книги / Struktur und Bindung

N(3) ( y + x, *, f ) = (0*6433; 0,856 7; 0,815 3)

N(4) ^ y “ x, x, zJ = (0,3567; 0,143 3; 0,815 3)

Wasserstoffatome

H(l) (x, y + x, z j = (0,243; 0,743; 0,281)

H(2) (x, y - x, z) = (0,757; 0,257; 0,281)

11(3) ( y + x, x, z) = (0,743; 0,757; 0,719)

H(4) ( y - x, x, Z -) = (0,257; 0,243; 0,719)

H(5) (x, y + x, z) = (0,142; 0,642; 0,028)

H(6) (x, y - x, z) = (0,858; 0,358; 0,028)

H(7) ( y + x, x, z j = (0,642; 0,858; 0,972)

H(8) ( y - x, x, zJ = (0,358; 0,142; 0,972)

Um die Koordinaten in pm-Einheiten zu erhalten, müssen die der ax- und a2-Achse entsprechen­ den relativen Koordinaten mit dem Wert der Gitterkonstanten a = 566,1, die auf die c-Achse be­ zogenen relativen Koordinaten mit c —471,2 pm multipliziert werden. Daraus ergeben sich die folgenden, in pm gemessenen Koordinaten, die in einem kartesischen Koordinatensystem aufge­

tragen werden können:

151

Aufgaben

5.52.Welche Elemente bilden Kristalle mit Diamant-Struktur? Bei welchen dieser Elemente gibt es weitere allotrope Modifikationen?

5.53.Welche Koordinaten haben die KohlenstofFatome in der kubischen Elementarzelle des Diamanten?

5.54.Ein Diamantkristall ist parallel zu den Netzebenen (111) spaltbar. Wieviel Bindungen pro Elementarzelle müssen dabei gelöst werden? Wieviel Bindungen müßten bei einer Spal­ tung parallel zu einer (100)-Netzebene aufgebrochen werden?

5.55.In Tabelle A 19 sind die Gitterkonstanten für die diamantartigen Modifikationen der Ele­ mente C, Si, Ge und Sn angegeben. Daraus sind die Atomradien dieser Elemente zu be­ rechnen.

5.56.Das Ergebnis der folgenden Rechnung verdeutlicht die durch die räumlich gerichteten Bin­ dungen bedingte geringe Raumerfüllung in der Diamantstruktur. Man stelle die Kohlen­ stoffatome der Diamantstruktur durch gleiche, sich berührende Kugeln dar und berechne die Packungsdichte der so gebildeten Kugelpackung.

5.57.Man stelle einen Strukturvorschlag für das kristallisierte SiS2 auf. Dabei ist zu berücksichti­ gen, daß die vier gerichteten Bindungen des Siliciumatoms zu den vier Ecken eines um­ schriebenen Tetraeders weisen. Schwefel betätigt zwei Bindungen, deren Richtungen einen Winkel von etwa 90° bilden. Vergleichen Sie das Ergebnis der Überlegungen mit der experi­

mentell gefundenen Struktur, die sich aus der Röntgenstrukturanalyse ableiten läßt (-* Tab. A 20)! Dazu trägt man in eine Skizze der Elementarzelle die Lage jedes Atoms nach seinen Koordinaten ein.

5.58.In den Halogenverbindungen des zweiwertigen Pd, Pt und Cu liegt eine planquadratische Koordination der Metallatome durch Halogenatome vor. Stellen Sie Strukturvorschläge für PdCl2, PtCl2 und CuCl2 auf. Vergleichen Sie das Ergebnis mit der durch Röntgenstruktur­ analyse gefundenen Struktur (—> Tab. A 20)!

5.59.In den nach den Resultaten der Feinstrukturuntersuchung (—>Tab. A 20) konstruierten Strukturbildem von PtCl2 und CuBr2 sind die Koordinationspolyeder der Metallund der Halogenatome aufzusuchen. Die Metall-Halogen-Abstände sind zu berechnen.

5.60.Für die Metall-Sauerstoff-Verbindungen CrV04, CaW04 und KRe04 sind in Tabelle A 21 die Ergebnisse der Röntgenstrukturanalyse angegeben. Danach stelle man ein anschauli­ ches Bild der Struktur auf und untersuche, in welchen Verbindungen diskrete Komplex­ ionen auftreten.

5.61.Man ermittle die Geometrie des Komplexions aus den Ergebnissen der Kristallstrukturana­ lyse an K2[PtClfi] (-* Tab. A 20)!

5.62.Welche Modifikationen des Si02 gibt es? Welche Kristallstruktur haben sie? Was ist Quarz­ glas?

152

Eigenschaften und Reaktionen der chemi­ schen Elemente und ihrer Verbindungen

6.Übungen zur Einführung in die chemische Laboratoriumspraxis

Im Arbeitsbuch »Einführung in die Laboratoriumspraxis«, AB 0, sind die wichtigsten Laborme­ thoden ausführlich beschrieben. Trotzdem erscheint es sinnvoll und notwendig, die für das che­ mische Praktikum zum vorliegenden Lehrabschnitt wesentlichen Methoden anhand entsprechen­ der Versuche zu üben und die benötigten Geräte in ihrer Funktionsweise am Objekt kennenzulemen.

Informieren Sie sich bitte, bevor Sie mit dem Durcharbeiten der einzelnen Abschnitte beginnen, im Arbeitsbuch »Einführung in die Laboratoriumspraxis«, AB 0, eingehend über folgende The­ men:

-Gesundheits-, Arbeitsund Brandschutz im chemischen Laboratorium (—» AB 0, Abschn. 1.),

Hierzu gehören ebenfalls die Formulierung einer Gleichung für jede durchgeführte Reaktion und die Beantwortung der im Text gestellten Fragen.

6.1.Temperaturmessung, Wärmeund Kälteerzeugung

6.1.1.Temperaturmessung

Die Messung mittlerer Temperaturen (etwa -10 bis +350 °C) erfolgt im Laboratorium vorwie­ gend mit dem Quecksilberthermometer. Für höhere Temperaturen (bis etwa 600 °C) werden soge­ nannte Stickstoffthermometer angewendet, bei denen das Quecksilber unter hohem N2-Druck (bis 107 Pa, Explosionsgefahr!) steht, während für sehr hohe Temperaturen Widerstandsthermo­ meter und Thermoelemente dienen.

Zur Messung tieferer Temperaturen eignen sich sogenannte Kältethermometer (Füllung mit ge­ färbten organischen Flüssigkeiten, wie Alkohol und Pentan).

6.1.2.Wärmequellen

Eine der wichtigsten Methoden zur Wärmeerzeugung besteht in der Verbrennung von Leuchtgas. Dazu dienen Bunsenbrenner, Teclu-Brenner und Gebläsebrenner.

153

Versuch 6.7 Waschen von Niederschlägen

Beim Zentrifugieren und Filtrieren schließt der Rückstand stets ein geringes Restvolumen der Lösung ein. Dadurch wird eine quantitative Trennung bei einmaliger Anwendung des Verfahrens nicht erreicht, d. h., es ist nötig, den Niederschlag zu waschen.

In zwei Zentrifugengläschen werden aus je 10 Tropfen einer l%igen BaCl2-Lösung und verd. H2S04 (Überschuß) BaS04-Niederschläge erzeugt. Nach Abzentrifugieren wäscht man, indem der Rückstand mit Hilfe eines Glasstabes gut aufgewirbelt wird:

a)Glas I: 1 x mit 2 ml H20,

b)Glas II: 2 x mit je 1 ml H20.

Das Waschwasser wird verworfen. Danach wäscht man in jedem Glas erneut mit je 1 ml H20 und prüft das Waschwasser jeweils mit BaCl2-Lösung auf den Gehalt an S04“-Ionen.

•Berechnen Sie, um wieviel wirksamer der Waschprozeß im Glas II gegenüber dem im Glas I ist, wenn das dem BaS04 nach Abtrennung der Flüssigkeit noch anhaftende Restvolumen 0,01 ml bzw. 0,1 ml beträgt.

(Zu Abschn. 6.3.1. -> AB 0, Abschn. 12.2.)

6.3.2.Trocknen

Unter Trocknen versteht man allgemein die Entfernung von anhaftenden, gelösten oder von Ga­ sen mitgefuhrten Lösungsmitteln. Im engeren Sinne wird darunter meist die Abtrennung von Wasser verstanden.

Informieren Sie sich in der angegebenen Literatur über Methoden zur Trocknung von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen!

Folgende Gerate sollten Ihnen bekannt sein:

Waschflasche, Trockenturm, Exsikkator, Trockenpistole.

Versuch 6.8

Schütteln Sie in einem Reagenzglas einige Milliliter Brombenzen mit wenigen Tropfen Wasser, bis eine trübe Emulsion entsteht, die sich durch einfaches Stehenlassen nicht wieder beseitigen läßt. Geben Sie nun etwas gekörntes, wasserfreies CaCl2 hinzu.

•Was beobachten Sie nach dem Umschütteln?

Versuch 6.9 Bestimmung der Trocknungskapazität von Kieselgel (Silicagel) (Gruppenversuch)

In einer Porzellanschale (Durchmesser etwa 12 cm) werden auf einer technischen Waage 100 g ro­ safarbenes Kieselgel abgewogen. Anschließend trocknet man eine Stunde bei 150 °C im Trocken­ schrank, rührt gut um und läßt weitere 2 Stunden bei der gleichen Temperatur im Trocken­ schrank stehen. Nach dem Abkühlen wägt man das getrocknete Kieselgel erneut.

•Wieviel Prozent seines Eigengewichtes hat das Kieselgel Wasser adsorbiert?

•Welche Farbe besitzt das Kieselgel nach dem Trocknen? Erklären Sie den Farbwechsel!

Durch den Assistenten ist die Verwendung von Natriumdraht zur Trocknung organischer Lö­ sungsmittel (z. B. Ether, Tetrahydrofuran, Benzen) zu demonstrieren und zu erläutern.

158

4 Waschflasche mit konzentrierter H2S04

Durch die Überdrucksicherung mit einer der jeweiligen Aufgabenstellung angepaßten Sperrflüs­ sigkeit (H20, CCL,, Hg u. a.) kann das Gas bei Überschreiten eines bestimmten Druckes aus der Apparatur entweichen.

•Wie läßt sich dieser Maximaldruck einstellen?

Die Sicherheitswaschflasche wirkt als Puffergefäß, falls Flüssigkeiten - in diesem Falle H2S04 - beim Unterbrechen des Gasstromes zurücksteigen.

• Wie muß man Sicherheitswaschflaschen anordnen, damit sie ihre Aufgabe erfüllen?

Die Waschflaschen werden maximal bis zur Hälfte gefüllt und die Aufsätze mit Federn gesichert.

Durchßhnmg:

Nach Aufbau der Versuchsapparatur durch 2 bis 3 Studenten wird wie folgt verfahren:

a)Leiten Sie etwa 15 Minuten lang einen mäßigen Gasstrom durch eine Kühlfalle, die mit Alkohol/Trockeneis gekühlt wird. Beobachten Sie nach Entfernen des Kühlbades und Abtrocknen der Kühlfalle das Innere derselben.

b)Wiederholen Sie den Versuchsteil a) unter Zwischenschaltung des Trockensystems.

(Zu Abschn. 6.3.2. -» AB 0, Abschn. 12.1.)

6.3.3.Kristallisation

Eine äußerst wichtige Methode zur Reinigung fester Stoffe ist das Umkristallisieren. Meist han­ delt es sich darum, den Hauptbestandteil einer Mischung von den Verunreinigungen zu befreien. Dabei wird meist wie folgt verfahren:

Man wählt ein Lösungsmittel, in dem die Löslichkeit des Hauptbestandteils mit steigender Tem­ peratur stark zunimmt und in dem die Verunreinigungen möglichst gut löslich sind. Aus einer mit dem Hauptbestandteil heiß gesättigten Lösung wird dieser beim Erkalten auskristallisieren, die Verunreinigungen jedoch nicht oder nur in geringem Maße. Gegebenenfalls muß der Vorgang mehrfach wiederholt werden. Man kann aber auch ein Lösungsmittel verwenden, in dem die Ver­ unreinigungen auf Grund ihrer geringen Löslichkeit gar nicht erst in Lösung gehen bzw. zuerst auskristallisieren. Das Umkristallisieren besteht für den erstgenannten Fall aus folgenden Teilschritten:

160