Qualitative Analyse Chemie

Die qualitative Analyse beschäftigt sich mit dem Nachweis von chemischen Elementen, funktionellen Gruppen oder chemischen Verbindungen. Zum Nachweis werden spezifische, charakteristische Nachweisreaktionen verwendet oder die Verbindungen, Elemente oder funktionellen Gruppen auf instrumentellem Wege nachgewiesen.

Entwicklung der qualitativen Analyse

Die Frage "Was für ein Stoff, Gegenstand, Nahrungsmittel, Getränk.... ist das?" ist eine uralte Frage, die sich Menschen bereits seit Jahrhunderten stellen. Anschauen, Riechen und Schmecken waren Methoden des damaligen Menschen, um eine Antwort auf diese Frage zu finden. Oftmals mit schweren Folgen für die eigene Gesundheit. Auf der Suche nach besseren Antwortmöglichkeiten auf diese Frage, durch die ersten Alchemist*innen und Chemiker*innen, entstand die qualitative Analyse.

Eine der ersten Methoden zur Unterscheidung von Stoffen war die Einordnung nach der Dichte nach dem Archimedischen Prinzip durch Untertauchen in Wasser. Es gab aber auch bereits erste chemische Nachweismethoden, bevor sich die Chemie überhaupt als Naturwissenschaft etablierte. Die Entdeckung der Salpeter- und Schwefelsäure und des Königswassers als Mischung aus Salz- und Salpetersäure ermöglichte eine Unterscheidung von Silber- und Goldlegierungen. Der Nachweis von in Wasser gelöstem Ammoniak, früher auch Salmiakgeist genannt, erfolgte unter anderem durch in Salpetersäure gelöste Bronze. Die Kupferionen verbinden sich mit dem Ammoniak zu einem tiefblauen Komplex.

Im Jahr 1685 erfand Robert Boyle den ersten bekannten Analysegang zur Untersuchung der Wasserqualität eines Gewässers ohne Geschmacksproben. Es handelt sich hierbei um einen fünfschrittigen Prozess:

1. Temperaturmessung und Dichtebestimmung mit einer Waage und einer Volumenmessung
2. Bestimmung der Farbe, des Geruchs und der Wirkung auf die Haut
3. Bestimmung von makroskopischen Verunreinigungen mit einer Lupe und die Untersuchung von der Wirkung von Luft auf die Wasserprobe
4. Untersuchung der Wasserprobe durch die Reaktion mit Galläpfelsaft
   • Eisensalz im Wasser: Die Probe wird schwarz
   • Kupfersalz im Wasser: Die Probe wird rot und/oder trüb
5. Test mit Veilchen- oder Rotkohlsaft
   • In diesen Säften befinden sich Anthocyane, bei denen es sich um pH-Indikatoren handelt.

Friedrich Hoffmann erweiterte daraufhin 1703 den Analysegang von Robert Boyle um den Nachweis von Kochsalz mithilfe von Silbernitrat () und den Nachweis von Schwefelverbindungen mit Quecksilber und Quecksilbersalzen. Die Zahl an Reagenzien im Repertoire eines Analytikers stieg rasant mit der Zahl an Nachweisen für chemische Elemente, Ionen oder Verbindungen an. Dies geschah bis zu dem Punkt, an dem es für die damaligen Alchemist*innen nahezu unmöglich war einen guten Überblick über alle Nachweise zu behalten. Im 19. Jahrhundert entwickelte sich aus dieser Problematik schließlich ein Trennsystem für alle wichtige Elemente in einer Probe. Es basiert auf der Trennung der Salze mit bestimmten Fällungsmitteln in Niederschlag und Lösung und ist heute bekannt als der klassische nasschemische Kationentrennungsgang, der auch heutzutage noch an Universitäten gelehrt wird.

Methoden der anorganische qualitativen Analyse

Die qualitative anorganische Analyse befasst sich mit der Analyse von anorganischen Stoffgemischen. Hierbei handelt es sich also größtenteils um Gemische von Salzen, Metallen oder wässrige Proben. Dabei werden die Stoffe oder isolierte Teile der Stoffgemische zuerst untersucht nach ihren äußeren Eigenschaften wie Farbe, Beschaffenheit, Kristallform und manchmal sogar auch Geruch und Geschmack, wobei dies aufgrund der möglichen Toxizität einer Probe nicht getan werden sollte.

Nach diesem ersten trivialen Analyseschritt werden sogenannte Vorproben durchgeführt. Hierbei handelt es sich um einfache chemische Reaktionen, die Indizien zur Beschaffenheit der Probe liefern können, jedoch nicht als hinreichender Nachweis für die Stoffe in der Probe gelten, da sie unspezifisch oder störungsanfällig sein können. Mögliche Vorproben in der anorganischen Analyse sind die Vorproben über:

• Löslichkeit
• Verhalten beim Erhitzen
• Färbung der Borax- oder Phosphorperle
• Flammenfärbung

Nachdem diese ersten Analysenschritte durchgeführt wurden, kann zum eigentlichen Trennungsgang übergegangen werden. Hierfür wird zunächst die Probe so gut wie möglich in Lösung gebracht und schwerlösliche Verbindungen, wie viele Silikate, Oxide oder Sulfate, werden über sogenannte Aufschlüsse in lösliche Verbindungen überführt und ebenfalls gelöst. Nun wird der Trennungsgang durchgeführt: Nach und nach werden Teile aus der Lösung ausgefällt und der Niederschlag auf die einzelnen Bestandteile überprüft, indem dieser immer weiter aufgetrennt wird.

Der tatsächliche Trennungsgang ist eigentlich eher Bestandteil eines Chemiestudiums. Falls dich dennoch interessiert, wie dieser grob eingeteilt ist, findest du hier eine Übersicht. Beachte hierbei, dass wir abgetrennte Elemente geschrieben haben, die Elemente jedoch in Form von Ionen auftreten und dabei sogar unterschiedliche Oxidationsstufen haben können. Unsere Schreibweise dient also der Vereinfachung.

Gruppenname	(Fällungs-)Reagenz	abgetrennte Elemente	Prinzip
Salzsäure-Gruppe	Salzsäure ()	Ag, Hg, Pb	Elemente werden als schwerlösliche Chloride in saurer Lösung gefällt
Reduktions-Gruppe	Hydrazin ()	Au, Pd, Tl, Pt, Se, Te	Edelmetalle können mit Hydrazin zum Element reduziert und somit gefällt werden
Schwefelwasserstoff-Gruppe	Schwefelwasserstoff () in Salz- oder Essigsäurelösung	Hg, Pb, Tl, Bi, Cu, Cd, Sb, Sn, Mo, Se, Te, Ge, As	Elemente werden als schwerlösliche Sulfide in saurer Lösung gefällt
Urotropin-Gruppe	Urotropin ()	Ga, Fe, Cr, In, Al, Be, U, Zr, Ti, La	Elemente werden durch Urotropin ausgefällt und größtenteils in schwerlösliche Hydroxide überführt
Ammoniumsulfid-Gruppe	Ammoniumsulfid ()	Co, Ni, Zn, Mn	Elemente werden als schwerlösliche Sulfide im alkalischen gefällt
Ammoniumcarbonat-Gruppe	Ammoniumcarbonat ()	Ba, Sr, Ca, Mg, Li, Na, K	Erdalkalimetalle außer Magnesium werden als schwerlösliche Carbonate gefällt, der Rest bleibt in Lösung zurück
lösliche Gruppe	Untersuchung der Lösung ohne Fällung	Mg, K, Rb, Cs, Li, Na

Auch wenn du in der Schule nichts über den nasschemischen Kationentrennungsgang lernst, lernst du ein paar Nachweise für unterschiedliche Elemente kennen, zu denen du auch Artikel auf StudySmarter finden kannst. Darunter findest du die Knallgasprobe zum Nachweis von Wasserstoff, die Glimmspanprobe zum Nachweis von Sauerstoff, die Kalkwasserprobe zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid und du lernst, wie Chlorid in Lösung nachgewiesen wird.

Die qualitative organische Analyse – Methoden