Hinweis Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmen des Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besseren Durchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter das eingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, die Texterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichen Dateien mit Fehlern behaftet. Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seite http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html eingesehen und heruntergeladen werden. Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und Staatsexamensarbeiten bereit. Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007
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HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.
Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seitehttp://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.htmleingesehen und heruntergeladen werden.Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel undStaatsexamensarbeiten bereit.
Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007
Sa bi ne !,c hüt te
4 • .:J uli 1 98 5
KOLLO Inc.H EH I E
1 . ) Ei n l e itung
Oi e Ko l l oi dc hemi e i s t heut e e i n s e l bs t ä nd i ge r Zwei g oer
Phy s i kal i s ch e n Chemi e ~ man ka nn s i e a l s Gr e nz wi s s en s chaf t
be z e i c hne n , da s i e in e ngem Kont a k t zu al l en Di s zip l in e n
de r ~a t u r w isse n s c h a f t e n s t e h t . In der Ui ol ogi, und Medi z i n
f i nc e n s i c h Ko l l oi de i n a l l e n Ze lle n i n For m von Pr o te i ne n ,
,~u c 1 8 i n s3 u r R n , Po l ysac c ha r ide n und t.f po Lon n a ls ~ , o l e ode r
ll. · l e . Auch i l ut u ru , JJ fl 3.nL f n s ä f ta ~~ i n d h i er r -L n z u o r d uu n ,
das we s e n s owi e die ~ edingun~en zur lrr e ichun g de s kollo
i de n Zus t a nd e s zu erforschen. Ausg e de hn t e re Un t e r s uc hunge n
s i nd er st s eit Be gi nn die s es J ah rhu n de rts mög l ich , na chd em
i m J ah r e 1 90 3 von Siedent opf un d Zs igm ond y das Ult rami kr o
s kop e r f und e n wur de . Da be i werden e urch s e i t l i c he Be l e uc h-
~ng 8 eug ung sb ilde r e r z Rug t un e so die Kol l oi d t e i lche n s i c h t
ba r gema c ht , di e s i c h we ge n i hre r ge r i nge n Gr ö ße de r licht
mi kr os kop is c he n Be t r a c ht ung e n t z ie he n . Wol f gan g Os t wal d
sch l ießl ic h gl i ed e rt e da s Ge bi et s yst e ma t is c h und ba ut e e ~
a us . Von i hm s t ammt a uc h de r lJeg r i f f " di s pe r s e s :oys te m" .
2 . ) Abgre nzu ng und ' l i nte i l ung de s Ge bi e t e s
A l : ~ tro dn n k o I Lu.i de b e z o Lc h n c t lIIa n f r- i n e n .. n n u , To n , :. i l i k6 L-
f r o rc t L r .n a n , !: Uinu "" u ru . .t u m i n .i u r n n , I I I in r I p.c h n .i !< s p i r - L u n
li· k ron o L . kI llI"' ll\ un : t s t o tf e , r: a u t s ch u k , z o Ll u Lo s n , Pr o Le in n ,
Polysa c char i de ) , A S E ozi at i o n sk o l l oid ~ ( WHs ch mi t t p. l , Farb
s t o f f e , ~ c hm i e r m i t t e l ) uno D i 3pe r~ i o n c k u l lo i de ( i n de r
Pho t ogr a phi e und a l s Ka t a Lvva t or an ) ' i ne g r oße Ha ll ' .
~ i t kol l o i de n b es c h j r t ig t man bi c h Rcho n ~ B h r l ang e . 1m
J ah r e HJ6 1 s te l l t e dn r oll\Jl isc he ChRlO j ke r Lh omar Gra ha m
Kol l o i de wer de n e i ng eo r dne t i n di e s og . di sp er s en ~ y s t e m e .
Di e s e be st e he n au s e i n e m di sp er se n Ant ei l , da s i s t e i n in
mehr od er weni ge r f ei ne r Ve r t eilun g vo r l i e gen de r ~ t o f f ,
s owi e a us de m Di s pe r s i ons mi tt e l , i n ue . , der d l ~ p e rs e An te i l
ve r te i l t i s t . Da bei s i n d Kombina t i one n a l le r Aggrega tzu
s t ä~ e de n i·;ba r , hi e r so l l en nu r die kol l o i da len Lös unge n
Dha n delt we r de n , _.. .:. d e ne n da s Oispers ionsmi t t e l f l üs si g
un d der di s perse Ant ei l f e s t i st . : e nach Di s pe r si ons mi t t e l
s p r i c ht ma n von Hydr os o ien , Alkosol e n u s w.
Z . " . p p.rgamc·I I L , z u r üukq n h a L t on IJ1p. rd8 n . I les e n a u n t e r
Le i m) . ~ . t o f f f! m.i L g ut e m K r i st u l l i sa t i o n ~v e r m ; l y e n dag ~.J lJ F. n
.. ... ..... 6· .. .... ..
l'lo l e kül e!I on en
e c h t e Lö s un g en
Fi o le k ü l ha uf en
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Kolloi de
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Oi e Teil c he n g r üße schwank t zwi s c he n und 5uü nm b zw. zwi
s c he n 10 3 un d 10 9 Atomen , wobe i d i e l e t z t e Ang a be b e s s e r
i S ~ J da die Te ilc he n n i cht imme r kugel f ö r mi g s i nd . Si e s i nd
l i ch tmi kr os kopi sc h n i ch t z u e r ke nne n . Da mi t b i l de n di e
Ko l l oi de de n Uber gan g z wi sc he n h e t ~ ro g en en und homoge n en
~ y s te m e n
na ch d u r l :! r i e c h i ~- c h e n Wor t .e01\i'A.. I ür,; 0 L L l ' 1 LJ E
t e t o n ( z • • L i m, GUlilmi a r an i r u m ) , d u r c h 9 pwi ss r; i'ipmb ra n pn ,
p as ~ i e r e n di e gl ei c h~ n ' M p mb r a n H n un g0hin de r t , ~ i R wur de n
von i hm i. r Lc t a Ll oLde ge nä nn L. Di R L" s un lj r1 n vo n 1': ol l Did e n
b cz eI c tinr-t r- l i r a h am i m G R fJ p.n ~a t.z z u n c h t n n Li5su nQHn a l n
s o I.e , Gr a ha ,n ljla ui:J t G n o c h a n e i ne c c tta r f' r- T r r- rmu nq ze t r.c non
h.n l l o i ric n u n d Kr i s ta ll o i d en . lie utp llJe i i ma r t jPd o c h , daß u i »
fd n:b g kei l , mit tü r :'.d l l u i lH' c h a r a k t r rI t.L ri c hvn r i ;Jon ' c hu tt e o
: ' u r z l1tt t~ Lr n , .u ch t, a n hr ::'t. j m,uLr· ::: t fJ ft' n 9A bu nd [' n i ;· t , ma n
s p r i c ht v LnLmntrr von e i n e m k o Ll.o Lue ri o zu , k r i s t a l Lu i dnn
Lus t a nd . 1 90 0 s t e l l te v . we i mar n f e s t, da ß a l le ~ t o f f e un t er
geei gn et en dBdi ng unge n i n de n ko l l oi de n Zus t a nd zu übe r f üh
ren s i nd . Da mi t i s t e s he u te da s Zi e l de r Ko l l oi dc hemik e r ,
Chemie in der Schule: www.chids.de
Oi e gen aue st e Li nt ei l ung i "t c i c nach .i t a uc Lnqo r
a ) Di sp e r s io n sko l l oi d l1 t ila up t t h8ma ue s Vor tr a gs)
Si e st e l l e n n i ne bes t i mm t e z e r t n.iLuuq s to r m de r -. e t e r r r
da r un d I,'e r de n r.u r c h n i r pe r q.ie r unq i n dRn k o Ll o i de n Zu
c t a n o q n b r ac h t, , c o ca ü ' i r l ll l:i lf ~r p o Ly rtl c.u e r e :;i l l d . .. Lc
s i no l y o ~ h n t J U I , C n u r mJ L ' l n k t ri : c:h : 'I ; L ; ~LJu nrj r: :, :, l a lJ ; L,
L. f , i z E:: .l i - · l.r~ r !\ r-' o zi u t . on'- \-: , d J · ·i u ,.-·
un d l yop hobe Kol l oi de . Al s l yo ph il e vn l l ni de be zeichne t man
so l c he mi t e i ne m ~ isp e r s i o n s m i t tB l , da s den di s per sen Ante i l
s o Lva t i s i e r c n ka nn un d s o a i n s ~ o l v a t h i il l e a us b i l de t . Bei
den lyopho uen Kol l oi d e n f i ndet e in e Au f lad un g dur ch g l ei ch
s i n n i g g e l ade ne I o n en s t a t t , s o d a ß ~ i 8 l pil c h e n n u c h i n
e i nem Di s pers i ons mi t te l , i n de m de r ~ t o f r r i ge nl l i c h un l ns
li eh i s t, i n Lös ung b l e ibe n .
Jr nac hde m, ob die Tei lche n a l le di e gl e i c he Größ e ha ben
od e r ni c ht, be ze i c hnet man oie Kol l oid e a l s i s odis pe r s oder
a l s polyd i sp e rs . Di e me i s t e n Ko l lo i d , s i nd pol ydis pe r s ,
di e s i st j ed OCh a bhä ngi g vo n der Dars t e l l ungs we i s e . Di e
Te il c hen s i nd kle i n ge nug , um s i c h in vi eler Hi ns i c ht wi e
t.o l e ke l n zu v erhalt e n , un o g r oß ge nug , um die li ge ns chaf t e n
von I'a rt i k" l n mit de f i ni e r t nr Lr e n zf l iic he zu z e i 'j e n . Au f
Qr und UHr Qr oß e n Ubc r f l ric he spie l e n na t ür l i c h Ads o r pt i on s
vorgänqe t. Lno g r oße , o Ll e , :' 0 z • .• d i r- I\d!> or p t i un von La
cllJi I'.F' Ll<iq n r n , CJi s p e r s i on r:mi t te l o d e r Sc h ut zkol l oid e n . Au ch
c ll .:-m i~-.. c hp ;iE-; ci :<t ion en v o n h a l loi d e n u i n o mi t Ads o r pL i o n s v o r
gän ye n ve r bunue n ( s . a uch un Le n).
3 . ) Dars t e l l ung v on Koll oi de n
\lor-
El e ktr i s c he ZElrst äu bung vo n ~ i l b e r i m Lichtboge nU e r s uc h 1
g e bilde t un d zu Aggr egat e n v ~ r ein i g t vo r lie gen .
Dur c h Aus wa s ch e n od8r I o nGn zu fu h r ka nn di r
op t i male El e k t r o l y t kon z e n t r a t i on f ür oa s Ko l l o i d
e r re i c h t we r de n ( Pe p t i s a t i o n ) .
1/ ) _e]'y~.! :' ~<;'::'2..: Lur c h el e k tri s c he Ze rs t ä ubung i m Li chtb ogen
l as s en s i c h ~ et a l 1 5 0 1e dar s t e l l en .
In e i ne Glas s chale mi t de s t o Wa s s e r , de m z ur Lrhö hung d e r
~tab i l ität e t wa s NaOri und Ge la t i n e z u ge s e t z t wer de n , t auch en
a l s Ll ek tr od e n zwe i d ünn e Silb e r d r ä h t e , de r e n tnde n re c ht
wi nk l i g umge b og e n si nd .
a ) Di s pe r si ons me t hode n
01.) _ml'~~~n.! ::.':..h_: Zur me c ha n i s c hen I e il chenzer kleinerung ka nn
ma n si ch d er s og . Ko l l o i dmühl e n be di en e n,
di e j e doc h f ür de n La b o r ge br a uc h ni c ht ge
ei gne t si n d . Auc h mi tt e l s Ult r a s ch a l l ge
l ing t di e mecha ni s c he Di s pe rs io n .
~)_':..h~~~~C~_: Dabe i müss e n di e ~ o l l o i d t e i l c h e n s c hon
tnt s pre c hend der Mi t te ls t e i l ung zwis c hen e c h t e n Los ung en
uno gr ob di s pe r s e n ~ y s t e m e n kann man de n ko lloidale n Lu-
stan d auf zwei Wege n e r r e i c he n : dur c h Te il ch e nz e r k l eine
ru ng gro be r Ver t e i lungen lDi s pers ion) und dur c h Teilehen
vergröß e rung mol e kulardispers gel ös t er ~ to f f e (K onde ns a t i on ) .
Dabei ist e i ne mög l i c hs t ger inge Lös l i c hkeit i m Di s pers ions
mi t te l nölig.
t i n t e i Lunqs mo rj Ll c hkeLt i s t die i n l yophil et. i ne wei Le re
. t i o r t r ot r-n n l ed r. r mo l clqd ~! ( c : , Lo f f e Ol l! e h v ;;.n rtn r liJ a flls-
i( r;j f t8 Z \I :\ Y'j r e Cjat c n v u n k o L l n L d r-n l . j.,11 n sl .-,n e n z u c auun r n ,
35V-
c ) o l c:', ' j1ko l L Jio e
Dab e i " i nd ,; i " e inz e l n , n ; o Le k ü I.n eie r " t o f f e s o g r oO, daß
",i e von a oI o s t t~ oll o ilJ C bi ld e n . t s ha nc c Lt. c Lc n um i' a kr o
ml e kül e von Pr ot ei ne n , Poly s a c c ha r i llf;n , PolnJl 1os p ha t c n ,
IIlll1l1 ro pol ys ';ur c n U S W. ~; i " t r ag" n z , I", s r.Lb s t, LLdu ng" n un d
o.i n ,!m' ·i "t L :odi s pe r •
b ) un d c Ri nd l yophi l H ~ o l l o i d e und wrru e n , da , i e spo n t a n
i n ko l l oide n Di me n s i one n en t nt e hnn , s I lu koll ·i <..l r ( r i ge n t
l i c hr Kol l oid,·' i bo z c i c nn r- t ,
Aß - Drö.h.te
H'20 (l'l. f\/o.01-I u. 6ieLo:ün.el.- --'
An di e Ele k trod en wird e i ne Gl eich sp annun g von etwa 3 5 V
a nge l egt , dab e i sol lte ein ~ t r om von 8-10 A fließen ( ev tl.
Wide r tta nd einschalten).
'l r ~ n t. i lli m t l: i r. r u s t o tte ,
o tl n i ue 1 n(l ,n ly t:i r pc r s .
118 11L:I; ll ~ :l c h z . , • u m >, ( l i 1 R n u n i
; .l l' m, n i , il r t Lr.» n r n t ,
Chemie in der Schule: www.chids.de
)
Konlakt i ert ma n jetzt die El ektroden mehrm als hi ntereinander,
s o breiten si ch von ihnen a usge he nd dunkle Wolken von kollo
i d al em Si lho r im WRsser a us . Uas Me t a l l wi r d da bei i m Licht
boge n v pr damp f t , kondensiert je doch sofo rt wi eder am Disper
s in nsmi l.lel.
b ) ~o n d 8 n s Rt i on s m e th o d en
Da bei treten in einem,molekulardispers en Sys t e m die Mol eküle
zu gr ~ße ro n Tei lch en z us ammen , wobei di e Ni e de rsch lags bi ld un g
br i k o l l o id~ lp n Di me ns i o ne n au fge ha lt e n wir d .
a.) _Lj~Uf!:!~el!:.s..l"l'l'i ~d-.ri a~n~_
.J!Z L~uE tl _2_ : [' 3r s t e ll ung e i nes Sc hwef e l - Sols
Gi t' t ma n o I no U ' s ung von Sc hwefe l in Eth .ono l t r o p f nnwe La e in
dr- s t , W ~s s 8r, so bil de t si ch p i n mLl c h i q r-e Lße s Sol . ['3 der
Sch wa fel in Wa s s e r ni ch t l ijs l i ch is t , tr et en d i e Te il Chen hi er
zu qrößeren ~ggr qgat e n zus amm en . Dabe i en t s te h t e i n h yd r opho
~ e S Sol , w§h rRn rl Sc hwe fe l sole ~ u s c he mi s chen Ums et ? u nge n me i s t
h y d r cprL l s i nd .
ß ) ~'l2d..E~2 ~k~i~n2~_
Ede l met nll sol e l as s e n sich z. n. durc h Re 0 uk ti o n au s i h r en
S?l zl iis un gen he r s t e lle n . Oab " i s ind T l'i l ct", n '~r ö ß 8, f- a rb e .nd
Bnständi gke i t a bh än~ ig vom Re d uk t i o nsmi ttel und de r Kon zent ra
t i on. Auch b ~ i de r Kolloi d bi l dun g d urc h e i ne Oxi d8ti onsre ak
t ion muß e i ne un l ösl i che PI' 2s e e n t s te he n .
.l' ~':...s~~'2. l _: Cas s i us I SCh 'H Gol d 'Ju rpu r
I n der A.nal y t.ik ,Iie n t d i e s " Il e a k t i o n zu m ~·! " c h ue i s vo n Gold .
1e " i " Tr o p f en e i ne r verd lil1 nt en Tet ra ch l o ro 'Jol ds ä u re l 'i su ng
un d ei ne r S n C l ~- L i:isu ng wer de n in ein n ~ a g e nz 'J l a s g ~ 'Jeben und
gl ei ch an s on l ie r1e nd in ", i ne g r iiß" re 1'1>,n ge ( 10 0 ,, 1 ) ulass e r ge
s chütte t. [5 ents t eht da be i, e i n br au nr o t r s , kLa r s s So L, f ol ge n
si ch geg en s ei ti g als Sch utz kol l oid (s . u . ) .
r) lE!1'ln-.rll.!!~t..iE!:!.
J!~L'llJ~Q._t;.,: Berl iner Blau - Reaktion
Man geht aus von 20 % K4 Lre{CN)61 -l ösu ng und 47 % FeCl3-lösung
und stellt sich folgende Ansätze her
1. 250 ml H20 + 1 ml K4 [Fe{CN)61 + 3 Tro pfen FeCl3
2 . 250 ml 11 + 3 ml + 2 ml
3. 10 ml + 2 ml
Oie Erg ebnisse sind :
1. klares blaues Sol
2 . blau er Ni e de r sc h l a g
3. z ä he blaue Past e, di o sich in Dxals äur el ösung zu einem
klaren Sol l öst (Pep z isat ion)
f ol gende Reaktionen fin den statt
+ 3+ [ 14- [ l1 . K + fe + fe{C N)6 1 ~ KF e fe(C I\! )6
kollo idg el östes, so g. l ~sl iches
Be r l i ne r Blau be i e i ne mVerhältni s
Fe3
+ : (Fe{CN)J4- = 1:1
2 . 4 Fe3+ + 3 [Fe{CN )J
4--t Fe ,:; lFe{CN)6J 3
unl üsl i ch es Ber l i ne r Bl a u beie i ne m Ve r hä l t n i s
3+ [ 14-Fe : fe{CN ) 61
Heute weiß ma n jedoch, daß be i beiden Re a ktionen Stoffe dersel
ben Zus ammense t z ung en t st ehen, j e na ch Konze ntra t i o ns bed i ng ung e n
als Kollo id oder Ni e de rs chlag. Das Be r l i ne r Bl a u hat de mna ch
folg ende St r uk t u r :
// -0/ \.0,'------
.. , ..... +
I
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)
Auf dies e Reaktionen l äßt si ch das Goso tz v n W'..." .. ~ 9 'i Il }-. '!' .'~r.'J. an-wen den . Es be s agt, daß be i ex t rem en Konz e nt rati o nen ( sehr klein
bz w. s ehr gr oß) Nie de rsc hl ä ge hoh er Di s persit ät entstehen, be i
mi ttle r e n Kon z e n t r a tione n jedoch solch e von groß em Te ilch e n
rlur r.hm e ss e r .
Te lLc hcncü.<~ch rn e:: ::;et"fto
2..
J~!~~~~~_l u a r s t e l l ung eines Eisenhydrox idsoI e s
Gi bt man in de r Ki l t e e i n ige Tro p fen e i ne r FeCL3-L
ösun g in
Was s e r , so f i nde t eine e i nf a che Verdünnun g s t att , d i e Lösu ng
wird he l le r gelb. I n de r Sie dehit z e jed och e n t s teht ei n d unke l
r otes kl ares Sol vo n Eisenhyd r ox i d .
Fo rma l :
1. Ge i e ine r n i e dr i ge n Konze nt rati on tre ffe n die Te i l ch en re
lativ sel t en auf e in ~nder , ns i s t ge nGg8 nd lo i t , ei n r e gel
mäf1ig" s ~" rist all gi t t er a uf z uha u r.n , lIe i ge r i nge r Kon 7en tr a
t io n wer den jed oc h d ie Kr i s t a lle ni cht se h r g r on , e s en t
s teh t e i n "fei nte i l ig es kl ar es Sol .
7. n i e Si tu a t i on is t ä h n l ich wi e be l 1., je doch i st d i e Kon
z e n t r a t t o n g r oO qan uq , d aß gr riOere Kr ist all e und d amit e i n
i" i ede r s ch l <l g entst eh en k a r.n ,
3 . Re i s Ahr ho he r Ko nzen t ratin n fa l Jon d i e Mol ek0 1 4 so s c hne l l
zu 1"101 e k ii l h a u f a n zu sammo n , d a r) i hnei ' ko i no le i t hle ib t , ei n
ge o r dne t e s Kr is tallg it te r ausz ubi lden , e s en tst eht e i ne
amo rphe f"as s e . Di e Herst e l l ung e i nes ge o rd ne te n Zus t a nde s
i s t hei s o ge r i nge r 8e we gung s möglic h kei t s chwie ri g . Gib t
man et was vo n de r Past " in ei ne g rö ße r e ~o n g e Oxals äu re
Lös ung , s o wir d z u ~ e i ne n d i e B eweg u n g s m Hg li~ h k e i t e n t s c he i
d en rl 8r h ~ h t , so n aß siCh ei n feink ri st allines 5 0l wie be i 1.
~ u s b i l d e n k ~ n n , zu~ a ndere n wird du r ch di e Oxal säur e n ie
ri ch ti ge rl e ktro l y tko nz en ; r 8t l o n z u r 5t a bi l is i e rung e i ng e
s t e llt ( s. u.).
-t.
Auf diesen 1/8r suc h be z oqo n , h ' i Ot rlas :
3.
In de r [ ise nc hl oridl i"s ung l iegt d as Eis en z . T . s ch o n a l s
kol l o i da l gel öst e s Ei s enh yd r o x i d vor. Durch d a s Erh i t Ze n kan n
e i e Übe r f üh r ung von Fe3+ i n <! yd r o x i d geför de r t werd e n . Äh n
li ch e s könn te ma n durch Ne u t r a l i s atio n der HCl e rreich e n . Di e
Hydr oly s e n i mmt mi t oe r Te mpe r a tu r, der Daue r de s Er h i t z en s
un d de r Verdünn ung zu . Hi e r be i en ts t e h t e in amorph es Hyd r ox i d
mi t wechse l ndem Was s e r gehal t , di e Gr undsubs ta nz is t Fe(OH ) 3 .
Kol l o i de Oxide und Hydro xi de h r ben da s Aus ga n Bg s ma t e r i a l f ür
v i el e kl Rs sis ch e Unte r s uch ung e n in de r Koll oidc he mi e ge bi l de t .
a. ) Ei gensch af ten vo n Kolloiden
a ) mech anische Ei gen s chaft en
Die me ch an i s che n Ei gen s ch af ten s i nd in de r Re ge l auf die Te i l
che ngrBße zurü ckz~f ü h re n :
- d i e Teilche n s ediment i eren nicht
di e kol l o i de Lösun g h a t e i ne n ge ri nge n os mot i s ch e n Dru ck ,
d a pr o Gewi c h t s meng e Sto ff we ni ge r Tei l ch e n vo rh a nde n sind
al s be i ech ten Lös ungen
hohe Vis kosi t ä t der kol l o i de n Lös ung, an h a nd von V i s k o s i t ~ t s
me s s ung e n kö nne n Verä nde r u nge n de s kol l oi de n Zus t a nds ve r
fo lgt we r de n
di e Br own ' sche Beweg un g un d dami t die Dif fusion sind ger i nge r
a l s bei Molekü l e n bz w. Ion e n; die s ka nn ma n demo ns t r ie r e n ,
indem man in ei ne Gel a t i ne ga l l e r t e (im Rea genzgl as) ei ne rseit s
eine Kupfe r s u l f a t - , a nd e r e rs ei t s ei ne Kong o r o t l c. s ung ei ndi f f un
d ieren l ä ßt, wobei nach e i n iger Zeit di e Kupf ers ulfa t lö s ung
in di e Galler te eind i f f und i e r t ist, während die Gr e nz e z wi s che n
Gelatine und Kongorotl ösung scharf geblieben ist
- durch gewöh nl i ch e Fil ter laufe n ko l lo i de Lösungen ungehinder t
durchChemie in der Schule: www.chids.de
Cha rak te r i s t i s c h f ür kol l o i da le Lö s ungen i st d e r s o g . F a r ad a y
Ty nd all - Ef f e k t . I m Jah r e 18 57 s te l l t M. Farad ay f e s t, d a ß i n
einer koll oidale n Lös u ng ein Li c ht s t r ah l a nha nd e i ne r Spur ver
f olgb a r i s t . J .T yn d a ll fan d 1860 z us ä tz l i c h he r a u s , d aß das
von die s e r Sp ur a us gesandte St re ul i c h t l ine ar po l a r i s ie r t i s t .
Onbe i we rd en d i e Li c h tw e llen d e s si ch tb a re n Li c h t e s an d e n
~ ol l oi d t e i l che n g e beug t , d a d ie s e di e s elbe Gr ö ße no r d nu ng h ab e n
wi e die Wel le n l ä nge de s Li c h t s.
Di e F a r bn n kolloi da l e r LHsun g p n s t imme n me i s t n icht Obe re i n
rri t. , nnn n d e s St o f f n" im f e s t o n Zus t o ncl o ne r :o l s I on . Si " sind
o ft ~ h h ä nG i g vo n der Tei l ch e ng r Hße . Als Uemonstr a t i o n m ~gen d i e
g n f iirbten Si lbe r sol r (s . Praktikumsskr ip t Anor g Rnik ) die ne n .
n i ese sOQ. Po l ychr omi e be ruht a uf d e m 7 us omme ns p i e l vo n ko n
sumptive r Ahs or p ti on ( =An r e gun g d e r Ele kt r o ne n d e r Te il chen )
u nd kons e rvati ver Absorptio n ( =Li cht str e uun g , is t i n hom o g en ~ n
S 's t e me n ve r nac hl äs si lb ar ) . Oi e kon sumptiv e ~h 50 rpl :o n gnh o rr h t
d e m Lambert- 8 e n r 's c h e n Gese t z , i s t a l s o a bh ä ng i g von d e r Kon zen
tra t ion . Oi e ko nse r v a tiv e Abso r pti o n i s t ab h än g i g vo m Volumen
de r Tei l c he n im qu ad r a t un d üb e r wi egt deshalb i mme r meh r mi t
z lln eh mend e r Teil cheng r öße .
In j e e i n g ro ß e s Re a gen z gl a s wor d e n Kaliumdi c hro matl Bsu ng u nd
~ i n Van adi npe ntoxi d s o l ( Dar s t el lu ng s . Ja nder/ D l~s ius , Le h r buch
de r an a l v u v p r Hp v a no r q , Ch e mi e , 11.huf l. , 5 . 4" 0 ) g"f ü l lt , die
be I ge e i g ne t e r i< onzB fötr a t ion rJie s e l be F a r be h a be n u nd oh ne I,'e i
Le r e s n i cht zu u n tersch ei d e n s i nd . Hä lt men d i e Re a gen z gl ä s er
i n d e n Li cht s t r a h l z .G . d e s Oi a p r o j e ktor s (e v t l . o p t ische n
~ p a lt d a z wisch enst e I J e n) , s o kan n m"n rle n Li c h t s tr ohl n i cht in
~ p r e Ch t en L ~ s ung , woh l a be r i n d e m So l vp rf ol g ~n . Mi t Hil f e
«t nn s ~J ico l -P risrr.as o d r-r e ine r p o j n r Ls J a r a n d r-r . F a ] 18 c. r k e n n t.
I: ," n , daß d e s s e nk r a c h t zu D... m u r s o r ü n-jl Lch a n Lichts t r ah l s i ch
a us b r e i t e nd e S t re u lichl li ne ar p n l R r i 5 i ~ r t is t ( be i U70 S ) .
ni e Int e ns i t ät deS Tyn d n l l -L i rh t os ( S tr euli c h t ) is t ums o s t ä rke r ,
j '> ! l r-:; h e r d i e v. o nzp.n t. !' a t i nn u rid je 9 rö C- e r di e Dif ferenz zwische n
rl~ n Or e c h u ng s i nrli c es vo n Oi spnr sio ns miL te l u nrl d i sp ~ rg i e r t em
~ t nff ist . Pe i l yoph i l en Koll n irl en is t s i e d u r c h d i~ So l va th ül le
r e l a t ill g e r i ng .
~ ::.r~!:!.c.!'_I. : Faraday- l ynd a ll-Phä nome n
i l'··· p r.
'.1 i ~ : -:~ rll , . r f' n l gF2l n
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i r lf ~ r J \.' I . , l l :_' r , t rIlJ l '1J1Ci ct 1lo n ( CU. 1 h ) l : i ~ ly s i p. r s c h l :) u c h
.'> mi, r : ' fl ; 1' 1;'; r: eJ l u 1o !": ('J) f; ; I ~ l li ,<'! n r l ; , ~ ri s~~ nh yL1 r !.l '· i d s o l ;:JU S
r s u . I: r- o h n n ru , IH oL · f\ llJ1jQ k n nl :'::l r: Sc l l l a u .: h wi r-d i n
' i , ' n ' ~ i "'1. " ~ i r.d n r , ml I f~ h l o r i .J f r 8 i e l'1 ( I"o n t r o ll p mi t I\ ~ J C l )
' : ",: q ."lr t] :'> l " n . ~. • lJ,3c l ; . i ll j· I ·~ : 7 · i t. si i r r i :,l l'\ lJ ' '' r~ n l': r. rl i LJ rn r' I, ) a :- i d
~ n H n I ! l· I I .' I I' ,I. i::l I ' n , fl i ~ ~ r o t bra uru r o r r«: ~ : D S S ol s b Loi bL je-
~ f J J l o i (1 (l T ', i l ch o n k (.~ ! .nen v on e c h t QA l ".· s t lJn s t o r r o n du rc h
C ',lS in V ~r ß II tp·"r '] .;'5t.e J.J t.,r- l ~ c t tl'l~r c l ~;nl , d o s i n t e r i:u f s i c h t
\.rrd n l i L h - t r iil" r s c h ..1i n l , ;)11; olp n Q\l prlI ß ' d- :' ro j k t o r s l ,·, 11 e n .
t' n I . : r ~ r Lp i l ' W ' rH I Si ?I. t. Il .J rl d fl ll di e ll lJ r( li ~ . i . l1 t f;"" r h e , c i r. i s t
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e i ne neg a ti ve Ladun g h ab en.
Die Ko l loi dte i l ch e n si nd Be s t a nd t e i l e i ne r s og . d i f f u se n Oop
pelschicht, wobei s i ch um d aS Te il ch en e i ne d ünne Sc h ich t von
Ge gen ionen bil det, die i mmer am Teilch en blei ben. I st ge r ade
j ede Ladung de s Teil chen s mi t e i ne r Ge ge nl adu ng kompe ns i ert,
s o e r s ch ein t da s Te i l chen ne u tr al, de r I s oe l e k t r i s ch e Pu nkt
(I EP) is t e r r e i ch t . Bei El e ktrol yt zuga be üb e r de n IE P h i na u s
wi rd d as Te ilchen e r ne u t aufge l ade n .
In e i n V- Roh r f a l l t man e i ne
2%ig e St är kel ös u ng, die mit
we ni ge n Tr opfe n J odl ös u ng
ge r ed e ga nz le i ch t b l ?u ge
f ä rbt wi rd ( J od-St ä r ke-Kom
pl ex , h i e r nur zu r Sich t ba r
ma chu ng de r ko l l 0 irln n St är ke
te i lche n ) . I n boide Sch e nke l
de s Roh r n s hJ ird j P '"' i n s l'"; r a
ph it elek t ro de e i ngef ühr t und
mi t e i nn r Spannu n 9s~up ll e ver
bun dnrl. Nnch rl8m ~ n l r J n n e i ne r
Sr <1 nn lln '} ist na ch ei ni'Je r (e i t
( unr! da rni t rle r V.,o lln id te il che n )
in f1 i chti ng r uf d ie Anode r u ba nbaoht a n , Fs l i o q t e in r> [ le kt ro
n h o r a e e (=-=I', ;-ot :1 pho r p.sp.) vo r , a l s n n i n u Llrl nc!f'!f u n' ; v o n qe L a d e ri e n
Te i l c h e n i m u l e k t r Ls c b e n !"'e]r:l . [ le r V l".r s u cl l t-;( lhle j s ! a La o , d n fl
i , ~ St·i r k ~ t. l: .i ] rt , j n s i n . ' ~ LJ f -
grun(~ .i h r n r o~ : - r;r l q' ''e l ·' n .vqo Ll u 1.'r. J.:: rl 8 n , "' .. nll e r rl dls o 7 UT' Arind u ,s .) St ab i l i tä t vo n K ol loi ~ en
i .. ~1 (l n d " r I H ; ry; r i c ~ ~ tt Jl I ' ffi l Jt1 n iuh t, rp r !Jp. s ·n t s fl r n r:h r!nn f"l n Ion s (Me !o..l le )
fJ I P j C(~ ly l~~ \i, ~., un rl i st rtu r c n (.: lt·s.r r c r h r;nrie n r. J r k t !" o .1 y t ~· u s a t . z au ch
Il fTl y.r h r h nr: ni 4" 'J i:H Hip. rI J nlJn lJe~ r:hlJdncli. (Jk ci t i ~ 1. P.t \d2 f}C? nn us o9 r oß
wi '3 d i e vnn lon a n , MH lii l f ,· ,Ie r LI"ktr Qrl -,orn s " ka rin milli Sol-
~(") I; I i sr:h'3 , z , ~\ . v on 5 e rurn nro t r' i non , a uf t. r p, nn l3n u n r: a n a 1 y s i o r o n ,
1"1(") t a rrun> v o n KoL l n i rf t e i L c h o o k a n a u f v n r s c n i adr-ri e h!r.t i s p. 'Z u
s t:"1 nrl r'ko 'r.rnr n :
nr or o I.f' o ln l·.ii ] r; s a u r o n OGe r nn ai s c h e n r::h;")rakt rors ki :n rlen H+
ort r-r Oll ;'I /-l ~! ~ ho n u ru ' s ic h s o n uf l adn n (7 . " . fl rotei nH , d i e
j f~ n ach LJ rflll ~llo n dem r"r:d i LJ rn ;los i t i v o dr-r nr g Mt i v !j e ] nd o n s n i n
I: ':nn '!n )
e ) Schu t z ko ll oid e
Lyophob e Kol l oi de kBnna n du rc h e i ne n Zus a t z l yo philder Kol l oi de
s t a b i l is i e r t wer den. nas l yo phil e Kol l oid hül lt da be i d a s l yo
phobe Ko l l oid e i n un ~ b i l de t e i ne SChutz hül l e , s o da ß d a s l yo
phobe Kol l o i d l yophi l n Eig e ns cha f t e n a nn immt . Ei ne a nder e MBg-
1 ich ke it is t da s Ha f t e n vo n l yopho ben Kol lo id t eil ch en a n Sc h ut z-
koll oi d t ei l ch e n .
{)
Obwoh l d ie Ei ge ns chaft e n des Sch u tz ko l loi ds üb e rw ie gen, sind
de nnoc h nur kl ei ne Me nge n z ur Stabili sie rung nö t i g . Al s Schu tz-
Umhül l ungs s chu t zArl s o rrtion I/on I nrlPn ~m ~ n l1o i d t 1,lot'0 j o in n I o nr'ns o r t e be
vo r z uqt, ""r r! ; d adu r rl . "rh:;l L rl a s Koll o i rl ci rm i h nl ic hl"Ji t
- j t [ l ( , kt rn l y t l ~ s u n ~ n n ( Ln itf5h i gk e i t e t c . )
<1 n rJer Cr " " l f liic he zwin tc h on z wei Stoffe n mit unt nrs C'h iedlic h er
n i e lekt ri zi t n t sKo ns tn nte bi ld e t s ich r i ne Po t e n t i a l di ff e r en z
<J us , St of f " mi t höhe r e r 01( n r h a Lt o n e ino ;los i t i ve t ao un , ,
St offe mi t n i ec r ige r er OK e i no nogati ve Ladung. Da Was Ge r
e i ne hohe OY- h a t, s ind vLe I.e Sto f f e in I/e r , i nd ung mit Wa s ser
oo
l yo ph obe s Koll oid
Schut z koll oid
Ha f t s ch u t z
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xo l l o i de kommen z ur Anwendung Eiweiße
Gelatine
Le i m
Dex trin
St är ke
Tan nin
(
)Zugabe ei nes Schu tzkolloid s (C e f ä ß 2 ) . Re i de A lt ~r nat iv en r e ich e n
je do ch all ein n i ch t; DU" , e s bilden s i c h im mer no cu wenn a u ch
fei nt eiliger e , Nieders chl äge . Ers t bei Anwen dun g bulde r Maßn ah
men geme ins am (Ge f äß 4 ) Br hä l t ma n e i ne kolloid al e L5sung vo n
81oi chromat . Die i n dies em rall a l s Sch utz k o l lo id " i nye s u Lz Le
Gummi arabicum
Es lass en sich groß e Unterschiede f es t s t e l l e n in Ge z ug auf die
Ei gnu ng zur Darst ellung bestimmter Kol l o i de und a u f das Ausmaß
da r Schu tzwir kun g. Dur ch Schutzkoll o i de we rde n die Darstel lung s
müglichkeiten von Kol l oiden erhebli Ch erweitert ( Er h öhung der
Be s tä nd ig ke i t , Her s t e l l u ng h ochkonz e nt r i e r t e r Sole , Gewinnu ng
be s ond e rs f e i nt e ili ger Sol e, Be e i nf l us s ung der Teilche ngr öße) .
Di e wi ch tigs t e n Ei ge ns cha fte n vo n Schu tzkoll o i den s ind i h re
Beständigkeit gegenüber einer Elekt r olytfällung und vo r a l l em
di e Fähig kei t , d i ese Be s tä nd ig ke i t auf andere Ko l l oi de zu über
tragen .
Ce l a t i ne b u s t o h L i n, we s en t J i chel1 a u s dem [ i w e ir~ k ij rp~ r t . L u t L n,
b ) Ausf l ockung , Koa gul a ti o n
Lyop h obe K o l l ~i de si nd nur be s t än di j mi t ei ne r el e ktr i s che n
LAdun g . Findet d urch Zus at z von E l ~ ktr cl y t c n ode r e n t g e g e n ~ u
s e tz t ge lod e ne n Sa l on n i nG NDut r a 1 isntio n s t a t t , so tre t e n d i e
Koll oi oteil ch e n zu g r öße re n Aggr e gat e n zusamm en , s i e ko agu lier un ,
so da r s ch l i eß l i Ch e i n gr oh e r Ni C' d e r s c h l a g ents Leht. Di e r ;;l
l un lj i s t i ,·;r11pr v s r h u nrto n m i t o i n c r ttd s o rp ti n n ru s fä l lenden I o n s
oc a r Sols . ~ : e i [ lu k\:r o l y Len is t d i e: eJ e r t i g ke i L f ;; r d i c Fä l J un" s
kraf t <, Us s c ll l a g lJe ha n rJ . Oif) Reg el von Sch ul z e-11c,rrl y g Hl L f ü r
Ve rsuch 9 Dar s t e l l ung e i ne s PbCr 20 7-So ls mi t Ge l a t i ne als
Sch utz kolloid
ni e r l nckunlJs kr~f t v on To n e n f o l Cj 8n d c hJer t e a n :
+ 7: ,:Io n I nn : I on - : 7[1-0 (' : fiOO- 1r.On
Man geh t aus von eine r O.~n Pb (N03 ) 2- Lös ung , eine r 5'0 Gelat i ne
l ösung sowie eine r 0...1 n K2Cr2
07- Lös ung . In vi er Be che r glä s e r
oder Er l e nme ye r ko l be n pi pe t tie r t man e r s t Bleinitratl ösu ng, Wass e r
un d Ge l a t i ne l ös ung (M enge n s . Tab. ) und g i b t da nn gi bt da nn zu
sammen Kal i umd i ch r omat l ös ung und Wa s ser zu .
1 2 3 4
Pb( N03)2 25 ml 25 ml 3 ml 3 mlWasse r 25 ml 25 ml 47 ml 42 ml
Gelatine ml 5 ml
K2
Cr2
07 + 20 ml 20 ml 2 ml 2 ml
Wasser 30 ml 30 ml 48 ml 4B ml
Oi e Fäl lungsr eakt ion
2+ 2-Pb + Cr20 7 ~ PbCr
20 7
führ t normalerwei se , wie a uch i n Gef ä ß 1 zu s eh e n, zu e ine m
Niederschlag. Um möglicher wei s e e i ne kolloi dale Ve r t e ilung de s
Bleichr omat s zu erreichen , kann man zwei versch ie den e Wege
beschreiten : Ernied rig ung de r Konzentrationen ( Gefäß 3) un d
Allerdin gs g ib t oS v i el e Auan nhmr:; n uo n d ie s e r R e ~ e l .
I n z 'ue i Re age n z gl ,'ise r ~ , Ibt man z u rt o rn Cise nhyd ro xi dFo l au s
U ~rsu ch 5 g l e i ch e Uolu mi r a von ~ A8 r -Lös u ng und N"25 0 4-1 ös u nQ.
I m 8r s t cn GIn s is t k e i n n Vc r än rlo r u nlJ z u erke nne n , lJ lbih r c nd im
zua i t on Gl a s e ine .' us f l ock un C] de s Sol s durc h Bild lJng vo n Eis e n-
s ulf at s t a t t f in det
Fe ( (1 H) 3 + 3 Br --/1----'1 fe flr :; + 3 UH
2-2 Fe (OI' )3 + 3 50 4 ---., Fe 2( S0 4) 3 + 6 (11 1
I n e i nem dr it te n Rosge nzg las mi s cht man Ei s en hy d ro xi d s ol mith'-e ....
de m e ntg e ge nge s e t z t ge l ade ne n Van a rl inp "ntoxidsol, "lJc h vf i ndet
e i ne Koaqu La t Löri s tat t unte r Gil dung eine r Ads o r r Li nns ve r l' i nrh JnQ.
Eine Koa gül nt i o n l ä ß t si ch a uch he rv o rr u f e n du r ch :
Er hit zen ( di e Ae~leg ung wir d gr öß er , e i e T" i l"h on t r n f' f' r.n mit
gr ößer er Wucht a u fe i na nde r , d i e Absto ßun g r ei cht ni cht ous , um
ein e Vere i ni gu ng zu verhi ndern )
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)
Alterung ( Ände rung de r Stabilit ät ohne Zus a t z fremder Elektro
l yte, Zusamme nt re t e n 7U größ e r e n Aggr eg aten unter Dispersions-
»:
Reaktion :
tmi tte lv erlust
fähig keit )
Herabsetzung der Reakt ions- und Adsorptions-
'rotbr aun
r, .
6 . ) Gele
Ge l e ze ich ne n s ich dad ur ch aus, daß die d i s r ergi erte Sub s t anz
n i ch t mehr f r ei im Di sper s i onsmit t e l bewegl i c h i st , s onde r n
r ä uml i ch f i xi e r t ( z.8 . r ä umliches Net z). u ad ur ch is t a uch das
Di~re r sionsmiLt e l immobi lis ie rt , s o de ß si ch ei n fo r mbest än dige s
Obj ek t er~int , das z um g r ö nt e n Te il a us F l üs si gke i t besteh t .
So 8 n t h ~ l t >. n. de r G lask ~ r per unse res Auge s nur 0,' % fe s te
Su h~t 8 nz . ~ e J ~ bilde n s i ch hC\lnrzug t boi uns ymme tr i s c h en Te1 1
chAn l~i8 NRrlel n , Fä den etc .
501
Es handelt si ch hierb ei in gewisse~ Sinne um e i ne oszillierende
Re ak t ion. Die Silber i onen diffundieren in das ch r oma th a l t i ge
Gel e i n, e ine Fäl lung erfolgt jedoch erst da nn, wenn die Konz en
trat ionen s o st ark a nge wachsen si nd , daß da~ Lösl i ch keitspro
d uk t übe r s ch r i t t e n wi r d.
Koagul ati on
JrCel
Pe pt i s at i nn (n ur be i l yorh i l e n= r 8 ver sihl en Kol l oide n )
.-
Ce l e e n t st e he n dur c h :
- En tl a d ung un d Aus flo c ku n g vo n K nll ~ i rle n
- F r starren von So l e n d ur c h Alt er un g od~ r AhkOhlen
q unl l u ng aus dem St o f f i ~ Trock en 7us t and
Nicht immer wi rd der Sol z us tari s i r- h t hn r dtlr chlnuf " n •
Gi b t ma n S tl1 7 s ;;uro in ei n r.e fii l1 mit ldlls c; e rfjl a sl fislJ n J , so » r s t a r r t
d i a s o so for t z u n Ln nrn f ps t '~ n V. i r. s c l s ä ur 8 ~1 "11.
I!~ rs tlc h 17 Rn nk tio n in e i n e~ r.e lat ine - er l
1 : 1 Jomi s c h t u ru, in :'e t r i s ch aJ rn Cle g o s s pn . Nac h dem Er s t ar r e n der
Ge l At i ne gi bt mnn i n d i e Mitte de r Sc h a l e eI ne n Tro pfe n e i ne r
1 N Si lbo r n i t ra t l ös ung . Na c h l ijngc r em St e he n , m A ~ lich s t kühl
und rlunkel , bi l ~ en s i ch von dem Tro pfen aus ge he nd dunke l r o t e
ko nz nnt ri s che Ring e in de m Gel .
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)
Lit eraturv nrzei chnis :
1.) Anorgani ku m, Lehr- und Pr ~ktikumsbuch der anorgani schen
Chemi e, VEr. Deutscher Verl ag der Wissenschaften, 1981 (Berlin)
7.) ge chhol d, H. , Ein f Uhru ng i n die Lehre von den Kolloiden
Rd. I der Kol lo i dk u r s e de s Instituts f Ur Kollo i dfo r schung zu
fran kfurt, Ve rl ag Th e odor Ste i nk op f f , Dre sde n&Le i pz ig 1934
3 . ) Ruka tsC h , f . und W.CI Bc kn e r, Exper imentelle Sc hul chemie,
Physikali sche Chemie 1+11, Aulis Ver l ag De ubne r&Co . , K61n 1972
4 . ) Da ne / Wille, Klei ne s c he misches Pr akt i ku m, Verlag Chemi e,
We i nh e i m/ Re r gs t r a ße 19 60
5. ) Deh n , Ei t el, Ei n fa~ he Ve r s uch e zur a l lgeme ine n un d phy s ik a
l i sche n UlB", i e , SammllJn g Geis ch en 8 a ntJ 1201 /1201a, Ver l ag
Wa l t e r U8 Gr uy t e r & Co., Rer li n 19 62
6 .) Fr eu nd l i ch, Her bert, Kapi Jlarchemie n~ . I + I I , Akade misch e
Ver l ags gf's ell s ch af t m.I) .II. , t o Lpz I rj 1932
7 . ) Hol z ap f el/ Tischer, Einf Dhrung in d"s Pr ak t ik um de r " no rg .
Che mi e, f karl . Verl a gs ge s o l l sc haft e e e st & Port i g KC, Le i pz i g 1963
8.) va n Hook, i n: J . Al exan rler , Col 10 irl L:h "mistry Sd . V, New Yor k 1944
':1 . ) T a n de r / B J~ s i us , t n n rh uc b d e r e n a l y t L s cf i e n und p r ä p a r a t Lv e n
a no rgan is che n Ch a rn i o , S .l lirze l Ve rl ag, St ult ga r t 197 9
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