das Calciumoxalt aus-gefählt. Das schwerlösliche Calciumoxalat fällt im basischen Bereich bei Zugabe vonAmmoniumoxalat aus.

Ca2+ + C2O2−4 � CaC2O4 · nH2O ↓ (2.4)

Analog zu der Vorschrift im Jander Jahr wird die Probe eingewogen und mit verdünnterHCl-Lösung sauer gestellt. Darauf folgent werden die Probe erhitzt. Anschliessend wirddie Lösung mit NH3 (w = 10%) auf pH 9 gestellt. Nach der Zugabe des Ammoniu-moxalatlösung (β = 0.5 g/L) kann ein weisser Niederschlag beobachtet werden. Dieserwird abfiltriert und gewaschen. Da es sich beim Calciumoxalat nicht um die Wägeformhandelt wird das Oxalat bei ca. 500 °C gebrannt [6].

CaC2O4·n H2O∆T−−→ CaCO3 + CO↑ (2.5)

Durch Glühen von Calciumcarbonat wird das Calciumoxid erhalten. Dies kann natürlichauch als Wägeform dienen. Für das Glühen von Calciumcarbonat werden Temperaturenvon bis zu 900 °C benötigt.

CaCO3∆T−−→ CaO + CO2↑ (2.6)

10


2.5. Ökologie2

di-Natriumethyldiamintetraessigsäure -Abfälle werden in speziell markierten Kanisterentsorgt.

Natronlauge (2 mol/L) kann Verätzungen verursachen. Bei Berührung mit der Haut musssofort mit Wasser abgespült werden. Bei der Arbeit müssen geeignete SchutzhandschuheSchutzbrille/Gesichtsschutz getragen werden.

Kaliumpermanganat: Bei Berührung mit brennbaren Stoffen besteht Feuergefahr. Kali-umpermanganat ist gesundheitsschädlich beim Verschlucken. Zudem ist es sehr giftigfür Wasserorganismen und kann dort längerfristig schädliche Wirkung haben. Es istals gefährlicher Abfall zu entsorgen und die Freisetzung in die Umwelt muss vermiedenwerden.

Salzsäure (32%) kann Verätzungen verursachen und die Atemorgane reizen. Bei Berührungmit der Haut muss sofort mit Wasser abgespült werden.

Ammonjak-Lösung (25%) verursacht Verätzungen und ist sehr giftig für Wasserorganismen.Bei Berührung mit der Haut muss sofort mit Wasser abgespült werden. Bei der Arbeitmüssen geeignete Schutzhandschuhe Schutzbrille/Gesichtsschutz getragen werden. DieFreisetzung in die Umwelt muss vermieden werden.

Ammoniumoxalat ist gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut und beim Ver-schlucken.

Schwefelsäure (20%) verursacht schwere Verätzungen. Bei Berührung mit den Augensofort mit Wasser ausspülen. Niemals Wasser hinzugiessen.

di-Natriumoxalat ist gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut und beim Ver-schlucken. Berührung mit den Augen und der Haut vermeiden.

Calciumcarbonat reizt die Atmungsorgane und die Haut. Es besteht die Gefahr ernsterAugenschäden. Bei Berührung mit den Augen sofort mit Wasser ausspülen. Schutzbrilletragen.

Calciumoxid ist reizend und es besteht die Gefahr ernster Augenschäden. Bei Berührungmit den Augen sofort mit Wasser ausspülen. Schutzbrille tragen.

2[7]

11

Praktischer Teil January 3, 2010

3. Praktischer Teil


3.1.1. Titerbestimmung der Masslösung

Ca. genau 40 mg Zink wird eingewogen und mit 1 mL Salzsäure konz. vorsichtig aufgelöst(es entsteht H2). 50 mL Wasser und 10 mL Ammonium-Puffer pH 10 werden zugegeben.Eine Spatelspitze Eriochrom schwarz wird zugegeben und die selbst hergestellte Mass-lösung wird mit EDTA von blau nach rot titriert.

3.1.2. Analyseverfahren

Durch Vorversuche wurde die Einwaage der Probe ermittelt, damit ein genügend hoherVerbrauch gewährleistet ist: 25 g Ca-Lösung.

Ca. genau 25 g Ca-Probelösung eingewogen und mit Natronlauge auf pH > 12.6eingestellt. Nach anschliessender Zugabe von einer Spatelspitze Murexid-Indikator (Ver-reibung 1% in Natriumchlorid) wird mit der selbst hergestellten EDTA-Masslösung(c = 0.05 mol/L) bis zum Umschlag von rosa auf violett titriert. Es wurde eine 5fachBestimmung durchgeführt.

3.2. Analyse mittels Kaliumpermanganometrie

3.2.1. Titerbestimmung der Masslösung

Ca. genau 100 mg di-Natriumoxalat einwägen und mit 100 mL Wasser und 50 mL

10%tiger Schwefelsäure lösen. Die Lösung muss auf mindestens auf 65 °C aufgeheizt

12


werden, weil die Lösung sonst schon mit wenig Zugabe von Masslösung von farblos aufviolett umschlägt. Die Lösung wird anschliessend mit der hergestellten Masslösung vonfarblos auf violett titriert.


Es wurden ca. genau 25 g Calciumlösung eingewogen. Da das Calcium als Calciumoxaltzu bestimmen war, wurden die Probelösungen mit verdünnter HCl-Lösung angesäuert.Anschliessend wurde die Lösungen mit vorgewärmter Ammoniaklösung (w = 10%) aufpH 9 gestellt. Zur siedenden Lösung wurde je 2 mL Ammoniumoxalatlösung(β = 0.5 g/L) zugegeben so, dass ein 20-facher Überschuss an Oxalat vorlag. Es wur-den die selben Konzentrationen wie bei der Gravimetrie gewählt. Auch hier konntebeobachtet werden, wie sich ein weisser Niederschlag bildete. Die Probelösungen wurdenfür 3h bei Raumtemperatur stehen gelassen. Anschliessend wurden die Proben über einenGlasfrittenfilter abfiltriert. Das Filtrat wurde 2 mal mit 3 mL Ammoniumoxalatlösung(c = 0.01 mol/L) gewaschen.

Schlussendlich wurde das Filtrat mit Wasser chloridfrei gewaschen, so dass das Kali-umpermanganat die freien Chloridionen zu Chlor oxidieren könnte. Der Glasfrittenfilterwurde in ein Becherglas gestellt und das darauf haftete Calciumoxalt wurde mit verdün-nter Schwefelsäure wieder in Lösung gebracht. Der Glasfrittenfilter wurde gut mit Wassergespült und aus dem Becherglas entnommen. Das nun gelöste Caciumoxalat wurde mitWasser auf ca. 250 mL verdünnt.

Die Probe wurde kurz vor dem Titrieren auf ca. 80 °C erhitzt. Anschliessend wurde dieProbe mit (c = 0.01 mol/L) Kaliumpermanganatlösung titriert. Sobald ein Farbumschlagfestgestellt werden konnte, wurde die Probe nochmals erhitzt und es wurde abgewartet,ob sich die Probe nochmals entfärbt. Falls dies der Fall war, wurde weiter Kaliumper-manganat dazugegeben. Es wurde eine 3fach Bestimmung durchgeführt.

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Nebst der komplexometrischen Bestimmung sowie der Permanganometrie wurde eineGravimetrie durchgeführt.

Es wurden 4 mal ca. genau 25 g Calcium-Lösung in ein Becherglas eingewogen und mit15 mL verdünnter HCl-Lösung versetzt. Anschliessend wurde die Proben unter ständi-gem rühren auf 80 °C erhitzt. Die Lösungen wurden mit vorgewärmter Ammoniaklösung(w = 10%) auf pH 9 gestellt. Als die Lösungen siedeten wurde zu jeder Lösung 2 mL

Ammoniumoxalatlösung (β = 0.5 g/L) zugegeben so, dass ein 20-facher Überschuss anOxalat vorlag. Es konnte beobachtet werden, wie sich ein weisser Niederschlag bildete.Die Gravimetrieproben wurden für 4h bei Raumtemperatur stehen gelassen.

Nachdem sich der Niederschlag sedimentiert hat, wurden die Proben über einen asche-freien Filter abfiltriert. Die Mutterlauge wurde benutzt um das Becherglas auszuspülenund das Filtrat zu waschen. Anschliessend wurde das Filtrat mit Ammoniumoxalatlösung(c = 0.01 mol/L) gewaschen um mögliche Ammoniumoxalatkristalle wieder in Lösung zubringen. Zuletzt wurden alle Proben mit 2.5 mL H2O gewaschen. Der Filter wurdevorsichtig zusammen gefaltet und in tarierte Tontiegel hineingelegt. Der Filter konntesomit durch erhitzten, ohne Verunreinigung zu hinterlassen, verbrannt werden. Dafürwurde der Tontiegel mit dem Bunsenbrenner so lange erhitzt bis eine Rauchbildungbeobachtet werden konnte. Daraufhin wurde der Tiegel von der Hitze entfernt bis keinRauch mehr sichtbar war. Diese Prozedur wurde so oft wiederholt bis beim Erhitztender Probe keine Rauch mehr entstand. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass derFilter vollständig verbannt wurde.

Die Probe wurden bei ca. 500 °C in einem Muffelofen gebrannt. So wurde aus demabfiltierten Calciumoxalat Calciumcarbonat. Die Proben wurden zweimal 15h in demOfen gebrannt und anschliessend ausgewogen. Die Proben wurden letztendlich auf 900 °Cerhitzt um aus dem Calciumcarbonat das Calciumoxid zu erlangen. Nach 20 stündigemGlühen im Ofen wurden die Proben ausgewogen. Nach weitern 20h glühen wurden dieProben ein letztes Mal ausgewogen.

14

Berechnungen January 3, 2010

4. Berechnungen

4.1. Titerbestimmungen

4.1.1. Titerbestimmung der Komplexometrie

c = EW ·RV ·M

EW = EinwaageUrtiter [mg]R = Reinheit Urtiter (99.9 ± 0.05)V = V erbrauchMasslosung [mL]M = MolareMasse Urtiter (65.409 g/mol)

Example 1. Titerbestimmung der Komplexometrie

c = 43.59 mg·0.99913.25 mL·65.409g/mol

= 0.5060 mol/L

4.1.2. Titerbestimmung der Permanganometrie

c = EW ·R·Z∗

V ·M ·Z∗

EW = EinwaageUrtiter [mg]R = Reinheit Urtiter (99.91 ± 0.05)Z∗ = Wertigkeit

V = V erbrauchMasslosung [mL]M = MolareMasse Urtiter (134.00 g/mol)

Example 2. Titerbestimmung der Permanganometrie

c = 26.71 mg·0.9991·213.4 mL·132.00g/mol·5 = 0.5060 mol/L

15



Der mittels komplexometrisch bestimmte Calciumgehalt wurde mit folgender Berechnungermittelt.

n = c · Vn = Stoffmenge an EDTA

V = Verbrauch an Masslösung in mL

c = Stoffmengenkonzentration der Masslösung in mmol/L

Die Stoffmenge an Calcium enspricht der Stoffmenge an EDTA.

w(Ca) = m(Ca)m(Einwaage) →

n·MCa

m(Einwaage)

n = Stoffmenge an Calcium Ca2+

Example 3. Komplexometrische Gehaltsbestimmung

n = 0.05014 mmolmL · 13.41 mL = 0.6724 mmol

w(Ca) = 0.6724 mmol·40.08 mg

mmol

26.7081 mg = 1.008 mg/g

4.2.1. Berechnung der Unsicherheit

s„Uwaage[mg]

mEinwaage[mg]

«2

+“

Uverbrauch

Vverbauch

”2+

“Ukonzentration

Ckonzentration

”2

·Student t Faktor (p=0.95, n=5) ·Massenkonzentration in mg/g

Anschliessend wird der Mittelwert der Unsicherheit aller fünf Proben verwendet. Für einnurmerisches Beispiel siehe Anhang.

Probe Massenkonzentration in mg/g Unsicherheit in mg/g (p=0.95, n=5)1 1.008 mg/g 0.03982 mg/g

2 0.9923 mg/g 0.03941 mg/g

3 0.9965 mg/g 0.03906 mg/g

4 0.9841 mg/g 0.03906 mg/g

5 0.9812 mg/g 0.03888 mg/g

Table 4.1.: Übersicht der Resultate mit berechneten Unsicherheiten: Komplexometrie

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Der Mittelwert der Massenkonzentration ist 0.9925 mg/g mit einer Unsicherheit von±0.03930 mg/g. (p=0.95, n=5) Wird die Unsicherheit mittels Standardabweichung berech-net ergibt dies eine Abweichung von ±0.02991 mg/g (p=0.95, n=5).

4.3. Analyse mittels Permanganometrie

Der mittels Permanganometrie bestimmte Calciumgehalt wurde mit folgender Berech-nung ermittelt.

n = c · Vn = Stoffmenge an Mangan Mn2+

V = Verbrauch an Masslösung in mL

c = Stoffmengenkonzentration der Masslösung in mmol/L

Da die Reaktion 5 zu 2 abläuft (siehe Gleichung 2.3) ist die Stoffmenge n an CalciumnCa2+ = nMn2+ · 5

2


n·MCa

m(Einwaage)

n = Stoffmenge an Calcium Ca2+

Example 4. Permanganometrische Gehaltsbestimmung

n = 0.0098894 mmolmL · 27.84 mL = 0.2753 mmol, nCa2+ = 5

2 · 0.2753 mmol = 0.6883 mmol

w(Ca) = 0.6883 mmol·40.08 mg

mmol

28.0342 = 0.9841 mg/g

4.3.1. Berechnung der Unsicherheit

Es wurde folgende Gleichungen aufgestellt.

s„Uwaage[mg]

mEinwaage[mg]

«2

+“

Uverbrauch

Vverbauch

”2+

“Ukonzentration

Ckonzentration

”2+

„Ufallung

mEinwaage

«2

+

„Ufiltrieren

mEinwaage

«2

·Student t Faktor (p=0.95, n=3)·Massenkonzentration in mg/g

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Berechnungen 3. Januar 2010

Anschliessend wird der Mittelwert der Unsicherheit aller drei Proben verwendet. Für einnurmerisches Beispiel siehe Anhang.


2 0.9772 mg/g 0.06962 mg/g

3 0.9805 mg/g 0.06967 mg/g

Table 4.2.: Übersicht der Resultate mit berechneten Unsicherheiten: Permanganometrie



Der Gehalt an Calcium in der Probe wurde folgendermassen berechnet.

Die Netto-Auswaage ergibt sich durch subtrahieren der durchschnittlichen Masse desTontiegels von der durchschnittlichen Auswaage. Für weitern Berechnungen ist die Massean Calcium von Intresse. Die Netto-Auswaage wurde mit dem prozentualen Gehalt anCa in CaCO3 verrechnet.

w(Ca) =M(Ca)

M(CaCO3)→ 40.08 u

100.08 u= 0.40048

Aus der somit errechneten Masse an Calcium konnte der Massengehalt an Calcium inder Einwaage bestimmt werden.


w·mCaCO3m(Einwaage)

w = Massenanteil an Calcium Ca2+

Example 5. Gravimetrische Gehaltsbestimmung

w(Ca) =m(Ca)

m(Einwaage)→ 27.0 mg

26.8513 g= 1.004 mg/g

Diese Rechnungschritte wurden ebenfalls bei der Auswaage des Calciumoxid durchge-führt.

18


4.4.1. Berechnung der Unsicherheit I

Für die Berechnung der Unsicherheit der CaCO3 -Auswaage wurde folgende Gleichungenaufgestellt.

s„Uwaage[mg]

mEinwaage[mg]

«2

+

„Uwaage

mAuswaage1

«2

+

„Uwaage

mAuswaage2

«2

+3“

Uwaage

mtara

”2+

„Ufallung

mEinwaage

«2

·Student t Faktor (p=0.95, n=4)·Massenkonzentration in mg/g

Anschliessend wird der Mittelwert der Unsicherheit aller vier Proben verwendet. FürNurmerischess Beispiel siehe Anhang.


2 1.003 mg/g 0.03240 mg/g

3 0.984 mg/g 0.03245 mg/g

4 0.997 mg/g 0.02626 mg/g

Table 4.3.: Übersicht der Resultate mit berechnenten Unsicherheiten. GravimetrieCaCO3-Auswaage


19


4.4.2. Berechnung der Unsicherheit II

Für die Berechnung der Unsicherheit der CaO -Auswaage wurde die Gleichungen analogaufgestellt.


2 1.003 mg/g 0.03328 mg/g

3 0.999 mg/g 0.03401 mg/g

4 1.006 mg/g 0.02720 mg/g

Table 4.4.: Übersicht der Resultaten mit berechnenten Abweichungen. Gravimetrie CaO-Auswaage


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Resultate January 3, 2010

5. Resultate

Wie die Berechnungen zeigen, wurde in der Calciumlösung einen Gehalt von ca. 1 mg/g

gefunden. Aus der Abbildung 5.1 kann herausgelesen werden, dass alle vier Gehaltsbes-timmungen nahe beieinander sind. Dies erhöht die Vertrauenswürdigkeit der Daten.

Figure 5.1.: Resultat mit entsprechender Unsicherheit

Messmethode Gehaltsangabe in mg/g Unsicherheit in mg/g

Gravimetrie (CaCO3 −Auswaage) 0.9971 mg/g 0.03037 mg/g

Gravimetrie (CaO −Auswaage) 1.0018 mg/g 0.03133 mg/g

Komplexometrie 0.9925 mg/g 0.03930 mg/g

Permanganometrie 0.9806 mg/g 0.06969 mg/g

Table 5.1.: Tabellarische Aufführung der gewonnenen Daten

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Diskussion January 3, 2010

6. Diskussion

6.1. Gehaltsbestimmung mittels Gravimetrie

Um eine quantitativ verlässliche Aussage mit einer gravimetrischen Gehaltsbestimmungzu evaluieren, ist es in der Regel notwendig einige Erfahrung auf dem Gebiet zu besitzen.Trotz fehlender Erfahrung konnten ähnliche Gehaltswerte wie bei der Komplexometriebestimmt werden.

Es wurden zwei verschiedene Auswaagen durchgeführt, da somit eine weitere Bestimmungmöglich wurde. Es wurde das Calciumcarbonat gegenüber dem Calciumoxid bevorzugt,weil die molare Masse des Carbonats grösser ist. Zur Gehaltsbestimmung wird jedochbeides ausgewogen. Auffällig ist, dass bei der zweiten Auswaage einen leicht höherenGehalt bestimmt werden konnte. Dieser Unterschied könnte von der Probenaufbereitungherrühren.

Nach dem Abfiltrieren des Calciumoxalates musste der Filter verbrannt werden. Bei derVerbrennung des aschefreihen Filters mittels dem Bunsenbrenner wäre es möglich einTeil des Oxalates durch die Hitze zu CaO zu verglühen. Dies würde den kleinern Gehaltbei der ersten Auswaage erklären.

6.2. Gehaltsbestimmung mittels Komplexometrie

Die Komplexometrie verlief ohne weitere Zwischenfälle. Es wurde jedoch eine kleineÄnderung der Vorschrift vorgenommen.

22

Diskussion January 3, 2010

6.2.1. Änderungen der Komplexometrie

Der pH-Wert muss für die Titration mit EDTA auf mindestens pH 12.6 eingestellt wer-den, ansonsten wäre der Murexid-Komplex vor der Titration nicht stabil gewesen wäreund die Titration somit nicht funktioniert hätte. Kurz vor dem Umschlag von rosa aufviolett wurde dann nochmals etwa 1 mL Natronlauge zugegeben. Das Calciumcarbonat,dass beim Einstellen des pH-Werts vermutlich ausfällt, löst sich während dem Titrierenwieder.

6.3. Gehaltsbestimmung mittels Permanganometrie

Ähnlich wie bei der Gravimetrie, wurde bei der Permanganometrie das Calciumoxalatausgefällt. Das ausgefallene Calciumoxalat wurde über eine Glasfrittenfilter abfiltert undchloridfrei gewaschen.

Dieser Arbeitsvorgang wurde in der Fehlerrechnung als "Fällung" berücksichtigt. Eswird davon ausgegangen, dass beim Nachwaschen mit deion. H2O ein kleiner Teil desCalciumoxalates wieder gelöst wurde.

Anschliessend wurde das Calciumoxalat mit H2SO4 wieder in Lösung gebracht. Hierbeiwird die Glasfritte in ein Becherglas gestellt und mit Schwefelsäure versetzt. Die Frittewird mit deion. H2O gewaschen und mehrmals mit verdünnter Schwefelsäure gespült.Wenn nun die Glasfritte wieder rausgenommen wird, ist es essenziell, dass sie gut mitWasser abgespült wird.

Bei all diesen Arbeitsschritten ist es sehr wahrscheinlich, dass ein Teil des Calciumox-alates entweder an der Glasfritte geblieben ist. Dies wurde auch bei der Fehlerberechnungberücksichtigt, denn der permanganometrisch bestimmte Wert ist derjenige, welcher amtiefsten ist, was zeigen würde, dass nicht alles Calciumoxalat titriert wurde.

Die Abweichung bei der Permanganometrie setzt sich daher grösstenteils aus den Arbeits-schritten vor der eigentlichen Titration zusammen. Es wurde mit Absicht eine so grosseUnsicherheit berechnet, da die Probenvorbereitung eine grosse Fehlerquelle ist. DieGehaltsbestimmungen würden sich auch bei einer kleineren Unsicherheit immer nochüberschneiden. Daher wird es als legitim erachtet, die Unsicherheit mit einem grossenWert anzugeben um ein Augenmerk auf die Arbeitsmethoden zu legen.

23

Anhang January 3, 2010

A. Rohdaten & tabellarische Übersichtder Berechnungen

A.1. Gravimetrie

ProbeErste

Auswaage(netto)

ZweiteAuswaage(netto)

Mittelwert derAuswaagen

(netto)

EntsprechendeMasse anCalcium

Massenanteil(w) in mg/g

1 67.8 mg 66.7 mg 67.3 mg 27.0 mg 1.004 mg/g

2 62.6 mg 62.3 mg 62.5 mg 25.0 mg 1.003 mg/g

3 59.9 mg 59.5 mg 59.7 mg 23.9 mg 0.984 mg/g

4 76.3 mg 76.0 mg 76.2 mg 30.5 mg 0.997 mg/g

Table A.2.: Tabellarischer Überblick über die Resultate und Berechnungen der Gravime-trie. Auswaage von CaCO3

ProbeErste

Auswaage(netto)

ZweiteAuswaage(netto)

Mittelwert derAuswaagen

(netto)

EntsprechendeMasse anCalcium


1 37.1 mg 37.9 mg 37.6 mg 26.9 mg 1.000 mg/g

2 34.9 mg 35.1 mg 35.0 mg 25.0 mg 1.003 mg/g

3 33.9 mg 34.0 mg 34.0 mg 24.3 mg 0.999 mg/g

4 43.0 mg 43.1 mg 43.1 mg 30.8 mg 1.006 mg/g

Table A.4.: Tabellarischer Überblick über die Resultate und Berechnungen der Gravime-trie. Auswaage von CaO

24


Probe ErsteTarierung

ZweiteTarierung

DritteTarierung Einwaage

1 26.1669 g 26.1679 g 26.1669 g 26.8513 g2 21.3710 g 21.3694 g 21.3689 g 24.9696 g3 19.5840 g 19.5820 g 19.5825 g 24.3306 g4 19.8250 g 19.8229 g 19.8233 g 30.627 g

Table A.6.: Rohdaten der Gravimetrie

A.2. Permanganometrie

Probe Einwaage Verbrauch anMasslösung


1 28.0342 g 27.84 mL 0.9841 mg/g

2 24.4347 g 24.10 mL 0.9773 mg/g

3 26.6267 g 26.35 mL 0.9806 mg/g

Table A.8.: Rohdaten der Permanganometrie


Konzentrationin mol/L

1 109.1 mg 32.9 mL 0.0099051 mol/L

2 100.3 mg 30.2 mL 0.0098730 mol/L

3 101.3 mg 30.6 mL 0.0098899 mol/L

Table A.10.: Titerbestimmung, Permanganometrie

25


A.3. Komplexometrie



1 26.7082 g 13.40 mL 1.0082 mg/g

2 22.5794 g 11.15 mL 0.9923 mg/g

3 28.8363 g 14.30 mL 0.9965 mg/g

4 23.1776 g 11.35 mL 0.9842 mg/g

5 24.3726 g 11, 90 mL 0.9812 mg/g

Table A.12.: Rohdaten der Komplexometrie


Konzentrationin mol/L

1 43.59 mg 13.25 mL 0.050246 mol/L

2 42.30 mg 12.90 mL 0.050082 mol/L

3 44.77 mg 13.65 mL 0.050094 mol/L

Table A.14.: Titerbestimmung, Komplexometrie

26


B. Standardabweichungen der Geräte

Gerät Umrechnung AbweichungBürette (50 mL) ±0.05 mL√

3±0.029 mL

Ausfällung bei der Gravimetrie bzw. Redoxtitration (Schätzung) ±0.250 gAnalysewaage ±0.1 mg

Table B.1.: Geräteabweichungen und allg. Abweichungen

Numerisches Beispiel der Abweichungsberechnung (Gravimetrie CaCO3)

q( 0.1

26814.2)2+( 0.1

67.8)2+( 0.1

66.7)2+( 0.1

26166.9)2+( 0.1

26167.9)2+( 0.1

26166.9)2+( 250

26814.2)2

1.004 mg/g ·3.18 (p=0.95, n=4)=±0.03017 mg/g

27


List of Tables

4.1. Übersicht der Resultate mit berechneten Unsicherheiten: Komplexometrie 164.2. Übersicht der Resultate mit berechneten Unsicherheiten: Permanganome-

trie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.3. Übersicht der Resultate mit berechnenten Unsicherheiten. Gravimetrie

CaCO3-Auswaage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.4. Übersicht der Resultaten mit berechnenten Abweichungen. Gravimetrie

CaO-Auswaage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.1. Tabellarische Aufführung der gewonnenen Daten . . . . . . . . . . . . . . 21

A.2. Tabellarischer Überblick über die Resultate und Berechnungen der Gravime-trie. Auswaage von CaCO3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

A.4. Tabellarischer Überblick über die Resultate und Berechnungen der Gravime-trie. Auswaage von CaO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

A.6. Rohdaten der Gravimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A.8. Rohdaten der Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A.10.Titerbestimmung, Permanganometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A.12.Rohdaten der Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26A.14.Titerbestimmung, Komplexometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

B.1. Geräteabweichungen und allg. Abweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . 27

28


List of Figures

5.1. Resultat mit entsprechender Unsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

29


Bibliography

[1] P. U. Weber in Biologie Oberstufe Gesamtband, Cornelson Verlag, Berlin.

[2] G. W. Hermann Hager, Hubert Schneemann in Handbuch der pharmazeutischenPraxis, Springer Verlag.

[3] U. Müller C. Mortimer in Chemie, Thieme, of 9.Auflage, pp. 486–490.

[4] E. . J.Strähle in Jander Blasius Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum,S.Hirzel Verlag Stuttgart, p. 410.

[5] G. Schwedt U. R. Kunze in Grundlagen der quantitativen Analyse, Wiley-VCH, pp.153–155.

[6] G. Schulze, J Simon in Jander Jahr Massanalyse, Walter de Gruyter, Berlin, pp.215–216.

[7] S. Aldrich, Safety-Center, 2010. http://www.sigmaaldrich.com/safety-center.html.

30

http://www.sigmaaldrich.com/safety-center.html

http://www.sigmaaldrich.com/safety-center.html

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