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Nachweis von Ionen

Ionen sind für den Menschen in der Regel unsichtbar. Um sie nachzuweisen, muss man sie zu einer „sichtbaren“ Form reagieren lassen (z.B. schwerlösliche Salze, farbige Verbindungen oder Gase).

Nachweis durch Fällungsreaktionen oder Farbreaktionen

V: Kippe die folgenden Lösungen zusammen und untersuche das Ergebnis.

B: In einigen Fällen kommt es zu einer Trübung:

 

 

KCl

K2SO4

AgNO3

CuSO4

BaCl2

K2CrO4

KNO3

KCl

x

-

AgCl

-

-

-

-

K2SO4

 

x

 

-

BaSO

-

-

AgNO3

   

x

-

AgCl

Ag2(CrO4)

-

CuSO4

     

x

BaSO

Cu(CrO4

-

BaCl2

       

x

Ba(CrO4) (gelb)

-

K2CrO4

         

x

-

KNO3

           

x

 

S: Immer, wenn ein Feststoff entstanden ist, lag eine Fällungsreaktion vor. gelöste Ionen haben sich in der Lösung „gefunden“ und ein schwerlösliches Salz gebildet.

 

Am ehesten kann man Fällungen mit einer Analogie erklären:

Die 10. Klasse fährt im engen Bus ins Schwimmbad. Im Bus sind alle eng zusammen (=Feststoff), im Wasser bewegen sich die Schüler dann wild hin und her. Treffen aber zwei „Verliebte“ aufeinander, so lassen sie sich nicht mehr los und sind (fast) untrennbar miteinander verbunden... ;-)

 

Wie entsteht ein schwerlösliches Salz?

In ein Becherglas werden die festen Salze Natriumsulfat und Bariumchlorid gegeben. Beide Salze lösen sich auf und zerfallen in ihre nun freibeweglichen Ionen.

 Bariumsuflatfällung

Bariumsulfatfällung - Reaktionsgleichung

Salze lösen sich meist gut in Wasser. Treffen aber zwei Ionen zusammen, deren Kombination ein schwer lösliches Salz ergibt, so fällt dieses auch sofort als Feststoff aus

(erkennbar am Niederschlag / Trübung). Man nennt dies eine Fällungsreaktion.

 

In Reaktionsgleichungen wird das Ausfallen eines Stoffes mit einem ↓ oder einem (s) für solid hinter der Summenformel des Stoffs gekennzeichnet. Fällungsreaktionen sind als Nachweis für Ionen geeignet. Durch das Verwenden von spezifischen Fällungsreaktionen ist es möglich, einzelne Bestandteile einer Lösung zu identifizieren, also nachzuweisen. Dies ist sehr wichtig zum Nachweis von geringen Ionen Konzentrationen bei chemischen Analysen (Trinkwasseruntersuchung oder Lebensmitteluntersuchung). Fällungsreaktionen können auch zum Ausfällen von störenden Ionen verwendet werden, z.B. bei der Reinigung von Klärwasser in der chemischen Stufe der Kläranlage verwendet werden.

 

 

Übersicht über verschiedene Ionennachweise

Nachweis von Cl--Ionen

Nachweis durch: Zugabe von Ag+ - Ionen Lösung (z.B. AgNO3)

 

Beispiel: Cl-(aq) + Ag+(aq) ---> Ag+Cl-(s)1

Nachweis

=> weißer Niederschlag

 

Nachweis von Ag+-Ionen

Zum Nachweis von Silberionen verfährt man entsprechend umgekehrt

 

Nachweis von SO42--Ionen

Nachweis durch: Zugabe von Ba2+ Ionenlösung

 

Beispiel: Ba2+(aq) + SO42-(aq) ---> Ba2+SO42- (s)

Nachweis

=> weißer Niederschlag

Nachweis von Ba2+-Ionen

Zum Nachweis von Bariumionen verfährt man entsprechend umgekehrt

 

Nachweis von Ca2+- Ionen

Ca2+- Ionen kann man leicht mit Oxalsäure nachweisen. Das schwerlösliche Salz Calciumoxalat fällt dann aus. Auch dies ist eine Fällungsreaktion.

 

Nachweis von Fe3+-Ionen

Nachweis durch: Zugabe von Cyanatlösung (z.B: Kaliumthiocyanatlösung)

 

Reaktion: Fe3+(aq) + 3 SCN-(aq) ---> Fe3+(SCN-)3

Nachweis

Keine Fällungsreaktion! => tiefrot

 

Nachweis von Cu2+-Ionen

Nachweis durch: Zugabe von Ammoniak oder Ammoniakwasser

 

Reaktion: Cu2+ + 4NH3 ---> [Cu(NH3)4]2+

Nachweis:

=> tiefblaue Farbe (=Kupfertetraminkomplex)

 

Keine Fällungsreaktion! Komplexreaktion!

 

Nachweis von CO32--Ionen

Nachweis durch: bei Säurezugabe entsteht Kohlenstoffdioxid, welches als Gas oft am Zischen erkennbar ist.

 

Reaktion: 2 HCl + CO32- ---> H2CO3 + 2 Cl-

---> CO2 + H2O

Nachweis

=> Die Lösung schäumt stark auf. (CO2-Bildung)

 

Keine Fällungsreaktion!

 

Tabellarische Übersicht über wichtige Nachweisreaktionen

 

Nachzuweisender Soff

mögl. Nachweissubstanz

Nachweis durch Bildung von:

Ag+

NaCl, KCl

AgCl

weißer NS

Ba2+

K2SO4

BaSO4

weißer NS

Cu2+

K2CrO4

CuCrO4

grüner NS

Cu2+

NH3

Cu[NH3]4

tiefblaue Farbe

Fe3+

KSCN

FeSCN3

tiefrote Farbe

CO32-

HCl

CO2

aufschäumen

Cl-

AgNO3

AgCl

weißer NS

SO4-

BaCl2

BaSO4

weißer NS

CrO42-

BaCl2

BaCrO4

gelber NS

       

H2

O2 (Knallgasprobe)

H2O

Knall

O2

C (Glimmspanprobe)

 

Glimmen

CO2

Ca(OH)2 (Kalkwasser)

CaCO3

weißer NS

 

Eine komplette Liste mit allen Nachweisreaktionen gibt es bei Wikipedia:

https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Nachweisreaktionen

 

Weitere Ionen-Nachweise

Analysemethoden zum Nachweis von Ionen und Molekülen:

- Photometrie

- Flammenfärbung

 

Zusatzinformationen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Fotometrie

http://de.wikipedia.org/wiki/Fotometer

 

Nachweis von Wasser, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid

Sauerstoff: Nachweis durch Aufglimmen eines glühenden Holzspans (=> Glimmspanprobe)

Wasser: wasserfreies Kupfersulfat ist weiß. Bei Kontakt mit Wasser nimmt es die typische blaue Färbung an

Kohlenstoffdioxid: Nachweis durch Kalkwaserprobe - es entsteht das schwerlösliche Salz Kalk:

 

Ca(OH)2 + CO2 ---> CaCO3 (s)

 

Der entstehende Kalk trübt das Wasser milchig!

 


 

Nachweis funktioneller Gruppen in organischen Verbindungen

Nachweis der Aldehydgruppe

Durchführen der Fehling (oder der Silberspiegelprobe):

Fehling 1: verdünnte CuSO4 Lösung (z.B. 7g Kupfersulfatpentahydrat auf 100 ml Wasser)

Fehling 2: alkalische Kaliumnatriumtartrat-Lösung

Cu2+ Ionen sind blau gefärbt. Cu+ Ionen liegen im Tartratkomplex1 in einer roten Farbe vor. Bei der Fehlingprobe findet also eine Redoxreaktion statt:

 

1 Tartrate sind die Salze der Weinsäure. Siehe auch Kapitel Carbonsäuren.

Fehlingprobe, Reaktionsgleichung 

 

Nachweis der Hydroxidgruppe

Es gibt eine Reihe von Nachweisen für Alkohole:

Die Fehlingreaktion funktioniert auch mit Alkoholen, da auch diese oxidiert werden können und so Elektronen für eine Kupferionenreduktion bereitstellen können.

Reaktion von Alkoholen mit Dichromaten (orange). Die entstehenden Chromionen sind grün. Dieser Nachweis wurde früher in Alcotest-Röhrchen bei Verkehrskontrollen eingesetzt.

3CH3CH2OH + Cr2O72- + 8H+ ---> 3 CH3CHO + 2Cr3+ + 7H2O

 

Nachweis mit Cer(IV)-nitrat, welches sich durch Alkohol von gelb nach rot verffärbt.

 

Ethanolnachweis durch die Iodoformprobe: Zugabe von Kalilauge und Iodlösung:

CH3CH2OH + 4I2 + 6KOH ---> CHI3 + HCOO- K+ + 5 KI + 5H2O

Entsteht dabei ein gelber Niederschlag aus Iodoform CHI3 (=Triiodmethan), so ist der Nachweis positiv! Das Iodoform hat auch einen typischen süßlichen Geruch, welcher ein wenig an „Zahnarzt“ und Desinfektionsmittel erinnert. Leider ist dieser Nachweis nicht ausschließlich für Alkohole. Auch Ethanal und Aceton bilden Iodoform.

 

Nachweis der Carboxylgruppe:

Ein einfacher Nachweis ist in organischen Verbindungen die pH-Messung!

 

Nachweis von Aminen:

Kochen mit HNO3, bei Gegenwart von Aminen werden diese zu Ammoniak reduziert. Der Nachweis findet durch den typischen Geruch statt.

 

Nachweis von Schwefel:

Bleiacetatpapier färbt sich bei Kontakt mit Schwefel schwarz. Es entsteht Bleisulfid.

Vollständige chemische Analyse (Vollanalyse) im Labor

Folgende Ionen lassen sich im Labor nachweisen:

Die Ausfällung mit H2S zu Metallsulfiden ist dabei bei den Kationen die übliche Methode:

 

Kationen: Ag+, Pb2+, Bi3+, Cu+/2+, Sb3+/5+, Sn2+/4+, Ni2+ , Co2+ , Fe2+/3+, Mn2+/4+/7+, Al3+, Cr3+, Zn2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ , Mg2+, Li+, Na+, K+, NH4+

 

Anionen: F, Cl, Br, I, S2, SO32, SO42, S2O32, SCN, NO2, NO3, CH3COO, CO32, C2O42

PO43, BO33, SiO44, [Fe(CN)6]4/3

 

Dabei geht man nach dem sogenannten Konzentrationsgang vor. Dieser kennt folgende Gruppen

  • Salzsäuregruppe
  • Schwefelwasserstoffgruppe
  • Urotropingruppe
  • Ammoniumsulfidgruppe
  • Ammoniumcarbonatgruppe
  • Lösliche Gruppe

 

Zusatzinformationen:

 

Wiederholungsaufgaben zum Thema Analytik und Ionennachweise

  1. Was ist eine Fällungsreaktion? Was ist ein schwerlösliches Salz?
  2. Welche Eigenschaft eines Salzes macht es schwerlöslich?
  3. Wie kann man Fällungsreaktionen für analytische Nachweise einsetzten?
  4. Nenne Nachweise für Chloridionen, Sulfationen, Eisenionen und Kupferionen. Wie funktionieren sie jeweils?
  5. Nenne mindestens 4 weitere Nachweise.

 

 

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