Anionennachweise

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Anionennachweise nennt man chemische Reaktionen, mit denen ein Anion oder mehrere Anionen in einer Untersuchungssubstanz (Probe) nachgewiesen werden können. Es gibt Anionennachweise, bei denen Anionen wie Carbonat, Sulfid und Acetat direkt aus der Probe nachgewiesen werden können, und weitere Anionennachweise, die nur aus dem so genannten Sodaauszug funktionieren (für die Anionen Sulfat, Nitrat, Phosphat, Chlorid, Bromid, Iodid und Thiosulfat. Der folgende Artikel beschreibt die Durchführung dieser Anionennachweise in der qualitativ-anorganischen Analytik, wie sie an Schulen und Universitäten im Anfangsstudium gelehrt wird, und gibt die hier ablaufenden, für die allgemeine und anorganische Chemie wichtigen Reaktionen in Form von Reaktionsschemen an.

Inhaltsverzeichnis

1 Carbonat-Anionen
2 Halogenid-Anionen
- 2.1 Nachweis mit Silbersalzlösung und Ammoniak
- 2.2 Nachweis mit Chlorwasser und Hexan
3 Acetat-Anionen
4 Sulfid-Anionen
5 Sulfat- und Sulfit-Anionen
- 5.1 Sulfatnachweis
- 5.2 Sulfitnachweis
6 Nitrat-Anionen
7 Phosphat-Anionen
- 7.1 Nachweis mit Molybdatlösung
- 7.2 Nachweis mit ammoniakalischer Magnesiumsalzlösung
8 Thiosulfat-Anionen
9 Literatur
10 Weblinks

[Bearbeiten] Carbonat-Anionen

Carbonat-Ionen ( $\mathrm{CO_3^{2\operatorname{-}}}$ ) lassen sich durch Zugabe von Salzsäure nachweisen, bei der Kohlenstoffdioxid entsteht:

$\mathrm{CO_3^{2\operatorname{-}} + 2\,HCl \longrightarrow CO_2\!\uparrow + 2\,Cl^{\operatorname{-}} + H_2O}$

Kohlenstoffdioxidgas wird in das Nachweisreagenz Kalk- oder Barytwasser geleitet. Dort erzeugt es eine weiße Trübung von Kalzium- bzw. Bariumcarbonat:

Ba(OH)₂ (aq)	+	CO₂ (g)	--->	BaCO₃ (s)	+	H₂O (l)
Bariumhydroxid	+	Kohlenstoffdioxid	--->	Bariumcarbonat	+	Wasser

[Bearbeiten] Halogenid-Anionen

[Bearbeiten] Nachweis mit Silbersalzlösung und Ammoniak

Silberiodid-Niederschlag in Ammoniak-wasser

Beim Zutropfen von Silbernitrat-Lösung in die zu prüfende Flüssigkeit bilden sich beim Vorhandensein von Halogenid-Ionen Niederschläge. So zum Beispiel bei Kochsalzlösung:

NaCl (aq) + AgNO₃ (aq) $\rightarrow$ NaNO₃ (aq) + AgCl (s)

Dieser Niederschlag ist bei Iodid-Ionen AgI, gelb-grünlich, bei Chlorid- und Bromid-Ionen AgCl, AgBr weißlich. Um diese zu unterscheiden, tropft man nun noch Ammoniumhydroxid-Lösung hinzu, der Chloridniederschlag löst sich in verdünntem Ammoniakwasser nun wieder auf, der Bromidniederschlag nur in konzentriertem, der Iodidniederschlag gar nicht (vgl. Abb. oben, es entstehen Silberdiamminkomplexe, farblos löslich):

Ag⁺ + 2 NH₃ $\rightarrow$ [Ag(NH₃)₂]⁺

[Bearbeiten] Nachweis mit Chlorwasser und Hexan

Halogenid-Nachweis mit Chlorwasser und Hexan

Eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit ist die Zugabe von Chlorwasser und Hexan: Chlor oxidiert Bromid- und Iodidanionen zum Halogen.

Dieses löst sich beim Schütteln in der Hexanphase (Extraktion): Brom in Hexan sieht orangebraun aus, Iod in Hexan rosaviolett (vgl. Abb. oben, Redoxreaktion, Spannungsreihe der Nichtmetalle):

$\mathrm{2\,I^{\operatorname{-}} + Cl_2 \longrightarrow I_2\!\uparrow + 2\,Cl^{\operatorname{-}} }$

Elementares Chlor setzt bei dieser Redoxreaktion aus Natriumbromid analog elementares Brom frei und es bildet sich Natriumchlorid:

$Cl_2 + 2\;NaBr \rightarrow 2\;NaCl + Br_2$

Die Oxidationszahl des Oxidationsmittels Chlor wird hier kleiner (von 0 nach -1): Es wird reduziert, Bromid wird oxidiert.

[Bearbeiten] Acetat-Anionen

Acetat-Ionen ( $CH 3 COO -$ ) lassen sich mit Kaliumhydrogensulfat nachweisen, indem man das Salz, von dem man annimmt, dass es ein Acetat ist, mit Kaliumhydrogensulfat im Mörser zerreibt. Dabei wird das Proton (H⁺) des Hydrogensulfat-Ions auf das Acetation übertragen. Dabei entsteht Essigsäure , die leicht an ihrem typischen Geruch identifiziert werden kann.

$\mathrm{CH_3COO^- + HSO_4^- \;\overrightarrow{\leftarrow} CH_3COOH + SO_4^{2-}}$

Acetat wird durch Hydrogensulfat protoniert. Es entsteht Essigsäure und Sulfat.

[Bearbeiten] Sulfid-Anionen

Sulfid-Ionen ( $\mathrm{S^{\operatorname{2-}}}$ ) und Anionen mancher Schwefel-Verbindungen lassen sich in schwach salpetersaurer Lösung mit $Pb(NO 3) 2$ nachweisen, es entsteht ein schwarzer Niederschlag von Bleisulfid: $\mathrm{S^{\operatorname{2-}} + Pb(NO_3)_2 \longrightarrow PbS + 2 NO_3^{\operatorname{-}} }$ Beim Ansäuern von festen, also ungelösten Sulfiden entsteht ein charakteristischer Geruch, nach faulen Eiern (Verdrängungsreaktion, Vorsicht: Das Gas Schwefelwasserstoff ist giftig; Einatmen vermeiden, Abzug!). Das Gas schwärzt Bleiacetatpapier.

[Bearbeiten] Sulfat- und Sulfit-Anionen

[Bearbeiten] Sulfatnachweis

Sulfat-Ionen ( $\mathrm{SO_4^{2\operatorname{-}}}$ ) lassen sich mit Bariumchlorid nachweisen. Bei Zugabe von einer angesäuerten Lösung von $BaCl 2$ entsteht ein weißer Niederschlag von unlöslichem Bariumsulfat, $BaSO 4$ : $\mathrm{SO_4^{2\operatorname{-}} + BaCl_2 \longrightarrow BaSO_4\!\downarrow + 2\,Cl^{\operatorname{-}}}$

[Bearbeiten] Sulfitnachweis

Schema der Redoxreaktion von Sulfit mit Permanganat

Schon die Redoxreaktion mit Kaliumpermanganat als Oxidationsmittel kann einen Hinweis auf Sulfit geben (wie auch auf Eisen-II-ionen und alle anderen Reduktionsmittel).

Sulfit-Ionen ( $\mathrm{SO_3^{\operatorname{2-}}}$ ) lassen sich zum Nachweis dann per Verdrängungsreaktion mit (konzentrierter) Schwefelsäure nachweisen. Es entsteht ein stechender Geruch von Schwefeldioxid:

$\mathrm{SO_3^{\operatorname{2-}} + H_2SO_4 \longrightarrow SO_2 + H_2O + SO_4^{\operatorname{2-}} }$

[Bearbeiten] Nitrat-Anionen

Nitrationen werden mit der Ringprobe nachgewiesen: Die Probelösung (schwefelsauer, schwermetallfrei) wird mit frischer Eisen-II-sulfat-Lösung versetzt und mit konzentrierter Schwefelsäure unterschichtet. An der Grenzfläche zwischen beiden Flüssigkeiten werden die Nitrationen zu Stickstoffmonoxid (NO) reduziert. Dieses Radikal bildet in wässriger Lösung mit weiteren Eisenionen einen braunen Komplex, der als "Ring" an der Phasengrenze im Reagenzglas sichtbar wird:

1. Schritt: 3 Fe²⁺ + NO₃^- + 4 H⁺ $\rightarrow$ 3 Fe³⁺ + NO + 2 H₂O (Redoxreaktion) und

2. Schritt: Fe²⁺ + NO + 5 H₂O $\rightarrow$ [Fe(H₂O )₅NO] ²⁺ (Komplexbildungsreaktion)

Der Nachweis wird durch Bromid- und Iodidionen gestört, die mit der konz. Schwefelsäure Kontakt bekommen, da die Oxidationsprodukte Brom und Iod ebenfalls die Phasengrenze rotbraun färben können.

Eine weitere Möglichkeit ist der Nachweis mittels Lunges-Reagenz.

[Bearbeiten] Phosphat-Anionen

Phosphate weist man mit Ammoniumheptamolybdat in salpetersaurer Lösung nach oder aber mit ammoniakalischer Magnesiumsalzlösung (pH 8-9):

[Bearbeiten] Nachweis mit Molybdatlösung

Die schwermetallfreie Probelösung wird mit konzentrierter Salpetersäure aufgekocht (Oxidation störender Reduktionsmittel: In Anwesendheit reduzierender Ionen wie Sulfid, Bromid, Iodid, Thiosulfat oder auch Zinn-II-Kationen entsteht stattdessen Molybdänblau), mit Ammoniummolybdatlösung versetzt und erneut kurz aufgekocht. Dabei weist eine gelbe Trübung auf Phosphate hin, die mit Molybdaten den gelben Ammoniummolybdatophosphatkomplex bilden:

H₂PO₄^- + 3 NH₄⁺ + 12 MoO₄^2- + 22 H⁺ + x H₂O $\rightarrow$ (NH₄)₃>[P(Mo₃O₁₀)₄(H₂O)_x] (gelb) + 12 H₂O

[Bearbeiten] Nachweis mit ammoniakalischer Magnesiumsalzlösung

Die schwermetallfreie, mit Ammoniak und Ammoniumchlorid auf pH 8-9 gepufferte Probelösung wird mit Magnesiumchloridlösung versetzt. Eine weiße Trübung von Magnesiumammoniumphosphat MgNH₄PO₄ zeigt ebenfalls Phosphat an (säurelöslich):

Mg²⁺ + NH₄⁺ + PO₄^3- $\rightarrow$ MgNH₄PO₄ (weiß)

[Bearbeiten] Thiosulfat-Anionen

Thiosulfat-Anionen ( $\mathrm{S_2O_3^{\operatorname{2-}}}$ ) werden durch Zugabe von Silbernitratlösung im Überschuss bei pH um 7 nachgewiesen ("Sonnenuntergang"): Es entsteht ein weißer Niederschlag, der sich langsam von gelb, orange über braun bis hin zum schwarzen Silbersulfid verfärbt (Reaktion in 2 Schritten - Ausfällung mit anschließender Redoxreaktion in Form einer Disproportionierung):

$\mathrm{S_2O_3}^{2{-}} + 2 \mathrm{Ag}^+\longrightarrow\mathrm{Ag_2S_2O_3}\downarrow$

1.Schritt: Thiosulfat wird durch Silberionen schnell ausgefällt, es entsteht sofort weißes Silberthiosulfat.

$\mathrm{Ag_2S_2O_3 + H_2O \longrightarrow Ag_2S + H_2SO_4 }$

2. Schritt: Das Thiosulfat (Oxidationszahl S=+II) zerfällt langsam in Verbindungen mit günstigerer Oxidationszahl: Sulfide (S=-II) und Sulfat (S=+VI).

[Bearbeiten] Literatur

Gerhart Jander, E. Blasius: Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2005 (in 15. Aufl.), ISBN 3-7776-1364-9
Michael Wächter: Stoffe, Teilchen, Reaktionen. Verlag Handwerk und Technik,Hamburg 2000, S.154-169 ISBN 3-582-01235-2
Bertram Schmidkonz: Praktikum anorganisch-qualitative Analyse. Ferd. Dümmler Verlag, Bonn 1998, ISBN 3-427-43351-X

[Bearbeiten] Weblinks

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