Laborant Professional 1.00

Universelles Chemiepaket

und

Meßwertverarbeitungs-Programm

für

ATARI ST/TT/FALCON-Computer

PUBLIC-DOMAIN

Jens Schulz Rosenstraße 5

D-25368 Kiebitzreihe Tel. 04121/5885

Stand: 23. März 1993

Inhaltsverzeichnis

1 Arbeiten mit Formeln und Gleichungen 1 1.1 Formel- und Gleichungsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Arbeiten mit Formelmacros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Definition von Formelmacros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.2 Formelmacros speichern und laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Definieren von Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 Gleichungsverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4.1 Laden und Speichern von Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4.2 Speichern einer Formel-/Gleichung als TeX-Ausgabe . . . . . . . . . . . . 4 1.4.3 TeX-Formel- und Gleichungsgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5 Formel-Pufferung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Molmasse und Mengenberechnungen 8 2.1 Bestimmung der Molmasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Mengen aus Formeln bestimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3 Mengen aus Gleichungen bestimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3.1 Begriff der wesentlichen Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4 Empirische Formel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 Titrationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5.1 Titrationen eingeben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.5.2 Beispiel-Titration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.6 Mengeneinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3 Umrechnungen 16 3.1 Menge in Mol umrechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2 Mol in Menge umrechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.3 Gas-Gesetze/Umrechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3.1 Mol Gas → Gasvolumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3.2 Gasvolumen → Mol Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3.3 Boyle-Mariotte-Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3.4 Gay-Lussac-Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3.5 Zustandsgleichung idealer Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.3.6 Molmasse idealer Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4 Einheiten umrechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 Lösungen herstellen 20 4.1 Maßlösung aus Urtiter herstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.2 Chemische Lösungen 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.1 Massenanteil in Volumenkonzentration umrechnen . . . . . . . . . . . . . 21 4.2.2 Volumenkonzentration in Massenanteil umrechnen . . . . . . . . . . . . . 21 4.2.3 Massenanteil an gelöstem Stoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.2.4 Massenanteil an gelöstem Stoff und Lösungsmittel . . . . . . . . . . . . . 22 4.2.5 Berechnen der Masse eines Stoffes bei vorgegebenem Volumen der Lösung 22

4.3 Chemische Lösungen 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.3.1 Lösung mit gefordertem Massenanteil usw. . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.3.2 Lösung mit vorgegebenem Volumen der Lösung usw. . . . . . . . . . . . . 23 4.3.3 Lösung mit geforderter Volumenkonzentration usw. . . . . . . . . . . . . . 23

4.4 Chemische Lösungen 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.4.1 Herstellen wäßriger Lösungen kristallwasserhaltiger Stoffe . . . . . . . . . 24 4.4.2 Massenanteil → Molarität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.4.3 Molarität → Massenanteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.4.4 Berechne Molalität / Molarität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.5 Mischungskreuz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5 Übersichtstabellen 26

5.1 Konstanten und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5.1.1 Dichte von Lösungsmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5.1.2 Kryoskopische Konstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.1.3 Wichtige Spektrallinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.1.4 Naturkonstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.2 PSE-/Ionen-Informationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.2.1 PSE-Element-Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.2.2 Kationen-Info . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.2.3 Anionen-Info . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.2.4 Gruppen-Informationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.2.5 PSE-Direktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6 Spezielle Berechnungen 30

6.1 pH-Wert Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6.1.1 pH-Wert einer starken Säure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6.1.2 pH-Wert einer starken Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6.1.3 pH-Wert einer schwachen Säure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6.1.4 pH-Wert einer schwachen Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6.1.5 pH-Wert einer 2-protonigen Säure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.1.6 pH-Wert eine Ampholyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.1.7 pH-Wert einer 1-wertigen Säure iterativ bestimmen . . . . . . . . . . . . . 31 6.1.8 pH-Wert einer n-wertigen Säure iterativ bestimmen . . . . . . . . . . . . 31 6.1.9 pK_{s}-Werte Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.2 Gefrierpunkt-Erniedrigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 6.2.1 Verfahren nach Beckmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 6.2.2 Verfahren nach Rast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.3 Biochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6.3.1 Molmasse und die Elementanteile in Polypeptiden . . . . . . . . . . . . . 33 6.3.2 Molmasse und Elementanteile von Nucleotidsequenzen (DNA/RNA) … 34 6.3.3 Übersicht über die wichtigsten Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.3.4 Übersicht über die DNA-/RNA-Nucleotide . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.3.5 Biochemische Eingaben sichern und laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.3.6 Hilfetext für biochemische Eingaberegeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6.4 Optische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.4.1 Umrechnung der Extinktion in Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.4.2 Umrechnung der Transmission in Extinktion . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.4.3 Lambert-Beersches Gesetz (Konzentration c) . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.4.4 Lambert-Beersches Gesetz (Masse m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.4.5 Beersches Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6.4.6 Molare Drehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6.4.7 Molarer Extinktionskoeffizient ϵ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.5 Dichte mit Pyknometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.5.1 Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.5.2 Feststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6.6 Elektrochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.6.1 Abgeschiedene Masse einer elektrochemischen Reaktion . . . . . . . . . . 41 6.6.2 Elektrochemische Standard-Potentiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.6.3 Aktivitäts-Koeffizient (Debye-Hückel)/Ionenstärke . . . . . . . . . . . . . 41 6.7 Reaktionen / Kinetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.7.1 Reaktionsordung und Geschwindigkeitskonstanten . . . . . . . . . . . . . 42 6.7.2 Aktivierungsenergie (Arrhenius-Gleichung) . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.7.3 Aufstellen einer Reaktionsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

7 Meßwertverarbeitung 49 7.1 Meßwert-Eingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 7.2 Meßwert-Anzeige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 7.3 Meßwert-Bearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

7.3.1 Korrigiere / Ergänze Meßwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 7.3.2 Drucke Meßwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 7.3.3 Vertausche X-/Y-Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 7.3.4 Sortiere Meßwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.4 Fehlerrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.4.1 Arithmetisches Mittel/Spannweite/Median . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.4.2 Standardabweichung/Varianz/Variationskoeffizient . . . . . . . . . . . . . 52 7.4.3 Mittlerer Fehler des Mittelwerts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

7.5 Lineare Regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.6 Polynom-Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.7 Interpolation/Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.8 Newton-Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 7.9 Lagrange Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 7.10 Spline-Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7.11 Numerische Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 7.12 Newton-Raphson-Verfahren für Polynome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

8 Meßwert Lade- und Speicherroutinen 58

8.1 Laden / Importieren von Meßwerten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.1.1 Laden von Meßwerten im Standardformat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.1.2 Importiere kommagetrenntes Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.1.3 Importiere Microsoft-EXCEL ASCII-Format . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8.1.4 Importiere Curfit 3.0 - Meßwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

8.2 Speichern Meßwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8.2.1 Speichern im Standard-Format .MSW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 8.2.2 Lineare Regression speichern .MSW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 8.2.3 Speichern DIF-Format .DIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 8.2.4 Speichern im VIP-Format .VIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 8.2.5 Speichern im ASCII-Format .TXT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 8.2.6 Speichern für PLOTTER.GFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 8.2.7 Speichern für Curfit 3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 8.2.8 Speichern für SCIGRAPH / XACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 8.2.9 Speichern für LDW POWER-CALC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 8.2.10 TeX-Tabellengenerierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

8.3 Speichern für MS-DOS Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 8.3.1 Speichern für dBASE IV/III+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 8.3.2 Speichern für Microsoft EXCEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 8.3.3 Speichern für Microsoft CHART 3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 8.3.4 Speichern für Microsoft Multiplan 3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 8.3.5 Speichern für LOTUS 1-2-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 8.3.6 Speichern für LOTUS Freelance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 8.3.7 Laborant Professional mit PC-/AT Software koppeln . . . . . . . . . . . . 67

8.4 Übersicht über die Dateiformate von Laborant Professional . . . . . . . . . . . . 68 8.5 Speichern und Drucken von Multi-Dialogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 8.6 Diskettenoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

8.6.1 Datei umbenennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 8.6.2 Datei löschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 8.6.3 Speicherplatz auf Diskette/Harddisk feststellen . . . . . . . . . . . . . . . 69 8.6.4 Lade neue Laborant.INF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 8.6.5 Systempfade LABORANT.INF festlegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

9 Statistische Auswertung von Meßwerten 70 9.1 Verwaltung von statistischen Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 9.2 Statistische Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

9.2.1 Q-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 9.2.2 Ausreißertest (n > 10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 9.2.3 F-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 9.2.4 t-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 9.2.5 Bartlett-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 9.2.6 Gamma-Funktion Γ(x) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

9.3 Einfache Varianzanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 9.4 Korrelationskoeffizient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 10 Thermochemie 75

10.1 Grundzüge der Thermochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 10.2 Thermochemie-Datenbank laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 10.3 Datenbank ansehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 10.4 Datenbanksuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 10.5 Gleichgewichtskonstante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

10.5.1 Berechnung von K = e^{(−ΔH/RT)} . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 10.5.2 K aus der elektromotorischen Kraft EMK . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 10.5.3 Berechnung von K aus Reaktionsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

10.6 Gibbs-Funktion ΔG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 10.6.1 Gibbs-Funktion ΔG = -RTlnK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 10.6.2 Gibbs-Funktion ΔG = ΔH - TΔS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 10.6.3 Gibbs-Funktion ΔG = ∑ ΔH_{i} - T∑ ΔS_{i} . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 10.6.4 Gibbs-Funktion ΔG aus elektromotorischer Kraft EMK . . . . . . . . . . 81 10.6.5 Berechnung von ΔG aus einer Reaktionsgleichung . . . . . . . . . . . . . 82

10.7 Entropieänderung ΔS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 10.7.1 ΔS = (ΔH - ΔG) / T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 10.7.2 Entropieänderung ΔS = (∑ ΔH_{i} − ∑ ΔG_{i})/T . . . . . . . . . . . . . . . 82 10.7.3 Reaktionsentropie S(T_{2}) = S(T_{1}) + C_{p}·lnT - C_{p}·lnT_{1} . . . . . . . . . . . 83 10.7.4 Berechnung von S aus Reaktionsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

10.8 Reaktionsenthalpie ΔH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

10.8.1 Reaktionsenthalpie ΔH = ΔG + TΔS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 10.9 Reaktionsenthalpie ΔH = ∑ ΔG_{i} + T ∑ ΔS_{i} . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

10.9.1 Reaktionsenthalpie H(T) = H(T_{1}) + (T - T_{1})·C_{p} . . . . . . . . . . . . . . 85 10.9.2 Reaktionsenthalpie ΔH aus Reaktionsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . 87

10.10Reaktionsauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 10.11Chemische Thermodynamik 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

10.11.1 Elektromotorische Kraft E_{0} = -ΔG / nF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 10.11.2 Elektromotorische Kraft E_{0} = RTlnK / nF . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 10.11.3 Nernst-Gleichung 1 E = E_{0} - RTlnQ / nF . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 10.11.4 Nernst-Gleichung 2 E_{0} = E + RTlnQ / nF . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.12Chemische Thermodynamik 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 10.12.1 Clausius-Clapeyron dp/dT = ΔH / TdV . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 10.12.2 Clausius-Clapeyron dlnp/dT = Δ_{v}H/RT^{2} . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 10.12.3 Mittlere molare Verdampfungsenthalpie Δ_{v}H . . . . . . . . . . . . . . . . 90

10.13Clausius-Clapeyron Dampfdruck p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.13.1 C_{p}(T) über Temperaturpolynom bestimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 10.14Chemisches Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

10.14.1 Berechnung von K aus Massenwirkungsgesetz MWG . . . . . . . . . . . . 92 10.14.2 Berechnung des chemischen Gleichgewichts aus K . . . . . . . . . . . . . . 92

11 Übungsteile 94 11.1 Formel-Identifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 11.2 Formel-Exerciser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

12 LGS, Matrizen und Determinanten 96 12.1 Eingabe eines linearen Gleichungs-Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 12.2 Lineares Gleichungssystem berechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 12.3 Determinate bestimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 12.4 Hadamardsches Konditionsmaß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 12.5 Laden eines linearen Gleichungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 12.6 Speichern eines linearen Gleichungssystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 12.7 TeX-Ausgabe von Matrizen, Determinanten und LGS . . . . . . . . . . . . . . . 99 12.8 Eigenwerte von symmetrischen Matrizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 12.9 Inverse Matrix berechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 12.10Addition und Multiplikation von Matrizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

13 Fremdprogramme und Hilfstexte 102

13.1 Hilfstexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 13.1.1 Funktionstasten-/Sondertasten-Belegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 13.1.2 Formel-/Gleichungs-Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 13.1.3 Statistik-Info . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

13.2 Benutzer-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 13.3 Externen Editor aufrufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 13.4 Programm verlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

14 Installation und Multitasking 106 14.1 Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 14.2 Laborant Professional und Multitasking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 14.3 Fenstersteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 14.4 Speicherverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 15 Anmerkungen, Anleitungen und Zukünftiges 112

15.1 TeX-Anleitung/Handbuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 15.2 Fremdsprachenversionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

15.2.1 Schwedische Vollübersetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 15.2.2 Erstellung einer Fremdsprachenversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

15.3 Entwicklungs-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 15.4 Fehlermöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 15.5 Bisher veröffentlichte Versionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 15.6 Geschichte von Laborant Professional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 15.7 Andere Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

15.7.1 MS-DOS und Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 15.7.2 Laborant Professional und AMIGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

15.8 Neuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 15.9 Benutzer-Anregungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 15.10Haftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 15.11Literaturhinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 15.12Wissenschaftliche ATARI PD-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 15.13Die Zukunft von Laborant Professional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

16 Schlußwort 124 .1 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

Vorwort

Ich bedanke mich für Ihr Interesse an Laborant Professional. Vor uns liegt eine weite Reise durch die Welt der Chemie- und Forschungslabors.

Laborant Professional ist eines der mächtigsten Chemiepakete und Laborwerkzeuge auf dem gesamten PD-/Sharewaremarkt. Ein hoher Anteil von Anfragen kommt insbesondere aus dem PC-Bereich, wo es scheinbar keine äquivalente PD-Lösung gibt. Laborant Professional wird nicht nur von Chemikern genutzt, ebenso von Biologen, Pharmazeuten, Physikern und sogar im Bereich Maschinenbau/Thermodynamik. Was den Schlüssel zum großen Erfolg von Laborant Professional ausmacht, soll dieses Vorwort zu ergründen suchen.

Die 3 Kategorien von Chemie-Programmen

• Spezialprogramme

• Tell- und Paint-Programme

• Universalprogramme

Laborant Professional gehört zur dritten Kategorie dieser Grobteilung der Programmarten. Seine Mächtigkeit liegt nicht in der Spezialisierung, sondern in seiner Universalität für die alltägliche Laborarbeit.

Betrachten wir aber vorher die beiden anderen Programmkategorien. In jeder Fachdisziplin muß es Spezialprogramme für stark abgegrenzte Teilgebiete geben. So ist z.B. das Programm Chemplot 2.1B ein hervorragendes Programm zum Zeichnen organischer Strukturformeln. Laborant Professional überläßt solche Anwendungen den vielen Spezialprogrammen, d.h. die Universalität von Laborant Professional ist noch etwas anders definiert. Es möchte nicht alles und jedes an Aufgaben in der Chemie und Wissenschaft erschlagen, sondern die wesentlichen Aspekte der grundsätzlichen Laborarbeit herauskristallisieren.

Bevor wir tiefer in Laborant Professional einsteigen, noch ein paar Worte zu den sogenannten “Tell and Paint”-Programmen. Hier handelt es sich mehr um Nachbildungen von Chemie-Büchern. Sie sind für den harten Laboralltag kaum einsetzbar. Riesige Sammlungen von Tabellen (“Table collectors”), hübsche Zeichnungen von organischen Strukturformeln oder z.B. Geschichtsunterricht über die Entdeckung der Elemente findet man oft in ihnen. Im Allgemeinen sind sehr einfache Element- und PSE-Lernteile mitintegriert. Diese Programme sind für den grundlegenden Chemie-Unterricht in den Schulen gut geeignet.

Laborant Professional versucht selbst erst gar nicht riesige Sammlungen von Chemie-Tabellen jeder Art anzubieten. Der Grund ist ganz einfach, rund 90% dieser Angaben sind für die meisten Nutzer überflüssig. Wenn man tatsächlich solche Spezialangaben braucht, dann hat man meist noch ausführlichere Unterlagen oder man hat Spezialprogramme für diese Art von Aufgaben.

Welche Gedankenansätze stecken hinter Laborant Professional

Laborant Professional ist ein Ansatz, einmal in die tägliche Arbeit von Naturwissenschaftlern und Chemikern hineinzuschauen und zu erkennen, welche grundsätzlichen Dinge erledigt werden müssen.

Ziel ist es, dem Anwender Werkzeuge in die Hand zu geben, die tägliche Routineaufgaben wesentlich vereinfachen. Laborant Professional versucht diese Aufgaben zu bündeln und mit viel Komfort und Leistungsfähigkeit umzusetzen.

Einteilung von Laborant Professional

Laborant Professional untergliedert sich in mehrere Ansatzgebiete, um den obengenannten Forderungen näherzukommen.

• Stöchiometrie mit leistungsstarker Formel-/Gleichungsanalyse

• Meßwertverarbeitung ( Fehlerrechnung / Interpolation / Approximation)

• Statistik (Test-Verfahren)

• Lineare Gleichungssysteme und Matrix-Operationen

• Thermochemie (incl. Datenbankfunktion)

• Reaktionskinetik

• Chemische Lösungen und Umrechnungen

• Spezielle chemische Berechnungs-Verfahren

• Übersichten und Übungsteile

• Import/Export für diverse Fremdprogramme

• Integration von Fremdprogrammen

• TeX-Support

Die sehr umfangreiche Dokumentation (README.DOC) und der Programmumfang dürften Ihnen im Laufe der Zeit einen Einblick in die Vielfalt dieses Chemiepakets geben. Nun, seien Sie gewiß, Laborant Professional wird weiter gepflegt und vielleicht ist demnächst auch eine Ihrer Anregungen integriert.

PUBLIC-DOMAIN-Status

Laborant Professional ist für die ATARI ST/TT/FALCON-Computer grundsätzlich PUBLIC DOMAIN, d.h. jeder kann das Programm beliebig kopieren und weitergeben. Wenn Ihnen Laborant Professional gefällt, dann empfehlen Sie es bitte weiter. Wenn, Sie der Meinung sind, man sollte den Autor für seine Arbeit honorieren, dann tun Sie das.

Die Entwicklungszeiten für ein Projekt, wie Laborant Professional erfordern als Einzelkämpfer einige Mannjahre. Jeder der ein ähnliches Projekt vor hat, sollte sich auf lange eisenharte Programmiernächte einstellen.

Rechner-Konfiguration

Laborant Professional läuft auf ATARI ST/FALCON und TT-Computern.

Benötigt werden mindestens 1 MByte Speicher.

Wer allerdings weitere Accessories oder externe Programme zusammen mit Laborant Professional benutzen möchte, sollte mind. 2 MByte RAM zur Verfügung haben.

Folgende Bildschirmauflösungen werden unterstützt :

• alle Auflösungen ab 640*200 Punkte

• Schwarzweiß und Farbe

• Multitasking wird unterstützt

• TOS-Version ab Blitter-TOS 1.2 (je höher desto besser)

NVDI und Laborant Professional harmonieren sehr gut und geben den GEM-Routinen noch mehr Speed. Accessories machen im Allgemeinen keine Probleme.

Tip:

Man sollte sich einen Public-Domain Taschenrechner- und Notizblock-Accessory mit auf die Diskette kopieren. Sie erweisen sich im Laboralltag als recht nützlich.

Meine Konfiguration :

ATARI TT-Computer 4 MByte Großbildschirm Proscreen TT VGA-Farbmonitor ATARI PTC 1426 105 MB Quantum-Festplatte Laser SLM605

Laborant Professional wurde auf dem ST,TT und FALCON getestet. Der FALCON mit 640*480 256 Farben stand mir allerdings nur einen Abend zur Verfügung. Danach hat sich noch einiges im Bereich der Fenster verändert, ich hoffe es gibt keine Probleme. Ansonsten ist Laborant Professional auf dem FALCON in der obengenannten Auflösung eine Augenweide.

Viel Spaß mit dem Programm !

Jens Schulz 21. März 1993

Kapitel 1

Arbeiten mit Formeln und Gleichungen

1.1 Formel- und Gleichungsstrukturen

Die Chemie hat Ihre eigene Formelsprache. Die Funktionen von Laborant Professional sind in der Lage, mit Formeln genauso zu rechnen wie mit Zahlen. Molmassenbestimmungen werden stets direkt berechnet, um so auch komplexere Reaktionen in ’Echtzeit’ auszuwerten zu können. Viele andere Chemie-Programme greifen hier auf Datenbanken zurück, was insbesondere beim Diskettenbetrieb katastrophal langsam ist. Die Formelalgorithmen von Laborant Professional sind so schnell, daß man selbst auf dem lahmsten ST verzögerungsfrei arbeiten kann.

Für Formeln sind folgende Konventionen einzuhalten :

Indizes werden wie alle anderen Zahlen eingegeben, ein Tiefsetzen von Indizes ist in GEM-Eingaben nicht möglich, aber für den Algorithmus auch unnötig. Reaktionspfeile werden durch Gleichheitszeichen ersetzt.

Beispiele:

• CH_{3}(CH_{2})_{5}CO(CH_{2})_{3}SO_{3}H
• UO_{2}(NO_{3})_{2} ∗ 12H_{2}O
• P_{2}O_{5} ∗ 24MoO_{3}
• (NH_{4})_{2}PtCl_{6}

Komplexe Verbindungen sind nicht zugelassen, sie sind entsprechend zusammenzufassen. Indizes sollten den Wert 32000 nicht übersteigen.

Seit Laborant ST/TT Plus 1.22 existiert ein neuer noch leistungsfähigerer Formel- und Gleichungsscanner. Ab sofort sind bis zu 10 ungeschachelte Klammern erlaubt. Neben Kristallwasseranteilen (∗H_{2}O) sind jetzt beliebige Formeln (z.B. ∗24MoO_{3}) zugelassen.

Beachten Sie, daß keine anderen Sonderzeichen außer Klammern und ∗ zugelassen sind.

Gleichungen sind wie folgt aufgebaut :

CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}

1.2 Arbeiten mit Formelmacros

Menü Gleichung ⇒Menüpunkt Definiere Gleichung / Formelmacros (Taste Crtl Z)

Mit den Formel-Macros steigt die Leistungsfähigkeit von Laborant Professional stark an. Bisher mußte man jede Formel für Molmassen-, Mengen- oder Lösungsberechnungen immer vollständig eingeben. Dies gehört ab sofort der Vergangenheit an.

Man kann bis zu 10 Formelmacros benutzen. Sie heißen Za, Zb bis Zj.

Die Formelmacros sind besonders im Bereich der organischen Chemie sehr nützlich. Man kann sie für komplexe organische Formeln oder Radikale benutzen.

Beispiel 1:

Aromatische Verbindungen : Phenyl-Radikal C_{6}H_{5} sei Zc

• Phenol würde als ZcOH geschrieben

• Diphenylamin als ZcNHZc oder Zc2NH

Beispiel 2:

Octadecadien-(9.12.15)-säure (Linolensäure)

Formel: CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH

Folgende Macros: Za = CH2
Zb = CHCH (für CH=CH)

Neue Formel: CH3Za4ZbZaZbZa7COOH

Hinter einem Macro kann also eine beliebige komplexe Formel stehen.

Mittels der Formelmacros kann jeder noch so komplexe Klammerausdruck zusammengefaßt werden (s. Beispiel 2). So kann man jede beliebige Klammer eliminieren.

1.2.1 Definition von Formelmacros

Die Eingabe der Formelmacros erfolgt in einer Eingabemaske. Die erste Spalte dient zur eigenen Information, d.h. in ihr kann man entweder die Bezeichnung oder die Formel der Substanz angeben. Dies spielt für die Auswertung keine Rolle.

In der 2. Spalte muß die entsprechende Molmasse für die Substanz eingegeben werden. Sie wird dann später in den Berechnungen verwendet.

Beispiel: Za = Anthranilsäure Molmasse = 472.85

Im Eingabefeld wird mit den Tasten Cursor hoch und Cursor tief gewandert ! Mit der ESC-Taste können alte Eingaben zeilenweise gelöscht werden.

Mit RETURN werden dann automatisch alle eingegebenen Formelmacros definiert und können dann in Berechnungen verwendet werden.

1.2.2 Formelmacros speichern und laden

Laden von Formelmacros

Formelmacro-Datei mit max. 10 Macros von Diskette laden.

Speichern von Formelmacros

Damit die so mühsam definierten Formelmacros nicht verloren gehen, kann man diese abspeichern.

Formelmacro-Dateien haben die Endung .FOR.

1.3 Definieren von Gleichungen

Dieser Menüpunkt ist einer der Nützlichsten. Normalerweise müßte man jede Gleichung neu eingeben, wenn man eine Mengenbestimmung durchführt. Da aber im Labor immer mehrere Analysen gleichzeitig laufen, geht einem das dauernde Eintippen der selben Gleichung ’verdammt auf den Keks’. Mit Definiere Gleichung ist es nun möglich eine Gleichung festzulegen. Sie wird dann automatisch bei jeder Gleichungsmengen-Berechnung eingespiegelt. Möchte man die Gleichung wieder loswerden, ruft man ’Definiere Gleichung’ auf und drückt nacheinander ESC und RETURN.

1.4 Gleichungsverwaltung

Menü Datei ⇒Menüpunkt Gleichungsverwaltung (Taste Control V)

1.4.1 Laden und Speichern von Gleichungen

Lade Gleichung

In vielen Labors gibt es eine Reihe von Standardgleichungen, die immer wieder vorkommen. Diese Gleichungen kann man als Datei ablegen. Jede Gleichung ist eine eigene Datei, man sollte sich also nur die wichtigsten Gleichungen auf Diskette/Festplatte ablegen, um die Übersicht zu behalten. Die geladenen Gleichungen werden solange wieder eingespiegelt bis man sie mit dem Menü ’Definiere Gleichung’ mit ESC löscht.

Speicher Gleichung

Hier können eigene Gleichungen abgespeichert werden. Sie müssen allerdings vorher mit Definiere Gleichung definiert worden sein, sonst weigert sich das Programm eine Gleichungs-Datei KAPITEL 1. ARBEITEN MIT FORMELN UND GLEICHUNGEN 4 anzulegen. Gleichungs-Dateien haben immer die Endung .EQU

1.4.2 Speichern einer Formel-/Gleichung als TeX-Ausgabe

Das Erstellen von Formeln und Gleichungen für wissenschaftliche Dokumente mittels der Textbeschreibungssprache TeX ist nicht so einfach. Bereits eine einfache Gleichung erfordert einen relativ hohen Aufwand an Tipparbeit. Allerdings ist TeX in der Flexibilität im Bereich Mathematik und Chemie unschlagbar und außerdem auf jedem heutigen Computer meist als PD- oder Shareware sehr günstig verfügbar. So daß jeder noch so arme Student TeX einsetzen kann. Laborant Professional macht die Formel- und Gleichungserstellung für TeX zum Kinderspiel. Wer sich später das erzeugte TeX-Format im ASCII-Editor anschaut, wird sehen, welchen Tippaufwand er gespart hat und TeX noch mehr ins Herz schließen. Nun, Laborant Professional hat natürlich einige Tricks für die Formel- und Gleichungserstellung drauf.

1. Auswahl der Schriftgröße : Laborant erzeugt 3 Schriftgrößen einer Formel/Gleichung :

• Normalschrift (normalsize in TeX)

• Großschrift (large in TeX)

• sehr große Schrift (huge in TeX)

Beachten Sie, daß die Formel nicht zu breit für eine TeX-Ausgabezeile wird (also nicht gleich größenwahnsinnig werden).

2. Auswahl der Formelumrahmung Auf Wunsch wird um die Formel ein Rahmen gelegt.

3. Format der Formeleingabe : Sämtliche Leerzeichen (Zwischenräume) werden stets von Laborant Professional entfernt. Es ist also sinnlos irgendwelche Leerzeichen einzugeben, sie werden ignoriert. Beispiel: NaOH + HCl = NaCl + H2O wird zu: NaOH+HCl=NaCl+H2O Laborant Professional regelt automatisch die korrekten TeX-Abstände.

KAPITEL 1. ARBEITEN MIT FORMELN UND GLEICHUNGEN 5

Bedeutung einzelner Zeichen

Zeichen Bedeutung TeX-Ausgabe
=  Reaktionspfeil nach rechts →
&  Hin- und Rückreaktion ⇀ ↽
:  Doppelbindung  =
%  Dreifachbindung  ≡
!  Fällungspfeil  ↓
<  Superscript ein  hochsetzen ein
>  Superscript aus  hochsetzen aus

Gleichungen werden an 2 Zeichen erkannt (= und & ). Sollte keines der beiden Zeichen in der Eingabe sein, so wird die Eingabe als Formel gewertet.

Superscript-Klammerung für Ionen-Ladungen

Ionen-Ladungen oder sonstige hochgestellte Ausdrücke müssen speziell geklammert werden, damit Laborant Professional z.B. die Pluszeichen von Ladungen von Pluszeichen zur Gleichungstrennung unterscheiden kann. Eine Schachtelung von Superscript-Klammern ist nicht zugelassen. Superscript-Klammern werden durch das ’<’-Zeichen und ’>’-Zeichen gebildet. Beispiel:

Aluminium-Ion Al^{3+} wird geschrieben als Al<3+> Sonstiges: Zugelassen sind beliebig geschachtelte runde und eckige Klammern. Allerdings wird die Anzahl der Klammern nochmals gecheckt (Anzahl von Klammerauf und Klammerzu).

4. Eingabe-Beispiele : Diese Beispiele sollen die Leistungsfähigkeit des Formel- und Gleichungs-Scanners von Laborant Professional demonstrieren.

• HCO3<-> + H2O & H3O<+> + CO3<2->

• 2C17H35COONa + Ca(HCO3)2 = (C17H35COO)2Ca! + 2NaHCO3

• [C6H5 − NH3] < + > Cl < − > +HO − NO = [C6H5 − N%N] < + > Cl < − > +2H2O

Spätere TeX-Ausgabe in Large mit Umrahmung

HCO_{3}^{−} + H_{2}O ⇀ ↽ H_{3}O^{+} + CO_{3}^{2−} 2 C_{17}H_{35}COONa + Ca(HCO_{3})_{2} → (C_{17}H_{35}COO)_{2}Ca↓ + 2 NaHCO_{3} [C_{6}H_{5} − NH_{3}]^{+}Cl^{−} + HO − NO → [C_{6}H_{5} − N≡N]^{+}Cl^{−} + 2 H_{2}O

5. Speicherung als TeX-ASCII-Datei

Die Speicherung erfolgt auf dem eingestellten Systempfad für ASCII-Dateien (z.B. Ordner TEXTE). TeX-Dateien sind mit der Datei-Endung .TEX zu versehen. Die obigen Beispiele sollte man sich einmal in MultiTeX 5.1 von MAXON betrachten (’Echt nicht von schlechten Eltern’). Man beachte, die hier erzeugten TeX-Fragmente kann man natürlich nicht ohne jede Umgebung als LaTeX-Datei übersetzen lassen. Jedes LaTeX-Dokument erfordert eine Mindestbeschreibung des Dokuments, der Schriftgröße usw. (mehr zu TeX im Kapitel 14). Die TeX-Formeln und Gleichungen aus Laborant Professional werden mittels Blockkopie eines Editors in ein bereits existierendes LaTeX-Dokument eingefügt.

1.4.3 TeX-Formel- und Gleichungsgenerator

Eigentlich hätte ja die normale TeX-Erzeugung von Formeln und Gleichungen reichen müssen, aber es kommt noch besser. Während der Erstellung der Laborant Professional TeX-Anleit-ung, wurde es mir langsam lästig wegen jeder Formel den Punkt 1.4.2. aufzurufen. So wurden alle Formeln von Laborant Professional zeilenweise in eine ASCII-Datei eingetippt und mit einem Schlag in TeX-Ausdrücke übersetzt. Später wurden dann einfach die entsprechenden Einzel-TeX-Formeln per Blockkopie in die TeX-Dokumentation von Laborant Professional kopiert.

1. Schriftgröße/Umrahmung selektieren (gilt dann für alle Formeln)

2. ASCII-Datei mit zu übersetzenden Formeln selektieren

3. Ziel TeX-Datei festlegen und ab geht die Post

Beispiel ASCII-Datei-Aufbau :

• HCO3<-> + H2O & H3O<+> + CO3<2->

• 2C17H35COONa + Ca(HCO3)2 = (C17H35COO)2Ca! + 2NaHCO3

• [C6H5 − NH3] < + > Cl < − > +HO − NO = [C6H5 − N%N] < + > Cl < − > +2H2O

In der TeX-Ausgabe wird eine Leerzeile zwischen jede Formel gepackt.

1.5 Formel-Pufferung

Menü Gleichung ⇒Menüpunkt Formeleingabe puffern

In vielen Fällen möchte man nicht jede Formeleingabe neu eingeben. Mit diesem Menüpunkt kann man die letzte eingebene Formel in andere Menüpunkte übertragen. Diverse Routinen benutzen in der Zwischenzeit diese Art der Formelpufferung.

KAPITEL 1. ARBEITEN MIT FORMELN UND GLEICHUNGEN 7 Standardmäßig ist die Pufferung eingeschaltet (Check-Symbol sichtbar). Mittels des Menüpunktes kann die Pufferung ein- oder ausgeschaltet werden.

Molmasse und Mengenberechnungen

2.1 Bestimmung der Molmasse

Menü Gleichung ⇒ Menüpunkt Molmasse berechnen (Taste F1)

Die Molmassenbestimmung aus einer chemischen Formel ist wohl die wichtigste Funktion der gesamten Stöchiometrie. Die Komplexität einer Chemieformel hat allerdings viele Programmierer dazu verleitet riesige Datenbanken anzulegen, um dem komplexen Berechnungsalgorithmus zu entgehen.

Laborant Professional besitzt einen solchen Algorithmus, der zudem noch auf Geschwindigkeit getrimmt ist. Dies erlaubt dem Anwender komplexe stöchiometrische Funktionen in ’Echtzeit’, also ohne eine merkliche Verzögerung durchzuführen. Hält man sich an die in Kapitel 1 genannten Formelrestriktionen, so kann man Laborant Professional problemlos alles ’fressen’ lassen.

Beispiel :

Formel-Eingabe : Na_{2}CO_{3}

Ausgabe : Molmasse = 105.9893 g/mol

Komplexe Formeln können oft über sogenannte Formelmacros gelöst werden. Ich empfehle Kapitel 1.2 einmal intensiver zu lesen.

2.2 Mengen aus Formeln bestimmen

Menü Gleichung ⇒ Mengen aus Formeln berechnen (Taste F2)

Mit diesen Menü kann man jede Formel in seine Elementanteile zerlegen, d.h. man gibt die Formel, die Menge der Substanz und die Reinheit ein. Daraus berechnet diese Funktion die Mengen- / Mol- und Prozentanteile der einzelnen Elemente.

Beispieleingabe :

Formel : CaSO_{4}
Menge : 1000
Reinheit : 99  (Prozent)

Ausgabe :

Ca = 291.45 g 7.3453 mol 29.440 %
S = 233.16 g 7.3453 mol 23.552 %
O = 465.38 g 29.3812 mol 47.008 %

2.3 Mengen aus Gleichungen bestimmen

Menü Gleichung ⇒ Mengen in Gleichung (Taste F3)

Das stöchiometrische Auswerten von kompletten Reaktionsgleichungen war bisher eine sehr mühselige Angelegenheit. Laborant Professional stellt Ihnen eine sehr mächtige Funktion für diese Aufgabe zur Verfügung. Ihre simple Handhabung und ihre Schnelligkeit dürfte so manches Erstaunen hervorrufen und die Frage stellen, warum solche Tools bisher selten zu finden waren. Die Antwort liegt sicherlich in der Komplexität eine Reaktionsgleichung von Computer lösen zu lassen.

2.3.1 Begriff der wesentlichen Gleichung

In sehr vielen Fällen braucht man nicht die ganze Reaktionsgleichung, sondern nur Teile. Diese Funktion prüft nicht, ob die Gleichung oder eine Formel vollständig ist. Wichtig ist es die wesentlichen Teile einer Reaktionsgleichung festzulegen und die relativen Anteile der Reaktionspartner untereinander anzugeben. Alle diese Informationen stecken ja bereits in jeder chemischen Gleichung.

Beispiel : Gravimetrie Sulfatbestimmung mit BaSO_{4}

Aufgabe :

Bei einer gravimetrischen Sulfatbestimmung wurde 2.567g BaSO_{4} ausgewogen, wieviel Sulfat enthält die Formel.

1.) Herkömmliche Methode über Mengenberechnung aus Formeln

Eingabe :

Formel : BaSO_{4}
Menge : 2.567
Reinheit : 100

Ausgabe :

Ba = 1.5105 g S = 0.3526 g O = 0.7039 g

Jetzt addieren Sie die Sauerstoff- und Schwefelmenge und erhalten 1.0565g Sulfat in der Probe. Nun, die Mengenberechnung in Laborant Professional ist nicht schlecht, aber eigentlich wollten Sie ja den Taschenrechner nicht mehr sehen, oder. Dies ist wirklich noch ein simples Beispiel, was aber wenn es später richtig komplex wird. 2.) Mengen in Gleichungen direkt bestimmen Wir besitzen nur die Menge BaSO4, aber wie kommen wir zu einer Gleichung ? Hier kommt der Begriff der wesentlichen Gleichung ins Spiel. Wir müssen uns von dem strengen Begriff einer chemischen Gleichung trennen und die wesentlichen Fragmente einer Gleichung isolieren und gegenüber stellen.

\underline{1. Versuch :}

Reaktionsgleichung : BaSO_{4} = Ba + S + O_{4} Hmmh, damit hätten wir die Mengenberechnung exakt nachgebildet.

\underline{2. Versuch :}

Reaktionsgleichung : BaSO_{4} = Ba + SO_{4} Schon nicht schlecht, wir bekommen den Sulfatanteil heraus.

\underline{3. Versuch :}

Reaktionsgleichung : BaSO_{4} = SO_{4} Recht so, was interessiert uns der Barium-Anteil. Wichtig ist natürlich das Zahlenverhältnis zwischen den Reaktionspartnern. In diesem simplen Beispiel ist es 1:1.

Reaktionsgleichung : BaSO_{4} = SO_{4} Nun, im Sinne einer Gleichung ist dies natürlich ’Frevel’. Aber im Sinne der Effektivität ist diese Methode unschlagbar. Beispiel 2:

Na_{2}CO_{3} + H_{2}SO_{4} = Na_{2}SO_{4} + H_{2}O + CO_{2} Na_{2}CO_{3} = CO_{2} KAPITEL 2. MOLMASSE UND MENGENBERECHNUNGEN 11 Beispiel 3: Natürlich kann man auch vollständige Gleichungen eingeben, wenn’s sein muß z.B. : As_{2}S_{3} + 14NaNO_{3} + 6Na_{2}CO_{3} = 2Na_{3}AsO_{4} + 3Na_{2}SO_{4} + 14NaNO_{2} + 6CO_{2} Man wählt nun eine der Verbindungen aus, die man gemessen hat, und schon kennt man alle anderen Mengenanteile. Aber vielleicht interessiert einen nur der Arsenatanteil und man kennt die Menge an Na_{3}AsO_{4}

1. Gleichungs-Eingabe : Na_{3}AsO_{4} = AsO_{4}

2. Formelbutton der bekannten Verbindung anklicken (hier Formel 1)

3. Menge : 500

4. Reinheit : 100

Ergebnis:

500 mg/g Na_{3}AsO_{4} enthalten 334.1195 mg/g AsO_{4} Nachdem eine Gleichung von Laborant Professional in seine Reaktionspartner zerlegt wurde, nummeriert Laborant Professional diese von links nach rechts durch. In diesem Fall ist Na_{3}AsO_{4} die Formel Nr.1 und AsO_{4} die Formel Nr.2. Zur Berechnung muß einer der Reaktionspartner als Mengenreferenz ausgewählt werden. Würden wir z.B. den AsO_{4}-Anteil kennen, würden wir als Nummer der bekannten Verbindung 2 angeben und könnten so auf die Menge Na_{3}AsO_{4} zurückschließen.

’Da saust unser alter Taschenrechnerknecht aber in die tiefste Ecke !’

2.4 Empirische Formel

Menü Gleichung ⇒ Empirische Formel (Taste F4) Mit der empirischen Formel kann man die Verhältnisse der Elemente bzw. Formelfragmente einer Verbindung rekonstruieren. Beispiel :

Verbindung enthält 56 mg Natrium und 32.1 mg S. Wie könnte die Summenformel lauten ? Es dürfen auch Formelfragmente verwendet werden !

KAPITEL 2. MOLMASSE UND MENGENBERECHNUNGEN 12 Beispiel: Analyse enthielt 187.5 mg CaO und 82.5 mg CO_{2}. Wie sieht es mit den Verhältnissen der beiden Anteile aus ?

Beispiel-Eingabe : Anzahl der Formelfragmente : 3

1. Formelfragment : C
1. Menge bzw. % : 266.2 mg
2. Formelfragment : H
2. Menge bzw. % : 55.9 mg
3. Formelfragment : Cl
3. Menge bzw. % : 392.9 mg
Ergebnis : C_{2}H_{5}Cl

Sollten nur die Prozentgehalte der Verbindungen bekannt sein, so können Sie diese einfach statt der Mengeneingabe eintippen, dies ändert das Ergebnis nicht.

2.5 Titrationen

Menü Gleichung ⇒ Titration auswerten (Taste Control T) Die Titrationsauswertung spielt im Labor eine sehr große Rolle, deshalb wurde sie auch in Laborant Professional eingebaut. Diese Routine kann eine ganze Menge Rechnerei bei Direkttitrationen sparen. Merke : Den Titrationsscanner interessiert die Formel des Titrators überhaupt nicht ! Wichtig sind nur die Formel des Titranden und das Verhältnis zwischen Titrand und Titrator.

Beispiel : Redoxtitration

Oxalat / Oxalsäurebestimmung durch KMnO4 Folgende Schreibweisen sind möglich. Hier sehen Sie den Vorteil der wesentlichen Gleichung :

1. 2MnO_{4} + 5C_{2}O_{4} + 16H = 2Mn + 10CO_{2} + 8H_{2}O
2. 2MnO_{4} + 5C_{2}O_{4}  = 2Mn
3. 2MnO_{4}  = 5C_{2}O_{4} (Oxalat-Best.)
4. 2MnO_{4}  = 5H_{2}C_{2}O_{4} (Oxalsäure-Best.)
5. 2X  = 5C_{2}O_{4} (Oxalat-Best. Titrator ist egal)

KAPITEL 2. MOLMASSE UND MENGENBERECHNUNGEN 13 Wie Sie sehen die Gleichung ist auf ein Minimum zusammengeschrumpft. Wichtig ist: das Gleichheitszeichen muß vorhanden sein, der Titrand muß klar als Formel definiert sein und die Mengenverhältnisse (hier 2 u. 5) müssen angegeben werden ! Was hat es für Vorteile, den Titrator überhaupt in seiner Formel nicht zu beachten ? Dies spart Tippaufwand und hat unschätzbare Vorteile bei Komplextitrationen. Normalerweise prüft der Formelscanner bei der Gleichungsanalyse jede Formel auf Korrektheit, im Fall der Titration wird aber die Titratorformel von der Prüfung ausgenommen und nur deren Faktor mit übernommen. Beispiel: Titrator 2KMnO4 oder 2X sind gleichwertig, nur der Faktor 2 wird übernommen. Für den Titrator gilt nur die Einschränkung, er muß aus einem zusammenhängenden Wort bestehen und keine Leer-/Plus- oder Gleichheits-Zeichen enthalten !! Wichtig: Ein Titrand namens EDTA usw. wird immer abgelehnt. Beliebige Bezeichnungen/Formeln gelten nur für den Titrator.

! Titranden-Namen dürfen nur Elementkombinationen enthalten !

Beispiel: 5C_{2}O_{4} ist ein korrekter Titrand 5X ist falsch ! Der Formelscanner muß den Titranden zur Berechnung auswerten können !

Beispiel : Calciumbestimmung mit Titriplex III und Calconcarbonsäure als Indikator

einfach: TitriplexIII = Ca (Titrator muß ein Wort sein !)
oder T3 = Ca

Beispiel : Titration mit EDTA z.B. Magnesium-Bestimmung einfach: EDTA = Mg

Easy, oder ?

Anmerkung: Titriplex III ist ein Warenzeichen der Firma Merck, Darmstadt KAPITEL 2. MOLMASSE UND MENGENBERECHNUNGEN 14

2.5.1 Titrationen eingeben

1. Gleichung definieren (s.o.)

2. Anzahl der Titrationen eingeben (z.B. 3 Titrationen durchgeführt)

3. Formelbutton des Titrators anklicken

4. Molarität des Titrators in mol/l angeben

5. Nummer des Titranden angeben (s. Nummer neben Formeln)

6. ml titriertes Volumen eingeben (je nach Versuchsanzahl)

7. Vorlage (Titrand) in ml oder Gramm eingeben :

8. a) ml bedeutet z.B. die Vorlage enthält 20 ml Titrand-Lösung. Ausgegeben werden dann die Menge der Substanz in der Vorlage und die Stärke der Lösung in mol/l.

b) Gramm bedeutet z.B. Vorlage wiegt 0.160 g. Ausgegeben werden dann die Menge der Substanz in der Vorlage und die Gewichtsprozente der Vorlage. Mit dieser Funktion kann man die Reinheit titrierter Stoffe bestimmen, d.h. z.B. man löst eine gewisse Menge Substanz (diese Menge ist gefragt) mit einem Lösungsmittel auf und bekommt den Gewichts-%-Anteil ausgegeben.

Außerdem wird noch das arithmetische Mittel und die Standardabweichung bei mehreren Versuchen ausgegeben.

2.5.2 Beispiel-Titration

Der Faktor einer 0.1m HCl soll mit einer 0.987m NaOH festgestellt werden.

1. Gleichungseingabe:

NaOH + HCl = NaCl + H_{2}O oder NaOH = HCl

2. Anzahl der durchgeführten Titrationen : 3

3. Anklicken von Button ’Formel 1’ (Titrator NaOH)

4. Molarität des Titrators eingeben : 0.1

5. Anklicken von Button ’Formel 2’ (Titrand HCl)

6. Titriertes Volumen eingeben :

1. titriertes Volumen in ml : 14.4
2. titriertes Volumen in ml : 14.3
3. titriertes Volumen in ml : 14.3

7. Vorlage in ml oder Gramm : ml gewählt

8. ml der Vorlage (Titrand) : 20

Ergebnis der Titration

Gleichung : NaOH = HCl Titrator : 0.987M NaOH Vorlage: 20 ml HCl

1. 52.50 mg und 0.0720 mol/l HCl
2. 52.14 mg und 0.0715 mol/l HCl
3. 52.14 mg und 0.0715 mol/l HCl

Mittelwert 52.26 mg und 0.0717 mol/l HCl Std.Abw. 0.21 mg und 0.0003 mol/l HCl

2.6 Mengeneinheiten

Teilweise tauchen Bezeichnungen wie mol/mmol oder g/mg auf, dies soll Sie nicht verwirren. Es zeigt nur an, daß man das Ergebnis entweder als mol oder mmol usw. auffassen kann, je nach Eingabeeinheit. Auf jeden Fall spart man sich die Einheitenwahl bei jeder Eingabe. Allerdings muß sich der Benutzer im Klaren sein, welche Einheit als Endergebnis zu erwarten ist, dies müßte normalerweise eigentlich immer problemlos möglich sein.

Umrechnungen

Umrechnungen gehören trotz SI-Einheiten leider Laborleben dazu. Laborant Professional stellt Ihnen einige elementare Verfahren zur Verfügung.

3.1 Menge in Mol umrechnen

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Menge in Mol (Taste Control M)

Beispiel :

Sie haben 700 mg Na_{2}SO_{4}, wieviel mmol sind das ?

Eingabe:

Formel : Na_{2}SO_{4}
Menge  : 700 mg
Ergebnis : 4.928 mmol

Die Entscheidung, ob kmol, mol oder mmol als Ergebnis erscheint, liegt beim Anwender, da die Laborant Professional Eingabe keine Einheit verlangt.

3.2 Mol in Menge umrechnen

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Mol in Menge (Taste Control N)

Beispiel : Sie haben 1.25 mol NaCl, wieviel g NaCl sind das ?

Eingabe:

Formel  : NaCl
Anzahl Mole : 1.25
Ergebnis  : 73.05 g

KAPITEL 3. UMRECHNUNGEN 17

3.3 Gas-Gesetze/Umrechnungen

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Gasgesetze/Umrechnungen

3.3.1 Mol Gas → Gasvolumen

Beispiel : 2.5 mol CO_{2} in Liter Gas umrechnen (0 Grad, 1013 hPa) Eingabe:

- Formel

- mol Gas Beachte : z.B. Stickstoff muß als N_{2} angegeben werden.

3.3.2 Gasvolumen → Mol Gas

Beispiel: Wieviel mol NH_{3} sind 3.5 Liter NH_{3} (0 Grad, 1013 hPa)? Eingabe:

- Formel

- Volumen in Liter

3.3.3 Boyle-Mariotte-Gesetz

1. Berechnung : P2 = \frac{P 1∗V 1}{V 2}

2. Berechnung : V2 = \frac{P 1∗V 1}{P 2}

3.3.4 Gay-Lussac-Gesetz

1. Berechnung : T2 = \frac{V 1}{V 2∗T 1}

2. Berechnung : V2 = \frac{V 1∗T 2}{T 1}

3.3.5 Zustandsgleichung idealer Gase

1. Berechnung : T2 = \frac{T 1∗P 2∗V 2}{p1∗V 1}

2. Berechnung : P2 = \frac{T 2∗P 1∗V 1}{T 1∗P 2}

3. Berechnung : V2 = \frac{T 2∗P 1∗V 1}{T 1∗P 1}

3.3.6 Molmasse idealer Gase

Berechnung : M = \frac{m∗R∗T}{P ∗V}

m = Masse in g
R = Gaskonstante in J/molK
T = Temperatur in K
P = Druck in kPa
V = Volumen in l

3.4 Einheiten umrechnen

Menü Spz1 ⇒ Menüpunkt Einheiten-Umrechnungen Taste Control I

Ab Laborant Professional existiert eine sehr bequeme Einheiten-Konvertierroutine.

Funktionsweise:

1. zu konvertierende Zahl eingeben

2. entsprechende Konvertierung anwählen

3. ist die Konvertierung einmal eingestellt (z.B. Kalorien in Joule), so bleibt sie solange erhalten bis eine andere Konvertierung angewählt wird. Man kann jetzt beliebige neue Zahlen eingeben und mit der RETURN-Taste automatisch konvertieren lassen. Alte Zahlen werden stets eingespiegelt (’Löschen’ mit ESC-Taste’).

4. Hat man genug umgerechnet, so wird der gesamte Dialog mit Abbruch verlassen.

Folgende Einheiten-Konvertierungen sind möglich :

1. Kalorien  ⟺ Joule
2. Fahrenheit ⟺ Celsius
3. Inch  ⟺ Meter
4. Pounds  ⟺ Kilogramm
5. US-Gallons ⟺ Liter
6. Bar  ⟺ Atm
7. Bar  ⟺ Torr
8. Grad  ⟺ Rad

Laborant Professional beschränkt sich auf die wesentlichen Umrechnungen, die im Labor vorkommen. Wer noch exotischere Konvertierungen benötigt, der sei auf die vielen PD-Konvertierer hingewiesen (’schließlich kann man die Konvertiererei bis zum Exzeß treiben’).

Lösungen herstellen

Eine alltägliche Aufgabe im Labor ist das Ansetzen chemischer Lösungen. Laborant Professional stellt eine große Anzahl von Verfahren zur Verfügung, damit man schnell und bequem die richtige Lösung herstellen kann.

4.1 Maßlösung aus Urtiter herstellen

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Maßlösung aus Urtiter (Taste Crtl U)

Urtitersubstanzen sind Verbindungen, die sich auch nach längerer Lagerung chemisch nicht verändern und somit eine konstante Reinheit aufweisen.

Beispiel : Man möchte 500 ml einer 0.5 mol Na_{2}C_{2}O_{4}-Lösung herstellen

Eingabe :

Formel  : Na_{2}C_{2}O_{4}
Molarität im mol/l  : 0.5
Volumen der Lösung ml : 500
Ergebnis  : 33.5 g Na_{2}C_{2}O_{4} einwiegen

Voraussetzung sind die 100% Reinheit der Verbindung. Handelt es sich um eine technisch reine Substanz, muß entsprechend mehr eingewogen werden.

Beispiel : NaCl mit 99% Reinheit

1 Liter 1 molare NaCl-Lösung benötigt 58.4428 g NaCl (100%).

Wir haben aber nur 99% reines NaCl, daraus folgt :

Einwaage = \frac{58.4428}{0.99} = 59.0331 g sind einzuwiegen

4.2 Chemische Lösungen 1

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Chemische Lösungen 1 (Taste Crtl C)

Die drei Menüpunkte Chemische Lösungen bieten eine große Anzahl von Lösungsherstellungsverfahren an. Stöbern Sie ruhig einmal in den Möglichkeiten, denn vielleicht können Sie das eine oder andere Verfahren auch nutzen.

4.2.1 Massenanteil in Volumenkonzentration umrechnen

Welche Volumenkonzentration hat die Lösung Methanol in Wasser mit einem (w(CH_{3}OH) = 12%) Massenanteil Methanol ?

Beispieleingabe :

%-Gehalt der Lösung  : 12
Dichte der Lösung g/ml : 1.2
Dichte der Verbindung : 1.4
Ergebnis  : 10.29%

4.2.2 Volumenkonzentration in Massenanteil umrechnen

Fragestellung: Welchem Massenanteil hat eine 12 Vol.% Methanol-Lösung ?

Beispieleingabe:

%-Gehalt der Lösung  : 12
Dichte der Lösung g/ml : 1.2
Dichte der Verbindung : 1.4
Ergebnis  : 14.00%

4.2.3 Massenanteil an gelöstem Stoff

1200g Natronlauge enthalten 150g NaOH, welchen Massenanteil an NaOH hat die Lösung ?

Beispieleingabe :

Masse der Lösung in g : 1200
Masse gelöster Stoff in g : 150
Ergebnis  : Massenanteil = 15%
: Masse Lösungsmittel = 1050 g

KAPITEL 4. LÖSUNGEN HERSTELLEN 22

4.2.4 Massenanteil an gelöstem Stoff und Lösungsmittel

Wieviel Gramm Na_{2}CO_{3} und wieviel Gramm Lösungsmittel sind in 500g 20% Na_{2}CO_{3}-Lösung enthalten ?

Beispieleingabe :

%-Gehalt der Lösung  : 20
Gesamtmasse der Lösung in g : 500
Ergebnis  : 100 g Na_{2}CO_{3}
: 400 g Lösungsmittel

4.2.5 Berechnen der Masse eines Stoffes bei vorgegebenem Volumen der

Lösung

Beispiel : Wieviel Gramm HNO_{3} sind in 370 ml 8%iger HNO_{3} enthalten ? Die Dichte von 8% HNO_{3} muß bekannt sein.

Beispieleingabe:

%-Gehalt der Lösung  : 8
Dichte der Lösung in g/ml : 1.0427
ml der Lösung  : 370
Ergebnis  : 30.86 g HNO_{3} (r.S.)

4.3 Chemische Lösungen 2

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Chemische Lösungen 1 (Taste Crtl D)

4.3.1 Lösung mit gefordertem Massenanteil usw.

Lösung herstellen mit gefordertem Massenanteil und geforderter Masse der Lösung

Fragestellung : Wieviel Gramm NaCl und wieviel Gramm Wasser werden zur Herstellung von 500 g 7.8% NaCl-Lösung benötigt ?

KAPITEL 4. LÖSUNGEN HERSTELLEN 23

Beispieleingabe :

%-Gehalt der Lösung  : 7.8
g herzustellender Lösung : 1.0427
Ergebnis  : 461 g Lösungsmittel
: 39 g NaCl

4.3.2 Lösung mit vorgegebenem Volumen der Lösung usw.

Herstellen von Lösungen eines geforderten Massenanteiles der gelösten Komponente bei vorgegebenem Volumen der Lösung Fragestellung : Es sollen 3000 ml 12%-NaOH herstellt werden. Wieviel g NaOH und wieviel g Lösungsmittel braucht man ? Wichtig : Ihnen muß die Dichte der Lösung bekannt sein.

Beispieleingabe :

%-Gehalt der Lösung  : 12
Dichte der herzustellenden Lösung g/ml : 1.1309
ml der herzustellenden Lösung  : 3000
Ergebnis  : 407.1 g NaOH
: 2985.6 g H_{2}O

4.3.3 Lösung mit geforderter Volumenkonzentration usw.

Herstellen von Lösungen einer geforderten Volumenkonzentration der gelösten Komponente und gefordertem Volumen der Lösung Wieviel ml Methanol und wieviel ml Wasser braucht man zum Herstellen von 500 ml einer 46 Vol% Methanol-Lösung ? Dichte von reinem Methanol und Dichte von 46%-Methanol müssen bekannt sein.

Beispieleingabe :

%-Gehalt der Lösung  : 46
Dichte der herzustellenden Lösung g/ml : 0.9389
Dichte der reinen Substanz  : 0.7968
Dichte des Lösungsmittels  : 1
ml der herzustellenden Lösung  : 500
Ergebnis  : 230 ml Methanol
: 286.7 ml Lösungsmittel

KAPITEL 4. LÖSUNGEN HERSTELLEN 24

4.4 Chemische Lösungen 3

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Chemische Lösungen 3 (Taste Crtl E)

4.4.1 Herstellen wäßriger Lösungen kristallwasserhaltiger Stoffe

Beispiel : Wieviel Gramm Na_{2}CO_{3}·10H_{2}O benötigt man zur Herstellung von 750g 5% Na_{2}CO_{3}-Lösung ?

Beispieleingabe:

Formel  : Na_{2}CO_{3}·10H_{2}O
%-Gehalt der Lösung : 5
Ergebnis  : 101.24 g Na_{2}CO_{3}·10H_{2}O
: 648.76 g Lösungsmittel

4.4.2 Massenanteil → Molarität

Beispiel: Wieviel molar ist eine 10% KNO_{3}-Lösung ? Dichte der Lösung muß bekannt sein.

Beispieleingabe:

Formel  : KNO_{3}
%-Gehalt der Lösung  : 10
Dichte der Lösung in g/ml : 1.0627
Ergebnis  : 1.051 mol

4.4.3 Molarität → Massenanteil

Beispiel : Wieviel g NaCl sind in 400 ml 0.6 mol NaCl-Lösung enthalten ? Eingabe: Formel / Molarität / ml der Lösung KAPITEL 4. LÖSUNGEN HERSTELLEN 25

4.4.4 Berechne Molalität / Molarität

1. Molarität berechnen

Beispieleingabe:

Formel  : KNO_{3}
Masse der Substanz in g  : 200
Volumen der Lösung in ml : 2000
Ergebnis  : Molarität = 0.9891 mol/l

2. Molalität berechnen

Beispieleingabe:

Formel  : CaCl_{2}
Masse der Substanz in g : 50
Masse der Lösung in g : 500
Ergebnis  : Molalität = 1.0011 mol/kg

4.5 Mischungskreuz

Menü Umr ⇒ Menüpunkt Chemische Lösungen 3 (Taste Crtl E) Das Mischungskreuz ist eine elegante Methode sich recht simpel aus 2 verschiedenen Lösungen eine gewünschte Lösung zu mischen. Beispielaufgabe : 2500 ml 44% NaCl-Lösung sollen hergestellt werden. Sie besitzen dafür eine 35% NaCl-Lösung und eine 60% NaCl-Lösung. Wieviel müssen Sie von der 60%- und 35%-Lösung zusammenmixen, damit Ihre Wunschlösung entsteht ?

Beispieleingabe:

Konzentration der 1. Lösung  : 35
Konzentration der 2. Lösung  : 60
Konzentration der Wunschlösung  : 44
Volumen bzw. Menge der Wunschlösung : 2500

Ergebnis :

Volumen bzw. Menge der 1. Lösung : 1600
Volumen bzw. Menge der 2. Lösung : 900

Übersichtstabellen

5.1 Konstanten und Tabellen

Menü Spz2 ⇒ Konstanten/Tabellen (Taste Crtl K)

5.1.1 Dichte von Lösungsmitteln

1.Anorganische Lösungsmittel 1.1. Standardlösungen : Übersicht über handelsübliche Lösungen in Gewichtsprozenten für HCl, H_{2}SO_{4}, HNO_{3} und H_{3}PO_{4} 1.2. Spezielle Lösungen mit H_{2}O

Tabellen für :

HCl  (5% - 40%) NaOH (5% - 40%)
H_{2}SO_{4} (5% - 100%) KOH (5% - 50%)
HNO_{3} (5% - 40%) NH_{3}  (5% - 30%)
H_{3}PO_{4} (5% - 40%)

2. Organische Lösungsmittel 2.1. Standardlösungen : Tabelle der wichtigsten organischen Lösungsmittel mit den Dichten der reinen Substanzen KAPITEL 5. ÜBERSICHTSTABELLEN 27 2.2. Spezielle Lösungen mit H_{2}O

Tabellen für :

Methanol (5% - 100%)
Ethanol  (5% - 100%)
1-Propanol (5% - 100%)
2-Propanol (5% - 100%)
Aceton  (1% - 10%)

5.1.2 Kryoskopische Konstanten

Diese Konstanten werden für die Gefrierpunkterniedrigung nach Beckmann benötigt.

5.1.3 Wichtige Spektrallinien

Dieser Menüpunkt gibt eine Übersicht über die wichtigsten Spektrallinien bedeutender Elemente in der Flammenspektroskopie aus.

5.1.4 Naturkonstanten

Übersicht über die wichtigsten Naturkonstanten in der Chemie

5.2 PSE-/Ionen-Informationen

Menü Spz2 ⇒ PSE-Element-Info (Taste F7) Informationen über Elemente, Ionen und PSE-Gruppen.

5.2.1 PSE-Element-Information

Hier kann man Elementdaten aus dem PSE (Periodensystem) erfragen. Am Anfang wird man gefragt, ob man ein Element nach Ordnungszahl oder per Abkürzung auswählen möchte. Ordnungszahl z.B. : 78 bzw. Abkürzung oder Elementname : Pt oder Platin KAPITEL 5. ÜBERSICHTSTABELLEN 28 Ausgegeben werden : Name des Elements, die Abkürzung, die relative Atommasse, die Dichte, der Schmelzpunkt, der Siedepunkt, die Gruppenzugehörigkeit und die Elektronegativität. Die PSE-Info ist ein Periodensystem im Kleinen und hilft beim Kennenlernen der Elemente. Wer etwas über die Standardwertigkeiten der Elemente erfahren möchte, kann dies unter dem Menüpunkt Kationen-/Anionen-Info tun.

5.2.2 Kationen-Info

Kation eingeben : z.B. Fe Ausgegeben werden die möglichen Standard-Wertigkeiten und der Name des Kations.

5.2.3 Anionen-Info

Anion eingeben : z.B. ClO_{4} Ausgegeben wird die Wertigkeit und der Name des Anions.

5.2.4 Gruppen-Informationen

Neben der PSE-Info können hier Atomgruppen-Übersichten erstellt werden. Dazu muß man nur die Abkürzung der jeweiligen Gruppe per Maus anwählen :

Hauptgruppen 1H - 8H
Nebengruppen 1N - 7N
8. Nebnegruppe 8a oder 8b oder 8c
Lanthanide  La
Actinide  Ac

Beispiel : 6. Nebengruppe Anklicken : 6N Aus Platzgründen wurde die Einheit der Dichte nicht mitangegeben, sie ist g/cm^{3} (für Gase g/l). Atommassen und Ordnungszahlen können der PSE-Info entnommen werden.

5.2.5 PSE-Direktauswahl

Auf mehrfachen Wunsch hin, hat Laborant auch ein echtes Periodensystem bekommen. Die einzelnen Elemente können per Mausklick angewählt werden.

Ausgegeben werden der Elementname, die Ordnungszahl, das relative Atomgewicht und die Elementabkürzung. Umfangreichere Elementdaten erhält man über den Menüpunkt PSE-Element-Info.

Spezielle Berechnungen

6.1 pH-Wert Berechnungen

Menü Spz1 ⇒ Menüpunkt pH-Wert Berechnungen (Taste F5) Laborant Professional erlaubt eine ganze Reihe von pH-Wert-Berechnungen, die hier kurz beschrieben werden sollen.

6.1.1 pH-Wert einer starken Säure

- Eingabe der Konzentration in mol/l

6.1.2 pH-Wert einer starken Base

- Eingabe der Konzentration in mol/l

6.1.3 pH-Wert einer schwachen Säure

- Eingabe des pK_{s}-Wertes

- Eingabe der Konzentration in mol/l

6.1.4 pH-Wert einer schwachen Base

- Eingabe des pK_{b}-Wertes

- Eingabe der Konzentration in mol/l

6.1.5 pH-Wert einer 2-protonigen Säure

- Eingabe des 1. pK_{s}-Wertes

- Eingabe des 2. pK_{s}-Wertes

- Eingabe der Konzentration in mol/l

6.1.6 pH-Wert eine Ampholyten

- Eingabe des pK_{s}-Wertes des Ampholyten (pK_{s} 2 bis 14)

- Eingabe des pK_{s}-Wertes der korrespondierenden Säure

6.1.7 pH-Wert einer 1-wertigen Säure iterativ bestimmen

Beispiel : pH-Wert einer 0.01 molaren Essigsäure

Eingabe des pK_{s}-Wertes  : 4.75
Eingabe der Konzentration in mol/l : 0.01
Eingabe des Start-pH  : 1 (Vorgabewert 1)

Ausgabe : Berechneter pH-Wert = 3.384

Der pH-Wert wird mittels des Newton-Näherungsverfahrens bestimmt. Sollte keine Nullstelle gefunden werden, muß man den Start-pH-Wert auf eine andere Zahl setzen (z.B. einen pH-Wert von 4).

6.1.8 pH-Wert einer n-wertigen Säure iterativ bestimmen

- Eingabe der Anzahl der pK_{s}-Werte

- Eingabe der n verschiedenen pK_{s}-Werte

- Eingabe der Konzentration in mol/l

- Eingabe des Start-pH : 1 (Standardwert 1 eingespiegelt)

Ausgabe : Berechneter pH-Wert

6.1.9 pK_{s}-Werte Übersicht

Tabelle mit wichtigen pK_{s}-Werten

6.2 Gefrierpunkt-Erniedrigung

Menü Spz1 ⇒ Menüpunkt Gefrierpunkterniedrigung

Molmassenbestimmung durch Gefrierpunkterniedrigung

6.2.1 Verfahren nach Beckmann

Messung mit dem Beckmann-Thermometer (relatives Thermometer) Eingaben :

1. ml des Lösungsmittels

2. Dichte des Lösungsmittels in g/ml

3. Kryoskopische Konstante des Lösungsmittels (s. Kapitel 5.1.2)

4. Masse der gelösten Substanz in Gramm

5. Thermometer-Skalenteile (Mittelwert) für Lösungsmittel

6. Thermometer-Skalenteile (Mittelwert) für Lösung

7. Korrekturfaktor des Thermometers Standardvorgabe: 0.987 (evtl. Änderungen mit Esc-Taste)

Ausgabe : bestimmte Molmasse

6.2.2 Verfahren nach Rast

Das Verfahren von Rast nutzt die hohe Gefrierpunkterniedrigung von Campher C10H16O von 40 Kkg/mol. Es ist relativ einfach, dafür aber nicht so genau wie das Beckmann-Verfahren.

Eingaben :

1. Masse des Camphers C_{10}H_{16}O in Gramm eingeben

2. Masse der Substanz in Gramm eingeben

3. Gemessener Schmelzpunkt des Camphers unter Laborbedingungen (Standardvorgabe 178.7 ^{∘}C, evtl. Änderungen mit Esc-Taste)

4. Gemessener Schmelzpunkt des Gemisches (Campher+Substanz)

Ausgabe : bestimmte Molmasse Gewünschte Mittelwerte der Messungen sollten vorher mit dem Menüpunkt Arithmetisches Mittel festgestellt werden, besonders bei Rast sind Mehrfachmessungen angeraten.

6.3 Biochemie

Menü Spz2 ⇒ Menüpunkt Biochemie (Taste Control Y)

Molmassenbestimmungen für Polypeptide und DNA-/RNA-Sequenzen

6.3.1 Molmasse und die Elementanteile in Polypeptiden

Mit dem Menüpunkt können auf sehr einfache Weise die Molmasse und die Elementanteile von Aminosäuresequenzen bestimmt werden.

Die entsprechenden Aminosäure-Abkürzungen finden Sie unter der ’Eingabehilfe’ der Biochemie-Dialogbox.

Als Grundstruktur einer Aminosäure geht der Sequenzer von folgender Struktur aus :

-NH-CH-CO-

|

R

Die funktionellen Gruppen der Aminosäuren werden für die Berechnung als ungeladen angesehen.

Neben der Eingabe der Aminosäure-Sequenz kann man zusätzlich Ausgleichsatome addieren bzw. subtrahieren. Hierfür stehen 2 separate Formeleingabe-Zeilen zur Verfügung.

Der sogenannte Formel-Scanner zur Untersuchung der Eingabe läßt dem Benutzer eine sehr große Eingabefreiheit. Jeder kann sich die für Ihn bequemste Eingabeform aussuchen.

Eingabeformate :

• Aminosäure-Abkürzungen sind stets 3 Zeichen lang (z.B. Ser, Val oder Pro).

• es stehen 3 Zeilen zur Eingabe bereit, die mit Cursor runter (’Nicht mit Return’) erreicht werden können.

• sie dürfen direkt aneinander gehängt werden oder durch Minus- bzw. Punktzeichen getrennt werden.

Beispiele :

1. AsnProGluPhe

2. Asn-Pro-Glu-Phe

3. Asn.Pro.Glu.Phe KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 34

4. AsnPro-Glu.Phe usw.

- mehrfach vorkommende Aminosäuren dürfen zusammengefaßt werden Beispiel : Asn-Phe-Asn-Asn-Tyr-Phe z.B. in Asn3-Phe2Tyr Ausgleichsatome hinzufügen : 2 Eingabefelder erlauben die Addition und Subtraktion von Ausgleichsatomen als Summenformeln. Wichtig für Polypeptidenden und Cystin-Brücken. Beispiel :

Ausgleichsatome addieren (Formel)  : H4O2
Ausgleichsatome subtrahieren (Formel) : H2

Beispiel mit entsprechender Eingabe :

Phe-Leu-Cys-His-Ala-Leu gekoppelt mit Gly-Cys-Glu-Val über Cystin-Brücke Eingabe : z.B. als Phe-Leu2-Cys2-His-Ala-Gly-Glu-Val

Ausgleichsatome addieren  : H4O2 (2*H2O für Peptidenden)
Ausgleichsatome subtrahieren : H2 (1 Cystinbrücke -2H)

Ausgabe : Molmasse : 1107.3250

Element Atomanzahl Elementanteil in %
C  48  52.066
H  74  6.736
O  14  20.228
N  12  15.179
S  2  5.791
P  0  0.000

Beachten Sie : Polypeptide und Nucleotide benutzen die gleiche Eingabemaske, deren Inhalt auch beim Wechsel erhalten bleibt. Beachten Sie, beide Abkürzungsformate dürfen nicht gemischt werden.

6.3.2 Molmasse und Elementanteile von Nucleotidsequenzen (DNA/RNA)

Mit dem Menüpunkt können auf sehr einfache Weise die Molmasse und die Elementanteile von Nucleotidsequenzen bestimmt werden.

KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 35 Die entsprechenden Nucleotid-Abkürzungen finden Sie unter der Eingabehilfe in der Biochemie-Dialogbox. Die funktionellen Gruppen sind in der Berechnung ungeladen, jede Phosphatgruppe einfach negativ geladen. Neben der Eingabe der Nucleotid-Sequenz kann man zusätzlich Ausgleichsatome addieren bzw. subtrahieren. Hierfür stehen 2 separate Formeleingabe-Zeilen zur Verfügung. Der sogenannte Formel-Scanner zur Untersuchung der Eingabe läßt dem Benutzer eine sehr große Eingabefreiheit. Jeder kann sich die für Ihn bequemste Eingabeform aussuchen. Eingabeformate :

- folgende Nucleotid-Abkürzungen stehen zur Verfügung :

1. RNA-Nucleotide (AMP, GMP, CMP, UMP oder alternativ a,g,t,u)

2. DNA-Nucleotide (dAMP, dGMP, dCMP, dTMP oder alternativ A,G,C,T)

• es stehen 3 Zeilen zur Eingabe bereit, die mit Cursor runter (’Nicht mit Return’) erreicht werden können

• sie dürfen direkt aneinander gehängt werden oder durch Minus- oder Punktzeichen ge-

trennt werden. Beispiele :

1. AMP-CMP-GMP-UMP

2. dAMP.dTMPdCMP

3. a-g-c-u

4. AGCT usw.

- mehrfach vorkommende Nucleotide dürfen zusammengefaßt werden Beispiel : T-C-T-C-A-A-G-T oder A2T3C2G oder A2-T3-C2-G Ausgleichsatome hinzufügen : 2 Eingabefelder erlauben die Addition und Subtraktion von Ausgleichsatomen als Summenformeln.

Ausgleichsatome addieren (Formel)  : H4O2
Ausgleichsatome subtrahieren (Formel) : H2

KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 36

Beispiel mit entsprechender Eingabe :

Eingabe : z.B. G-C5-A3-T

Ausgleichsatome addieren (Formel)  :
Ausgleichsatome subtrahieren (Formel) :

(In diesem Beispiel wurden einmal keine Ausgleichsatome verwendet (leer)) Ausgabe : Molmasse : 2968.8705

Element Atomanzahl Elementanteil in %
C  94  38.030
H  111  3.769
O  58  31.257
N  35  16.512
S  0  0.000
P  10  10.433

Beachten Sie : Polypeptide und Nucleotide benutzen die gleiche Eingabemaske, deren Inhalt auch beim Wechsel erhalten bleibt. Beachten Sie beide Abkürzungsformate dürfen nicht gemischt werden. Anmerkung: Auf die Idee zu diesem Biochemieteil kam ich über das Programm ST-Element 2.0, welches ich beim Heim-Verlag unter SO-16 erworben hatte. Es ist allerdings nicht auflösungsunabhängig und so konnte ich in TT-VGA und auf dem Großbildschirm nichts damit anfangen. Die Eingabeprozedur erfolgt leider nicht über Dialogboxen und ist ziemlich umständlich. Nun, jeder kann sich das Programm einmal bestellen, um zu vergleichen. Ich hoffe es gibt demnächst einmal ein auflösungsunabhängiges Update davon. Nun, die Berechnungen sind relativ leicht durchzuführen, der Knackpunkt ist eine effektive Eingabe. Ich implementierte deshalb einen leistungsstarken Eingabe-Scanner, der dem Benutzer weite Freiheiten bei der Wahl des Eingabeformats läßt. Ich kann nur alle Programmierer auffordern: ’Haltet Euch an die GEM-Konventionen und spart nicht bei der Eingabe, ansonsten ist das Interesse an dem Programm nur von kurzer Dauer.’

6.3.3 Übersicht über die wichtigsten Aminosäuren

- entsprechende Aminosäuren-Auflistung

6.3.4 Übersicht über die DNA-/RNA-Nucleotide

- entsprechende DNA-/RNA-Nucleotidliste

6.3.5 Biochemische Eingaben sichern und laden

1). Speichern

Hier können Biochemie-Formeln gespeichert werden. Die Formeln werden im Ordner FORMELN abgelegt. Sie haben die Datei-Endung .BCH beim Abspeichern.

2.) Laden

Hier können Biochemie-Formeln geladen werden. Die Formeln werden aus dem Ordner FOR-MELN geladen. Die Dateien haben die Datei-Endung .BCH zum Laden.

6.3.6 Hilfetext für biochemische Eingaberegeln

Laborant Professional stellt einen sehr leistungsfähigen Bioformelscanner für die Eingabe zur Verfügung. In diesem Text werden die Eingabeformate noch einmal kurz angerissen.

6.4 Optische Methoden

Menü Spz2 ⇒ Menüpunkt Optische Methoden)

Hinter diesem Menüpunkt verbergen sich eine ganze Reihe von Berechnungen aus dem Bereich Photometrie.

1. Umrechnung Extinktion ↔ Transmission

2. Lambert-Beersches Gesetz

3. Beersches Gesetz

4. Molare Drehung

5. Molarer Extinktionskoeffizient KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 38

6.4.1 Umrechnung der Extinktion in Transmission

Beispiel : Eingabe : Extinktion E = 2 Ergebnis:

Transmission T = 0.01
Transmission T% = 1%

6.4.2 Umrechnung der Transmission in Extinktion

Beispiel : Eingabe : Transmission T in % = 10 Ergebnis : Extinktion E = 1

6.4.3 Lambert-Beersches Gesetz (Konzentration c)

Formel : c = E / e * d

Beispieleingabe :

Extinktion E  : 0.2
Molarer Extinktionskoeffizient ϵ in mol/l : 1
Schichtdicke der Küvette in cm  : 1

Ausgabe : Konzentration c = 2 mol/l

6.4.4 Lambert-Beersches Gesetz (Masse m)

Formel : m = E*V*M / e*d (M = Molmasse)

Beispieleingabe :

Formel eingeben  : NaCl
Extinktion E  : 0.2
Molarer Extinktionskoeffizient in l/mol*cm : 0.1
Volumen des Meßkolbens in ml  : 10
Schichtdicke der Küvette in cm eingeben  : 1

Ausgabe : Masse in g : 1.1688 KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 39

6.4.5 Beersches Gesetz

Formel : c2 = c1 * d1 / d2 Eingabe:

• Konzentration c1 in mol/l

• Schichtdicke d1 in cm

• Schichtdicke d2 in cm

Ausgabe : Konzentration c2 in mol/l

6.4.6 Molare Drehung

Beispieleingabe :

Formel eingeben  : C_{6}H_{5}OH
Spezifische Drehung in Grad : 30
Masse in g  : 10
Volumen der Lösung in ml : 10

Ausgabe : Molare Drehung in Grad*mol/l : 3.6096

6.4.7 Molarer Extinktionskoeffizient ϵ

Eingabe :

Formel eingeben  : C_{2}H_{5}OH
Extinktion E  : 0.2
Masse in mg  : 10
Volumen des Meßkolbens in ml  : 10
Schickdicke der Küvette in cm eingeben : 1

Ausgabe : Molarer Extinktionskoeffizient ϵ

ϵ in l/mol*cm : 16.6225
log(ϵ)  : 1.2207

6.5 Dichte mit Pyknometer

Menü Spz1 ⇒ Menüpunkt Dichte mit Pyknometer Mit einem Pyknometer kann man durch Auswiegen die Dichte einer Substanz bestimmen. Laborant Professional kann die Dichte von Flüssigkeiten und Feststoffen mit dieser Methode berechnen.

6.5.1 Flüssigkeiten

Eingaben:

1. Gewicht Pyknometer leer (in Gramm)

2. Gewicht Pyknometer + Lösungsmittel

3. Gewicht Pyknometer + gesuchte Flüssigkeit

4. Dichte Lösungsmittel ( hier wird Wasser bei 20 Grad mit einer Dichte von 0.9982 g/ml eingespiegelt, dies kann bei Bedarf geändert werden (Löschen mit Backspace))

6.5.2 Feststoffe

Eingaben:

1. Gewicht der Probe (in Gramm)

2. Gewicht Pyknometer + Lösungsmittel

3. Gewicht Pyknometer + Lösungsmittel + Probe

4. Dichte Lösungsmittel (s.o)

Ausgabe : Dichte der Substanz in g/ml

6.6 Elektrochemie

Menü Spz1 ⇒ Menüpunkt Elektrochemie

6.6.1 Abgeschiedene Masse einer elektrochemischen Reaktion

Beispiel :

Formel  : Ag
Stromstärke in Ampere : 2
Zeit in Sekunden  : 30
Elektronenanzahl  : 1 (Ag^{+})
Ergebnis Masse  : 67.0784 mg

6.6.2 Elektrochemische Standard-Potentiale

Hier sind in 4 Übersichten die elektrochemischen Standard-Potentiale der Elemente enthalten. Man kann Tabelle 1 - 4 anwählen und jeweils vorwärts blättern.

6.6.3 Aktivitäts-Koeffizient (Debye-Hückel)/Ionenstärke

Berechnung des Aktivitäts-Koeffizienten nach dem Debye-Hückel-Grenzgesetz für starke Elektrolyte.

Für Konzentrationen <= 0.001 mol/l gilt :

log y± = −A · z_{i}^{2} · \sqrt{I}

Für Konzentrationen 0.001 < I < 0.1 mol/l gilt :

log y± = \frac{−A·z_{i}^{2}·\sqrt{I}}{1+k·B·\sqrt{I}}

k = 3 Å(Angström)

Die Konstanten A und B der Debye-Hückel-Näherung werden vom Programm für T (0-100 Grad) interpoliert.

Teilberechnungen :

z_{i} = Anzahl des Ions
n_{i} = Betrag der Ladung des Ions
c_{i} = Konzentration in mol/l

1. w = ∑_{i=1}^{n} z_{i}n_{i}^{2}

2. Ionenstärke I = 0.5 · ∑_{i=1}^{n} c_{i}n_{i}^{2}

3. Aktivitäts-Koeffizienten Debye-Hückel-Grenzgesetz

y+ = Kationen-Aktivitäts-Koeffizient

y- = Anionen-Aktivitäts-Koeffizient

y± = mittlerer Aktivitäts-Koeffizient

Beispieleingabe :

Formel  = Al_{2}(SO_{4})_{3}
Konzentration in mol/l = 0.0001 mol/l
Temperatur in ^{∘}C  = 25

Ausgabe :

Al_{2}(SO_{4})_{3}  = Aluminiumsulfat
∑_{i=1}^{n} z_{i}n_{i}^{2}  = 30
Ionenstärke  = 0.0021
Kationen-Aktivitäts-Koeffizient = 0.61652
Anionen-Aktivitäts-Koeffizient = 0.80657
Mittlerer Aktivitäts-Koeffizient = 0.72437

Normalweise würde man sich bei der Eingabe ziemlich abquälen, wenn Laborant Professional nicht einen sehr komfortablen Formel-Identifizierer hätte. Er ist nämlich in der Lage so gut wie jede anorganische Formel intern zu zerlegen und die richtigen Wertigkeiten herauszubekommen. Sollte die Formel falsch aufgestellt sein, so wird dies natürlich sofort erkannt. So kann man sich lästige Tippereien für z_{i} und n_{i} bequem einsparen. Sollte es exotische Ionen geben, die Laborant Professional nicht kennt, so teilen Sie mir bitte die Ionen incl. Wertigkeit mit (Komplexverbindungen sind bisher noch nicht implementiert).

6.7 Reaktionen / Kinetik

Menü Spz1 ⇒ Menüpunkt Reaktionen/Kinetik (Taste Crtl Q)

6.7.1 Reaktionsordung und Geschwindigkeitskonstanten

Die Berechnungen leiten sich aus dem differentiellen Zeitgesetz her. Laborant Professional bietet eine schnelle Methode zur Identifikation einer Reaktionsordnung und der gehörigen KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 43 Geschwindigkeitskonstante an. Ziel ist es, einen schnellen Anhalt über die Reaktionsart zu bekommen ohne sich tot zu tippen. Zur Berechnung wird eine Meßreihe aus Zeit- und Konzentrationswerten benötigt. Die Zeitwerte sind in Sekunden als X-Werte einzugeben. Die Konzentrationswerte sind in l/mol als Y-Werte einzugeben. Die Werte werden jeweils als .MSW-Datei vor der Berechnung geladen. Beispielaufgabe: (aus Chemische Kinetik AB6 S.20) Bestimmung der Reaktionsordnung und der Geschwindigkeitskonstanten mittels einer Konzentrations/Zeit-Kurve. Untersucht wird die Bildung von Essigsäureisobutylester aus Acetatanhydrid und Isobutanol.

(CH_{3}CO)_{2}O + C_{4}H_{9}OH ⇀ ↽ CH_{3}COOC_{4}H_{9} + CH_{3}COOH

Bei gleicher Konzentration der Ausgangsstoffe [A_{0}] = 0.3 mol/l

Meßreihe :

Zeitwerte  Konzentrationswerte
0  s  0.300 mol/l
600  s  0.218 mol/l
1200  s  0.166 mol/l
2400  s  0.138 mol/l
3600  s  0.115 mol/l
7200  s  0.054 mol/l
10800 s  0.037 mol/l
14400 s  0.029 mol/l

Laborant Professional bestimmt die Geschwindigkeitskonstanten für die Ordnungen 1,2 und 3 aus der Konzentrations-Zeitkurve.

1. Ordnung \frac{−10^{4}}{[A]} \frac{d[A]}{dt}
2. Ordnung \frac{−10^{3}}{[A]^{2}} \frac{d[A]}{dt}
3. Ordnung \frac{−10^{2}}{[A]^{3}} \frac{d[A]}{dt}

Aus den 9 Meßwerten ergeben sich so 8 Geschwindigkeitskonstanten. Hieraus wird der Mittelwert gebildet und für jede Ordnung die Standardabweichung bestimmt. Nur für die richtige Ordnung ist die Standardabweichung entsprechend klein. Für diese vermutete Ordnung gibt Laborant Professional, dann die entsprechend gemittelte KAPITEL 6. SPEZIELLE BERECHNUNGEN 44 Geschwindigkeitskonstante aus. Laborant Professional kümmert sich nur um ganzzahlige Ordnungen. Um aber auch gebrochenen Ordnungen auf die Spur zu kommen, berechnet Laborant die Ordnung noch einmal separat.

n = \frac{log r_{1}−log r_{2}}{log A_{1}−log A_{2}}

r_{1} = \frac{d[A_{1}]}{dt_{1}} r_{2} = \frac{d[A_{2}]}{dt_{2}}

Die Berechnung erfolgt über Differenzen-Quotienten und erfordert deshalb eine genügend große Anzahl von Meßwertpaaren. n ist der Mittelwert aller n-Werte von nebeneinander liegenden Meßwerten. Das erste Meßwertpaar wird von Laborant nicht benutzt, da hier leicht größere Fehler (starke Steigung) in den Mittelwert eingehen könnten. Bei höherer Meßwertanzahl kann so noch auf gebrochenene Reaktionsordnungen geschlossen werden.

Ausgabe : Bestimmung der Reaktionsordnung/Geschwindigkeitskonstante

1.Ordnung : Standardabw. k = ±1.6531380271
2.Ordnung : Standardabw. k = ±0.1839936210
3.Ordnung : Standardabw. k = ±1.9324846816

Ordnung n = \frac{log r_{1}−log r_{2}}{log A_{1}−log A_{2}} Ordnung n = 2.08 Vermute Reaktion von 2.Ordnung Geschwindigkeitskonstante k = 0.0021478481 l/(mol·s)

6.7.2 Aktivierungsenergie (Arrhenius-Gleichung)

Laborant Professional kann aus einer Tabelle von Temperaturen und Geschwindigkeitskonstanten die Aktivierungsenergie und mit der Arrhenius-Gleichung zusammenhängende Größen ermitteln.

Arrhenius-Gleichung : log k = log A − \frac{E_{A}}{RT}

1. Laden einer gespeicherten Meßwert-Datei (.MSW) In ihr wurden vorher die Temperaturen und die zugehörigen Geschwindigkeitskonstanten abgespeichert. Beispiel : (entnommen aus Chemische Kinetik AB6 S.67)

Methylierung von Pyridin mit Methyliodid zu N-Methylpyridinium-iodid

Temperatur Geschwindigkeitskonstante
273 K  3.59E-5 l/(mol·s)
298 K  3.04E-4 l/(mol·s)
313 K  9.18E-4 l/(mol·s)
333 K  3.40E-3 l/(mol·s)
353 K  1.12E-2 l/(mol·s)

Aus den 5 Werten werden 10 Wertepaare (Kombinationen) für den Mittelwert der Aktivierungsenergie E_{A} gebildet. Der Temperaturbereich sollte nicht allzu weit gewählt werden. In diesem Bereich ergibt die Auftragung log(k) über 1/T annähernd eine Gerade. Die Steigung der Geraden ist -E_{A}/(RT). Die Temperaturabhängigkeit von log(A) kann hier vernachlässigt werden.

Nachdem die Aktivierungsenergie E_{A} bestimmt ist, wird der präexponentielle Faktor A für jeden k-T-Wert mit der mittleren Aktivierungsenergie berechnet und dann ein Mittelwert von A gebildet.

Mit E_{A} und A können dann die Aktivierungsenthalpie H^{≠} und die Aktivierungsentropie S^{≠} für bestimmte Temperaturen bestimmt werden.

Aktivierungsenthalpie : H^{≠} = E_{A} - RT
Aktivierungsentropie : S^{≠} = 19.15· log A/T - 205.9

Laborant Professional berechnet für die Standardtemperatur 298K und für die mittlere Temperatur der Messung diese beiden Werte.

Ausgabe des Beispiels :

Aktivierungsenergie (Arrhenius-Gleichung)

Mittl. Aktivierungsenergie E_{A}  = 57.407910 ± 0.411371 kJ/mol
Mittl. präexponent. Faktor A  = 3.4793887826E+06 1/s
Aktivierungsenthalpie H^{≠} (298K) = 54.930186 kJ/mol
H^{≠} (mittl. Temperatur 313.0K) = 54.805468 kJ/mol
Aktivierungsentropie S^{≠} (298K) = -128.011460 J/(molK)
S^{≠} (mittl. Temperatur 313.0K)  = -128.419892 J/(molK)

Für ein genaueres Studium der Reaktions-Kinetik empfehle ich das oben angegebene Buch Chemische Kinetik AB6 und LB6, VEB Deutscher Verlag.

6.7.3 Aufstellen einer Reaktionsgleichung

Reaktionsgleichungen aufstellen ist in vielen Fällen eine recht mühevolle Angelegenheit. Insbesondere Redox-Gleichungen von übereifrigen Dozenten können schnell lästig werden, es sei denn man hat ein Werkzeug, wie Laborant Professional.

Laborant Professional macht das Aufstellen einer Reaktionsgleichung zum Kinderspiel.

Man braucht nur die koeffizientenlose Reaktionsgleichung Laborant Professional zum Grübeln geben und ab geht die Post.

Beispieleingabe :

Na_{2}B_{4}O_{7} + H_{2}SO_{4} + H_{2}O = H_{3}BO_{3} + Na_{2}SO_{4}

Ausgabe der Lösung: Na_{2}B_{4}O_{7} + H_{2}SO_{4} + 5H_{2}O = 4H_{3}BO_{3} + Na_{2}SO_{4}

Nun, leichter kann man es dem Anwender nicht machen. Welche Lösungsmethoden stecken hinter dieser bequemen Anwenderlösung ?

Die Reaktionsgleichung wird automatisch in ihre Bestandteile zerlegt und dann in eine Matrix-Form gebracht.

Matrix-Form für unser obiges Beispiel :

Element Na_{2}B_{4}O_{7} H_{2}SO_{4} H_{2}O H_{3}BO_{3} Na_{2}SO_{4}
H  0  2  2  -3  0
B  4  0  0  -1  0
O  7  4  1  -3  -4
Na  2  0  0  0  -2
S  0  1  0  0  -1

Die Anzahl der Atome pro Formel wird in diese 2-dimensionale Matrix eingetragen. Edukte mit positiver Anzahl und Produkte mit negativer Anzahl.

Es können 3 Arten von Matrizen entstehen :

• quadratische Matrizen

• überbestimmte Matrizen

• unterbestimmte Matrizen

Quadratische und überbestimmte Matrizen werden nach dem Gauss-Algorithmus gelöst, unterbestimmte Matrizen über die triviale Probiermethode.

Quadratische Matrizen

Im obigen Fall ist die Matrix quadratisch, d.h. die Anzahl der Elemente entspricht der Summe der Edukte und Produkte. Sie kann nach dem Gauss-Algorithmus gelöst werden. Allerdings müssen Nullen auf der Hauptdiagonalen durch elementare Matrizenoperationen entfernt werden. Sollte dies nicht gelingen, so wird abgebrochen. Mit großer Wahrscheinlichkeit wurde bei der Eingabe der Gleichung ein Tippfehler gemacht.

Überbestimmte Matrizen

In überbestimmten Matrizen gibt es mehr Elemente als die Summe von Produkten und Edukten. Hier müssen zufallsgenerierte Spalten von Laborant Professional hinzugefügt werden. Die Lösungen dieser Spalten werden dann in der Ausgabe unterdrückt. Sollte Laborant Professional trotzdem das Gleichungssystem für unlösbar erklären, so ist zuerst einmal die Gleichung auf Tippfehler zu checken. Sollte sie korrekt sein, so ist erneut die Reaktions-Aufstellroutine aufzurufen. Vermutlich hatte der interne Zufallsgenerator gerade eine unlösbare Kombination gewürfelt, statistisch gesehen dürfte so ein Fall eigentlich extrem selten auftreten.

Beispiel : CaF_{2} + H_{2}SO_{4} = CaSO_{4} + HF

Lösung : CaF_{2} + H_{2}SO_{4} = CaSO_{4} + 2HF

Überbestimmte Matrizen sind im übrigen selten gegenüber den beiden anderen Matrizenarten.

Unterbestimmte Matrizen

In unterbestimmten Matrizen ist die Summe von Produkten und Edukten größer als die Anzahl der Elemente. Diese Matrizen sind unglücklicherweise nicht mehr mit dem Gauss-Algorithmus lösbar. Laborant Professional wendet hier die triviale Probiermethode an, um trotzdem zu einem Ergebnis zu kommen.

Die Geschwindigkeit der Probiermethode hängt von dem max. zugelassenen Koeffizienten für die Gleichung stark ab.

Laborant Professional gibt standardmäßig den max. Koeffizienten einer Reaktionsgleichung mit 5 vor. In 90% der Fälle reicht dies auch aus. Sollte Laborant Professional keine Lösung finden, so ist zuerst einmal die Gleichung zu checken. Danach ist die Reaktions-Aufstellung erneut aufzurufen und ein höherer Koeffizient als 5 einzugeben.

Beispiel : K_{2}MnO_{4} + H_{2}SO_{4} = KMnO_{4} + MnO_{2} + K_{2}SO_{4} + H_{2}O

Lösung : 3K_{2}MnO_{4} + 2H_{2}SO_{4} = 2KMnO_{4} + MnO_{2} + 2K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O

Die Probier-Methode ist nicht langsam, die obige Gleichung wurde auf meinem ATARI TT innerhalb 1 Sekunde gelöst. Aber man täusche sich nicht, es gibt andere Extrembeispiele :

2KMnO_{4} + 16HCl = 2KCl + 2MnCl_{2} + 8H_{2}O + 5Cl_{2}

Der extrem hohe Koeffizient 16 vor HCl läßt selbst ein Rennpferd wie den ATARI TT in die Knie gehen. Die Berechnung der Lösung dauerte rund 2 Minuten.

Ab Koeffizienten der Größe 20 kann man getrost seinen alten ST eine ganze Nacht rechnen lassen und dem Dozenten am nächsten Morgen die Lösung vorlegen. Glücklicherweise gibt es recht wenige solcher Extremfälle und mit dem kommenden ATARI FALCON040 (33 MHz 68040) dürfte das obige Extrembeispiel in 20 Sekunden gelöst sein.

Während der Gleichungsanalyse wird der Koeffizienten-Gesamtlevel angezeigt. Der Gesamtlevel ist der Koeffizient des 1. Edukts. Die Schleifen-Konstruktion zählt jeweils das rechteste Produkt bis zum eingegebenen Koeffizienten hoch, erhöht den Koeffizienten der Formel links von diesem Produkt um 1 und startet wieder mit dem Wert 1. Es handelt sich also um ineinandergeschachtelte Zählschleifen.

Folgendes Beispiel läßt sich gut am Bildschirm verfolgen (max. Koeffizient = 6).

Beispiel : KOH + I_{2} → KI + KIO_{3} + H_{2}O

Lösung : 6KOH + 3I_{2} → 5KI + KIO_{3} + 3H_{2}O

Leider sind unterbestimmte Matrizen gar nicht so selten, aber Laborant Professional dürfte in den meisten Fällen recht schnell zu einer Lösung kommen. Auf jeden Fall schneller als man selbst durch Herumprobieren.

Begrenzung innerhalb von Laborant Professional

Laborant Professional erlaubt max. 9*9 Matrizen, d.h. max. 9 verschiedene Elemente bzw. 9 Edukte/Produkte. Dies dürfte im Allgemeinen ausreichen (’falls jemand unbedingt eine exotische Gleichung > 9 lösen muß, der schreibe mir’). Laborant Professional arbeitet nicht mit Oxidationszahlen der einzelnen Reaktionspartner und läßt sich nicht von organischen Formeln schocken. Der Weg über Oxidationszahlen ist zwar löblich, aber wesentlich aufwendiger und langsamer und am Ende bekommen beide Verfahren das Gleiche heraus.

Laborant Professional löst trotz des intern hohen Aufwandes der Gleichungsanalyse und Formelzerlegung fast jede Gleichung innerhalb einer Sekunde (TT). Hier wirken sich die geschwindigskeitsoptimierten Zerlege-Algorithmen der alten Molmassen- und Gleichungsroutinen aus.

Gleichungen sollte man sich vorher am besten mit ’Definiere Gleichung (Crtl Z)’ setzen, um bei Fehlern sich eine Neueingabe zu sparen. Im Übrigen können auch die Formelmacros Za bis Zj benutzt werden, um evtl. die Matrix zu verkleinern.

Meßwertverarbeitung

Meßwerte fallen im Labor oft in großen Mengen an. Die Meßwertverwaltung beschäftigt sich mit der Erstellung von Meßwertdateien, der Fehlerrechnung, Interpolation und Integration von Meßwerten.

7.1 Meßwert-Eingabe

Menü Mess ⇒ Meßwerte eingeben (Taste F8)

Ab Laborant Professional wurde die gesamten Meßwerteingabe komplett erneuert. Es dürfen bis zu 128 Meßwertpaare eingegeben werden.

Die Eingabe erfolgt in einem sehr flexiblen Eingabe-Dialog.

In der Editierzeile werden die Meßwerte eingetippt und mittels der RETURN-Taste übernommen. Die Eingabe wandert dann ein Element weiter in der Eingabe.

Funktionen der Eingabe-Dialogbox

’X ↔ Y’  : Wechselt zwischen X- und Y-Meßwerten
’X ↔ Y TOP’ : Wechselt zwischen X- und Y-Meßwerten und geht dabei

auf den 1. Wert der Eingabespalte.

’START’  : Eingabe geht auf den 1. Wert einer Spalte
’ENDE’  : Eingabe geht ein Element hinter den letzten Wert <> 0

Eigentlich hätte man ja auf den letzten Meßwert gehen können, aber es hat sich gezeigt, daß diese Option meistens zum Anhängen von Meßwerten genutzt wird.

’+’  : 1 Eingabefeld weiter
’++’  : 10 Eingabefelder weiter
’-’  : 1 Eingabfeld zurück
’- -’  : 10 Eingabefelder zurück

’Einfügen’ : ein Leerelement über aktuellem Element einfügen
’Entfernen’ : aktuellen Meßwert (X und Y) entfernen
’Alles neu’ : alle Meßwerte auf Null setzen
’Fertig’  : Eingabe wird abgeschlossen, der Dialog wird verlassen

und die gewünschten Berechnungen können angewählt werden

Elemente : Sämtliche Werte im Dialog können angeklickt werden

und werden sofort in die Eingabe eingespiegelt (eine

sehr nützliche Funktion).

7.2 Meßwert-Anzeige

Menü Mess ⇒ Meßwerte eingeben (Taste Crtl A)

Die Meßwerte werden in einem Meßwert-Fenster anzeigt und können mit den Fensterpfeilen bzw. Fensterschiebern gescrollt werden.

Ebenso können die Cursor und ClrHome-Taste zur Steuerung eingesetzt werden (mehr dazu die Kapitel 13.3.).

7.3 Meßwert-Bearbeitung

Menü Mess ⇒ Meßwerte eingeben (Taste Crtl B)

7.3.1 Korrigiere / Ergänze Meßwerte

Die Korrekturroutine ist eng mit der neuen Eingaberoutine gekoppelt.

1. Anwahl des zu korrigierenden Datensatzes Anwahl per Datensatznummer oder Eingaberoutine auf 1. Datensatz setzen

2. X- oder Y-Spalte anwählen

Die Korrekturroutine arbeitet nun wie die Eingabe-Routine.

7.3.2 Drucke Meßwerte

Druckt eine einfache Liste der Meßwerte aus.

Eingabemöglichkeiten :

• Protokollüberschrift eingeben

• Bezeichnung der X-Werte eingeben

• Bezeichnung der Y-Werte eingeben

• Bezeichnung der Maßeinheit für X-Werte eingeben

• Bezeichnung der Maßeinheit für Y-Werte eingeben

• Anzahl der Nachkommastellen (0-5) der X-Werte anklicken

• Anzahl der Nachkommastellen (0-5) der Y-Werte anklicken

Die Eingabefeldsteuerung erfolgt über Cursortasten, beachten Sie, daß die RETURN-Taste den Dialog komplett abschließt.

- Abfrage, ob Drucker druckbereit (mit WEITER bestätigen) Ab Version Plus 1.18 wurde eine optimierte Druckroutine integriert. Ab sofort können alle deutschen und skandinavischen Umlaute, sowie das ß und die eckigen Klammern gedruckt werden.

Voraussetzung ist allerdings ein Drucker, der sich an folgende Norm hält : Die Steuersequenz : ESC R selektiert den internationalen Zeichensatz. (gilt für Drucker im IBM-/ oder NEC P6-Mode)

7.3.3 Vertausche X-/Y-Werte

Hier kann man die X-/Y-Meßwerte spiegeln und z.B. die Y-Werte den Menüpunkten ’Arithmetisches Mittel, Standardabweichung und mittlerer Fehler’ zu führen. Nochmaliges Vertauschen ergibt wieder die Ursprungs-Meßwerte.

7.3.4 Sortiere Meßwerte

Hier können entweder die X-Werte oder Y-Werte sortiert werden. Bei 2-dim. Meßwerten bleiben je nach Sortierung natürlich die alten X,Y-Paare erhalten.

7.4 Fehlerrechnung

Menü Mess ⇒ Fehlerrechnung (Taste Crtl F)

7.4.1 Arithmetisches Mittel/Spannweite/Median

Arithmetisches Mittel aller X-Meßwerte wird berechnet. Zusätzlich werden die Spannweite und der Median mitbestimmt.

Häufig müssen für Meßwertpaare auch das arithm. Mittel und die Standardabweichung berechnet werden. Hier kommt der Menüpunkt ’Tausche X,Y-Meßwerte’ im Menü Meßwert-Bearbeitung zum Zuge. So kann man bequem auch von Y-Meßwerten diese Fehlerberechnungen durchführen lassen.

7.4.2 Standardabweichung/Varianz/Variationskoeffizient

Standardabweichung der X-Meßwerte wird berechnet. Zusätzlich werden die Varianz und der Variationskoeffizient ausgegeben.

7.4.3 Mittlerer Fehler des Mittelwerts

Vertrauensintervall (Meßgerätegenauigkeit / Wahrscheinlichkeit P) auswählen (für X-Meßwerte)

Auswahl: P = 68%, P = 95%, P = 99%

7.5 Lineare Regression

Menü Mess ⇒ Lineare Regression (Taste Crtl L)

Berechnet Ausgleichsgerade für Ihre Meßwerte

Lineare Regression berechnen :

Gibt für jeden X-Wert den abgeglichenen Y-Wert aus.

Zusätzlich wird die Summe der Fehlerquadrate, Korrelation und die Standardabweichung der Fehler ausgegeben.

Standardabweichung der Fehler = \sqrt{\frac{F ehler^{2}}{Meßwertanzahl−2}}

Diese Standardabweichung kann insbesondere bei allen Interpolationen bzw. Approximationen einen Hinweis auf die Qualität der Ausgleichskurve geben. Allerdings müssen auch genügend Meßwerte vorhanden sein, da insbesondere Polynome höheren Grades zum Überschwingen neigen und so eine gute Ausgleichs-Funktion vortäuschen.

Anmerkung :

Unter dem Punkt Meßwerte speichern, kann man direkt für alle X-Werte die entsprechenden Y-Werte abspeichern (Kapitel 8.3 Speichern von Meßwerten/Lineare Regression)

7.6 Polynom-Interpolation

Menü Mess ⇒ Polynom-Interpolation

Laborant Professional erlaubt die Berechnung von Ausgleichs-Polynomen (2.-5. Grades) aus einer X,Y-Meßreihe.

Polynom 5.Grades : ax^{5} + bx^{4} + cx^{3} + dx^{2} + ex + f
Polynom 4.Grades : ax^{4} + bx^{3} + cx^{2} + dx + e
Polynom 3.Grades : a^{3} + bx^{2} + cx + d
Polynom 2.Grades : a^{2} + bx + c

Nach der Auswahl des Polynomgrades (2-5) berechnet das Programm die entsprechenden Koeffizienten (a - max. f).

Zur graphischen Darstellung eignet sich, besonders Plotter.GFA 2.4.

7.7 Interpolation/Approximation

Menü Mess ⇒ Interpolation/Approximation

Viele Meßreihen verlaufen nach exponentiellen bzw. logarithmischen Funktionen. Um dieser Kategorie von Graphen Rechnung zu tragen, bietet Laborant Professional folgende Möglichkeiten an :

1. Interpolation von Typ e-Funktion  : ae^{bx}
2. Interpolation von Typ exponentielle Funktion : ax^{b}
3. Interpolation von Typ logarithm. Funktion  : a + blnx
4. Rationale Approximation  : a + b · 1/x

Laborant Professional berechnet die Koeffizienten a und b.

Desweiteren werden die Summe der Fehlerquadrate und die Standardabweichung der Fehler bestimmt (Formel s. lineare Regression).

Negative Meßwerte können je nach Art der gewählten Interpolation zum Abbruch führen (Negative Werte für ln-Funktion nicht erlaubt, der Wert Null wird durch das Programm auf 1E-12 gesetzt).

Bevor man eine Interpolation aufruft, sollte man sich bereits Gedanken, um die Art der Funktion gemacht haben (z.B. hat die Funktion exponentielles Anstiegsverhalten usw.). Also nicht wild drauflos interpolieren. Den Graphen sollte man mit einem Meßwertplotter-Programm nachträglich optisch überprüfen. Plotter.GFA kann z.B. von Laborant Professional in ST-Monochrom gestartet werden.

7.8 Newton-Interpolation

Menü Stat ⇒ Newton-Interpolation

Das Newton-Polynom-Interpolations-Verfahren kann aus einer Folge 2-dimensionaler Meßwerte ein Polynom berechnen.

Beispiel : 4 X,Y-Meßwerte

1. Meßwert : -1 , -3
2. Meßwert : 0 , 2
3. Meßwert : 1 , -4
4. Meßwert : 2 , -8

Daraus wird folgendes Polynom P(x) berechnet :

P(x) = 1.166x^{3} - 2.5x^{2} - 4.666x + 2

Das Newton-Verfahren sollte nicht mit mehr als 10 Meßwerten durchgeführt werden, da sonst sehr große Exponenten auftreten (z.B. 10 Meßwerte → x^{9}).

7.9 Lagrange Interpolation

Menü Stat ⇒ Lagrange-Interpolation

Interpoliert nichtlineare Meßdaten.

X-Wert wird eingeben und interpolierter Y-Wert ausgegeben.

KAPITEL 7. MESSWERTVERARBEITUNG 55

7.10 Spline-Interpolation

Menü Stat ⇒ Spline-Interpolation Interpolation mit kubischen Splines Eines der Hauptprobleme bei der Auswertung von nichtlinearen Meßwerten ist es, die Meßkurve zu glätten. Ein elegantes Verfahren ist die Glättung mit sogenannten kubischen Splines.

(X-Werte müssen sortiert vorliegen !)

Auswahl :

1. Einzelwerte berechnen

2. VIP und Drucker-Ausgabe

3. Datei im VIP-Format speichern

1.) Einzelwerte berechnen Eingeben, ob der Abstand zwischen den X-Werten konstant ist (Im konstanten Fall wird die Berechnung beschleunigt) X-Wert eingeben, der interpolierte Y-Wert wird zurückgegeben. 2.) Drucker und VIP-Ausgabe Eingeben, ob der Abstand zwischen den X-Werten konstant ist. Das Programm möchte die Anzahl der Zwischenwerte wissen, die über den gesamten Bereich berechnet werden sollen.

- Druckerausgabe oder VIP-Datei anlegen 3.) Datei im VIP-Format speichern Hier können Meßwerte zur graphischen Auswertung der Tabellenkalkulation VIP Professional übergeben werden. Die Speicherung erfolgt im komma-getrennten Format, d.h. viele andere Programme können dieses Format ebenfalls lesen (z.B. dBMan, XAct s. Menü ’Speichern im VIP-Format’ Kapitel 8.3). Beispiel (Drucker oder VIP-Datei) : 6 Meßwerte : P(0,0), P(1,1), P(2,0), P(3,-1), P(4,0), P(5,1) Anzahl der Zwischenwerte : 12 Ausgabe : (12 - 1) Werte

x = 0.0000 y = 0.000
x = 0.5000 y = 0.686
x = 1.0000 y = 1.000
x = 1.5000 y = 0.690
x = 2.0000 y = 0.000
x = 2.5000 y = -0.697
x = 3.0000 y = -1.000
x = 3.5000 y = -0.650
x = 4.0000 y = 0.000
x = 4.5000 y = 0.550
x = 5.0000 y = 1.000

7.11 Numerische Integration

Mit diesem Menüpunkt kann die Fläche unter allen Meßwerten bestimmt werden. Hierzu sind aber einige Dinge zu beachten :

1. Verboten sind negative Y-Meßwerte und Nulldurchgänge

2. Abstand b der X-Werte untereinander muß gleich sein

Berechnungsverfahren nach Simpson-Formel

7.12 Newton-Raphson-Verfahren für Polynome

Das Newton-Raphson-Verfahren wird zur Bestimmung von Nullstellen von Funktionen benutzt. Laborant Professional wendet dieses Verfahren zum Finden von Nullstellen in Polynomen an.

Die Beschränkung auf Polynome (bis 9. Grades) hat folgende Begründung. Laborant Professional verfügt in der aktuellen Versionen noch nicht über einen Funktions-Interpreter und kann somit noch nicht eingegebene beliebige Funktionen auswerten. Glücklicherweise werden aber hauptsächlich von Polynomen die Nullstellen gesucht.

Newton-Raphson-Approximation für Nullstellen

x_{n+1} = x_{n} − f(x)/f′(x)

x_{n} bezeichnet man als Startwert der Approximation. Eine Nullstelle gilt als gefunden, wenn der Betrag von f(x)/f’(x) eine gewünschte Genauigkeit erreicht hat. Sollte keine Nullstelle vorhanden sein, so wird nach 100 vergeblichen Iterationen abgebrochen.

Die Polynom-Routine verlangt am Anfang die Eingabe des zu untersuchenden Polynoms.

Beispiel: Nulstellen des Polynoms 0.1x^{5} − x^{3} − x^{2} − x + 4 Eingabe in Laborant: 0.1x∧5 - x∧3 - x∧2 - x + 4

Genauigkeit : 0.000001
Startwert  : 1
Ausgabe  : Nullstelle bei 1.18202
Startwert  : 10
Ausgabe  : Nullstelle bei 3.56497
Startwert  : -10
Ausgabe  : Nullstelle bei -3.03645

Laborant Professional erzeugt aus dem eingegebenen Polynom automatisch die entsprechende Ableitung. Zugelassen sind Polynome bis 9. Grades (positive Exponenten incl. Null).

Für genauere Untersuchungen von Nullstellen und Extremwerten beliebiger Funktionen empfehle ich das Public-Domain Programm Diskussion von Bruno Marx. Bei Interesse kann man es bei mir kostenlos gegen Rückporto und Leerdiskette erhalten. Das Programm kann problemlos von Laborant Professional gestartet werden, wenn man dessen .RSC-Datei auf die Ordnerebene von LABORANT.PRG kopiert.

Meßwert Lade- und Speicherroutinen

8.1 Laden / Importieren von Meßwerten

Mit dieser Option kann man gespeicherte Meßwerte laden und mit den Funktionen des Menüs Mess auswerten.

8.1.1 Laden von Meßwerten im Standardformat

Menü Datei ⇒ Laden von Meßwerten (Taste F9)

Standard-Meßwertdateien tragen die Datei-Extension .MSW.

2 Beispiel-Dateien :

BEISPIEL.MSW und LINEARRG.MSW sind mit auf der Diskette

8.1.2 Importiere kommagetrenntes Format

Menü Datei ⇒ Importieren von Meßwerten

Mit dieser Option kann man Meßwerte aus Fremdprogrammen importieren. Importiert werden Meßwerte, die im ASCII-Delimited-Format vorliegen.

Dieses kommagetrennte Format ist wie folgt aufgebaut :

Zeilenweise Speicherung in ASCII-Code mit CR/LF am Zeilenende

Beispiel :

1.89 , 2.01 3.45 , 7.64 usw.

Alle großen Datenbanken, Meßwertprogramme und Tabellenkalkulationen können dieses Format exportieren. Ebenso kann man mit jedem ASCII-Editor (z.B. Tempus/Edison) die Meßwerte erstellen und dann einfach in Laborant Professional importieren.

8.1.3 Importiere Microsoft-EXCEL ASCII-Format

Das EXCEL-ASCII-Format ähnelt sehr dem kommagetrennten Format. Nur wird hier statt des Kommas das Semikolon als Trennzeichen benutzt.

8.1.4 Importiere Curfit 3.0 - Meßwerte

Curfit 3.0-Dateien besitzen auch ein kommagetrenntes Format, allerdings gibt Curfit einer Meßreihe als ersten Wert noch einen Gewichtungsfaktor mit, der von Laborant Professional nicht genutzt wird.

8.2 Speichern Meßwerte

Menü Datei ⇒ Meßwerte speichern (Taste Crtl S)

Momentan arbeitet Laborant Professional noch ohne graphische Darstellungen, deshalb kann es seine Meßwerte an sehr viele Grafik-, Meßwert- oder Tabellenkalkulationsprogramme exportieren.

Auf Grund seiner MultiTOS/MultiGEM-Fähigkeit kann Laborant Professional parallel zu solchen Programmen arbeiten. Insbesondere auf Großbildschirmen können hier diverse Programme quasi gleichzeitig auf dem Bildschirm aktiv sein und Daten austauschen.

Die Laborant Professional-Erweiterungen zielen deshalb weniger auf die graphische Darstellung von Meßwerten als vielmehr auf die Erhöhung der Leistungsfähigkeit im chemisch-technischen Bereich.

Beim ’Meßwert speichern’ erscheint eine Auswahlbox, die diverse Dateiformate zuläßt. In den nachfolgenden Unterkapiteln werden die umfangreichen Export-Formate explizit erklärt.

1. Standard-Format  Extension: .MSW
2. Lineare Regression  Extension: .MSW
3. DIF-Format  Extension: .DIF
4. VIP-Format  Extension: .VIP
5. ASCII-Format  Extension: .TXT
6. Plotter.GFA  Extension: .PLT
7. Curfit 3.0-Format  Extension: .DAT
8. SCIGRAPH / XACT Extension: .CSV
9. LDW-POWER-CALC Extension: .LDP
10. TeX-Tabelle  Extension: .TEX

8.2.1 Speichern im Standard-Format .MSW

Mit dieser Option können Sie Ihre eingegebenen Meßwerte abspeichern. Beachten Sie, daß die Meßwert-Dateien mit .MSW enden.

Wer mit ST-PASCAL Plus arbeitet, kann diese Meßwertdateien für eigene Zwecke auslesen. Sie haben folgendes Format :

1. Dateityp : FILE OF REAL

1. Eintrag = Anzahl Meßwerte
2. Eintrag = 1. X-Wert
3. Eintrag = 1. Y-Wert

usw.

Bei eindimensionalen Feldern werden alle Y-Werte als 0 mitabgespeichert.

8.2.2 Lineare Regression speichern .MSW

Ordnet Ihren X-Werten, die ausgeglichenen Y-Werte zu und speichert diese auf dem Laufwerk ab. Meßwertdateien bitte immer mit .MSW enden lassen. Die originalen Y-Werte bleiben erhalten.

Falls Sie ein DIF-Format erzeugen möchten, müssen Sie erst mit ’Lin. Regression’ abspeichern, dann ’Meßwerte laden’ und diese dann mit ’Speichern DIF-Format’ für Programme, wie Logistix ST aufbereiten.

8.2.3 Speichern DIF-Format .DIF

Das DIF-Format (Data Interchange Format) erlaubt den Austausch von Meßwerten mit anderen Programmen.

Diese Programme sind z.B. Logistix ST, dbMan 5.3, Lotus 1-2-3 uvm.

Grundsätzlich werden die Daten im Spaltenformat übergeben:

In Spalte A stehen die X-Werte und in Spalte B die Y-Werte. Beachte, auch bei 1-dim. Feldern werden die Y-Werte (als 0) mit übertragen; man läßt sie dann bei der Auswertung einfach außer acht.

DIF-Dateien haben die Endung .DIF.

Eine Beispieldatei BEISPIEL.DIF ist mit auf der Diskette.

In Version 1.20 wurde die DIF-Routine weiter optimiert, besonders auf Diskettenspeicherbedarf und Logistix ST-Anpassung.

DIF-Dateien können grundsätzlich auch von IBM-kompatiblen Rechnern mit Programmen wie Logistix 1.2 oder LOTUS 1-2-3 gelesen werden. ATARI-Computer besitzen ab TOS 1.4 ein MS-DOS kompatibles Disketten- und Festplattenformat. So ist ein gleichzeitiger Betrieb von ATARI- und MS-DOS-Programmen auf einer Festplatten-Partition kein Problem.

Datei in Logistix einladen :

Folgende Tasten drücken :

1. /  * bedeutet Befehl anrufen
2. L  * laden
3. D  * DIF-Format
4. BEISPIEL.DIF * BEISPIEL.DIF einladen

8.2.4 Speichern im VIP-Format .VIP

Dieser Menüpunkt speichert die Meßwerte im VIP-Professional-Format ab. Damit können Meßwerte mit VIP bearbeitet bzw. Meßwertdiagramme von VIP erzeugt werden. VIP-Dateien haben die Extension .VIP. Beim VIP-Format handelt es sich um ein komma-getrenntes Format, das viele Programme einlesen können (einfach probieren).

Vorbereitungen zum Laden in VIP Professional Version 1.4 (deutsche Version):

1. 4 Nachkommastellen einstellen : mit Menü Tab, Global, Fest : Hier 4 eingeben, Return

2. Spaltenbreite auf 14 setzen mit Menü Tab, Global, Spaltenbreite : Hier 14 eingeben, Return

3. Laden der Meßwertdatei in VIP

4. mit Menü File, Import, Select Dateiname eingeben : BEISPIEL.VIP, Return

Meßwerte in die Datenbank dBMan/dBase übernehmen

Vorbereitungen :

• Es muß eine Datei mit folgender Struktur existieren :

• Anlegen mit CREATE DBMAN.DBF

• X-Wert Numerisch 12.4

• Y-Wert Numerisch 12.4

• USE DBMAN.DBF

• APPEND DELIMITED FROM BEISPIEL.VIP Anmerkung :

Das kommagetrennte VIP-Format von Laborant Professinal eignet sich besonders für selbstentwickelte Fremdprogramme, um Daten von Laborant Professional zu übernehmen.

8.2.5 Speichern im ASCII-Format .TXT

Ab der Version 1.20 kann Laborant ST auch Meßwertausgaben für Textverarbeitungsprogramme erzeugen, d.h. man kann nun Meßwerte problemlos in eigene Dokumentationen übernehmen.

Texte liegen im ASCII-Format vor und Dateien haben die Endung .TXT.

X und Y-Werte werden spaltenweise ausgegeben.

Nun sollte es möglich sein, sich problemlos die Meßwerte in eigene Texte einzubinden (’mergen’).

Eingabemöglichkeiten :

• Protokollüberschrift eingeben

• Bezeichnung der X-Werte eingeben

• Bezeichnung der Y-Werte eingeben

• Bezeichnung der Maßeinheit für X-Werte eingeben

• Bezeichnung der Maßeinheit für Y-Werte eingeben

• Anzahl der Nachkommastellen (0-5) der X-Werte anklicken

• Anzahl der Nachkommastellen (0-5) der Y-Werte anklicken

Die Eingabefeldsteuerung erfolgt über Cursortasten, beachten Sie, daß die RETURN-Taste den Dialog komplett abschließt.

Danach entsprechenden Dateinamen eingeben (.TXT-Endung).

Anmerkung : Texteditoren sind z.B. TEMPUS 2.13 oder Edison 1.1

8.2.6 Speichern für PLOTTER.GFA

PLOTTER.GFA ist ein sehr gut gemachtes Graphik-Programm zur Ausgabe von Meßwerten. Für viele ST-User sind Tabellenkalkulationen, wie LDW Power Calc oder KSpread 4 zu teuer. PLOTTER.GFA ist ein Public-Domain-Programm, das diese Probleme excellent löst.

Laborant Professional kann für dieses Programm Meßwert-Dateien erstellen. Die Dateien haben die Endung .PLT.

1. Eingabe der Bezeichnung der Messung (Überschrift)

2. Eingabe der X-Achsen-Beschriftung

3. Eingabe der Y-Achsen-Beschriftung

4. Dateinamen angeben

Laborant Professional übergibt Meßwerte in voller Genauigkeit mit der PLOTTER.GFA-Einstellung: 3 Vorkommastellen, 2 Nachkommastellen. Die Genauigkeit kann aber von Plotter.GFA jederzeit erhöht werden.

Außerdem können mit PLOTTER.GFA diverse graph. Darstellungen und Beschriftungen jeder Zeit ergänzt werden.

Da von PLOTTER.GFA mehrere Versionen existieren, sollte man sich die aktuelle Version direkt beim Autor bestellen (Laborant Professional arbeitet problemlos mit den Versionen 1.6, 2.01 und 2.4 zusammen).

Adresse des Autors :

Dr. Rainer Paape

Paschenburgstr.67

W-2800 Bremen 1

Germany

Wer die excellenten Graphen von Plotter.GFA weiter verarbeiten möchte, kann sich die Bilder mit dem SIGNUM-Accessory SCRCOP.ACC in das TOP-Programm für die wissenschaftliche Textverarbeitung SIGNUM 3 übernehmen. SCRCOP-Bilder können mittels des Zeichenprogramms PICCOLO geladen, bearbeitet und z.B. als Screenformat für das DTP-Programm Calamus SL gespeichert werden.

8.2.7 Speichern für Curfit 3.0

Curfit 3.0 ist ein weiterer excellenter Meßwertplotter. Laborant Professional kann für X/Y-Meßwertpaare ein Curfit 3.0 kompatibles Dateiformat erzeugen. Die Dateien haben die Endung .DAT und werden auf dem selben Dateipfad wie Plotter.GFA-Dateien abgespeichert. Die PD-Programme PLOTTER.GFA und Curfit 3.0 haben beide ihre spezifischen Stärken, am besten man besitzt beide.

Curfit 3.0 erhält man bei der Zeitschrift ST-Computer unter der Public-Domain Disk-Nr. 317. Unter dieser Bezeichnung aber auch fast in jedem anderen PD-Service.

8.2.8 Speichern für SCIGRAPH / XACT

XACT ist eines der leistungsfähigsten Präsentationsprogramme für den ATARI ST/TT (sehr empfehlenswert).

Laden über Titel Datei und den Menüpunkt Importieren Datei in SCIGRAPH/XACT einlesen (Datei-Extension .CSV).

CSV-Dateien werden im gleichen Ordner wie VIP-Dateien gespeichert (Standardeinstellung : Ordner SPREAD).

8.2.9 Speichern für LDW POWER-CALC

LDW POWER-CALC 2.0 ist ein komfortables Tabellenkalkulations-Programm.

Laden über Titel Transfer und den Menüpunkt FREMD in LDW-POWER-CALC importieren (Datei-Extension .LDP).

LDW-POWER-CALC-Dateien werden im gleichen Ordner wie VIP-Dateien gespeichert (Standardeinstellung : Ordner SPREAD).

8.2.10 TeX-Tabellengenerierung

TeX ist eine sehr mächtige Textgestaltungssprache und auf allen heutigen Computersystemen (ab 16-bit) verbreitet.

Laborant Professional erlaubt die komfortabele Generierung von TeX-Tabellen aus Meßwerten. Diese Meßwert-Tabelle können sie dann in ein vorhandenes TeX-Dokument integrieren.

Eingabemöglichkeiten :

• Protokollüberschrift eingeben

• Bezeichnung der X-Werte eingeben

• Bezeichnung der Y-Werte eingeben

• Bezeichnung der Maßeinheit für X-Werte eingeben

• Bezeichnung der Maßeinheit für Y-Werte eingeben

• Anzahl der Nachkommastellen (0-5) der X-Werte anklicken

• Anzahl der Nachkommastellen (0-5) der Y-Werte anklicken

Danach entsprechenden Dateinamen eingeben (.TEX-Endung).

Übrigens, TeX-Dateien sind ASCII-Dateien und können mit jedem Editor ergänzt werden.

Beispiel TeX-Tabelle

Versuchsmessung

Nr. Masse kg Druck kPa
1. 1.00000  2.03000
2. 2.00000  4.01000
3. 3.00000  5.98000
4. 4.00000  7.99000
5. 5.00000 10.02000

8.3 Speichern für MS-DOS Programme

Menü Datei ⇒ Speichern für MS-DOS-Programme

Laborant Professional kann natürlich nicht nur Meßwerte für ATARI-Programme exportieren. Die große MS-DOS Welt kann natürlich ebenfalls bedient werden.

Formate, wie .VIP, .LDP oder .CSV können bereits viele MS-DOS Programme lesen (einfachmal deren IMPORT-Funktionen versuchen).

Aber für die großen MS-DOS Programme stellt Laborant Professional deren Spezialformate zur Verfügung.

Damit IBM-kompatible Computer überhaupt ATARI ST-Disketten lesen können, müssen folgende Bedingungen eingehalten werden :

Besitzer von TOS 1.4 oder höher brauchen sich um nichts kümmern (MS-DOS kompatible Formatierung)

Besitzer vom alten TOS oder Blitter.TOS dürfen nur Disketten verwenden, die auf einem IBMkompatiblen Computer oder mit MS-DOS Emulatoren formatiert wurden.

Die Dateien werden gemäß der LABORANT.INF auf dem gleichen Pfad wie VIP-Dateien gespeichert (in der Standardeinstellung im Ordner SPREAD).

8.3.1 Speichern für dBASE IV/III+

Um in dBASE Daten überhaupt laden zu können, muß zuerst von dBASE eine entsprechende Datei erzeugt werden, dies geschieht mittels :

CREATE TEST.DBF

Diese Datei enthält folgende Definition :

XWERT Numerisch 14.6

YWERT Numerisch 14.6

Laborant Professional selbst erzeugt für dBASE Dateien vom Typ KAPITEL 8. MESSWERT LADE- UND SPEICHERROUTINEN 66

Delimited mit der Endung .DEL

Laden einer Delimited-Datei in dBASE : USE TEST.DBF APPEND FROM TEST.DEL DELITIMED

8.3.2 Speichern für Microsoft EXCEL

EXCEL benötigt ein spezielles ASCII-Format zum Laden. Laborant Professional erzeugt dafür ein Dateiformat mit der Endung .ASC. Laden in MS-EXCEL :

• Menü DATEI, Datei laden

• Dateinamen von *.XL* in *.ASC verändern

• Datei aussuchen und laden

8.3.3 Speichern für Microsoft CHART 3.0

Die von Laborant Professional erzeugte Datei ist vom Typ DELIMITED .DEL. Laden in Microsoft CHART : XTERN TEXT DBASE

8.3.4 Speichern für Microsoft Multiplan 3.0

Die von Laborant Professional erzeugte Datei ist von Typ DELIMITED .DEL. Laden in MS-Multiplan :

• ÜBERTRAGEN OPTIONEN anwählen

• ASCII-Option auswählen

• ÜBERTRAGEN LADEN

8.3.5 Speichern für LOTUS 1-2-3

Die von Laborant Professional erzeugte Datei ist von Typ DELIMITED .DEL.

Laden in Lotus 1-2-3 :

• TRANSFER FREMD

• Option ZAHLEN aktivieren

• Dateinamen eingeben (z.B. TEST.DEL)

8.3.6 Speichern für LOTUS Freelance

Für das Graphik-Programm Lotus Freelance erzeugt Laborant Professional ein SYLK-Format mit der Endung .SYL.

SYLK = Microsoft-Symbolic-Link-Format

Laden in LOTUS Freelance :

• GRAFIK IMPORTIEREN

• Dateityp : SYLK

• Dateiname eingeben (TEST.SYL)

8.3.7 Laborant Professional mit PC-/AT Software koppeln

Sollten Sie Besitzer des neuen TOS 1.4 oder höher sein, benutzen Sie die ST-Formatierroutine. Benutzer älterer TOS-Versionen müssen ein MS-DOS Formatierprogramm benutzen, wie z.B. FCOPY Pro. Allen ST-Benutzern sei wärmstens die neue TOS 2.06 Version ans Herz gelegt. Sie ist im Handel für 198 DM erhältlich (wer keine Löterfahrung hat, sollte sie beim Händler einbauen lassen).

Die einseitige Formatierung benutzen Sie bitte bei 5 1/4 Zoll Disketten (360 KB). Die doppelseitige oder HD-Formatierung für 3 1/2 Zoll Disketten (720 KB oder 1,44 MB).

Nach dem Sie Ihre Meßwerte im entsprechenden Format auf der ST-Disk gespeichert haben, können Sie sie in den PC-/AT einlegen und dort Ihre Daten aufbereiten.

Anmerkung :

Wer viel mit PC-/AT-Software arbeitet, sollte sich einen entsprechenden Hardware-Emulator zu legen, z.B. einen ATONCE 386SX / AT-Speed C16 / FALCON-Speed usw. So bleiben Laborant Professional und die PC-Software auf einem Computer zusammen und man kann die besten Programme aus beiden Welten nutzen.

8.4 Übersicht über die Dateiformate von Laborant Professional

Dateiendung:

.MSW - Standarddateien für Meßwerte
.TXT - Datei als ASCII-Text
.DIF - Datei im Data Interchange Format
.PLT - Datei im PLOTTER.GFA-Format
.DAT - Datei im Curfit 3.0-Format
.VIP - Datei im VIP Professional-Format
.LDP - Datei im LDW Power Calc-Format
.CSV - Datei im SCIGRAPH-/XACT Importformat
.DEL - Datei im Delimited-Format (z.B. dBase)
.ASC - Datei im MS-Excel Format
.SYL - Datei im Microsoft Symbolic Link Format
.TEX - Datei mit generierten TeX-Fragmenten

Weitere Dateiendungen für Spezialdateien:

.INF - Laborant Pfade in ASCII
.EQU - Gleichungsdatei
.FOR - Formelmacro-Datei
.BCH - Biochemie-Formeln
.LGS - Lineares Gleichsystem in ASCII
.THC - Thermochemie-Datei

8.5 Speichern und Drucken von Multi-Dialogen

Ab Laborant ST/TT Plus 1.22 ist es möglich die Ergebnisse und Daten von Multi-Dialogen auszudrucken bzw. zu speichern. Multi-Dialoge sind variable Dialogboxen, die jenach Anzahl der Ausgaben ihre Größe variieren.

So braucht man z.B. nicht mehr die Ergebnisse von Gleichungsanalysen oder Titrationen von Hand abzuschreiben.

Die Speicherung erfolgt als ASCII-Datei in den Pfad der .TXT-Dateien.

8.6 Diskettenoperationen

Menü Datei ⇒ Diskettenoperationen (Taste Crtl O)

8.6.1 Datei umbenennen

Datei durch Anklicken aussuchen Neuen Dateinamen entsprechend den GEM-Konventionen mit Pfad eingeben (eingespiegelt wird alter Pfad mit Namen (Wichtig: Pfad muß identisch bleiben)).

Nützlich ist diese Funktion z.B. für die statistischen Funktionen von Laborant Professional (Datei-Endungen von .MS0 bis .MS9), wenn man sich mal vertippt hat.

8.6.2 Datei löschen

Datei durch Anklicken löschen (’never come back !’)

8.6.3 Speicherplatz auf Diskette/Harddisk feststellen

- entsprechendes Laufwerk per Maus auswählen Ausgabe :

• Freier Speicherplatz

• Belegter Speicherplatz

• Belegungsgrad in %

8.6.4 Lade neue Laborant.INF

In manchen Fällen möchte man während des Programms seine Meßwerte in andere Ordner oder auf andere Laufwerke abspeichern. Diese Funktion erlaubt es eine andere LABORANT.INF zu laden.

Beispiel: Man benutzt die aktuelle LABORANT.INF, die alle Meßwerte in Unterordner des Laborant-Ordners legt. Man möchte aber nun eine Sicherheitskopie auf Laufwerk B machen. So kann man z.B. die Datei TWODRIVE.INF laden und die Dateien auf dieses Laufwerk umleiten. Warnung :

Wer die DESKTOP.INF oder NEWDESK.INF lädt, fährt 100%ig beim Speichern zur ’Hölle’.

8.6.5 Systempfade LABORANT.INF festlegen

Ab Version Laborant Professional können die 9 Systempfade bequem per Dialogbox eingegeben werden. Hier gelten die Regeln für GEM-Pfadnamen. Die Konventionen für Laborant Professional-Pfade finden Sie im Kapitel 13 (Installationshinweise).

’Sichern’ schreibt die neue LABORANT.INF auf Festplatte/Diskette.

Statistische Auswertung von Meßwerten

Menü Stat ⇒ Statistische Tests

9.1 Verwaltung von statistischen Daten

Statistische Daten werden grundsätzlich von Diskette oder Festplatte geholt.

Für den F- oder t-Test werden jeweils 2 Meßwertdateien von Typ .MSW benötigt.

Der Bartlett-Test und die einfache Varianzanalyse können bis zu 10 Meßwertdateien automatisch laden und auswerten. Diese Dateien sind vom Benutzer mit den Dateiendungen .MS0 bis .MS9 zu versehen (bereits beim Speichern der Meßwerte).

Die Varianzanalyse bzw. der Bartlett-Test benötigen zur Berechnung nur die Anwahl einer .MS0-Datei.

Beispiel:

Eine Versuchreihe besteht aus 3 Meßwertreihen :

- die 1. Meßwertreihe heiße PROBE.MS0

- die 2. Meßwertreihe, dann PROBE.MS1 und die letzte dann PROBE.MS2

Nach der Anwahl von PROBE.MS0 werden PROBE.MS1 und PROBE.MS2 automatisch nachgeladen. Die Anzahl wird automatisch erkannt, darum braucht der Anwender sich nicht zu kümmern.

9.2 Statistische Tests

9.2.1 Q-Test

Der Q-Test ermöglicht es Ausreißer in einer Meßreihe festzustellen. Allerdings ist die Meßreihe auf max. 10 Werte begrenzt.

KAPITEL 9. STATISTISCHE AUSWERTUNG VON MESSWERTEN 71 1. Datei muß nach X-Werten sortiert sein

2. Haben mehrere Meßwerte den gleichen Betrag, so darf nur ein Meßwert in den Test davon übernommen werden !

Beispiel : 4 Meßwerte

1.) 3.44
2.) 3.45
3.) 3.45 (Meßwert 3 doppelt, entfernen)
4.) 3.49

Meßreihe für Q-Test vorbereitet :

1.) 3.44 2.) 3.45 4.) 3.49

Man kann zwischen einer Wahrscheinlichkeit P von 0.9, 0.95 und 0.99 wählen. Ist Q > Q(P,n), so ist der Meßwert als Ausreißer identifiziert.

9.2.2 Ausreißertest (n > 10)

Für Messungen mit mehr als 10 Werten wird ein Ausreißer nach folgender Defintion identifiziert. Ist der Abstand zwischen dem zu untersuchenden Wert und dem Mittelwert größer als 4mal die Standardabweichung, dann gilt er als Ausreißer. Mittelwert und Standardabweichung wurden vorher neu berechnet (der zu testende Meßwert wurde bei der Berechnung weggelassen). Eingabe : Nummer des X-Meßwerts in der Meßwert-Eingabe (vor der Ausreißer-Prüfung dort ablesen) eingeben. Literatur: s. Doerffel S. 116

9.2.3 F-Test

Vergleich zweier Varianzen (für unverbundene Stichproben (heterograd))

• Eingabe der Wahrscheinlichkeit P • Laden der beiden Meßreihen mit der Endung .MSW.

• Ausgabe von F und F(P,n)

9.2.4 t-Test

Mit dem t-Test (Student-Test) kann man zwei Mittelwerte miteinander vergleichen (für unverbundene Stichproben).

• Eingabe der Wahrscheinlichkeit P

• Laden der beiden Meßreihen mit der Endung .MSW.

• Ausgabe von t und t(P,f)

9.2.5 Bartlett-Test

Vergleich mehrerer Standardabweichungen (χ^{2}-Verteilung) Es sind max. 10 Meßreihen zum Bartlett-Test zugelassen, diese Meßreihen müssen als Datei mit den Endungen .MS0 bis .MS9 vorliegen. Vorbereitung : Beispiel: 5 Meßreihen, wie folgt abspeichern : z.B. TEST.MS0, TEST.MS1, TEST.MS2, TEST.MS3, TEST.MS4 Die Endungen sind beim Menü ’Meßwerte speichern’ mit einzugeben, ansonsten müssen die Dateien mit der Diskettenoperation ’Umbenennen’ entsprechend umbenannt werden. Beachten Sie die Dateiendung :

5 Dateien = .MS0 bis .MS4 10 Dateien = .MS0 bis .MS9

1. Eingabe der Wahrscheinlichkeit P :

P = 0.500 P = 0.900 P = 0.950 P = 0.990 P = 0.995 2. Startdatei laden

In unserem Beispiel ist die Startdatei TEST.MS0, die restlichen Dateien werden automatisch nachgeladen.

3. Ausgabe :

• Berechnetes χ^{2} der Meßreihen

• χ∗^{2} = χ^{2}/C

• χ^{2}(P, f)

f = Freiheitsgrad (Anzahl Meßreihen - 1)
f_{g} = Summe aller Einzelfreiheitsgrade
f_{j} = Freiheitsgrade der j.ten Meßreihe
C = ^{\frac{∑ 1/f_{j}−1/f_{g}}{3f}} + 1

Sollte χ^{2} den Wert χ(P,f) nur geringfügig überschreiten, so kann man den korrigierten Wert χ^{∗2} benutzen.

Überschreitet χ∗^{2} dennoch χ(P,f), so ist ein signifikanter Unterschied zwischen den Standardabweichungen festgestellt worden.

9.2.6 Gamma-Funktion Γ(x)

Die Gamma-Funktion spielt in der Statistik bei Verteilungen eine große Rolle. Das Integral der Gamma-Funktion ist nicht analytisch lösbar und muß numerisch bestimmt werden. Laborant Professional approximiert die Funktion.

Für ganzzahlige Werte von x-Werte ergibt die Gamma-Funktion die Fakultät, ein nützlicher Nebeneffekt. Die interne Rechnung wird logarithmisch durchgeführt, um x-Werte > 32 zu ermöglichen.

9.3 Einfache Varianzanalyse

Menü Stat ⇒ Statistische Tests

Auswahl :

Start = Beginn der Varianzanalyse

Info = Erklärung zur Funktion der Varianzanalyse

Eingabe der Wahrscheinlichkeit P 95% oder 99% KAPITEL 9. STATISTISCHE AUSWERTUNG VON MESSWERTEN 74 Eingabe: wieviele Meßreihen verglichen werden sollen (max. 10). Alle Meßreihen müssen die gleiche Anzahl von Meßwerten enthalten (s. Barlett-Test).

Ausgabe :

1. Barlett-Test χ^{2}-Test
2. F-Test
3. Streuung zwischen den Meßreihen, Varianz
4. Streuung innerhalb der Meßreihen, Varianz
5. Streuung insgesamt
6. Arithmetisches Mittel und mittlerer Fehler des Mittelwerts

9.4 Korrelationskoeffizient

Der Korrelationskoeffizient dient zur Prüfung der Abhängigkeit zweier Variablen.

1. Eingabe der Wahrscheinlichkeit P (95% oder 99%)

2. Meßwertdatei 1 von Typ .MSW laden

3. Meßwertdatei 2 von Typ .MSW laden Ausgabe : Betrag des Korrelationskoeffizienten r, sowie den Vergleichswert r(P,f) Man beachte, daß beide Meßwertdateien die gleiche Anzahl an Meßwerten enthalten müssen.

Thermochemie

10.1 Grundzüge der Thermochemie

Laborant Professional stellt dem Benutzer eine große Anzahl von thermodynamischen Verfahren zur Verfügung. Eine ganze Reihe von Verfahren greifen auf vom Benutzer definierbare Thermochemie-Datenbanken zurück. Ich denke die Funktionssammlung kann sich sehen lassen.

10.2 Thermochemie-Datenbank laden

Menü Thermochemie ⇒ Datenbank laden (Taste F6)

Für diverse thermodynamische Berechnungen kann auf Thermochemie-Datenbanken zurückgegriffen werden.

Eine kleine Beispiel-Datenbank liegt im Ordner THERMOC vor. Thermochemie-Datenbanken haben die Datei-Extension .THC.

Die Datenbank liegt im ASCII-Format, warum eigentlich ? Viele andere Programme erzeugen eigene Dateiformate, die dann leider nur vom Programm aus änderbar sind, d.h. es muß zusätzlich ein hoher Verwaltungsaufwand getrieben werden.

Laborant Professional verfolgt hier eine andere Strategie. Der Anwender soll selbst die Datei mit einem Editor erstellen. Oder was noch viel genialer ist, die Datenbank per eigenem Programm selbst erzeugen. Dazu muß der Anwender seine eigenen Datenbestände nur als Semikolongetrennte Text-Datei speichern und mit einem #-Zeichen abschließen. Und schon kann Laborant Professional seine Daten übernehmen. Mit dem Aufruf eines externen Editor (Kapitel 12.4) kann man die .THC-Daten leicht editieren.

Aufbau der Datenbank

Jeder Formel-Eintrag besteht aus 8 Angaben.

1. Formel/Bezeichnung (max. 25 Zeichen lang)
2. Molare Standardreaktionsenthalpie ΔH in kJ/mol
3. Freie molare Standardreaktionsenthalpie ΔG in kJ/mol
4. Molare Standardreaktionsentropie S in J/(Kmol)
5. Molare Wärmekapazität C_{p} in J/(Kmol)
6. C_{p}-Polynomkoeffizient a (optional)
7. C_{p}-Polynomkoeffizient b (optional)
8. C_{p}-Polynomkoeffizient c (optional)

Die Werte gelten für 298,16 K.

Die molare Wärmekapazität kann optional über ein Temperaturpolynom ausgerechnet werden.

C_{p}(T) = a + b·10^{−3}T + c·10^{−6}T^{2}

Die Koeffizienten a,b und c sind optional. Sollte man Sie nicht kennen, so brauchen sie nicht angegeben werden, d.h. fehlende Koeffizienten brauchen nicht als 0 angegeben werden. Die Laderoutine erkennt solche Fälle automatisch.

Diese max. 8 Werte bilden eine ASCII-Zeile.

Beispiel Datenbank mit 12 Einträgen

CO  ; -110.5 ; -137.2 ; 197.55 ; 29.11
CO2  ; -393.5 ; -394.4 ; 213.66 ; 37.23 ; 25.56 ; 7.58 ; -1.13
CH4 ; -74.8 ; -109.1 ; 186 ; 35.34
C2H6  ; -84.7 ; -32.9 ; 229.5 ; 52.6
C2H4  ; 52.5 ; 68.4 ; 219.22 ; 50.48
C2H2  ; 226.7 ; 209.2 ; 200.85 ; 44.06
C3H8  ; -104 ; -23  ; 270  ; 74
C6H6(g) ; 83  ; 130  ; 269  ; 82
C6H6(l) ; 49  ; 124.5 ; 173.2 ; 136.11
CH3Cl(g) ; -80.8 ; -57.4 ; 234.5 ; 40.8
CS2(g)  ; 117.4 ; 67.2 ; 237.7 ; 45.4
CS2(l) ; 89.4 ; 65 ; 151.3 ; 79.99

#

Alle Verbindungen, außer CO_{2} in diesem Beispiel besitzen keine C_{p}-Temperaturkoeffizienten. Die Beispiel-Datenbank BEISPIEL.THC auf der Diskette enthält keine C_{p}-Koeffizienten. Hier ist jeder Anwender aufgefordert, sich bei Bedarf die Daten einmal mittels Editor nachzutragen.

Die Datensätze sind jeweils durch ein Semikolon ! getrennt. Am Ende einer Zeile nach der molaren Wärmekapazität bzw. den Koeffizienten steht allerdings kein Semikolon.

Die Datenbank endet mit einem #-Symbol.

Die Aggregatzustände können, falls nötig, direkt an die Formel gekoppelt werden, z.B. :

(s) = solid
(l) = liquid
(g) = gas

usw.

In der Beispiel-Datenbank wurden bei Substanzen, die nur in einem Aggregatzustand vorkommen, die Zustände zur vereinfachten Eingabe weggelassen.

Welche Abkürzungen verwendet werden, kann vom Anwender frei festgelegt werden. Wichtig ist nur, daß die Formeln, die Aggregatzustände besitzen, in Berechnungen komplett angegeben werden müssen, sonst werden sie nicht gefunden !

Eine Datei darf max. 500 Formeln enthalten. Allerdings sollte ein kluger Anwender seine Datei möglichst klein halten, das spart auf jeden Fall Suchzeit. Schließlich können von Diskette oder Festplatte jeder Zeit andere Thermochemie-Dateien (.THC) geladen werden. Eine Thermochemie-Datenbank wird im Speicher gehalten, um die Auswertungen schnell durchzuführen.

Die Beispiel-Datenbank soll nur ein Beispiel sein, wie eine Thermochemie-Datenbank aussehen könnte. Dem Anwender ist es überlassen, sich eine entsprechende neue Datenbank nach seinen Wünschen zu erstellen.

Anregung :

Da man sich nicht an die Formelsyntax halten muß, kann man Formelnamen auch beliebig kurz angeben (z.B. X, Y, Z ...). Nur muß man später wissen, was sich wirklich dahinter verbirgt. Auf jeden Fall spart man z.B. bei Reaktionsgleichungen viel Tipparbeit.

10.3 Datenbank ansehen

Menü Thermochemie ⇒ Datenbank ansehen (Crtl H)

Die Funktion öffnet ein separates Fenster, um in der Thermochemie-Datenbank zu blättern.

1. Zeilenweise Blättern

Auf der rechten Seite des Fensters befinden sich 2 Pfeile. Klickt man den oberen mit der linken Maustaste an, so wandert man einen Datensatz zurück. Klickt man den unteren Pfeil an, so wandert man einen Datensatz nach unten.

2. Freies Blättern

Zwischen den beiden Pfeilen befindet sich ein sogenannter Schieberegler (Slider). Diesen kann man frei zwischen den beiden Fenstern verschieben. Dazu klickt man mit der linken Mausstaste in dessen kleines weißes Rechteck und zieht diesen mit gedrückter Taste an die gewünschte Position. Ist der Schieberegler an der oberen Position, so sind wir am Anfang der Datenbank. Ist der Schieberegler am Ende (beim unteren Pfeil), so sind wir am Ende der Datenbank. Entsprechende Zwischenstellungen erlauben ein freies Bewegen in der Thermochemie-Datenbank.

Ebenso können die Cursor und ClrHome-Taste zur Steuerung eingesetzt werden (mehr dazu die Kapitel 13.3.).

Anmerkung :

Die C_{p}-Temperaturkoeffizienten a,b und c werden aus Platzgründen nicht mit ausgegeben und müssen über die Datenbanksuche erfragt werden.

10.4 Datenbanksuche

Menü Thermochemie ⇒ Datenbanksuche (Crtl W)

Möchte man in einer größeren Thermochemie-Datei eine Substanz suchen, so kann man dies einfach durch Eingabe der Formel/Bezeichnung bewerkstelligen.

Beispiel :

Formeleingabe : CS2(g)

Ausgabe:

Molare Standardreaktionsenthalpie ΔH : 117.4 kJ/mol
Standardwert der Gibbs-Funktion ΔG : 67.2 kJ/mol
Molare Standardreaktionsentropie S  : 237.7 J/(Kmol)
Molare Wärmekapazität C_{p}  : 45.4 J/(Kmol)
C_{p}-Temperaturkoeffizient a  : unbenutzt
C_{p}-Temperaturkoeffizient b  : unbenutzt
C_{p}-Temperaturkoeffizient c  : unbenutzt

Ist die Suche fehlgeschlagen, hat man evtl. den Aggregatzustand nicht mit eingegeben.

Wurden keine Temperaturkoeffizienten für die Verbindung gefunden, wird das Wort ’unbenutzt’ ausgegeben.

KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 79 Anmerkung : In der README.DOC bzw. im Programm wurden teilweise Indices für ΔH, ΔG, ΔS nicht eintragen. Die Bedeutung der einzelnen Angaben kann aber der README.DOC entnommen werden. Gründe: Eine druckbare ASCII-README.DOC-Datei kann keine Indices enthalten. Das Δ-Zeichen können ST-PASCAL Dialoge nicht darstellen.

10.5 Gleichgewichtskonstante

Menü Thermochemie ⇒ Gleichgewichtskonstante Verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Gleichsgewichtskonstanten Menü wird erst aktiv, wenn bereits eine Thermochemie-Datenbank geladen wurde.

10.5.1 Berechnung von K = e^{(−ΔH/RT)}

Beispiel-Eingabe :

Freie molare Standard-Reaktionsenthalpie : -237.2 kJ/mol
Temperatur  : 298.16 K
Ergebnis : lnK = 95.6816
K = 10^{41.554}

10.5.2 K aus der elektromotorischen Kraft EMK

Beispiel-Eingabe :

Standard-EMK  : 1.56 Volt
Temperatur  : 298.16 K
Molzahl der Elektronen : 2
Ergebnis : lnK = 121.4311
K = 10^{52.7368}

KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 80

10.5.3 Berechnung von K aus Reaktionsgleichung

Die Funktion setzt das Vorhandensein der entsprechenden Formeln in der Thermochemie-Da-tenbank voraus, ansonsten wird die Berechnung abgebrochen.

Beispiel-Eingabe :

Gleichung : 4NH_{3} + 5O_{2} = 4NO + 6H_{2}O(l)
Temperatur : 900 K
Ergebnis : lnK = 107.0622
K = 10^{46.49}

Anmerkung: Die Berechnung erlaubt auch gebrochene Molzahlen z.B. 0.25 H_{2}(g) in der Gleichung.

10.6 Gibbs-Funktion ΔG

Menü Thermochemie ⇒ Gibbs-Funktion Menü wird erst aktiv, wenn bereits eine Thermochemie-Datenbank geladen wurde.

10.6.1 Gibbs-Funktion ΔG = -RTlnK

Beispiel-Eingabe :

Gleichgewichtskonstante lnK : 45.0 Volt
Temperatur  : 298.16 K
Ergebnis : ΔG = -111.557 kJ/mol

Anmerkung : Die Verwendung in logarithm. Form ist zwingend notwendig, um den Rechenbereich nicht zu sprengen. Wer Werte als lgK verwendet, muß in den natürlichen Logarithmus umrechnen: lnK = lgK * 2.302585 (2.302585 = ln(10))

KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 81

10.6.2 Gibbs-Funktion ΔG = ΔH - TΔS

Beispiel-Eingabe :

Molare Standardreaktionsenthalpie : 6.983 kJ/mol
Temperatur  : 298.16 K
Entropieänderung  : 25.42 J/(Kmol)
Ergebnis : ΔG = -0.596 kJ/mol

10.6.3 Gibbs-Funktion ΔG = ∑ ΔH_{i} - T∑ ΔS_{i}

Berechnet aus Edukten und Produkten die freie molare Reaktionsenthalpie Eingaben :

• Anzahl der Edukte

• Anzahl der Produkte

• Eingabe der Temperatur Entsprechend der Anzahl der Edukte und Produkte eingeben:

• molare Reaktionsenthalpie ΔH in kJ/mol

• Entropieänderung ΔS in J/(Kmol)

• Anzahl der Mole Ergebnis : ΔG in kJ/mol

10.6.4 Gibbs-Funktion ΔG aus elektromotorischer Kraft EMK

Beispiel-Eingabe :

Standard-EMK in Volt : 1.56 V
Molzahl der Elektronen : 2
Ergebnis : ΔG = -301.034 kJ/mol

KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 82

10.6.5 Berechnung von ΔG aus einer Reaktionsgleichung

Die Funktion setzt das Vorhandensein der entsprechenden Formeln in der Thermochemie-Da-tenbank voraus, ansonsten wird die Berechnung abgebrochen.

Beispiel-Eingabe :

Gleichung : C_{2}H_{4} + H_{2} = C_{2}H_{6}
Temperatur : 596 K
Ergebnis : ΔG = -62.42 kJ/mol

10.7 Entropieänderung ΔS

Menü Thermochemie ⇒ Entropieänderung ΔS Berechnung der Entropieänderung ΔS in J/(Kmol) Menü wird erst aktiv, wenn bereits eine Thermochemie-Datenbank geladen wurde.

10.7.1 ΔS = (ΔH - ΔG) / T

Beispiel-Eingabe :

Molare Reaktionsenthalpie ΔH  : 6.983 kJ/mol
Freie molare Reaktionsenthalpie ΔG : -0.596 kJ/mol
Temperatur  : 298.16 K
Ergebnis : ΔS = 25.42 J/(Kmol)

10.7.2 Entropieänderung ΔS = (∑ ΔH_{i} − ∑ ΔG_{i})/T

Berechnet aus Edukten und Produkten die Entropieänderung Eingaben :

• Anzahl der Edukte

• Anzahl der Produkte

• Eingabe der Temperatur KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 83 Entsprechend der Anzahl der Edukte und Produkte eingeben:

• molare Reaktionsenthalpie ΔH in kJ/mol

• freie molare Reaktionsenthalpie ΔG in kJ/mol

• Anzahl der Mole Ergebnis : ΔS in J/(Kmol)

10.7.3 Reaktionsentropie S(T_{2}) = S(T_{1}) + C_{p}·lnT - C_{p}·lnT_{1}

Berechnung der Reaktionsentropie mittels der Wärmekapazität Die Berechnung erlaubt entweder über eine mittlere Wärmekapazität zu rechnen oder über die wesentlich genauere Methode mit einem C_{p}-Temperaturpolynom. Eingaben :

• Auswahl der Standard-Temperatur T_{1} (298.16K oder selbst definiert)

• Auswahl C_{p} : Als mittlere Wärmekapazität oder Temperaturpolynom

• Eingabe der Reaktionstemperatur T Falls T_{1} = 298.16K kann die molare Reaktionsentropie S298 entweder per Formel aus der Datenbank übernommen werden oder manuell eingegeben werden (S in J/(Kmol)). Ist T_{1} <> 298.16 K, so muß die Angabe von S manuell in J/(Kmol) erfolgen. Man beachte, daß in diesem Fall die der entsprechenden Temperatur zugeordnete molare Reaktionsentropie einzusetzen ist. Eingabe der molaren Wärmekapazitäten

1. Mittlere molare Wärmekapazität über den Temperaturbereich T_{1} bis T Eingabe von C_{p} in J/(Kmol) oder falls Formeleingabe Übernahme aus der Datenbank.

2. Eingabe über Temperaturpolynom C_{p}(T)

3. Eingabe der 3 Polynomkoeffizienten a,b,c (Polynom 2. Grades) Ergebnis : Entropie S(T_{2}) in J/(Kmol) Nach einer Berechnung ist es möglich, beliebig oft eine neue Berechnung mit geänderter Reaktionstemperatur zu wiederholen bis entsprechend abgebrochen wird (BEENDEN).

Beispiel : S(T_{2}) von Pb bei 600 K Eingaben :

Standard-Temperatur  : 298.16 K
Auswahl C_{p} als  : Temperaturpolynom
Reaktionstemperatur  : 600 K
Molare Standardreaktionsentropie  : 64.91 J/(Kmol)

(Formeleingabe mit Datenbankzugriff möglich)

Temperaturpolynom  : a = 23.5
: b = 9.74 T/K
: c = 0 T^{2}/K^{2}

Ergebnis : S(600 K) = 78.40 J/(Kmol)

Anmerkung :

Man hat die Möglichkeit bei der Eingabe der Standardreaktionsentropie eine Formel, statt des Wertes einzugeben. Ist diese Formel in der Datenbank, so wird die Standardreaktionsentropie aus ihr geladen. Sind für die Verbindung auch die Temperaturkoeffizienten in der Datenbank, so werden diese übernommen und ihre Eingabe beim C_{p}-Temperaturpolynom entfällt.

10.7.4 Berechnung von S aus Reaktionsgleichung

Die Funktion setzt das Vorhandensein der entsprechenden Formeln in der Thermochemie-Da-tenbank voraus, ansonsten wird die Berechnung abgebrochen.

Beispiel-Eingabe :

Gleichung : CaCO_{3} = CaO + CO_{2}
Temperatur : 596 K

Ergebnis : ΔS = 159.61 J/(Kmol)

10.8 Reaktionsenthalpie ΔH

Menü Thermochemie ⇒ Reaktionsenthalpie ΔH

Menü wird erst aktiv, wenn bereits eine Thermochemie-Datenbank geladen wurde.

Berechnung der Reaktionsenthalpie ΔH in kJ/mol KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 85

10.8.1 Reaktionsenthalpie ΔH = ΔG + TΔS

Beispiel-Eingabe :

Molare freie Reaktionsenthalpie ΔG : -0.596 kJ/mol
Molare Reaktionsentropie ΔS  : 25.42 J/(Kmol)
Temperatur  : 298.16 K
Ergebnis : ΔH = 6.983 kJ/mol

10.9 Reaktionsenthalpie ΔH = ∑ ΔG_{i} + T ∑ ΔS_{i}

Berechnet aus Edukten und Produkten die Reaktionsenthalpie ΔH. Eingaben :

• Anzahl der Edukte

• Anzahl der Produkte

• Eingabe der Temperatur Entsprechend der Anzahl der Edukte und Produkte eingeben:

• Entropieänderuung ΔS in J/(Kmol)

• freie molare Reaktionsenthalpie ΔG in kJ/mol

• Anzahl der Mole Ergebnis : ΔH in kJ/mol

10.9.1 Reaktionsenthalpie H(T) = H(T_{1}) + (T - T_{1})·C_{p}

Berechnung der molaren Reaktionsenthalpie mittels der Wärmekapazität Die Berechnung erlaubt entweder über eine mittlere Wärmekapazität zu rechnen oder über die wesentlich genauere Methode mit einem C_{p}-Temperaturpolynom. Eingaben :

• Auswahl der Standard-Temperatur T_{1} (298.16K oder selbst definiert)

• Auswahl C_{p} : Als mittlere Wärmekapazität oder Temperaturpolynom

• Eingabe der Reaktionstemperatur T

Falls T_{1} = 298.16K kann die molare Reaktionsenthalpie H298 entweder per Formel aus der Datenbank übernommen werden oder manuell eingegeben werden (H in kJ/mol)).

Ist T_{1} <> 298.16 K, so muß die Angabe von H manuell in kJ/mol erfolgen. Man beachte, daß in diesem Fall die der entsprechenden Temperatur zugeordnete molare Reaktionsenthalpie einzusetzen ist.

Die Berechnung erlaubt entweder über eine mittelere Wärmekapazität zu rechnen oder über die wesentlich genauere Methode mit einem C_{p}-Temperaturpolynom.

Eingabe der molaren Wärmekapazitäten

1. Mittlere molare Wärmekapazität über den Temperaturbereich T_{1} bis T Eingabe von C_{p} in J/(Kmol) oder falls Formeleingabe Übernahme aus der Datenbank.

2. Eingabe über Temperaturpolynom C_{p}(T)

3. Eingabe der 3 Polynomkoeffizienten a,b,c (Polynom 2. Grades)

Ergebnis : Reaktionsenthalpie H(T) in kJ/mol

Nach einer Berechnung ist es möglich, beliebig oft eine neue Berechnung mit geänderter Reaktionstemperatur zu wiederholen bis entsprechend abgebrochen wird (BEENDEN).

Beispiel : H(T) von CH4(g) bei 1000 K

Eingaben :

Standard-Temperatur  : 298.16 K
Auswahl C_{p} als  : Temperaturpolynom
Reaktionstemperatur  : 1000 K
Molare Standardreaktionsenthalpie  : -74.85 kJ/mol

(Formeleingabe mit Datenbankzugriff möglich)

Temperaturpolynom  : a = 14.3
: b = 74.4 T/K
: c = -17.4 T^{2}/K^{2}

Ergebnis : H(1000 K) = -31.62 kJ/mol

Anmerkung:

Man hat die Möglichkeit bei der Eingabe der Standardreaktionsenthalpie eine Formel, statt des Wertes einzugeben. Ist diese Formel in der Datenbank, so wird die Standardreaktionsenthalpie aus ihr geladen. Sind für die Verbindung auch die Temperaturkoeffizienten in der Datenbank, so werden diese übernommen und ihre Eingabe beim C_{p}-Temperaturpolynom entfällt.

KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 87

10.9.2 Reaktionsenthalpie ΔH aus Reaktionsgleichung

Die Funktion setzt das Vorhandensein der entsprechenden Formeln in der Thermochemie-Daten-bank voraus, ansonsten wird die Berechnung abgebrochen.

Beispiel-Eingabe :

Gleichung : CO + 0.5O_{2} = CO_{2}
Temperatur : 596 K
Ergebnis : ΔH = -284.94 kJ/mol

10.10 Reaktionsauswertung

Menü Thermochemie ⇒ Reaktionsauswertung (Taste Crtl R) Menü wird erst aktiv, wenn bereits eine Thermochemie-Datenbank geladen wurde. Berechnung von H,G,S und K aus Reaktionsgleichung unter Berücksichtigung der Temperatur Die Funktion setzt das Vorhandensein der entsprechenden Formeln in der Thermochemie-Daten-bank voraus, ansonsten wird die Berechnung abgebrochen. Anmerkung : Die Berechnung erlaubt auch gebrochene Molzahlen z.B. 0.25 H_{2}(g) in der Gleichung.

Gleichungsformat :

Um Doppeldeutigkeiten mit Ionen beim Pluszeichen zu vermeiden, gilt folgende Regelung bei der Eingabe : Ein Pluszeichen eingerahmt von 2 Leerzeichen trennt Edukte bzw. Produkte, ansonsten wird es als Ionenausdruck interpretiert.

Beispiel :

Richtig : 2Ag+ + Zn = Zn2+ + 2Ag
Falsch : 2Ag++Zn = Zn2++Ag

Eingaben : Gleichung und Temperatur Ergebnis :

• Molare Reaktionsenthalpie ΔH in kJ/mol • Freie molare Reaktionsenthalpie ΔG in kJ/mol

• Entropieänderung ΔS in J/(Kmol)

• Gleichgewichtskonstante K und lnK

Beispiel-Eingabe :

Gleichung  : NO + 0.5O_{2} = NO_{2}
Reaktionstemperatur : 596 K

Ergebnis :

Molare Reaktionsenthalpie H : -59.46 kJ/mol Freie molare Reaktionsenthalpie G : -12,62 kJ/mol Reaktionsentropie S : -78.58 J/(Kmol) Gleichgewichtskonstante lnK : 2.5487 Gleichgewichtskonstante K : 10^{1.1067}

Anregungen :

Wer Gleichungen häufiger braucht, kann diese mit ’Definiere Gleichung’ vorbesetzen lassen bzw. sie mit ’Gleichung laden/speichern’ für späteren Gebrauch konservieren.

Sollten C_{p}-Temperaturkoeffizienten a,b und c vorhanden sein, so wird C_{p}(T) für die angebene Reaktionstemperatur berechnet und verwendet, ansonsten C_{p}(298K). Sollten aus irgendwelchen Gründen, die C_{p}(T)-Polynomwerte nicht erwünscht sein, so müssen sie aus der Datenbankzeile entfernt werden. Man kann sich aber auch für den jeweiligen Fall 2 Formeln zurecht basteln, einzige Bedingung der Formelname muß unterschiedlich sein (Beispiel: CH4 und CH4T).

’Schluß mit der Taschenrechner-Quälerei, da macht selbst die Thermodynamik wieder Spaß’

10.11 Chemische Thermodynamik 1

Menü Thermochemie ⇒ Ch. Thermodynamik 1

10.11.1 Elektromotorische Kraft E_{0} = -ΔG / nF

Beispiel-Eingabe :

Freie molare Reaktionsenthalpie ΔG  : -301 kJ/mol

(Formeleingabe erlaubt Datenbankzugriff für ΔG)

Anzahl der Elektronen  : 2

Ergebnis : EMK E_{0} = 1.56 Volt KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 89

10.11.2 Elektromotorische Kraft E_{0} = RTlnK / nF

Beispiel-Eingabe :

Gleichgewichtskonstante als lnK : 52
Temperatur  : 298.16 K
Anzahl der Elektronen  : 2

Ergebnis EMK = 0.668 Volt

10.11.3 Nernst-Gleichung 1 E = E_{0} - RTlnQ / nF

Q entspricht dem Quotienten aus dem MWG. Beispiel-Reaktion :

Zn(s) + 2Ag+(aq) = Zn2+(aq) + 2Ag(s) Welche Spannung herrscht, wenn die Lösung 0.01 mol Zn^{2+}-Ionen und 0.1 mol Ag^{+}-Ionen enthält?

Q = [Zn^{2}+] / [Ag^{+}]^{2}

Eingabe :

Temperatur  : 298,16 K
Standard-EMK E_{0}  : 1.56 V
Molzahl Elektronen : 2
Anzahl der Edukte  : 1 (nur Ionen zählen)
Anzahl der Produkte : 1
Edukt 1  :
Konzentration c in mol/l : 0.1
Anzahl der Mole  : 2
Produkt 1  :
Konzentration c in mol/l : 0.01
Anzahl der Mole  : 1

Ergebnis : E = 1.4713 Volt

10.11.4 Nernst-Gleichung 2 E_{0} = E + RTlnQ / nF

Entsprechend umgestellte Form der Nernst-Gleichung 1 KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 90

10.12 Chemische Thermodynamik 2

Menü Thermochemie ⇒ Ch. Thermodynamik 2

10.12.1 Clausius-Clapeyron dp/dT = ΔH / TdV

Eingabe :

Enthalpie ΔH  : 6.007 kJ/mol
Temperatur  : 273.16 K
Molares Volumen : -1.6154 cm^{3}/mol

Ergebnis :

dp/dT : -13613.2 kPa/K
dT/dp : -7.3458E-05 K/kPa

10.12.2 Clausius-Clapeyron dlnp/dT = Δ_{v}H/RT^{2}

Eingabe :

- mittlere molare Verdampfungsenthalpie Δ_{v}H in kJ/mol

- Temperatur in K Ergebnis : dlnp/dT in Pa/K bzw. dT/dlnp in K/Pa

10.12.3 Mittlere molare Verdampfungsenthalpie Δ_{v}H

Beispiel : Ethyliodid

Dampfdruck bei 34.5 Grad = 26666 Pa
Dampfdruck bei 53.0 Grad = 53320 Pa

Beispiel-Eingabe :

Temperatur 1 : 307.65 K
Temperatur 2 : 326.15 K
Dampfdruck 1 : 26666 Pa
Dampfdruck 2 : 53320 Pa

Ergebnis : Δ_{v}H = 31.248 kJ/mol (Berechnung abgeleitet aus Clausius-Clapeyron-Verfahren)

10.13 Clausius-Clapeyron Dampfdruck p

Beispiel-Eingabe :

Temperatur 1  : 307.65 K
Temperatur 2  : 326.15 K
Dampfdruck 1  : 26666 Pa
Verdampfungsenthalpie Δ_{v}H : 31.248 kJ/mol

Ergebnis : Dampfdruck p_{2} = 53320 Pa

10.13.1 C_{p}(T) über Temperaturpolynom bestimmen

Um die molare Wärmekapazität C_{p} bei verschiedenen Temperaturen besser bestimmen zu können, benutzt man oft ein Temperatur-Polynom. In Tabellenwerken findet man die entsprechenden Polynomkoeffizienten.

C_{p}(T) = a + b·10^{−3}T + c·10^{−6}T^{2}

Eingabe :

• Temperatur in K

• Eingabe der Formel, falls in Datenbank vorhanden

• Koeffizient a

• Koeffizient b

• Koeffizient c

Ergebnis : C_{p}(T)

Anmerkung :

Sollte die Formel in der Datenbank mit Temperatur-Koeffizienten vorhanden sein, so werden diese automatisch benutzt, ansonsten muß man die Koeffizienten eingeben. Sollte die Formel nicht in der Datenbank sein, so drückt man bei deren Eingabe einfach nur RETURN und gibt dann das Temperaturpolynom ein. Beachten Sie, daß alle 3 Einträge mit Ziffern besetzt werden (auch Nullen müssen eingeben werden).

10.14 Chemisches Gleichgewicht

Menü Thermochemie ⇒ Chemische Gleichgewicht

10.14.1 Berechnung von K aus Massenwirkungsgesetz MWG

Eingabe :

• Anzahl der Edukte

• Anzahl der Produkte

• Edukt 1 bis n :

• Konzentration c

• Molanzahl

• Produkt 1 bis n

• Konzentration c

• Molanzahl

Ergebnis : Gleichgewichtskonstante K und lnK

10.14.2 Berechnung des chemischen Gleichgewichts aus K

Angewendet wird hier ein iteratives Verfahren, das in Schritten die Konzentrationsverhältnisse verschiebt, um sich K anzunähern. Eingabe :

1. lgK (muß logarithmisch sein (Rechenbereich !))

2. Reaktionsgleichung

3. Eingabe der Konzentrationen der Edukte

Ergebnis : Gefundene Lösung der Konzentrationsverhältnisse Beispiel-Eingabe :

lgK  : -4.7569
Reaktionsgleichung : HAc = Ac^{−} + H^{+}
Konzentration HAc : 0.1 mol/l

KAPITEL 10. THERMOCHEMIE 93

Ergebnis :

0.098685 mol/l HAc
0.001315 mol/l Ac^{−}
0.001315 mol/l H^{+}

Übungsteile

11.1 Formel-Identifier

Menü Spz1 ⇒ Formel-Identifier

Dieser Menüpunkt versucht Ihre anorganische Formel zu testen. Er prüft die anorganische Formel auf korrekte Aufstellung, falls er die Kationen und Anionen identifizieren kann. Ob diese Verbindung dann energetisch bestehen kann, darüber kann dieses Programm keine Aussage machen.

Stellt der Formel-Identifier fest, daß die Formel korrekt aufgestellt wurde, so versucht er ihr einen Namen zu geben.

Testen Sie mal, ob Sie ihn austricksen können, viel Spaß.

Bedingung :

Organische Verbindungen sind über eine Summenformel natürlich nicht identifizierbar (z.B. Isomerie). Komplexe Verbindungen sind noch nicht vorgesehen.

In der Version 1.08 werden nun auch die Kristallwasseranteile mit ausgegeben: z.B. Al_{2}(SO_{4})_{3} · 18H_{2}O = Aluminiumsulfat-18-hydrat

11.2 Formel-Exerciser

Viele einfache Chemie-Programme besitzen Übungsteile zum Abfragen von Elementen. Laborant ST dagegen besitzt eine wesentlich schwierigere Variante eines anorganischen Übungsprogrammes.

Der Formel-Exerciser ist ein Übungsprogramm der besonderen Art. Per Zufallsgenerator werden Kationen und Anionen ausgewürfelt. Der Formel-Exerciser generiert nun daraus einen anorganischen Formelnamen.

Nun möchte der Formel-Exerciser von Ihnen eine stöchiometrisch korrekt aufgestellte Formel für diesen Namen haben.

Es gibt 2 Schwierigkeitsstufen (mittel und schwer), damit man nicht gleich das Handtuch wirft (’ich muß zugeben, ich bin verdammt ins Schwitzen gekommen’).

Sinn des Exercisers ist es, sich die Vielfalt von Anionen und Kationen auf spielerische Weise einzuprägen. Ich glaube kaum ein anderes Medium bringt dieses eigentlich trockene Thema so gut rüber. Man glaubt gar nicht wieviele Kationen und Anionen es gibt.

Der Formel-Exerciser generiert per Zufall Formeln. Dieses sagt aber nichts darüber aus, ob diese Formeln überhaupt energetisch existieren können. Dies zu testen, wäre extrem schwierig.

LGS, Matrizen und Determinanten

Menü Gleichung ⇒ Lineares Gleichungssystem (Taste Crtl G)

12.1 Eingabe eines linearen Gleichungs-Systems

Mit diesem Programm können Sie lineare Gleichungssysteme mit bis zu 9 Unbekannten lösen.

Die Eingabe erfolgt in einem speziellen Eingabe-Dialog spaltenweise.

Beispiel :

5x_{1} + 3x_{2} = 27 2x_{1} + 6x_{2} = 30

In Koeffizienten-Schreibweise :

A(1,1)x_{1} + A(1,2)x_{2} = B(1)
A(2,1)x_{1} + A(2,2)x_{2} = B(2)

Das Gleichungssystem bzw. die Matrix wird wie folgt eingegeben :

Zuerst werden alle Koeffizienten A(x,1), die zu x_{1} gehören (Spalte 1) eingegeben. Dann wechselt man mit ’Spalte->’ in die Spalte 2 und gibt die Koeffizienten A(x,2) ein usw.

Zuletzt gibt man die rechte Seite des Gleichungssystems b[i] ein. Dorthin gelangt man mittels des Knopfes ’Spalte b[i]’.

Möglichkeiten des Eingabe-Dialogs für LGS

Der Dialog stellt immer eine ganze Spalte eines linearen Gleichungssystems dar (max. 9*9 Matrizen). Die Koeffizienten A der Spalte werden per Tastatur eingeben. Nach dem Drücken der RETURN-Taste wandert man ein Element tiefer in der jeweiligen Spalte.

Funktionen des Eingabedialogs :

’Spalte->’ : wandert man eine Spalte nach rechts im Gleichungssystem
’<-Spalte’ : wandert man eine Spalte nach links
’Spalte b[i]’ : zur rechten Gleichungsseite mit den Konstanten b[i]
’START’  : Eingabe geht auf den 1. Wert einer Spalte
’Ende’  : Eingabe geht ein Element hinter den letzten Wert <> 0
’+’  : 1 Eingabefeld weiter
’-’  : 1 Eingabfeld zurück
’Alles neu’ : gesamtes Gleichungssystem (9*9) auf 0 setzen
’Fertig’  : Eingabe wird abgeschlossen, der Dialog wird verlassen

und die gewünschten Berechnungen können angewählt werden.

Elemente  : Sämtliche Werte einer Spalte können angeklickt werden

und werden sofort in die Eingabe eingespiegelt (eine sehr nützliche Funktion).

Das LGS wird nur bei Additionen/Multiplikationen und der inversen Matrix durch das Ergebnisersetzt, in allen anderen Fällen verändert es sich nicht. Möchte man die Gleichung längerfristig sichern, so kann man dies auf Diskette/Festplatte über ’Gleichung sichern’ erledigen.

Der aktuelle Wert eines Matrix-Elements wird vom System stets automatisch eingespiegelt. Mittels ESC-Taste kann man ihn bequem komplett löschen. Ansonsten gelten die Editfunktionen des GEM (Delete, Backspace oder Cursortasten). Ist eine Eingabe Null, so braucht man diese nicht explizit einzugeben, sondern drückt nur die Return-Taste.

12.2 Lineares Gleichungssystem berechnen

Nachdem man das lineare Gleichungssystem eingegeben hat, kann man mittels des Knopfes ’Ausrechnen’ den Lösungsvektor x[i] bestimmen lassen. Die Berechnung erfolgt nach dem Gauss-Verfahren.

Beispiel :

5x_{1} + 3x_{2} = 27 2x_{1} + 6x_{2} = 30

Lösung :

x_{1} = 3 x_{2} = 4

Die Dimension eines linearen Gleichungssystems wird automatisch bestimmt. Das System orientiert sich an der Besetzung der Zeilen. Im oberen Fall wäre die Dimension 2*2 + b[i]-Vektor. Unterbestimmte LGS werden ignoriert, d.h. wenn jemand im obigen LGS z.B. x_{3}-Koeffizienten mit angibt, so werden diese nicht beachtet.

Hat ein lineares Gleichungssystem keine eindeutigen reelen Lösungen, so wird eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.

12.3 Determinate bestimmen

Laborant Professional ist in der Lage Determinaten bis zur Größe 9*9 zu bestimmen. Determinaten müssen die gleiche Anzahl Zeilen und Spalten besitzen, ansonsten wird abgebrochen.

Kleinere Determinaten werden direkt z.B. nach Sarrus bestimmt. Für die höherwertigen Determinaten wird das Gauss-Eliminations-Verfahren angesetzt. Sollten sich Nullen auf der Hauptdiagonalen befinden, so versucht Laborant diese durch elementare Zeilenadditionen zu entfernen, sollte dies nicht gelingen so wird abgebrochen.

12.4 Hadamardsches Konditionsmaß

Die Kondition ist ein Maß für die numerische Stabilität einer Matrix. Ist die Kondition schlecht, so ändern bereits kleine Koeffizientenänderungen A(i,k) das Ergebnis stark. Die Lösung eines LGS ist also numerisch instabil. Man muß bei diesen Matrizen versuchen, durch Nachiteration, die Lösungen zu verbessern bzw. die Matrix normieren.

12.5 Laden eines linearen Gleichungssystem

LGS sind im kommagetrennten ASCII-Format aufgebaut, um einen externen Import zu erleichtern (fremdgenerierte LGS-Dateien). Die Dateien haben die Endung .LGS. Natürlich kann man auch die LGS per Editor eingeben und als .LGS-Datei gespeichern.

Beispiel :

2x_{1} + 3x_{2} = 56 3x_{1} + 7x_{2} = 134

Dateiaufbau (ASCII):

2 , 3 , 56 3 , 7 , 134

12.6 Speichern eines linearen Gleichungssystems

LGS werden im kommagetrennten Format gespeichert (s. Kapitel 12.5). Die Dateiendung ist .LGS.

Die Größe eines LGS wird automatisch erkannt, d.h. daß leere Zeilen und Spalten werden nicht mitabgespeichert. Der b[i]-Vektor ist stets die letzte Zahl in einer gespeicherten LGS-ASCII-Zeile. Ein interner Algorithmus kürzt überflüssige Nullen an Ziffernenden weg.

Beispielkürzungen :

12.5000 wird zu 12.5

1.4300E-12 wird zu 1.43E-12

LGS-Dateien können aufgrund ihrer ASCII-Struktur direkt in viele Tabellenkalkulationen importiert werden.

12.7 TeX-Ausgabe von Matrizen, Determinanten und LGS

TeX erlaubt die Darstellung sehr komplexer mathematischer Ausdrücke. Das Dumme ist nur, daß es Einiges an Aufwand kostet, diese Darstellungen zu erzeugen.

Laborant Professional ist in der Lage, Matrizen, Determinanten und ganze lineare Gleichungssysteme im TeX-Format zu erzeugen. Ein Blick in die erzeugte TeX-ASCII-Datei dürfte schnell zeigen, was für einen Tipaufwand man sich erspart hat. Für die Ausgabe wird das aktuelle Gleichungssystem in der LGS-Eingabe verwendet.

1. Eingabe der Ausgabetypen :

• Typ 1 : Determinante im TeX-Format erzeugen

• Typ 2 : Matrix im TeX-Format erzeugen

• Typ 3 : Lineares Gleichungssystem im TeX-Format erzeugen

• Typ 4 : Lösung des LGS im TeX-Format erzeugen

2. Anzahl der Nachkommastellen der Matrix/Determinante/LGS festlegen

Von 0 bis 5 Nachkommastellen werden ausgegeben.

3. Anzahl der Nachkommastellen einer Lösung eines LGS

1. Vollformat (alle möglichen Nachkommastellen nutzen) Überflüssige Nachkomma-Nullen werden automatisch entfernt.

2. bzw. 1 bis 5 feste Nachkommastellen ausgeben

Für den Typ 3 und Typ 4 (LGS-Typen) wird zusätzlich der Name der Unbekannten abgefragt. Standardmäßig wird hier x eingespiegelt, aber man kann auch jeden anderen Namen wählen.

Auswahl der Ziel-TeX-Datei (Pfad standardmäßig der Ordner TEXTE)

Die Datei-Extension ist .TEX für TeX-Dokumente.

Beispielausgaben in TeX-Format

( \begin{matrix}2.00 & 9.00 & 9.00 & 4.00 \\ 2.00 & −3.00 & 12.00 & 8.00 \\ 4.00 & 8.00 & 3.00 & −5.00 \\ 1.00 & 2.00 & 6.00 & 4.00 \end{matrix} ) ( \begin{matrix}x_{1} \\ x_{2} \\ x_{3} \\ x_{4} \end{matrix} ) = ( \begin{matrix}1.00 \\ 2.00 \\ 3.00 \\ 4.00 \end{matrix} )

12.8 Eigenwerte von symmetrischen Matrizen

Matrizen werden genau, wie LGS eingeben. Nur, daß hier der Vektor b[i] nicht angegeben wird.

Das System geht von einer symmetrischen Matrix aus und nutzt diese Symmetrie-Eigen-schaften auch aus. Die Berechnung erfolgt nach dem Jacobi-Verfahren (näheres s. Bronstein, Taschenbuch der Mathematik)

Das Verfahren nähert sich mit Hilfe sogenannter Jacobi-Rotationen einer gewünschten Genauigkeit an.

Standardmäßig sind 250 Transformationsversuche eingestellt und eine Genauigkeit von 1E-7. Beide Werte kann man beliebig ändern.

Die Berechnung kann durchaus einige Zeit kosten. Sollte die Genauigkeit nach der angebenen Anzahl von Transformationen nicht erreicht worden sein, gibt es eine Fehlermeldung. Versuchsweise kann man dann die Anzahl der Transformationen erhöhen bzw. die Genauigkeit absenken. Sollte man immer noch keinen Erfolg haben, muß man versuchen, die Kondition seiner Matrix zu verbessern (Normierung).

Ausgegeben werden die bestimmten Eigenwerte der Matrix.

12.9 Inverse Matrix berechnen

Die inverse Matrix : A^{−1} = 1/detA · transpon. A-Matrix Die Berechnung zerstört die Orginalmatrix und ersetzt sie durch die inverse Matrix A^{−1}.

Nicht jede Matrix ist invertierbar (nur wenn det A <> 0). Laborant Professional meldet dies, die Originalmatrix bleibt dabei erhalten.

12.10 Addition und Multiplikation von Matrizen

Am Anfang muß man sich zwischen Addition oder Multiplikation der Matrizen entscheiden.

1. Addition : A = A + B

Es wird die interne Matrix mit einer externen Matrix von der Diskette bzw. Harddisk addiert und das Ergebnis in der internen Eingabe eingespiegelt. Die vorherige interne Matrix wird überschrieben.

2. Multiplikation : A = A * B

Die Operation läuft ähnlich der Addition (s.o.) ab. Nur daß die Matrizen multipliziert werden und dabei auf die Matrix-Dimensionen geachtet wird.

Die Matrizen müssen nicht unbedingt quadratisch sein, aber sie müssen den Gesetzen der Matrix-Multiplikation entsprechen. Die Zeilenanzahl der Matrix A muß der Spaltenanzahl der Matrix B entsprechen, ansonsten gibt es eine Fehlermeldung.

Beide Matrizen-Operationen zerstören die interne Matrix A und überschreiben diese mit dem Ergebnis der Matrix-Operation.

Die externe Matrix muß als .LGS-Datei bereits mit ’Gleichung sichern’ auf der Festplatte/Diskette existieren. Wer .LGS-Dateien von Hand per Editor eingibt, darf den b[i]-Vektor nicht vergessen (auf 0 setzen). Die letzte Spalte einer gesicherten .LGS-Datei wird automatisch als b[i]-Vektor aufgefaßt. Der geladene b[i]-Vektor spielt allerdings für die Berechnung keine Rolle.

Fremdprogramme und Hilfstexte

13.1 Hilfstexte

Menü Spz2 ⇒ Hilfstexte (Taste HELP)

13.1.1 Funktionstasten-/Sondertasten-Belegung

Ab Laborant ST/TT Plus 1.19 werden die Funktionstasten unterstützt. So kann man bequem ohne Maus schnell Menüpunkte aufrufen. Die Funktionstasten und die Control-Taste wurden mit den am häufigsten benutzten Menüpunkten belegt.

F1 = Molmasse bestimmen  F6 = Thermo-Datenbank laden
F2 = Menge aus Formel bestimmen F7 = PSE-/Ionen-Info
F3 = Gleichungs-Analyse  F8 = Meßwert-Eingabe
F4 = Empirische Formel  F9 = Meßwerte laden
F5 = pH-Werte berechnen  F10 = Quit

Spezielle Tastaturbelegungen (Control-Sequenzen) :

Control A = Meßwerte anzeigen
Control B = Meßwerte bearbeiten
Control C = Chemische Lösungen 1
Control D = Chemische Lösungen 2
Control E = Chemische Lösungen 3
Control F = Fehlerechnung
Control G = Lineare Gleichungssysteme
Control H = Thermochemie-Datenbank ansehen
Control I = Einheiten-Umrechnung
Control J = Statistische Tests
Control K = Konstanten/Tabellen
Control L = Lineare Regression

KAPITEL 13. FREMDPROGRAMME UND HILFSTEXTE 103

Control M = Menge in Mol umrechnen
Control N = Mol in Menge umrechnen
Control O = Diskettenoperationen
Control P = Benutzerprogramm aufrufen
Control Q = Reaktionskinetik
Control R = Reaktionsauswertung
Control S = Meßwerte speichern
Control T = Titration auswerten
Control U = Urtiterlösung herstellen
Control V = Gleichungs-Verwaltung
Control W = Suchen in Thermochemie-Datenbank
Control X = Externer Editor
Control Y = Biochemie
Control Z = Formelmacros

Um die Maus-Kurverei bei anderen Menüpunkten zu vermeiden, wurde die UNDO-Taste eingeführt. Sie erlaubt es, das zuletzt verwendete Menü beliebig oft erneut aufzurufen. Die HELP-Taste spiegelt den Menüpunkt Hilfstexte ein.

13.1.2 Formel-/Gleichungs-Struktur

Für Formeln sind folgende Konventionen einzuhalten :

Ab Laborant ST/TT Plus 1.22 existiert ein neuer noch leistungsfähigerer Formel- und Gleichungsscanner. Ab sofort sind bis zu 10 ungeschachelte Klammern erlaubt. Neben Kristallwasseranteilen (∗H_{2}O) sind jetzt beliebige Formeln (z.B. ∗24MoO_{3}) zugelassen.

Beispiele:

• CH_{3}(CH_{2})_{5}CO(CH_{2})_{3}SO_{3}H
• UO_{2}(NO_{3})_{2} ∗ 12H_{2}O
• P_{2}O_{5} ∗ 24MoO_{3}
• (NH_{4})_{2}PtCl_{6}

Beachten Sie, daß keine anderen Sonderzeichen außer Klammern und ∗ zugelassen sind.

Gleichungen sind wie folgt aufgebaut : MnO_{2} + NaNO_{3} + Na_{2}CO_{3} = Na_{2}MnO_{4} + NaNO_{2} + CO_{2}

13.1.3 Statistik-Info

Kurzer Überblick über die Meßwertverwaltung der Statistik-Funktionen

13.2 Benutzer-Programm

Menü Spz2 ⇒ Benutzer-Programm (Taste Crtl P)

Mit der Version 1.20 kann Laborant ST beliebige Benutzerprogramme ausführen und nach Laborant ST zurückkehren (’Hier danke ich besonders dem ST-PASCAL Plus Hersteller CCD für seine excellente Benutzerunterstützung’).

Per Fileselektorbox wird das gewünschte Programm ausgewählt und dann ausgeführt. Hier kann der Benutzer eigene Spezial-Programme aufrufen, die Laborant Professional noch nicht beherrscht ( z.B. Graphik, Statistik oder spezielle Anwendungen).

Laborant Professional verweigert sich, wenn :

Programm benötigt zuviel Speicherplatz.

Programm hält sich nicht an die Konventionen von TOS bzw. GEM und manipuliert z.B. Speicherplätze die zu Laborant Professional gehören.

Manche Programme haben beim Fremdstart Probleme mit ihren RSC-Dateien und Systemdateien. Sie suchen sie dann auf dem Pfad von Laborant Professional und finden sie natürlich nicht. Bei solchen hartnäckigen Fällen hilft nur eins, die RSC-Dateien mit in die LABORANT.PRG-Ebene legen.

Nützlich sind z.B. Editoren, wie z.B. EDISON 1.1 oder TEMPUS 2.13, mit denen man schnell mal einen Laborbericht schreiben kann.

Mit dem Programm CHEMPLOT 2.1B (148 DM, Chemo-Soft, Lindenhofsgarten 1, W-2900 Oldenburg) kann man hervorragend organische Strukturformeln zeichnen. CHEMPLOT 2.1B läßt sich problemlos von Laborant Professional starten (RSC in Laborant.PRO -Ordner).

So lassen sich Kombinationen wie :

Laborant Professional, EDISON 1.1 und Chemplot 2.1B

Laborant Professional, EDISON 1.1 und Plotter.GFA 2.4 problemlos nutzen.

Als wissenschaftliche Textverarbeitung empfehle ich Tempus Word Pro von CCD oder SIG-NUM 3 mit mCHEM3. Beides sind mächtige Textverarbeitungen der Extraklasse mit viel Komfort.

Aber alle diese Programme werden vom Klassiker TeX geschlagen, nicht im Komfort, sondern in der Flexibilität. Die Textgestaltungssprache TeX sollte jeder Wissenschaftler beherrschen. Im sehr interessanten Kapitel 15.1. finden Sie mehr über die 2. Anleitung von Laborant Professional und den Features von TeX.

Sollten Sie eine eigene Datenbank benötigen, empfehle ich :

Phoenix 2.0 von Application Systems, Heidelberg

Diese Datenbank ist schnell, sehr komfortabel und vorallem programmierbar.

Als Zeichenprogramm empfehle ich Arabesque Pro von Shift, Flensburg.

13.3 Externen Editor aufrufen

Menü Spz2 ⇒ Externer Editor (Taste Crtl X)

Mit einen ASCII-Editor können schnell Text-Dateien jeder Art editiert werden. Laborant Professional bietet die Möglichkeit, einen eigenen ASCII-Texteditor an Laborant zu koppeln. Ich selbst benutze den hervorragenden Edison 1.10-Editor von Kniss-Soft.

Ruft man den eigenen Editor auf, so kann man z.B. die Thermochemie-Datenbank problemlos editieren oder die README.DOC schnell mal lesen. Der Phantasie sind hier keine Grenzen gesetzt. Allerdings muß genügend RAM-Speicher vorhanden sein (2 MByte wären günstig).

Standardmäßig wird der Editor im Ordner Laborant unter der Bezeichnung EDITOR.PRG gesucht. Text-Editor, Pfadangabe und Name können, aber jederzeit mit ’Systempfade LA-BORANT.INF festlegen’ geändert werden. Diesen Menüpunkt finden Sie unter Disketten-Operationen (Menü Datei). Hier ist es der System-Pfad 9.

Nun, nicht jeder braucht einen ASCII-Editor. Dieser Menüpunkt kann auch ’mißbraucht’ werden, um Fremdprogramme ohne Klickerei zu laden, wie z.B. das PD-Programm Mathcalc als komfortablen Taschenrechner. Allerdings verlangen einige Programme beim externen Start ihre RSC-Datei auf der LABORANT.PRG Ebene (näheres Kapitel 13.2.). Die Idee zum Mißbrauch dürfte Früchte tragen.

13.4 Programm verlassen

Menü Datei ⇒ Quit (Taste F10)

Nun, so schnell sollte man Laborant Professional nicht verlassen. Schließlich hat man nicht jeden Tag eine solche chemische Fundgrube vor sich. Aber irgendwann muß es ja mal sein.

Neben diesem Menüpunkt kann man auch das Laborant Hauptfenster mittels des Fenster-Closers (links oben im Fenster) verlassen.

Installation und Multitasking

14.1 Installation

Um Laborant Professional optimal an die jeweiligen Disketten- bzw. Harddisk-Konfigurationen anpassen zu können, wurde die Datei LABORANT.INF eingeführt.

LABORANT.INF legt die Zugriffspfade für die verschiedenen Dateiklassen und den Zugriff auf einen externen Editor fest.

Die Systempfade können bequem mit der Operation ’Systempfade’ im Menü Diskettenoperationen geändert werden.

Wichtig : diese Dateien/Programme müssen in der gleichen Ordnerebene liegen (Normalerweise im Ordner LABORANT.PRO).

LABORANT.PRG, LABORANT.DAT und LABORANT.INF

Grundeinstellung von LABORANT.INF

Falls Sie nichts an den Zugriffspfaden von Laborant Professional ändern wollen, brauchen Sie sich nicht um die weitere Installation kümmern.

Die LABORANT.INF legt die Zugriffspfade für insgesamt 8 Datei-Typen fest + einen Editor-Pfad :

1. Pfad für Messwertdateien  von Typ .MSW
2. Pfad für VIP-Dateien  von Typ .VIP
3. Pfad für Plotter.GFA-Dateien von Typ .PLT
4. Pfad für Gleichungen  von Typ .EQU
5. Pfad für Formelmacros  von Typ .FOR
6. Pfad für Data-Interchange-D. von Typ .DIF
7. Pfad für ASCII-Dateien  von Typ .TXT
8. Pfad für Thermo-Datenbank von Typ .THC

9. Pfad für externen Editor

10. Endezeichen # Grundaufbau der Datei LABORANT.INF

\LABORANT.PRO\MESSWERT\*.MSW \LABORANT.PRO\SPREAD\*.VIP \LABORANT.PRO\PLOTTER\*.PLT \LABORANT.PRO\FORMELN\*.EQU \LABORANT.PRO\FORMELN\*.FOR \LABORANT.PRO\SPREAD\*.DIF \LABORANT.PRO\TEXTE\*.TXT \LABORANT.PRO\THERMOC\*.THC \LABORANT.PRO\EDITOR.PRG #

Das bedeutet z.B. daß die Meßwertdateien in einem Ordner namens MESSWERT gesucht bzw. abgelegt werden usw.

Die Verwendung eines externen Editors finden Sie im Kapitel 13.3.

Arbeiten mit 2 Floppies

Viele Anwender benutzen zwei Laufwerke. Die Laborant Professional-Version liegt z.B. in Laufwerk A, während alle Ordner mit den Meßwerten in Laufwerk B liegen.

Hierzu dient die Datei TWODRIVE.INF :

B:\MESSWERT\*.MSW B:\SPREAD\*.VIP B:\PLOTTER\*.PLT B:\FORMELN\*.EQU B:\FORMELN\*.FOR B:\SPREAD\*.DIF B:\TEXTE\*.TXT B:\THERMOC\*.THC B:\EDITOR.PRG #

Man beachte, daß für den Laufwerkswechsel auch die Laufwerksbezeichnung z.B. B: mit in die LABORANT.INF gehört !

Möchte man mit 2 Laufwerken arbeiten, muß die alte LABORANT.INF gelöscht und die Datei TWODRIVE.INF in LABORANT.INF umbenannt werden. Die entsprechenden Ordner müssen auch auf der Datendiskette B angelegt bzw. draufkopiert werden.

Warnung :

Wer dies vergißt oder Ordnernamen angibt, die nicht der LABORANT.INF entsprechen, produziert Chaos^{3} !

Anmerkung :

Ab Version ST/TT Plus 1.20 merkt sich das Programm evtl. Pfadwechsel.

14.2 Laborant Professional und Multitasking

Laborant Professional ist grundsätzlich in Multitasking-Betriebssystemen einsetzbar. Welche Möglichkeiten bieten sich hier dem Laborant-Anwender gegenüber dem bisherigen Singletask-Betrieb ?

Laborant Professional setzt stark auf den Export von Meßdaten in leistungsstarke Graphikprogramme, wie z.B. Data Professional 4.0 von Wirtz oder XAct von Scilab. Im Multitasking-Betrieb arbeiten diese Programme parallel zu Laborant Professional. Ein einfacher Klick in ein Fenster des jeweils anderen Programms und schon wird in diesem Programm weitergearbeitet.

Nun, Multitasking erfordert eine hohe Rechenleistung und dafür konzipierte Prozessoren. Unter 68000-Systemen, wie ATARI ST oder MEGA STE, ist ein schnelles Multitasking nur schwer möglich. Erst ab dem ATARI FALCON und erst recht auf dem ATARI TT wird der Multitasking-Betrieb zur Freude. Am Besten ist natürlich ein Großbildschirm, um möglichst viele Programme direkt im Blick zu haben.

Laborant Professional selbst besitzt max. 3 Fenster zur Verwaltung. Das Laborant-Haupt-fenster besitzt momentan nur die Funktion, für die anderen beiden Fenster einen schnellen Hintergrund-Redraw zu gewährleisten. Dazu muß man wissen, daß in Multitasking-Systemen zerstörte Fensterinhalte von Fremdprogrammen sich automatisch restaurieren. Ist der Inhalt des Fremdprogramm-Fensters nur zeitaufwendig wiederherstellbar, so dauert es entsprechend lang. Das Laborant Hauptfenster dagegen ist absolut schnell wiederhergestellt, teilweise schneller als der Desktop. Die beste Versicherung gegen langwierige Redraw-Zeiten ist es, einmal gesetzte Fenster nicht laufend über andere Fenster zu schieben und möglichst nur wirklich relevante Fenster offenzuhalten. Wer zu viele Programme gleichzeitig startet, dem wird die Rechenzeit in die Knie gehen. Das Laborant-Hauptfenster wird in einer der nächsten Versionen noch eine sehr bedeutende Rolle bekommen, dazu zu gegebenem Zeitpunkt mehr.

Laborant Professional ist in der Lage Fremdprogramme direkt zu starten, dies ist in Multitasking-Umgebungen normalerweise unüblich. Denn normalerweise müßte das gestartete Programm zusätzlich alle Laborant-Fenster auch mit restaurieren, was es natürlich nicht kann. Da diese Option, aber trotzdem manchmal ganz nützlich ist, schließt Laborant Professional vorher alle seine Fenster und meldet seine Menüleiste ab. Somit stehen dem gestarteten Programm noch weitere Fenster zur Verfügung. Nach Beendigung des Programms meldet sich Laborant mit seinem Hauptfenster wieder und es kann weitergehen. Trotzdem ist diese Art von Programmstart in Multitasking-Umgebungen nicht üblich, hier werden Programme über den Desktop oder die erweiterte Accessory-Leiste aktiviert, so sollten Sie auch handeln. Beachten Sie das Programme viel Speicher fressen und das Ihnen nicht die Fenster ausgehen.

Manche Fremdprogramme sind nur bedingt multitaskingfähig. Sie reservieren grundsätzlich den gesamten Restspeicher für sich. So daß beim Start oder bei kleineren Speicheranforderungen und Programmen der Computer sofort INTERNAL MEMORY OUT meldet und hängt.

Die Programme kann man sehr leicht erkennen. Unter Multitasking darf man jedes beliebige Programm mehrfach starten. Läßt sich ein Programm nicht 2x starten, so ist etwas mit dessen Speicherverwaltung im Argen. Manche Programme erlauben deshalb den eigenen Speicherhunger zu limitieren, hier sollte man in deren Handbüchern mal ’graben’. Manche Programme legen außerhalb stat. Dialoge mit auf den Schirm. So kann es dann bei der Überlagerung von Fremdfenstern zu bösen REDRAW-Effekten kommen (z.B. KSPREAD4 V4.19 Eingabedialog). Laborant Professional kann man bei genügend Speicher z.B. 16 MB TT-RAM im TT mehr als 18x auf dem Bildschirm haben. Außerdem nutzt Laborant ST/TT Plus bei dynamischen Speicheranforderungen das TT-RAM, wenn vorhanden.

Laborant Professional wurde unter MultiGEM2 im Multitasking-Betrieb getestet.

14.3 Fenstersteuerung

Mit der neuen Professional-Version kann Laborant mit mehreren Fenstern gleichzeitig arbeiten. Das Meßwertfenster kann nach der Eingabe von Meßwerten oder dem Menüpunkt ’Meßwert laden’ geöffnet werden.

Das Meßwertfenster wird mit Control A oder über den Menüpunkt ’Meßwert anzeigen’ auf den Bildschirm gebracht.

Das Thermochemie-Fenster wird erst nach dem Laden einer Thermochemie-Datenbank aktiv. Es wird mit Control H oder über den Menüpunkt ’Datenbank ansehen’ auf den Bildschirm gebracht.

Zwischen dem Laborant Hauptfenster und den beiden anderen Fenstern kann man durch einfaches Anklicken des jeweiligen Fensters sofort in dieses Fenster gelangen.

Desweiteren kann man das Meßwertfenster über Control A und das Thermochemiefenster über Control H jeder Zeit in den Vorgrund holen. Das momentan aktive Fenster erkennt man an der grauen Titelleiste.

Sollte jemanden das Laborant Hauptfenster stören, so kann man es durch einen Klick auf den FULL-Button im rechten oberen Fenster stark verkleinern lassen. Ein erneuter Druck auf den Full-Button ergibt wieder die maximale Fenstergröße auf dem Bildschirm (auch Insert-Taste).

Fenster werden über den CLOSER-Button geschlossen, dieser sitzt in der oberen linken Ecke eines Fensters. Ein Druck auf diesen Closer-Button beim Meßwert- oder Thermochemie-Fenster schließt diese Fenster. Beim Hauptfenster dient der Closer-Button zum Beenden des Laborant Professional-Programms !

In der jetzigen Professional-Version sind das Meßwert- und Thermochemiefenster in der Größe nicht veränderbar. Nur das Hauptfenster kann bis zu einer vom GEM vorgebenen Größe verkleinert werden. Hierzu wird der SIZE-Button in der unteren rechten Fensterecke benutzt. Der Size-Button wird angeklickt und die Maus mit gedrückter linker Maustaste bewegt. Hat das Fenster die gewünschte Größe erreicht, so wird die linke Maustaste losgelassen.

Das Meßwertfenster und das Thermochemie-Fenster besitzen auf der rechten Seite je 2 Pfeilsymbole und einen grauen Balken mit kleinem weißen Rechteck. Die Pfeile dienen zum zeilenweisen Blättern im Fenster. Den grauen Balken nennt man SLIDER, er dient zum schnellen Wandern durch die Fensterinhalte. Dazu klickt man das kleine weiße Kästchen per Maus an und verschiebt es per gedrückter linker Maustaste. Schiebt man das Rechteck ganz nach oben, so ist man am Anfang der Meßwerttabelle bzw. Datenbank. Schiebt man es ganz nach unten, so ist man entsprechend auf dem letzten Datensatz. Alle anderen Positionen des Rechtecks erlauben die ungefähre Anwahl eines Datensatzes, z.B. in der Mittelstellung wird die Umgebung mittleren Datensatzes eingespiegelt.

Achtung : unter TOS 2.06 und 3.06 existiert ein GEM-Fehler. Ein Druck auf ein Pfeilsymbol führt zu einer 2-fachen Verschiebung, außerdem sind die Pfeilsymbole im Accessorybetrieb nicht ansprechbar. Hier hilft nur das PD-Programm ARROWFIX13.

Mit der Professional-Version kann man jetzt aber auch die Tastatur zum Blättern in Meßwertund Thermochemie-Fenstern benutzen.

Folgende Tasten stehen zur Verfügung :

Cursor hoch  = einen Datensatz zurückblättern
Shift Cursor hoch = 10 Datensätze zurückblättern
Cursor tief  = einen Datensatz vorblättern
Shift Cursor tief = 10 Datensätze vorblättern
ClrHome  = ab 1. Datensatz anzeigen
Shift ClrHome  = letzten Datensatz anzeigen
Insert  = Hauptfenster verkleinern/vergrößern

Mir persönlich gefällt die Tastatur-Lösung besser, als ständig mit der Maus zu klicken, aber dies ist Geschmackssache.

Laborant Professional selbst nutzt noch keine fliegenden Dialoge. Wer unbedingt, welche benutzen möchte, sollte das Shareware-Programm Let’Em Fly 1.19 verwenden. Dies hat zusätzlich den Vorteil, daß die Auswahlknöpfe auch per Tastatur angewählt werden können. Ich selbst bin bis jetzt immer ohne fliegende Dialoge über die Runden gekommen.

Anmerkung :

Sollte plötzlich das Meßwertfenster oder Thermochemiefenster vom Bildschirm verschwunden sein, ohne daß man vorher den CLOSER-Button selektiert hat, dann hat man zufällig das Hauptfenster angeklickt. Dieses überlagert durch seine Größe die beiden anderen Fenster. Mit Control A bzw. Control H holt man sich seine verlorengeglaubten Fenster zurück oder man klickt auf den Full-Button des Hauptfensters. Man kann die Fenster aber auch absichtlich hinter dem Hauptfenster verstecken, um REDRAW-Zeiten zu sparen.

14.4 Speicherverwaltung

Laborant Professional ist ein sehr großes Programm, deshalb muß man beim Betrieb mit 1 MByte Speicher einiges beachten.

Laborant Professional Speicherbedarf

+ 572 KB Programmgröße
+ 150 KB internes Datenmanagement
+ Sicherung von Dialogen und Fensterinhalten
+ Resource-Datei

Für 1 MByte-Besitzer heißt dies, möglichst keine Accessories benutzen. Gegebenenfalls NVDI (insbesondere Fonts) und Harddisk-Cache entfernen.

Laborant geht sehr sparsam mit Fenster- und Dialogspeicher um. Der Speicher wird stets dynamisch angefordert und nach Benutzung sofort wieder freigegeben. Man sollte also nicht unbedingt Meßwert- und Thermochemiefenster gleichzeitig offen halten, da sie miteinander eigentlich nichts zu tun haben.

Wer sich nicht bei 1 MByte um die obengenannten Regeln kümmert, den weist Laborant Professional gnadenlos auf den Speichermangel hin. Danach ist dann kein ordnungsgemäßer Bildschirmaufbau mehr möglich.

Garantiert wird ein ordnungsgemäßer Ablauf bei 1 MB , wenn keine Accessories und NVDI geladen sind. NVDI sollte bei 1 MB ohne ASSIGN.SYS getestet werden, die Fontkapazität muß ggfs. ausgetestet werden.

Falls ein TT mit FAST-RAM vorhanden ist, so wird Laborant Professional komplett dort benutzt, ebenso werden dann dynamische Speicheranforderungen im TT-RAM abgewickelt. So daß sich im ST-RAM alle nicht TT-RAM stabilen Programme noch besser ausbreiten können.

Vorteil: mehr Platz für andere Programme im ST-RAM und Laborant Professional wird ca. 40% schneller.

Einige Interna von Laborant Professional :

Programmzeilen ohne GEM-Includes : 23717 PASCAL-Zeilen
Laborant Unterprogramme  : 376
Laborant Funktionen  : 21

Anmerkungen, Anleitungen und Zukünftiges

15.1 TeX-Anleitung/Handbuch

Ab Laborant Professional Version 1.00 ist das Programm mit einer kompletten Anleitung in der Textgestaltungssprache TeX mit auf der Diskette (gepackte Datei LAB TEX.TOS → LAB TEX.DVI).

Warum eigentlich TeX und nicht mehr die alte SIGNUM2-Anleitung ?

Hierfür gibt es mehrere Gründe :

TeX ist standardisiert und existiert für alle heutigen Computersysteme (vom AMIGA bis zum Großrechner)

TeX stellt mächtige Funktionen für Chemiker und Mathematiker zur Verfügung, die in der Textverarbeitung SIGNUM 2 nur sehr schwer realisierbar sind

TeX ist eine Art Textprogrammiersprache und kann von beliebigen Programmen mit generierten TeX-Makros versorgt werden. Laborant Professional generiert z.B. erstklassige Meßwerttabellen für TeX

Die gesamte Verwaltung und Gliederung von Handbüchern kann mit TeX-Befehlen bequem erledigt werden

SIGNUM 2 ist allerdings in der Bedienung TeX haushoch überlegen, aber in Flexibilität geradezu ein Zwerg gegenüber TeX

TeX ist PD-/Shareware und als Weltstandard für alle Systeme zur Zeit auf dem Markt. Wie lange noch SIGNUM 2 produziert wird, kann ich nicht sagen, aber viele neue Programme sind bereits mächtiger.

Nun, TeX ist kein WYSIWYG-Programm (’What you see is what you get’), sondern eine Textgestaltungssprache. Der Text mit seinen Gestaltungsbefehlen wird mit einem ganz normalen Texteditor (z.B. Edison) als ASCII-Datei erstellt.

Da die normalen TeX-Befehle nur elementare Funktionen beinhalten, werden heutige TeX-Dokumente mit LaTeX erstellt. Dies ist ein großes TeX-Makro-Paket, um die Seitengestaltung möglichst einfach zu gestalten. Daneben können aber auch fachspezifische Makropakete, wie z.B. Chemie-Makropakete benutzt werden.

TeX ist eine faszinierende Programmiersprache. Jeder, der sich mit wissenschaftlichen Dokumenten befaßt, sollte sie eigentlich nutzen. Nun, um einen schönen Einblick in die Welt von LaTeX zu geben, empfehle ich folgendes Buch :

Literatur zu TeX :

LaTeX - Eine Einführung

Helmut Kopka

Addison-Wesley Verlag

Die Laborant Professional TeX-Anleitung wurde erstellt mit :

MultiTeX 5.1

Sonderdisk SD 78 (8 Disketten 75.-DM)

Maxon Computer

Industriestraße 26

W-6236 Eschborn

MultiTeX sollte auf einem schnellen ST oder besser auf einem FALCON bzw. ATARI TT eingesetzt werden. 4 MByte RAM und mind. 16 MByte freier Festplattenplatz sind einzuplanen. Ordentliche Handbücher druckt man am besten mit einem Laserdrucker aus.

Die TeX-Datei liegt in gepackter Form auf der Diskette vor, da sie aufgrund Ihrer enormen Größe sonst nicht mehr drauf gepaßt hätte. Die Datei LAB TEX.TOS ist entweder auf einer Festplatte/RAM-Disk zu entpacken oder auf eine separate Diskette zu kopieren. Die Anleitung entpackt sich selbst nach dem Anklicken (Dank des PD-Programms SFX-LZH von Stefan Gross).

Die Anleitung liegt als LAB TEX.DVI dann vor. DVI-Dateien sind übersetzte TeX-Dateien, die unabhängig vom jeweiligen Druckertreiber sind (DVI = Device independent). DVI-Dateien sind kodiert und kein ASCII-Text. Sie können direkt über die Shell des MultiTeX ausgedruckt werden.

Folgendes muß Ihre beliebige TeX-Version erfüllen. Sie muß kompatibel zur neuesten TeX-Version 3.14 und LaTeX 2.09 sein. Außerdem müssen die Standardfonts in 11pt Größe vorhanden sein. Dann steht dem Ausdruck nichts mehr im Wege.

Aufgrund der Standardisierung von TeX kann man natürlich die DVI-Datei z.B. auch von einem Uni-Rechner verarbeiten und drucken lassen. Mit TeX steht Ihnen die gesamte professionelle Welt vom ATARI, PC, Mac bis zur Workstation zur Verfügung.

Auf Wunsch liefere ich auch die Original-ASCII TeX-Datei aus. Die ist aber nur von Interesse, wenn jemand die Anleitung verbessern (sehr löblich) oder TeX lernen möchte. Auf einem ATARI TT dauert die komplette Neuübersetzung rund eine halbe Stunde. Während die übersetzte DVI-Datei natürlich sofort mit dem Ausdruck beginnt (rund 140 DIN A4-Seiten). Auf Wunsch ist die ASCII-TeX-Datei bei mir gegen Leerdiskette und Rückporto zu erhalten.

15.2 Fremdsprachenversionen

Laborant Professional ist natürlich nicht nur für den deutschsprachigen Anwenderkreis sehr interessant, was mir viele Anfragen aus dem Ausland beweisen.

Insbesondere eine englische Übersetzung wäre das Größste. Aber bisher hat sich noch keiner dazu bereitgefunden, den großen Aufwand mit mir zusammen über die Bühne zu bringen.

Nun, was Engländer und Amerikaner bisher noch nicht geschafft haben, haben ein Schwede und ich bereits hinter uns.

15.2.1 Schwedische Vollübersetzung

Stand : Laborant ST/TT Plus 1.24

Dank des unermüdlichen Einsatzes meines Freudes Tasso Miliotis, einem schwedischen Chemiestudenten, ist auch eine schwedische Version entstanden.

Im September 1989 besuchte ich Schweden. Ich danke, neben Tasso, insbesondere Anniqa Andersson und der chemischen Fakultät der technischen Hochschule in Kristianstad für Ihre Gastfreundschaft.

Am 17.Mai 1992 wurde die schwedische Vollübersetzung abgeschlossen. Jeder, der Interesse hat, kann sie bei Tasso oder mir gegen Portoerstattung und Leerdiskette beziehen.

Tasso Miliotis, Möllegatan 1, S-28063 Sibbhult, Schweden

15.2.2 Erstellung einer Fremdsprachenversion

Wie kann man sich nun eine Fremdsprachen-Übersetzung vorstellen. Der Quelltext von Laborant Professional ist nicht frei zugänglich, daran wird sich auch nichts ändern.

Als Erstes müssen die ASCII-Dokumentation und danach die TeX-Dokumentation komplett übersetzt werden. Alle Bildschirm-Dialoge erhält der Benutzer als Hardcopy. Die Übersetzungen werden dort eingetragen und an mich zurückgesandt. Nach den Änderungen der Quelltexte und Neuübersetzungen werden die Teile vom Übersetzer im Programm nochmals gecheckt. Fehlerhafte Texte werden schriftlich oder per Hardcopy gemeldet.

Nun, nach einigen Wochen bis Monaten ist dann eine neue Fremdsprachen-Version fertig und kann frei weitergeben werden. Die Übersetzung eines PD-Programms muß natürlich kostenlos sein, hier bedarf es des Enthusiasmus eines absoluten Chemie-Freaks.

Nun, die Mühen mit der schwedischen Übersetzung haben sich tausendmal gelohnt. Laborant Professional ist wohl das mächtigste schwedisch-sprachige Chemie-Programm in ganz Schweden. Zusätzlich konnte ich viele schwedische Laborant-User in Schweden persönlich kennenlernen. Obwohl eine englische Version Vorrang hat, bin ich bereit, jede andere Sprache ebenfalls zu unterstützen. Wo stecken die genialen Chemie-Enthusiasten in Frankreich, Spanien, Italien, Holland, Portugal, Skandinavien, im Ostblock oder Übersee ? Je exotischer eine Sprache ist, desto größer ist natürlich auch die Resonanz im Heimatland und natürlich die Anerkennung für den Übersetzer.

15.3 Entwicklungs-Software

Zur Entwickung von Laborant Professional wurde folgende Software eingesetzt:

• ST-PASCAL Plus 2.10 von CCD

• Kuma Resource Construction Set 2.1

• Interface 2.2 von Shift

• Quick-Dialog von CCD

• Edison-Editor 1.10 von Kniss-Soft

• PFXPAK+ 1.4 von Thomas Quester

• NVDI von Bela Computer

• GEMPLUS SD 46 von Maxon

• MultiTeX 5.1 SD 78 von Maxon

• MultiGEM2 von Maxon

15.4 Fehlermöglichkeiten

Es gibt einige Möglichkeiten, dem System den ’Garaus’ zu machen. Laborant Professional prüft sehr viel, um so ’Eingabemüll’ zu erkennen. Ein sogenannter ’Bug-Recall’-Modus ist bei 95% aller Routinen eingebaut, d.h. tritt ein Fehler auf, wird die fehlerhafte Eingabe erneut eingespiegelt. Man kann nun sehr angenehm die Tippfehler entfernen. Dialogboxen mit mehreren Eingabefeldern sollten korrekt bedient werden, ansonsten fehlen Werte zur Berechnung. Im GEM werden solche Felder mit Cursor tief bzw. Cursor hoch angewählt. Wer zu früh die RETURN-Taste drückt, wird erneut zur korrekten Eingabe angemahnt.

Bei Gleichungen sollte die Anzahl der Verbindungen 8 nicht überschreiten und bei Titrationen nicht mehr als 7 Messungen. Mehr würde irgendwann die Dialogboxen überlaufen lassen. Indizes von Formeln sollten den Wert 32000 nicht überschreiten.

Beachte, es gibt Harakiri-Fehler, die aus Labortiefschlaf entstehen können. Das System fängt sehr viel ’Schrott’ ab, aber man kann nicht für jeden ’Datenmüll’ eigens Fehlerroutinen schreiben.

Also stets konzentriert ans Werk gehen.

15.5 Bisher veröffentlichte Versionen

Laborant ST 1.00 - 1.06

Laborant ST 1.07  (4136 Pascal-Zeilen, 110 KByte)

Laborant ST 1.08 - 1.24 Laborant ST Plus 1.00 - 1.24

Laborant Professional  (23717 Pascal-Zeilen, 573 KByte)

Laborant Professional wurde mit dem Programm PFXPAK+ 1.4 in ein selbstentpackendes Programm komprimiert.

Ursprungsgrösse  : 573 KByte
durch PFXPAK+ komprimiert auf : 230 KByte
Platzersparnis  : 61 %

PFXPAK ist erhältlich bei Thomas Quester, Lampenland 9,2000 Hamburg 80 für 20 DM.

Auf Wunsch gibt es eine ungepackte Version für ST-Benutzer, die über schnelle Festplatten (<20 ms Zugriffszeit) verfügen. TT-Benutzer brauchen diese Version nicht, da der TT schon sehr schnell ist !

(Bei Interesse, Diskette und frankierten Briefumschlag an mich senden)

15.6 Geschichte von Laborant Professional

Laborant Professional ist aus meiner JUGEND FORSCHT-Arbeit 1984 hervorgegangen, damals noch auf einem PC (SIRIUS 1) in BASIC geschrieben.

Dieses Chemie-Paket bestand aus einem Formelscanner, einem Graphikpaket und einem Editor. Laborant ST basiert auf dem Formelscanner EFA (Extended Formula Analysator). Allerdings wurden ca. 95% der Algorithmen völlig neu aufgebaut und sehr viele neue Routinen integriert.

Laborant Professional wurde in ST-PASCAL Plus Vers. 2.10 geschrieben und ist für sich ein kleines chemisches Juwel. Ich habe sehr viel Zeit und Enthusiasmus in dieses Programm gesteckt, um das Programm immer weiter zu verbessern.

Ich möchte mit meinem Programm die Verbreitung der excellenten ATARI ST- bzw. TT-Computer fördern. Deshalb wird Laborant Professional auch in Zukunft Public-Domain bleiben. Allerdings lebt Laborant Professional insbesondere von den Anregungen seiner Benutzer, also scheuen Sie sich nicht, mir Ideen bzw. Verbesserungsvorschläge zu unterbreiten.

Laborant Professional ist deshalb zuerst auf dem ATARI ST entstanden. Dies ist nicht nur auf die hervoragende Benutzeroberfläche zurückzuführen, sondern im Besonderen darauf, daß der ST excellente Programmiersprachen zur Verfügung stellt. Nach Meinung vieler Fachleute ist der ATARI ST, der am unkompliziertesten zu programmierende Personalcomputer. Mit meinem 32 MHz ATARI TT mit Großbildschirm macht das Programmieren natürlich noch mehr Spaß.

Nun, in welcher Programmiersprache man seine Programme schreibt, ist sicherlich Geschmackssache. BASIC sollte man nur in kleinen Projekten einsetzen, wo schnell Lösungen erzeugt werden müssen. Mit Pure Pascal und Pure C stehen dem ATARI-Benutzer mächtige Werkzeuge zur Verfügung.

Ich selbst programmiere am liebsten in Assembler. Aber Anwendungen, wie Laborant Professional, sind sinnvollerweise in einer strukturierten Hochsprache zu schreiben.

Die Qualität und die Auswahl der Programmiersprachen für die ATARI Computer ist excellent. So sollte es eigentlich jedem Naturwissenschaftler möglich sein, sein Programmprojekt sehr benutzerfreundlich in seiner Lieblingssprache zu erstellen. Ich würde mich freuen, wenn ich einige dieser Programme auch einmal im PD-Service finden würde.

Momentan hat ein kleiner RUN vieler Labors auf den ATARI ST/TT eingesetzt. In vielen UNI’s und Labors arbeiten heute ATARI ST-Computer. Vorbild sind hier die UNI Stuttgart / München / Bochum, die FH Hamburg, die Max-Planck-Institute uva. Von Laborant Professional wird hier häufig Gebrauch gemacht, was mir die vielen Reaktionen der User beweisen. Die Möglichkeiten des FALCON Motorola 560001-DSP Chips in der chemischen Meßtechnik und Analytik sind sehr groß. Hier könnten sehr interessante Ansätze für Diplom-Arbeiten entstehen.

15.7 Andere Betriebssysteme

Laborant Professional wurde speziell für die ATARI ST/FALCON/TT-Computer geschrieben.

15.7.1 MS-DOS und Windows

Ob es je eine Anpassung mittels C++ für Windows geben wird, steht noch nicht fest, die Entwicklungskosten incl. leistungsfähiger Hardware sind sehr hoch (mehr dazu in Kapitel 15.13). Eine Version mit DOS-Oberfläche lehne ich als Menschenfreund grundsätzlich ab.

Neuerdings gibt es einen ST-Emulator für 486er Computer unter Windows. Der Anwender sollte mind. 8 MB RAM und einen 50 MHz 486DX oder 66 MHz 486DX2 besitzen, sonst wird es tierisch langsam. Allerdings bekommt man einen echten ST bereits billiger als die Emulationhardware. Außerdem läuft sehr vieles leider nicht, ob Laborant Professional läuft, kann ich nicht sagen. Aufgrund der sauberen Programmierung müßte es klappen. Die Hardware und das Programm heißen GEMulator 2.1 von Branch Always, USA.

Also lieber einen ATARI FALCON mit 486SX-Emulator, da stimmt wenigstens die Power und Laborant Professional geht ab, wie ’Schmidt’s Katze’. Der Datenaustausch vom ST auf PC’s ist kein Programm. Beide benutzen das gleiche Diskettenformat. Wer einen PC-Emulator sein eigen nennt, kann problemlos ATARI- und PC-Programme auf der Festplatte mischen, z.B. Laborant Professional und LOTUS Freelance auf einer Festplatten-Partition. Ab TOS 1.4 oder höher klappt dies völlig problemlos.

(zu einer evtl. WINDOWS-Version mehr im Kapitel 15.13)

15.7.2 Laborant Professional und AMIGA

Nun, ich bin kein besonderer Freund der AMIGA-Computer, aber trotzdem läuft Laborant Professional auf dem AMIGA. Voraussetzung ist ein ST-Emulator bzw. Medusa. Das Programm sollte in der mittleren Auflösung (640*200) benutzt werden, damit die Augen nicht vom Interlace-Modus gequält werden. Wer Laborant Professional häufiger benutzt, sollte sich überlegen, ob er nicht zum ATARI wechselt und die wesentliche besser Bildschirmqualität genießt.

15.8 Neuerungen

Was ist neu seit der letzten großen Änderung der Version 1.20 ?

• Anpassung an MultiTOS/MultiGEM2

• ST/TT/FALCON-Lauffähigkeit

• Nutzung mehrerer Fenster gleichzeitig

• auflösungsunabhängig ab 640*200 (Farbe und Schwarzweiß)

• Farbunterstützung bei den Farbauflösungen

• Zusätzlich komplettes TeX-Handbuch auf Diskette

• TeX-Tabellengenerierung für Meßwerte

• TeX-Formel-/Gleichungsgenerierung

• neue Eingaberoutine für lineare Gleichungssysteme

• TeX-Generierung für lineare Gleichungssysteme KAPITEL 15. ANMERKUNGEN, ANLEITUNGEN UND ZUKÜNFTIGES 119

• Eigenwerte von Matrizen

• Determinatenbestimmung

• Kondition (numer. Qualität) eines LGS nach Hadamard

• Addition und Multiplikation von Matrizen

• Speichern und laden von LGS

• neue Eingaberoutine für Meßwerte (jetzt max. 128 Meßwerte)

• rationale Approximation

• lineare Regression mit Korrelationskoeffizient

• Varianz, Variationskoeffizient

• externer Editor-Aufruf

• Aktivitätskoeffizient nach Debye-Hückel/Ionenstärke

• Berechnung der Reaktionsordnung und Geschwindigkeit

• Arrhenius-Gleichung für Aktivierungsenergie

• Aufstellen einer Reaktionsgleichung

• komfortable Einheiten-Umwandlung

• neuer Formel- und Gleichungsscanner

• Molmassen-/Elementanteilebestimmungen von Polypeptiden

• Molmassen-/Elementanteilebestimmungen DNA-/RNA-Nucleotidsequenzen • echtes Periodensystem zum Auswählen

• diverse optische Methoden (Photometrie)

• fensterunterstützte Meßwertanzeige

• neue Druckroutine für Meßwerte

• Drucken und Speichern von Berechnungsergebnissen

• neue ASCII-Text Speicherroutine

• Gasgesetze und Umrechnungen

• neue Diskettenspeicherplatz-Routine

• editierbare Systempfade für LABORANT.INF

• Importieren von Meßwerten (Curfit, Excel, ASCII-delimited)

• Ausreißertest (n > 10)

• Newton-Raphson-Verfahren für Polynome • Gamma-Funktion berechnen

• Diverse Optimierungen und Entfernung kleinerer Fehler

15.9 Benutzer-Anregungen

- Wünsche müssen programmtechnisch ohne riesigen Aufwand realisierbar sein

- Spezialanwendungen sind nichts für Laborant Professional

- das Problem sollte allgemein gebraucht werden

Die Vielzahl der chemischen Berechnungen strebt sicherlich gegen Unendlich. Ziel von Laborant Professional ist es nicht soviel wie möglich zu können, sondern sich auf die wesentlichen Berechnungsverfahren der Chemie zu konzentrieren. Wenn Sie Ihre Berechnung gerne in Laborant Professional haben möchten, überlegen Sie zuerst wieviele andere chemische Anwender überhaupt Ihr Problem auch haben. Sollte sich herausstellen, daß Sie mit hoher Wahrscheinlichkeit der Einzige sind, dann hilft nur eins, die Software selbst erstellen und als externes Programm von Laborant Professional aufrufen lassen.

Wenn Sie eine nützliche Idee haben, tun Sie bitte Folgendes :

1. Idee beschreiben und Beispielberechnungen (bitte ausführlich kommentieren (evtl. Tabellen als Kopien)).

2. Überlegen Sie, inwieweit der Computer Arbeit erspart, was eingegeben und was ausgeben werden muß.

3. Ideen per Post an mich senden. Falls ich Zeit finde, werde ich das Problem integrieren.

Wer an Updates interessiert ist, rufe mich bitte vorher an. Vielleicht habe ich dann schon eine neue Version ”geschnitzt”. Wenn ja, bitte einen frankierten Briefumschlag (2.00 DM, Absender bitte drauf, Leerdiskette) an mich schicken.

15.10 Haftung

Laborant Professional ist Public-Domain, jeder kann es frei kopieren und nutzen. Für evtl. Programmfehler übernehme ich keinerlei Haftung. (Änderungen am Programmcode sind untersagt)

15.11 Literaturhinweise

In Laborant Professional wird ein große Anzahl von Algorithmen verwendet.

Zum tieferen Studium sind folgende Bücher zu empfehlen :

Chemie, Fakten und Gesetze Buch- und Zeit Verlagsgesellschaft, Köln

Einführung in die Stöchiometrie Nylen/Wigren, Steinkopff-Verlag

Grundlagen der quantitativen Analyse Udo R. Kunze, Thieme-Verlag

Einführung in das chemische Rechnen Hübschmann/Links, Verlag Handwerk und Technik HT 1231

Laborpraxis 4 Analytische Methoden Verlag Birkhäuser

Logarithmische Rechentafeln Küster/Thiel/Fischbeck, de Gruyter-Verlag

pH-Wert Berechnungen Claus Bliefert, Verlag Chemie

Biochemie Band 187 Gernot Grimmer, BI-Verlag

Statistik in der analytischen Chemie Klaus Doerffel, Verlag Chemie

Mathematisch-statistische Methoden in der praktischen Anwendung Edmund Renner, Verlag Paul Parey

Grundlagen der Statistik II Schwarze, Verlag Neue Wirtschafts-Briefe Herne/Berlin

Fehlerrechnung J. Topping, Verlag Chemie

Taschenbuch der Mathematik Bronstein, Verlag Harry Deutsch

Lineare Algebra Band 13 Manteuffel, Verlag Harri Deutsch Numerische Mathematik für Ingenieure Engeln-Müllges/Reutter, BI-Wissenschaftsverlag

Datenanalyse Sigmund Brandt, BI-Wissenschaftsverlag

Chemische Thermodynamik, Band LB4 und AB4 VEB Deutscher Verlag für Grundstoff, Leipzig VLN 152-915/29/85

Elektrolyt-Gleichgewichte, Band LB5 und AB5 VEB Deutscher Verlag für Grundstoff, Leipzig VLN 152-915/45/88

Physikalische Chemie Clyde. R. Metz, Schaum-McGrawHill-Verlag

Einführung in die physikalische Chemie Bernhard Harder, Westrap Wissenschaften ISBN 3-89432-021-4

Zum Verständnis der chemischen Thermodynamik Pimentel/Spratley Steinkopff-Verlag, Darmstadt

Einführung in LaTeX Helmut Kopka, Addison-Wesley Verlag

15.12 Wissenschaftliche ATARI PD-Software

Für die ATARI ST/TT/FALCON-Serie existieren eine große Anzahl wissenschaftlicher PD- /Shareware-Programme. Der gemeinnützige Computerclub Elmshorn e.V. hat sie in einer sehr großen ATARI-PD-Sammlung (> 500 Disketten) zusammengetragen. Bei Interesse schicke ich ihnen eine Liste der Programme auf Diskette gegen Leerdiskette und Rückporto zu.

Falls Sie dort für Sie interessante PD-/Sharewareprogramme finden sollten, dann senden Sie mir bitte die entsprechende Anzahl Leerdisketten und entsprechendes Rückporto zu. Die Kopien sind natürlich kostenlos , allerdings wählen Sie bitte sorgsam aus, damit ich mich nicht ’Dumm und Dämlich’ kopiere. Kopieren und Zusammenstellen von PD’s ist nämlich verdammt zeitraubend.

Man weiß gar nicht, was für PD-Schätze für den ATARI ST/TT/FALCON bereits heute existieren, Sie werden erstaunt sein.

15.13 Die Zukunft von Laborant Professional

Laborant Professional wird natürlich weiter gepflegt, wie die letzten 5 Jahre auch. Die Entwicklungen hängen stark von den Wünschen und Anregungen der Benutzer ab und somit die Richtung in die sich Laborant Professional bewegt.

Für die nächsten Versionen sind ersteinmal ein Funktions-Interpreter und eine graphische Anzeige von Meßwerten und Funktionen geplant. Laborant Professional hätte dies eigentlich nicht nötig, da es für den Multitasking-Betrieb konzipiert ist, d.h. Spezialprogramme, wie DATA 4.0 Professional übernehmen die graphische Auswertung von Meßdaten aus Laborant Professional.

Nun, Laborant Professional wird demnächst auch Meßwerte entsprechend graphisch aufbereiten, um die Taskwechsel zu anderen Programmen zu vermindern. Umfangreichere und revolutionäre Ideen im Bereich Chemie-Software sind bereits angedacht, über die Art möchte ich mich vorerst ausschweigen, um nicht der kommerziellen Software-Industrie als Ideengeber zu dienen. Die User werden nach Fertigstellung dieses eng an Laborant Professional gekoppelten Projekts entsprechend informiert.

Die ATARI ST/TT/FALCON-Anwender sollten sich darauf gefaßt machen, daß Laborant Professional mehr Speicherplatz benötigt. Mindestens 2 MByte RAM sind rechtzeitig einzuplanen, um in den Genuß der nächsten Features zu kommen.

Die nächsten Laborant Professional Versionen sollen einmal komplett in C++ entstehen, umso evtl. UNIX, Windows oder Mac-Versionen zu ermöglichen. Eine Windows-Version ist geplant, allerdings wird dazu ein schneller 486 (50/66 MHz)-Computer mit mind. 200 Mbyte Festplatte benötigt, den ich mir leider noch nicht leisten kann. Ein Original Borland C++ 3.1-Compiler ist bereits vorhanden. Falls also irgendwo in der UNI, in der Industrie oder sonstwo, ein solcher Computer für die Entwicklung von Laborant for WINDOWS frei wird, dann her damit. Allerdings, ein Jens Schulz ist nicht käuflich, dafür gibt es keinerlei Rechte an Laborant Professional-Versionen. Der edle Spender fördert nur damit eine Entwicklung auf seiner Hardware-Plattform (Mac- oder SPARC-Computer sollen einmal folgen). Grundsätzlich kann man von mind. 1 Jahr Entwicklungszeit pro Hardware-Plattform ausgehen. Der C++ Code soll die Portabilität steigern.

Fremdsprachen-Versionen insbesondere englischer Sprache bedürfen noch der Unterstützung eines richtigen Chemie-Freaks, wäre ja nicht schlecht, wenn der eigene Name z.B. in den USA bekannt würde oder ?

Laborant Professional bleibt nur für den ATARI ST / TT / FALCON grundsätzlich Public-Domain, für andere Hardwareplattformen gilt dann ein entsprechender Shareware-Status.

Schlußwort

Nun, irgendwann geht jede Anleitung einmal zu Ende, auch eine solche Mammut-Anleitung. Sicherlich hätte man so manches noch ausführlicher beschreiben können, aber dann wäre ich wohl immer noch am Schreiben. Versuchen Sie sich einmal vorzustellen, Sie hätten die ASCII- und TeX-Anleitung geschrieben, dann könnten Sie vielleicht ermessen, wieviele Monate ich daran gesessen habe. Wieviel innere Disziplin man aufbringen muß, um so ein Public-Domain-Projekt zu erstellen. Wo die Entwicklungssoftware mehr gekostet hat, als es wahrscheinlich jemals einbringen wird. Laborant Professional ist vielleicht ein Versuch, ähnlich wie die Gedankenansätze des GNU-Projekts, der häufig völlig überteuerten und teilweise schnell gestrickten kommerziellen Software eine Chance weniger zu geben. Ich hoffe, Sie persönlich gehören nicht dieser trägen Masse von PD-Benutzern von Typ PC-WASA (’program collector without any scientific ambition’). Ich würde mir wünschen, Sie würden die Ideen, eine Fremdsprachenübersetzung und die Weiterverbreitung von Laborant Professional aktiv fördern.

Mein Dank gilt allen Laborant Professional Benutzern, die mir tatkräftig bei der Weiterentwicklung des Programms geholfen haben, insbesondere Tasso Miliotis und der chemischen Fakultät der Technischen Hochschule in Kristianstad, Schweden. Günter Naumann als ß-Tester und natürlich meiner Freundin Uta für die Korrektur der Anleitung und Ihre unendliche Geduld mit diesem ’verrückten’ Chemie- und Programmierfreak.

Jens Schulz

22. März 1993

Stichwortverzeichnis

1 MByte RAM, 110 486SX-Emulator, 118 486er-Spende, 123 68030/40, 108

68000, 108

Aktivierungsenergie E_{A}, 44 Aktivierungsenthalpie, 44 Aktivierungsentropie, 44 Aktivitätskoeffizient, 41 AMIGA, 118 Anionen-Info, 28 Arithmetisches Mittel, 52 Arrhenius-Gleichung, 44 ARROWFIX, 110 ATARI, 108

FALCON, 108 MEGA STE, 108 PD-Software-Liste, 122 ST, 108 TT, 108

Ausgleichs-Polynom, 53

Benutzer-Anregungen, 120 Benutzer-Programme, 104 Biochemie, 33

Aminosäuren-Liste, 36

DNA/RNA-Nucleotid-Liste, 37 Eingaberegeln, 37 Formel laden, 37 Formel speichern, 37 Molmasse Nucleotidsequenzen, 34 Molmasse Polypeptide, 33

C_{p}-Koeffizienten, 91 C_{p}-Temperaturpolynom, 91 C++, 123 Campher, 32 Chem. Gleichgewicht, 92 Clausius-Clapeyron, 90 ClrHome-Taste, 110 Control-Sequenzen, 102 Cursor-Tasten, 110 Cystin-Brücken, 34

Dampfdruck, 91 Danksagung, 124 Datei-Endungen, 68 Datenbank, 75 Debye-Hückel, 41 Determinante, 96 berechnen, 98

Differentielles Zeitgesetz, 42 Diskettenoperationen, 68

löschen, 69

Speicherplatz feststellen, 69 Umbenennen, 69

Drucken, 50

Multi-Dialoge, 68 Drucker-Sequenzen, 51

Echtzeit, 1 Editor

EDISON, 104 Tempus, 104 Editor-Aufruf, 105 Editorpfad, 106 Eigenwerte, 100 Einheiten umrechnen, 18 Elektrochemie, 41

abgeschied. Masse, 41 Aktivitätskoeffizient, 41 Debye-Hückel, 41 Ionenstärke, 42

Element-Info, 27

EMK, 88

Empirische Formel, 11 Eingabe, 11 Formelfragmente, 11 Prozent, 12 Entropieänderung, 82

aus Reaktionsgleichung, 84 aus Wärmekapazität, 83 Entwicklungs-Software, 115 Extension

.ASC, 68 .BCH, 68 .CSV, 59 .DAT, 59

i \underline{INDEX-Verzeichnis} ii

.DIF, 59 .EQU, 68 .FOR, 68 .INF, 68 .LDP, 59 .LGS, 68 .MSW, 59 .PLT, 59 .SYL, 68 .TEX, 59 .THC, 68 .TXT, 59 .VIP, 59

Fehler-Möglichkeiten, 115 Fehlerquadrate, 52 Fehlerrechnung, 52

Arithmetisches Mittel, 52 Median, 52 Mittl. Fehler des Mittelwerts, 52 Spannweite, 52 Standardabweichung, 52 Varianz, 52 Variationskoeffizient, 52

Fenstersteuerung, 109 Flammenspektropie, 27 Formel, 1

Eingabe, 1 Indizes, 1 Klammern, 1 Komplexverbindung, 1 Kristallwasser, 1 Mengenbestimmung, 8 Pufferung, 6 TeX-Generator, 6

Formel-Exerciser, 94 Formel-Identifier, 94 Formelmacros, 2

Eingabe, 2 Klammerausdrücke, 2 laden, 3 speichern, 3

Formelsprache, 1 Fremdprogramme, 102 Fremdsprachen-Versionen, 114

Erstellung, 114 schwedische, 114

Funktionstasten, 102 Gamma-Funktion Γ(x), 73 Gasgesetze, 17

Boyle-Mariotte, 17

Gasvolumen → Mol Gas, 17 Gay-Lussac, 17 Mol Gas → Gasvolumen, 17 Molmasse, 18 Zustandsgleichung, 18

Gauss-Elimination, 98 Gauss-Verfahren, 97 Gefrierpunkt-Erniedrigung, 32

Beckmann, 32

Rast, 32 GEMulator, 117 Geschwindigkeitskonstante, 42 Gibbs-Funktion, 80 aus EMK, 81 aus Reaktionsgleichung, 82

Gleichgewicht, 92

iterativ aus K, 92 Gleichgewichtkonstante aus MWG, 92 Gleichgewichtskonstante aus EMK, 79 aus Reaktionsgleichung, 80

Gleichung aufstellen, 46 definieren, 3 Eingabe, 1 laden, 3 Mengenbestimmung, 9

Beispiel, 9 speichern, 3 TeX-Ausgabe, 4 Ionenladungen, 5 Sonderzeichen, 4 TeX-Generator, 6 wesentliche Gleichung, 9

GNU-Projekt, 124

Grafik, 59

Grafikprogramme, 108 Gruppen-Informationen, 28

Hadamard, 98 Haftung, 120 Hilfstexte, 102 History, 116

Importieren, 58 \underline{INDEX-Verzeichnis} iii

Curfit 3.0 .DAT, 59 Excel-ASCII-Format, 59 kommagetrennt .CSV, 58

Insert-Taste, 110 Installation, 106 Interpolation

kubische Splines, 55 Lagrange, 54 Newton, 54 von Typ a + blnx, 53 von Typ ae^{bx}, 53 von Typ ax^{b}, 53

Inverse Matrix, 100 Ionenstärke, 42

Jacobi-Verfahren, 100

Kationen-Info, 28 Kondition, 98 Konstanten, 26 Korrelation, 52 Korrelationskoeffizient, 74

Lösungen berechnen

Massenanteil gel. Stoff, 21 Lösungen herstellen, 20

geford. Massenanteil, 22 geford. Vol. Konz., 23 kristallwasserh. Stoffe, 24 Masse bei vorgeb. Volumen, 22 Urtiter, 20 vorgeb. Volumen der Lsg., 23

Lösungen umrechnen Massenanteil → Molarität, 24 Massenanteil → Vol. Konz., 21 Molarität → Massenanteil, 24 Vol. Konz → Massenanteil, 21

Lösungsmitteldichte anorganisch, 26 organisch, 26

LABORANT.INF, 106 Aufbau, 107 laden, 69 Systempfade, 69

Laden, 58

Standardformat .MSW, 58 Lagrange-Interpolation, 54 LaTeX, 112 Let Em Fly, 110 LGS, 96 Lineare Regression, 52

berechnen, 52 Lineares Gleichungssystem, 96

berechnen, 97 Eingabe, 96 laden, 98 speichern, 99 TeX-Ausgabe, 99

Literatur-Hinweise, 120

Macintosh, 123 Mathcalc, 105 Matrix, 96

Addition, 101 Eigenwert, 100 Hadamard, 98 Inverse Matrix, 100 Kondition, 98 Multiplikation, 101

Meßwertfenster, 109 Meßwertverarbeitung, 49

Anzeige, 50 drucken, 50 Eingabe, 49 Eingabedialog, 49 ergänzen, 50 korrigieren, 50 Meßwertanzahl, 49 sortieren, 51 X/Y-Werte vertauschen, 51

Median, 52 Mengenbestimmung, 8

Prozent, 8 Mengeneinheiten, 15 Mischungskreuz, 25 Mittl. Fehler des Mittelwerts, 52 Molalität, 24 Molarität

berechnen, 24 in Massenanteil, 24

Molmasse berechnen, 8 Gefrierpunkterniedrigung, 32 idealer Gase, 18 Nucleotidsequenzen, 34 Polypeptide, 33

MS-DOS-Version, 117 \underline{INDEX-Verzeichnis} iv

Multi-Dialoge, 68 Multitasking, 108

Benutzerprogramme, 108

Fenster, 108 MultiGEM2, 109 Redraw, 108 Speicherfrevler, 108 TT-RAM, 108

MWG, 92

Naturkonstanten, 27 Nernst, 89 Neuerungen, 118 Newton-Interpolation, 54 Newton-Raphson für Polynome, 56 Nullstellenbestimmung, 56 Numerische Integration, 56 NVDI, 111

Optische Methoden, 37 Beersches Gesetz, 39 Extinktion in Transmission, 38 Lambert-Beersches Gesetz 1, 38 Lambert-Beersches Gesetz 2, 38 Molare Drehung, 39 Molarer Extinktionskoeffizient, 39 Transmission in Extinktion, 38

PC-Kopplung, 67 PC-WASA-Typ, 124 PD-Programme, 122 Periodensystem, 27 PFXPAK, 116 pH-Wert, 30

2-protonige Säure, 31 Ampholyten, 31 iterativ 1-wertige Säure, 31 iterativ n-wertige Säure, 31 pK_{s}-Werte, 31 schwache Base, 30 schwache Säure, 30 starke Base, 30 starke Säure, 30

Photometrie, 37 Plotter.GFA, 53 Polynom-Interpolation, 53 Präexponentielle Faktor, 44 Programm-Ende, 105 PSE-Gruppen, 28 PUBLIC-DOMAIN, 120 Pyknometer

Dichte Feststoffe, 40 Dichte Flüssigkeiten, 40

Quit, 105

Rationale Approximation, 53 Reaktionsauswertung, 87 Reaktionsenthalpie, 84 Reaktionsenthalpie ΔH

aus Reaktionsgleichung, 87 aus Wärmekapazität, 85 Reaktionsgleichung aufstellen, 46

Eingabe, 46

Formelmacros, 48 Matrizenarten, 46 Reaktionsordnung, 42 RSC-Dateien, 104

Sarrus-Regel, 98

Schwedische Version, 114 Shareware WINDOWS, 123 Simpson-Formel, 56 Sortieren, 51 Spannweite, 52 SPARC, 123 Speicherbedarf, 111 Speichern, 59

ASCII-Textdatei, 62 Curfit 3.0 .DAT, 63 dBase III+/IV, 65 DIF-Format, 60 LDW-Powercalc .LDW, 64 Lineare Regression, 60 Lotus 1-2-3, 67 Lotus Freelance, 67 MS-Chart, 66 MS-DOS, 65 MS-EXCEL, 66 Multi-Dialoge, 68 Plotter.GFA .PLT, 62 SCIGRAPH/XACT, 64 Standard-Format .MSW, 60 SYLK-Format, 67 Tex-Tabelle, 64 VIP-Format, 61 Speicherverwaltung, 110 Spektrallinien, 27 \underline{INDEX-Verzeichnis} v

Spline-Interpolation, 55 ST-PASCAL Plus, 115 Standardabweichung, 52 Statist. Daten, 70 Statist. Tests, 70

Ausreißer-Test, 71 Bartlett-Test, 72 F-Test, 71 Q-Test, 70 t-Test, 72

Statistik, 70 Gamma-Funktion Γ(x), 73 Korrelationskoeffizient, 74 Varianzanalyse, 73

Systempfade, 69, 106

Tabellen, 26 Tasso Miliotis, 114 Tastatursteuerung, 110 TeX-Anleitung, 112

LAB TEX.DVI, 113 LAB TEX.TOS, 112 Literatur, 113 MultiTeX 5.1, 113

Thermochemie, 75 C_{p}(T)-Koeffizienten, 76 Datenbank ansehen, 77 Datenbank laden, 75 Datenbank-Aufbau, 76 Datenbanksuche, 78 Entropieänderung, 82 Gibbs-Funktion, 80 Gleichgewichtskonstante, 79 Grundzüge, 75 Reaktionsauswertung, 87 Reaktionsenthalpie ΔH, 84

Thermochemie-Fenster, 109 Titration, 12

Beispiel, 14 Redoxtitration, 12 Scanner, 12

Komplexverbindung, 13 Titratorrolle, 13

TWODRIVE.INF, 107

Uebungsteile, 94 Formel-Exerciser, 94 Formel-Identifier, 94

Umrechnungen, 16 Menge in Mol, 16 Mol in Menge, 16

UNDO-Taste, 102 Update-Service, 120

Varianz, 52

Varianzanalyse, 73 Variationskoeffizient, 52 Verdampfungsenthalpie Δ_{v}H, 90 Versionen von LP, 116

WINDOWS-Version, 117

Zukunft von LP, 123