Nachweis (Chemie)

Ein Nachweis ist eine Methode der Analytischen Chemie, die dazu dient, eine Stoffprobe zu untersuchen.
Die Nachweisreaktion ist eine Chemische Reaktion, die für einen Nachweis benutzt wird.  

Mit dem Nachweis kann eine Probe mit relativ einfachen apparativen Mitteln untersucht werden auf:

• in ihr enthaltene Einzelkomponenten (qualitativ),
• deren Menge oder Konzentration (quantitativ) sowie
• auf spezifische Eigenschaften.

So werden chemische Elemente, eventuell vorhandener Ionen und funktionelle Gruppen mit Hilfe vieler „Schnelltests“ (Teststreifen oder nasschemische Nachweisreaktionen) in der Probe identifiziert. Von zentraler Bedeutung ist dabei neben diversen Messmethoden auch immer noch die Sinneswahrnehmung, während in der professionellen Chemie (in Forschung, Produktion (Analytik) und Chemieunterricht) Methoden der instrumentellen Analytik eingesetzt werden. Hierzu zählen z. B. instrumentalisierte Nachweisreaktionen und -geräte zur Chromatographie, Spektroskopie, Photometrie, Komplexometrie, Viskosimetrie, Osmometrie, Refraktometrie, Volumetrie, Gravimetrie und elektroanalytische Methoden.

Die Nachweisreaktion ist also nur ein methodisches (Hilfs-)Element bei der endgültigen Strukturaufklärung komplexerer Moleküle. Sie hat mitunter die Funktion eines Schnelltests, der gewisse Hinweise zur Proben-Beschaffenheit liefert, aber kein endgültiger Strukturbeweis ist. Informationen über einzelne Nachweisreaktionen finden sich in folgenden Artikeln:

• Nachweise für Anionen
• Nachweise für Kationen
• Nachweise organischer Stoffe
• Fällungsanalyse
• Kationentrennungsgang

Durch die Instrumentelle Analytik und ihre Methopden wie z. B. die spektroskopischen Verfahren hat die Bedeutung von Nachweisreaktionen in der Analytik abgenommen. Für die Vermittlung fachspezifischer Inhalten und Methoden sind sie jedoch nach wie vor von didaktischer Bedeutung (vgl. unter: Chemieunterricht).

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Methodologie

Die Methoden umfassen Fällungsreaktionen, Redoxreaktionen, Verdrängungsreaktionen, Komplexbildungsreaktionen und Flammproben. Gegebenenfalls ist die Probe vor Durchführung der Nachweisreaktion aufzubereiten oder von störenden Begleitstoffen zu reinigen.

In der anorganisch-analytischen Chemie geschieht das qualitative Nachweisen von Stoffen in Stoffproben z. B. in Form der Durchführung des Kationentrennganges (vgl. unter Qualitative Analyse und im folgenden Artikelabschnitt).

Anwendungsgebiete und Geschichte

Quantitative Bestimmungen von Stoffen werden oft mit ähnlichen Nachweisreaktionen durchgeführt, zielen aber darauf ab, Gehaltsangaben für die zuvor qualitativ nachgewiesenen Stoffe zu ermitteln (vgl. unter: Quantitative Nachweise). Diese kommen oft nur in Spuren vor (<1 %), knapp oberhalb der Grenzkonzentration (GK) oder der Erfassungsgrenze (EG) der Nachweisreaktion, so dass physikalische Analysemethoden eingesetzt werden müssen (Gaschromatografie, Atomabsorptionsspektroskopie usw.). So lassen sich heutzutage auch Spurenstoffe im ppb-Bereich erfassen (1 ppb = 1:10⁹; siehe unter: Quantitative Analyse, Instrumentelle Analytik, Analytische Chemie).

Qualitative sowie quantitative Nachweise auch von nur in Spuren vorhandenen Stoffen durchführen zu können, war früher von großer Bedeutung in der Chemie. Das Beispiel des Arsens zeigt diese Bedeutung im Hinblick auf die Kriminalistik: Die Marshsche Probe ist eine Nachweisreaktion in der Chemie und Gerichtsmedizin für Arsen, die 1832 von dem englischen Chemiker James Marsh entwickelt wurde. Vor der Entdeckung der Marsh'schen Probe war Arsen ein beliebtes Mordgift, da es sich nur schwer nachweisen ließ.

Nachweise von Gasen

Nachweisreaktionen existieren z. B. für Gase, Anionen und Kationen (Letztere hier mit jeweiligem Reaktionsschema und in etwaiger Reihenfolge des Kationentrenngangs):

Wasserstoff

Für den Nachweis von Wasserstoff eignet sich die Knallgasprobe. Das unbekannte Gas wird entzündet. Vernimmt man hierbei einen Knall oder ein lautes Pfeifen, handelte es sich um Wasserstoff:

Sauerstoff

Sauerstoff weist man mit der Glimmspanprobe nach. Ein glimmender Holzspan glüht in reinem Sauerstoff deutlich auf.

Kohlenstoffdioxid

Für den Nachweis von Kohlenstoffdioxid verwendet man eine Calciumhydroxidlösung. Dazu leitet man das Gas in gesättigtes Kalkwasser und ein weißer Feststoff (Calciumcarbonat) fällt aus.

Nachweise für Säuren und Basen

Säuren und Basen

Ein Säure-Base-Indikator ist ein Stoff, der durch eine Farbveränderung pH-Wert-Änderungen durch Säuren oder Basen anzeigt. Am häufigsten werden Säure-Base-Indikatoren daher bei Titrationen verwendet (siehe unter Indikator (Chemie) und Säure-Base-Titration).

Säuren und Basen enthalten in wässriger Lösung Oxonium- bzw. Hydroxidionen. Diese lassen sich beispielsweise mit Universalindikator nachweisen. Hierbei ändert der Indikator abhängig vom pH-Wert der Probesubstanz seine Farbe. Andere Säure-Base-Indikatoren sind zum Beispiel Phenolphthalein und Bromthymolblau.

Nachweis von Wasser

Wasser entsteht zum Beispiel als Kondensat gasförmigen Wasserdampfes oder als Reaktionsprodukt aus der Neutralisation von Säuren und Laugen. Man weist es mit wasserfreiem Kupfer(II)-sulfat nach: wasserfreies, weißes Kupfersulfat färbt sich bei Zugabe von Wasser hellblau. Es entsteht ein Kupfertetraqua-Komplex, bei dem vier Wassermoleküle als Liganden des Zentralions auftreten:

Dabei handelt es sich um eine Komplexbildungsreaktion.

Nachweise für Ionen/Salze und für organische Moleküle

  Weitere Nachweisreaktionen finden sich nach Stoffgruppen geordnet in folgenden Hauptartikeln:

• Nachweise für Anionen
• Nachweise für Kationen
• Nachweise organischer Stoffe
• Fällungsanalyse
• Kationentrennungsgang

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 Anorganische Analyse. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt 2002, ISBN 3-8171-1671-3