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A.~ UCKENt · R.SUHRMANN
PHYSIKALISCH - CHEMISCHE
PRAKTIKUMSAUFGABEN
SIEBENTE AUFLAGE
BEARBEITET UND ERGÄNZT VON
RUDOLFSUHRMANN EMER. 0. PROFESSOR FÜR PHYSIKALISCHE CHEMIE
AN DER TECHNISCHEN HOCHSCHULE HANNOVER
MIT 140 FIGUREN
LEIPZIG 1968
AKADEMISCHE VERLAGSGESELLSCHAFT
GEEST & PORTI G K.-G.
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Inhaltsverzeichnis
I. Thermische Zustandsgleichung
Ä. Das Gasgesetz und seine Anwendungen . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . • 1 a) Anwendungen des
Gasgesetzes zur Volumen- bzw. Druckmessung ... ',... 3
1. Volumenometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . • . . • . . • . . . . . . . . . . 3 2. Messung kleiner
Gasdrucke mittels des McLeodschen Manometers . 5
b) Anwendungen des Gasgesetzes zur Bestimmung der Molmasse . . .
. . . . . . . 9 3. Molmasse eines Dampfes (Methode von Dumas)
........ : . . . . . . . . 9 4. Exakte Molmassebestimmung eines
Gases (Methode von Regnault) 11 5. Molmassebestimmung nach Victor
Meyer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6.
Molmassebestimmung nach Menzies . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 14 7. Relative Messung der Molmasse (bzw.
Gasdichte) eines Gases (na
-
VIII Inhaltsverzeichnis
24. Messung der spezifischen Wärme von Festkörpern mittels eines
Ver-dampfungskalorimeters . . . . . . . . . . . . . . . . . • • . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
25. Bestimmung der Molwärmen Cp und c. einer Flüssigkeit • . . .
. . • . . 75 26. Bestimmung des Verhältnisses Cp/C, bei Gasen nach
Assmann-
Rüchard t . . . . . . . . . . . . • • • . . . . . . • . . • . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
C. Wärmetönungen bei Phasenumwandlungen und chemischen
Reaktionen . . . . 80 27. Verdampfungsenthalpie eines niedrig
siedenden Stoffes. . . . . . . . . . . 81 28. Verdampfungsenthalpie
eines höher siedenden Stoffes ·(Wasser als
Beispiel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . 82 29. Lösungs-
und Verdünnungsenthalpien........................... 84 30.
Neutralisationsenthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • .
. . • . . . . . . . • . . • . . . 87 31. Bestimmung der
Bildungsenthalpie einer organischen Molekülver-
bindung aus den festen Komponenten........................... 88
32. Verbrennungsenthalpie einer festen organischen Substanz. . . .
. . . . . . 90 33. Bestimmung der Mesomerieenergie aromatischer
Kohlenwasserstoffe
aus der Verbrennungsenthalpie. . . . . • . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 93
III. Heterogene Gleichgewichte bei einfachen
Phasenumwandlungen
A. Einstoffsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 34.
Dainpfdruckkurve einer leicht siedenden Flüssigkeit . . . . . . . .
. . . . . . 98 35. Dampfdruckkurve einer schwerer flüchtigen
Flüssigkeit („lsoteni-
skop" von Smith und Menzies) ... . ... . .....•.................
101 36. Bestimmung des kritischen Druckes und der kritischen
Temperatur 103 37. Schmelzdruckkurve des Benzols. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . 105 38. Bestimmung der
Umwandlungstemperatur der beiden kristallisierten
Schwefelmodifikationen ......................................
107
B .. Mehrstoffsysteme
.................................................... 109
a) Zustandsdiagramme binärer Systeme . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 39. Bestimmung eines
Schmelzdiagramms durch thermische .Analyse ... 111 40. Bestimmung
eines Schmelzdiagramms durch unmittelbare Beob-
achtung . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . .
• • . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . 112 41. Ermittlung
des Siedediagramms einer binären Mischung • . . . . . . • . . .
113
42. Bestimmung der theoretischen Bodenzahl (Trennwirkung) einer
Rek-tifizierkolonne für ein einfaches binäres System
.•...••.•.•....... 115
43. Löslichkeitsdiagramm zweier beschränkt mischbarer
Flüssigkeiten. . 117 44. Beeinflussung des Lösungsvermögens von
Methanol für gesättigte
Kohlenwasserstoffe durch Veränderung seines
Assoziationszustandes 119
b) Gleichgewichte bei Anwesenheit verdünnter Lösungen
(Molmassebc-stimmung gelöster Stoffe)
...............................•....•.... 121
45. Molmassebestimmung aUf Grund einer Messung der
Dampfdruck-erniedrigung (nach Menzies)
.........•.•..........•........... 123
46. Molmassebestimmung auf Grund einer Messung der
Dampfdruck-erniedrigung unterhalb Zimmertemperatur
(Mikrobestimmung) .... 124
4 7„ Molmassebestimmung durch Messung der Siedepunktserhöhung
einer wässerigen Lösung (nach Landsberger) ..........•.....•.......
126
48. Molmassebestimmung einer gelösten Substanz dul'ch Messung
der Gefrierpunktserniedrigung {nach Beckmann) .....•...••..•.••..
127
49. Messung der Gefrierpunktserniedrigung unter Verwendung eines
Va-kuummantelgefäßes (Bestimmung der scheinbaren Molmasse bzw. des
osmotischen Koeffizienten einiger gelöster Elektrolyte) ..•......
128
-
Inhaltsverzeichnis IX
c) Ausgewählte Messungen aus dem Gebiet ternärer Systeme
..•...... ....• 129 50. Verteilungsquotient einer gelösten Substanz
zwischen verschiedenen
Lösungsmitteln (Anwendung zur Bestimmung des Molekularzustandes
der Salicylsäure in Chloroform oder Benzol) .............. ...•....
129
51. Bestimmung der Molmasse einer gelösten Substanz durch
Messung der Löslichkeitserniedrigung des Lösungsmittels in einer
zweiten Flüssigkeit . . . . •.. . . . . . . . . • . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . 132
52. Löslichkeitsbeeinflussung de~ Thalliumchlorids durch
sonstige starke Elektrolyte. . . • . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . • . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
134
IV. Chemisches Glelehgewleht und Reaktlonsgesehwlndlgkelt
A. Homogene Gasgleichgewichte
.............•.•.•..•.................... 137 53. Das
Dissoziationa:;leichgewicht N10, +:t 2N01 und seine Temperatur-
abhängigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 54. Die
Dissoziation des zweiatomigen Joddampfes in die Atome ...... 141
55. Das Wassergasgleichgewicht •.........•.....•..................
144
B. Heterogene Gleichgewichte unter Beteiligung der Gasphase
...•........•.... 146 56. Dissoziation eines Ammoniakats
........... .. .................. 147 57. Das Gleichgewicht Fe+ H10
+:t FeO + H 1 •••.•• •• ••••••..•••.• 149
C. Homogene Reaktionsgeschwindigkeit .................... .
..... .. . . .... 151 58. Zerfallsgeschwindiikeit des Äthylbromids
....................... 152 59. Geschwindigkeit der J odierung des
Acetons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
V. Transporterscheinungen
A. Wärmeleitvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 60.
Messung des Wärmeleitvermögens einiger einfacher Gase ..........
160 61. Wärmeleitvermögen eines dissoziierenden Gases (N10, +:t
2N01) ••. 163 62. Wärmetransport durch Gase bei sehr kleinen
Drucken. Eichung eines
Pirani-(Hitzdraht-) Manometers ............•... . ...... . .. .
... 165
B. Diffusion ...............•...• , .. ........ • .. . .. ... .
, • , ......•........ 171 63. Bestimmung des
Diffusionskoeffizienten von H 1 und C01 in Luft . . . 172 64.
Diffusion eines Elektrolyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . • . . . . • • . . 174 65. Bestimmung von
Diffusionskoefiizienten nach der Schlierenmethode 177
C. Innere Reibung . .' . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .
. . . • . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . • . 180
66. Innere Reibung von Gasen, Ermittlung der freien Weglänge
....... 180 67. Strömung extrem verdünnter Gase durch enge Röhren
....•...... 184 68. Messung der inneren Reibung einer Flüssigkeit
mittels der Ausfluß-
methode ...•.......... . .......... , . ,
.......•................ 187 69. Bestimmung der inneren Reibung
einer Flüssigkeit auf Grund des
Stokes sehen Gesetzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . • . . . . • . . . 188
D. Elektrizitätstransport durch Ionen gelöster Elektrolyte. . .
. . . • . • . . . . . . . . • • 190 a) Allgemeine, insbesondere
meßtechnische Hinweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
190
70. Bestimmung des spezifischen und molaren Leitvermögens einer
KCl- und einer Essigsäurelösung bei verschiedenen Konzentrationen
und Temperaturen ............................••...•.........
195
·11 . Prüfung des Kohlrauschschen Gesetzes von der unabhängigen
Wanderung der Ionen ............................... ... ......
195
72. Hittorfsche Überführungszahl der Salpetersäure
................ 198 73. Direkte Bestimmung der
Wanderungsgeschwindigkeit eines Ions .... 200
-
X 1 nhal tsverzei chnis
74. Konzentrationsabhängigkeit des spezifischen Leitvermögens
eines schwachen Elektrolyten (Dissoziationskonstante einer
organischen Säure)
........•............................................. 203
b) Anwendungen . . • • . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 75.
Löslichkeit und Lösungsenthalpie eines schwer löslichen Salzes
durch
Leitfähigkeitsmessungen bei verschiedenen Temperaturen . . . . .
. . . . 207 76. Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt der Benzoesäure
durch Leit-
fähigkeitsmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . • . . . . . . . . . . . . . . 209 77. Konduktometrische
Titration einer verdünnten Säurelösung . .. ... . 210 78.
Bestimmung der Löslichkeit einer schwer löslichen Base durch
kon-
duktometrische Titration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 212 79. Löslichkeit und
Löslichkeitsprodukt des Bariumfluorids durch kon-
duktometrische Titration der F-Ionen ..................... .
.... 213 80. Auflösungsgeschwindigkeit eines Salzes
.................. ... ... . 216 81. Verseifungsgeschwindigkeit
eines Esters ••............ . ......... 218
VI. Die EMK galvanlscher Ketten (potentiometrische Messungen)
82. Messung der EMK, der Klemmenspannung und des inneren Wider-
standes einer galvanischen Kette . . . . . . . . . . . . . . . .
. • . . . • . . . . . . . . 222 83. Messung elektromotorischer
Kräfte mit dem Kompensationsapparat 226 84. Potentiometrische
Bestimmung der Konzentration von Metallionen 231 85.
Potentiometrische Säure-Alkali-Titration ......................•
232 86. Exakte potentiometrische Bestimmung von
H+-Ionenaktivitäten
(pH-Messung einer Pufferlösung) . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 234 87. Bestimmung des
Aktivitätskoeffizienten von Chlorwasserstoff in wäs-
seriger Lösung. Normalpotential der
Silber-Silberchlorid-Elektrode . 237 88. Normalpotential des
Silbers, Löslichkeitsprodukt und Löslichkeit des
Silberchlorids .. ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 89.
Diffusionspotentiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 90. Amalgamketten . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 243 91. Oxydations-Reduktions-Potentiale
[Eisen(Il)-Eisen(Ill )-Elektrode] . 243 92. Säure-Alkali-Kette . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 246 93. Dissoziationskonstante und isoelektrischer
Puhkt amphoterer Elek-
trolyte .........•.......•. . ............ • . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . • 24 7 94. Messungen mit der Glaselektrode
(Bestimmung der Dissoziationskon-
stanten einer oxydierenden oder reduzierenden Säure) . . . . . .
. . . . . . 249 95. Bestimmung des pK-Wertes einer schwachen Säure
oder Base mittels
potentiometrischer Titration . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 253
VII. Elektrolyse und galvanlsehe Polarlsatlon
96. Zersetzungsspannung und Diffusionsstrom . . • . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 256 97. Elektrochemische Oxydation der
Oxalsäure (als Anwendung der
Aufgabe 96) .... . .......... .
................................. 259 98. · Grenzströme an einer
Quecksilbertropfelektrode (polarographische
'Analyse) . ............... .
................................... 261 99. Überspannung des
Wasserstoffs an verschiedenen Elektroden ... . . . 263
100. Reduktion von Kohlensäure zu Ameisensäure an verschiedenen
Elek-troden (als Anwendung der Aufgabe 99) . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 264
VIII. Optische Messungen
A. Brechungsquotient . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 101.
Messung des Brechungsquotienten mittels des Pulfrichschen Re-
fraktometers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
-
Inhaltsverzeichnis XI
102. Messung des Brechungsquotienten von Flüssigkeiten mittels
des Abbeschen Refraktometers ...........••...........•.. ... .....
269
103. Charakteristische Eigenschaften der Molrefraktion. . . . .
. . . . . . . . . . . 272
B. Optisches Absorptionsvermögen (Extinktionskoeffizient) und
Fluoreszenz •. 274 104. Prüfung des Lambert- und Beerschen Gesetzes
bei einem Nicht-
elektrolyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 105.
Dissoziationskonstante einer schwachen, gefärbten Säure ... ..
....• 281 106. Spektralphotometrische Messung der
Zerfallsgeschwindigkeit . des
komplexen Mangan(III)-oxalat-Ions ............................
282 107. Kolorimetrische Bestimmung der Dissoziationskonstanten
einer
schwachen Säure unter Verwendung eines Farbindikators .........
283 108. Spektralphotometrische Bestimmung des pK-Wertes einer
orga-
nischen ungesättigten Säure oder Base . . . . . . . . . . . . .
. . . . • • . . . . . . 284 109. Spektralphotometrische Bestimmung
der Gleichgewichtskonstanten
einer Molekülverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 110. Bestimmung von
pK-Werten im Grund- und Anregungszustand mit
Hilfe von Fluoreszenzmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 291
C. Optisches Drehungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . • .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 111. Messung
der spezifischen Drehung einer Rohrzuckerlösung • . . . . . . . 297
112. Inversionsgeschwindigkeit des Rohrzuckers
..................... 299
IX. Grenzfläehenersehelnungen
A. Oberflächenspannung .................... .... •.. .
.................... 301 113. Bestimmung der Oberflächenspannung
nach der Blasenmethode .... 301 114. Bestimmung der
Oberflächenspannung einiger wässeriger Fettsäure-
lösungen (Traubesche Regel) .................................
303 115. Temperaturabhängigkeit der Obetflächenspannung
(Eötvössche
Regel) .•............•.........•••...........................
304 116. Bestimmung des tangentialen Oberflächendrucks
kapillaraktiver
Stoffe mittels der Langmuirschen Waage ..................•••.
306
B. Adsorptionsgleichgewicht und Adsorptionswärme . . . . . . . .
. . . • • . . . . . . . . . . 308 117. Untersuchung der Adsorption
von Äthylchlorid an Holzkohle .• 310 118. Oberflächenbestimmung mit
Hilfe der BET-Methode .....•....... 312 119. Bestimmung der
Adsorptionsisotherme einer gelösten Substanz (Ad-
sorption von Essigsäure an Holzkohle) ....
.....••.....•........• 315 120. Grundlagen der chromatographischen
Adsorptionsanalyse ........• 315 121. Grundlagen der
Entwicklungs-Verteilungs-Gaschromatographie . . . . 318
C. Kolloide Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . • . . 326 122.
Wanderungsgeschwindigkeit und elektrokinetisches Potential
einiger
Kolloide . • . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . • . • 327 123.
Flockungsschwellenwerte kolloider Lösungen bei Zusatz
verschiedener
Elektrolyte • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
X. Elektronik und Verwandtes
124. Bestimmung des elektrischen Elementarquantums und der
Lo-schmid tschen Zahl (nach Millikan) „ „ „ . „ „ „ „ „. „. „ „.
329
· 125. Strom-Spannungs-Kurven bei der Emission von
Glühelektronen .... 332 126. Erzeugung und Messung von
Ultrahochvakuum mit dem lonisations-
manometer . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . • • . . • 334 127.
Lichtelektrische Bestimmung des Planckschen elementaren Wir-
kungsquantums .......................•.•........•.........•
341
-
XII lnhaltsverzeichniR
128. Ermittlung der Anzahl auf Wolfram adsorbierter Cäsiumatome
durch Messung der Glühelektronenemission . . . . . . . . • . . . .
. . • . • . • • . . . . . . 344
129. Ermittlung des Dipolmoments einer in einem unpolaren
Lösungsmittel gelösten Substanz . . . • • . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . • . . • • 350
130. Messung der magnetischen Suszeptibilität von Lösungen (nach
Quincke) ...............•.....................•.......•.... 354
131. Halbwertszeit der Thoriumemanation • . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . • . 358
Sachregister ..........•................... . ......... :
......• , . . . . . . • . . • . . . • 362
Gr.
LI L II
U.-J.
Sch. E.
Abkürzungen häufig zitierter Werke
A. Eucken, Grundriß der physikalischen Chemie, bearbeitet von E.
Wicke, 9. Aufl., Leipzig 1958. A. Eucken, Lehrbuch der chemischen
Physik, Bd. 1, 3. Aufl., Leipzig 1949. A. Eucken, Lehrbuch der
chemischen Physik, Bd. II, 3. Aufl., Leipzig 1950; Bd. II1 , 3.
Aufl., Leipzig 1949. H. Ulich, Kurzes Lehrbuch der physikalischen
Chemie, neu bearbeitet von W. Jost, 12. und 13. Aufl., Darmstadt
1960. K. Sc h ä Cer, Physikalische Chemie, 2. Aufl., Berlin -
Göttingen - Heidelberg 1964. J_. Eggert, Lehrbuch der
physikalischen Chemie, neu bearbeitet von J. Eggert, L. Hock und
G.-M. Schwäb, B. Aufl., Stuttgart 1960.