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Versuche

Chromatographie-Verfahren im Vergleich

Zielsetzung

  • Du führst unterschiedliche Verfahren der Chromatographie durch.
  • Du reflektierst die Ergebnisse der unterschiedlichen Verfahren.

 

Hinweise zum Experiment

Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im Labor.

Material

  • 2 Bechergläser
  • \(\pu{10 ml}\) Messzylinder
  • Schwarzer Filzstift (oder eine andere Farbe, die du untersuchen möchtest)
  • Chromatographie-Papier (alternativ: Filter- oder Löschpapier)
  • Dünnschicht-Platte
  • Bleistift
  • Lineal

Chemikalien

  • Wasser
  • Ethanol
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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Wasser \(\ce {H2O} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Ethanol \(\ce{C2H5OH}\)
GHS02 - Entzündlich GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H319: Verursacht schwere Augenreizung.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P240: Behälter und zu befüllende Anlage erden. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P403+P233: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Wasser
\(\ce {H2O} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Ethanol
\(\ce{C2H5OH}\)
GHS02 - Entzündlich GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H319: Verursacht schwere Augenreizung.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P240: Behälter und zu befüllende Anlage erden. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P403+P233: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten.

Vorbereitung

Stelle eine Lösung eines Ethanol-Wasser-Gemischs in einem Verhältnis von \(\rm{8:2}\) her.

  1. Miss mit dem Messzylinder \(\pu{8 ml}\) Ethanol ab und gib dieses in ein Becherglas.
  2. Miss mit dem Messzylinder \(\pu{ 2 ml}\) Wasser ab und gib dieses in das Becherglas zu dem Ethanol.
  3. Schwenke das Becherglas leicht, um die beiden Stoffe miteinander zu durchmischen.

Durchführung mit zwei unterschiedlichen mobilen Phasen

Die mobile Phase besteht aus einem Laufmittel, welches die Farb-Bestandteile durch die stationäre Phase bewegt. Das Laufmittel ist das Lösungsmittel, in dem sich die Moleküle der Farb-Bestandteile lösen. In dem ersten Versuch verwendest du zwei unterschiedliche Laufmittel als mobile Phase.

  1. Nimm zwei Streifen Chromatographie-Papier.
  2. Zeichne mit Bleistift und Lineal einen Strich \(\pu{1 cm}\) vom kurzen Rand entfernt auf jedes Papier (Abb. 1.1).
  3. Zeichne in die Mitte der Linie jeweils einen Punkt mit dem Filzstift.
  4. Befülle ein Becherglas mit dem Ethanol-Wasser-Gemisch, sodass der Boden des Becherglases weniger als \(\pu{1 cm}\) hoch bedeckt ist (Abb. 1.2).
  5. Befülle ein anderes Becherglas mit genauso viel Wasser.
  6. Stelle in die Bechergläser jeweils ein von dir vorbereitetes Chromatographie-Papier.
  7. Beobachte, bis du einen deutlichen Farbverlauf erkennen kannst.

Durchführung mit zwei unterschiedlichen stationären Phasen

Bei dem zweiten Versuch verwendest du die gleiche mobile Phase, aber zwei unterschiedliche stationäre Phasen.

  1. Nimm einen Streifen Chromatographie-Papier und eine Dünnschicht-Platte zur Durchführung einer Dünnschicht-Chromatographie.
  2. Zeichne mit Bleistift und Lineal einen Strich \(\pu{1 cm}\) vom kurzen Rand entfernt auf das Papier und die Platte (Abb. 2.1).
  3. Zeichne in die Mitte der Linien jeweils einen Punkt mit dem Filzstift.
  4. Befülle zwei Bechergläser mit dem Ethanol-Wasser-Gemisch, sodass der Boden der Bechergläser weniger als \(\pu{1 cm}\) hoch bedeckt sind (Abb. 1.2).
  5. Stelle in ein Becherglas das von dir vorbereitete Chromatographie-Papier. Stelle in das andere Becherglas die vorbereitete Dünnschicht-Platte.
  6. Beobachte, bis du einen deutlichen Farbverlauf erkennen kannst.

Hinweise zur Entsorgung

Die Lösungen kannst du in den Abfluss geben. Das Papier und die Dünnschicht-Platte kannst du aufheben oder im Restmüll entsorgen.

Aufgabe
Aufgabe
  • Führe die Versuche durch und notiere deine Beobachtungen. Du kannst die Chromatogramme, also das Papier und die Platte, auch fotografieren oder nach dem Trocknen in deine Chemie-Mappe kleben.
  • Beschreibe die Unterschiede, die du bei den unterschiedlichen Chromatographie-Verfahren beobachten konntest.
  • Erkläre, warum die Chromatogramme unterschiedlich aussehen.

Lösung

Beobachtung

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 3 Papier-Chromatographie Ethanol-Wasser-Gemisch links und Filzstift in Wasser rechts
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 4 Chromatographie Filzstift in Ethanol-Wasser-Gemisch Papier links und Dünnschicht-Platte rechts

Durchführung mit zwei unterschiedlichen mobilen Phasen
Bei beiden Lösungsmitteln ist die Farbe auf dem Chromatographie-Papier verlaufen (Abb. 3). Mit Wasser (rechts) ist der Farbverlauf dunkel, aber trotzdem kannst du von unten beginnend Gelb, dann Rot und dann Blau erkennen. Mit dem Ethanol-Wasser-Gemisch (links) ist die Trennung der Farbe deutlicher zu erkennen. In der Nähe des Filzstift-Punktes ist die Farbe Dunkelblau bis Schwarz. Darüber liegt ein Streifen mit Gelb, etwas weniger Rot und dann Blau.

Durchführung mit zwei unterschiedlichen stationären Phasen
Bei dem Chromatographie-Papier und der Dünnschicht-Platte ist die Farbe mit dem Ethanol-Wasser-Gemisch jeweils verlaufen (Abb. 4). Der Farbverlauf ist bei der Dünnschicht-Platte (rechts) kürzer als bei dem Chromatographie-Papier (links). Beide Farbverläufe starten in der Nähe des Filzstift-Punktes mit Schwarz. Dann folgt Gelb, welches bei der Dünnschicht-Platte mehr ins Orange geht. Nach dem Gelb folgen Rot und dann Blau. Bei der Dünnschicht-Platte sind die Farben weniger weit voneinander getrennt und laufen mehr ineinander über. Die Farbtrennung ist nicht so deutlich wie bei dem Chromatographie-Papier. Allerdings kannst du die Farben intensicher erkennen.

 

Ergebnis

Erklärung auf der Stoffebene
Wenn du auf dem Chromatogramm eine dunkle Farbe, wie Schwarz, erkennst, dann sind die Farb-Bestandteile noch nicht aufgetrennt. Bei allen Chromatogrammen kannst du die dunkle Farbe in der Nähe des Filzstift-Punktes erkennen. In diesem Bereich hat sich das Farb-Gemisch noch nicht vollständig getrennt. Die Farb-Bestandteile benötigen eine gewisse Zeit und Strecke, bis sie sich voneinander entfernen und du die einzelnen Farben erkennen kannst. Bei der Papier-Chromatographie mit den unterschiedlichen mobilen Phasen wird deutlich, dass sich die Farbe des Filzstiftes besser mit dem Ethanol-Wasser-Gemisch als in Wasser auftrennt. Daher lösen sich die Farb-Bestandteile im Ethanol-Wasser-Gemisch besser als im Wasser.

Auf der Dünnschicht-Platte siehst du ebenfalls noch ein Farb-Gemisch, welches sich noch nicht getrennt hat. Orange ist ein Gemisch aus Gelb und Rot. Bei der Papier-Chromatographie mit dem Ethanol-Wasser-Gemisch haben sich Gelb und Rot schon voneinander getrennt. Würdest du die Dünnschicht-Chromatographie länger durchführen, würden sich die Farb-Bestandteile weiter voneinander trennen und du würdest auch die einzelnen Farben auf dem Chromatogramm besser erkennen.

Erklärung auf der Teilchenebene
Damit du ein deutliches Ergebnis bei der Chromatographie erhältst, ist das richtige Laufmittel für die mobile Phase und die richtige stationäre Phase wichtig bei der Auswahl. Bei dem Laufmittel sollen sich die Farb-Moleküle bestmöglich lösen. Die Farb-Moleküle unseres Filzstiftes scheinen mehr oder weniger polar zu sein, denn sie lösen sich besser in dem Ethanol-Wasser-Gemisch als in dem Wasser. Ethanol-Moleküle bestehen aus einer polaren Hydroxy- und einer unpolaren Methyl-Gruppe. Sie können mit anderen polaren Molekülen Wasserstoffbrücken- und mit unpolaren Molekülen London-Dispersions-Wechselwirkungen eingehen. Würden die Farb-Moleküle alle polar sein, würden sie mit dem Wasser in Wasserstoffbrücken- oder in Dipol-Dipol-Wechselwirkungen gehen und sich somit gut in Wasser lösen. Je stärker die Wechselwirkungen zwischen den Farb-Molekülen und den Molekülen des Laufmittels sind, desto besser bewegen sich die Farb-Moleküle durch die mobile Phase.

Die Farb-Moleküle gehen auch Wechselwirkungen mit den Molekülen der stationären Phase ein. Je stärker die Wechselwirkungen sind, desto weniger schnell bewegen sich die Farb-Moleküle durch die stationäre Phase. Bei dem Chromatographie-Papier bewegen sich die Farb-Moleküle und die Moleküle des Laufmittels schneller als bei der Dünnschichtplatte (meist aus Kieselgel). Das bedeutet, dass die Wechselwirkungen mit den Papier-Molekülen geringer als mit den Dünnschicht-Molekülen sind. Wie schnell sich Laufmittel- und Farb-Moleküle durch die Poren der stationären Phase bewegen, hat ebenfalls mit ihren Diffusionseigenschaften zu tun.