1. Qualitativer Nachweis von Anionen und Sodaauszug

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1 Anionennachweis 1 1. Qualitativer Nachweis von Anionen und Sodaauszug Die moderne Analytische Chemie unterscheidet zwischen den Bereichen der qualitativen und quantitativen Analyse sowie der Strukturanalyse. Von den drei Teilgebieten haben in der Umweltchemie die quantitativen Bestimmungsverfahren die mit Abstand größte Bedeutung. Voraussetzung einer quantitativen Analyse ist die qualitative Kenntnis der zu untersuchenden Probenkomponenten. Daher muss ggf. eine qualitative Analyse der quantitativen vorausgehen. Neben den aufwendigen instrumentellen Nachweisverfahren werden oft qualitative Schnelltestverfahren angewandt, die auf der Farbänderung von Teststreifen beruhen. Schnelltestverfahren für ionische Substanzen basieren zum Teil auf den klassischen Nachweisreaktionen für Anionen und Kationen. Darum werden in den ersten beiden Praktikumsversuchen einige klassische Nachweisreaktionen für Anionen und Kationen vorgestellt. Da die Kationen den Anionennachweis stören, werden die Kationen durch Fällung mit Natriumcarbonat (Soda) abgetrennt und im Filtrat durch spezifische Einzelreaktionen bestimmt. Zunächst werden Einzelreaktionen wichtiger Anionen durchgeführt, um danach die Anionen eines Probengemisches im Sodaauszug zu identifizieren.

2 2 Anionennachweis 1. Einzelreaktionen der Anionen Cl, Br, I, SO 4, NO 3 und CO 3 Für die Reaktionen sind die ausstehenden Reagenzien zu verwenden. Alle Versuche mit Ausnahme des Sodaauszugs werden im Reagenzglas ausgeführt. Es werden folgende Lösungen hergestellt: Jeweils 1 Spatelspitzen von NaCl, NaBr, NaI, Na 2 SO 4, NaNO 3, Na 2 CO 3 werden in ca. 5 ml Wasser gelöst (Reagenzgläser beschriften) Nachweis von Cl, Br, I Zu je etwa 2 ml NaCl-, NaBr- und NaI-Lösung gibt man einige Tropfen verd. HNO 3 und fügt einige Tropfen AgNO 3 hinzu. Es entsteht weiße bis gelbe Niederschläge der Silberhalogenide. Die jeweiligen Silberhalogenid-Suspensionen sind in zwei etwa gleiche Teile aufzuteilen, und mit ihnen sind folgende Versuche durchzuführen: a) Suspension + konzentrierte Ammoniak(NH 3 )-Lösung b) Nach Absetzen des Niederschlags wird dekantiert, der Rückstand mit destilliertem Wasser aufgeschüttelt und nach Absetzen wieder dekantiert. Dann gibt man gesättigte Natriumthiosulfatlösungen (Na 2 S 2 O 3 ) hinzu Reaktionen zur Unterscheidung von Br und I Je 1 ml der NaBr- bzw. NaI-Lösung werden in einem Reagenzglas mit 2 ml CHCl 3 unterschichtet. Nach Ansäuern der Lösung mit verdünnter HCl gibt man tropfenweise Chlorwasser hinzu, verschließt mit einem Stopfen und schüttelt das Reagenzglas kräftig durch. 1. Bei Anwesenheit von Br : die CHCl 3 -Phase färbt sich braun. 2. Bei Anwesenheit von I : die CHCl 3 -Phase färbt sich violett. Was geschieht bei gleichzeitiger Anwesenheit von Br und I?

3 Anionennachweis Nachweis von SO 4 Etwa 3 ml einer Lösung von Na 2 SO 4 werden mit verdünnter HCl angesäuert. Dann gibt man einige Tropfen BaCl 2 -Lösung hinzu: feinkristalliner Niederschlag von BaSO 4. Der Niederschlag ist nach dem Dekantieren auch in konzentrierter HCl nicht löslich Nachweis von NO 3 Herstellung einer gesättigten FeSO 4 -Lösung: Zu ca. 3 ml verdünnter Schwefelsäure gibt man mehr FeSO 4 als sich löst (umschütteln und dekantieren!). 2 ml NaNO 3 -Lösung werden mit 2 ml gesättigter schwefelsaurer FeSO 4 -Lösung versetzt und gemischt. Diese Lösung unterschichtet man sehr vorsichtig (!) mit etwa 1 ml konz. H 2 SO 4 (Schutzbrille!), indem man diese langsam am schräg gehaltenen Reagenzglas herunterlaufen lässt. An der Grenze der Schicht entsteht ein bräunlicher Ring. Dieser Nachweis wird durch Br und I gestört (ähnliche Färbung). Zur Abtrennung dieser Ionen wird deshalb vor dem NO 3 - Nachweis die schwefelsaure Lösung solange mit einer konz. Ag 2 SO 4 -Lösung versetzt, bis kein Silberhalogenid mehr ausfällt. Es wird vom Silberhalogenid abfiltriert und im Filtrat auf NO 3 geprüft Nachweis von CO 3 In ein Reagenzglas, das zu ¾ mit einer gesättigten Na 2 CO 3 -Lösung gefüllt ist wird tropfenweise BaCl 2 -Lösung gegeben: weißer Niederschlag von BaCO 3, der sich bei Zusatz von verdünnter HCl wieder löst. Sofort nach der Zugabe von Salzsäure wird ein mit Bariumhydroxid gefülltes Gärröhrchen aufgesetzt: weiße Trübung.

4 4 Anionennachweis 2. Sodaauszug Viele Schwermetalle stören den Nachweis der Anionen Cl, Br, I, SO 4 - und NO 3. Daher werden die in der Probensubstanz anwesenden Schwermetalle mit Soda als Carbonate, basische Carbonate oder Hydroxide gefällt und schwerlösliche Salze der gesuchten Anionen aufgeschlossen. Die Nachweisreaktionen für die einzelnen hier besprochenen Anionen sind bei Anwesenheit nur dieser Anionen spezifisch. CO 3 ist naturgemäß getrennt nachzuweisen Nachweis von CO 3 Da für den Sodaauszug der Probe Soda zugesetzt wird, muss der Nachweis von CO 3 in einer parallelen Prüfung erfolgen. Eine Spatelspitze der Probe wird im Reagenzglas mit ca. 5 ml H 2 O übergossen, dann wird 1 ml konz. HCl dazugegeben. Sofort nach der Zugabe der Säure wird das mit Bariumhydroxidlösung gefüllte Gärröhrchen aufgesetzt. Bei Anwesenheit von CO 3 tritt Gasentwicklung ein (CO 2 ), und das Barytwasser wird getrübt (BaCO 3 ) Arbeitsvorschriften für den Sodaauszug Vorbereitung des Sodaauszuges Zwei Spatelspitzen der ausstehenden Probe werden im Becherglas (100 ml) mit etwa 25 ml H 2 O versetzt. Dazu gibt man 10 Spatelspitzen Soda und erhitzt mit der Bunsenflamme unter dauerndem Umrühren für 5 Minuten zum Sieden. Vorsicht wegen des Siedeverzugs! Der in Lösung gegangene Anteil wird vom Ungelösten abfiltriert. Das Filtrat ist der so genannte "Sodaauszug"; er enthält im Wesentlichen die Alkalisalze der vorliegenden Anionen.

5 Anionennachweis Vorbereitung der Analysen Von diesem Sodaauszug werden jeweils 2 3 ml entnommen, mit verd. Säure angesäuert und auf Anionen geprüft. Dabei ist anzusäuern a. bei Untersuchung auf Cl, Br und I mit verd. HNO 3, b. bei Untersuchung auf SO 4 mit verd. HCl, c. bei Untersuchung auf NO 3 mit verd. H 2 SO Prüfung auf Cl, Br und I Zu der angesäuerten Lösung werden einige Tropfen AgNO 3 hinzugefügt. Bei Anwesenheit von Cl, Br und I wird eine Fällung der entsprechenden Silberhalogenide beobachtet. Eine Unterscheidung zwischen Cl oder Br und I ermöglicht das unterschiedliche Verhalten der jeweiligen Niederschläge gegen konz. Ammoniak. Nach Ansäuern mit verd. HNO 3 fällt bei Anwesenheit von Cl ein weißer Niederschlag aus. Der Nachweis von Br und I einzeln und nebeneinander gelingt durch Unterschichtung der angesäuerten Ausgangslösung (vor dem AgNO 3 -Zusatz) mit CHCl 3 und dem tropfenweise Zusatz von Chlorwasser (kräftig schütteln) Prüfung auf NO 3 Der angesäuerte Sodaauszug wird mit 3 ml gesättigter FeSO 4 -Lösung versetzt. Diese Lösung wird vorsichtig mit etwa 1 ml konz. H 2 SO 4 unterschichtet. Ein bräunlicher Ring zeigt das Vorhandensein von NO 3 an. Dieser Nachweis ist eindeutig, wenn vorher weder Br - noch I nachgewiesen wurde. Bei Anwesenheit der Halogenidionen wird dem schwefelsauren Sodaauszug solange Ag 2 SO 4 zugefügt, bis kein Silberhalogenid mehr ausfällt. Der Niederschlag wird abfiltriert und der NO 3 - Nachweis im Filtrat durchgeführt.

6 6 Anionennachweis Prüfung auf SO 4 Zu der Lösung gibt man einige Tropfen BaCl 2 -Lösung. Ein feinkristalliner Niederschlag von BaSO 4, der nicht in konz. HCl löslich ist, weist SO 4 -Ionen nach. Fragen zum Anionennachweis 1. Wie sind die Reaktionsgleichungen der durchgeführten Nachweisreaktionen zu formulieren? Die Reaktionsgleichungen sind in den zugehörigen Passagen des Versuchsprotokolls anzugeben. 2. Bei den Nachweisreaktionen werden häufig schwerlösliche Verbindungen gebildet. Durch welche Stoffkonstante wird die Löslichkeit dieser Verbindungen bestimmt? 3. Von welchen Einflüssen hängt die Löslichkeit zusätzlich ab? 4. Wie lautet die Formulierung des Massenwirkungsgesetzes für die Fällung von AgCl und PbCl Wie groß ist die Löslichkeit von AgCl und PbCl 2 jeweils in einer gesättigten wässrigen Lösung und in einer 0,1 molaren Chloridlösung?