EinNachweis ist eineMethode derAnalytischen Chemie, die dazu dient, eineStoffprobe (den Analyten) qualitativ zu untersuchen. Davon zu unterscheiden sindquantitative Bestimmungsmethoden und Methoden derStrukturanalytik.
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DieNachweisreaktion ist einechemische Reaktion des jeweils eingesetztenNachweisreagenz, die das Vorhandensein einesAnalyten anzeigt. Die Bilder rechts zeigen beispielsweise eineNiederschlagsbildung imReagenzglas als Nachweisreaktion fürChlorid-Anionen mit Hilfe vonSilbersalzlösung undAmmoniakwasser, darunter zwei Nachweise von Kupfersalzen als Kupfertetramminkomplex (tiefblaue Lösung,Komplexbildungsreaktion) und als Kupferhexacyanidoferrat-II (brauner Niederschlag,Fällungsreaktion). Weitere als typische Nachweisreaktionen nutzbare Arten von Stoffumwandlungen sindRedoxreaktionen undSäure-Base-Reaktionen.
Mit demNachweis (derNachweisreaktion) kann eine Probe ohne oder mit relativ einfachen apparativen Mitteln untersucht werden auf:
So werdenchemische Elemente, eventuell vorhandenerIonen undfunktionelle Gruppen mit Hilfe vieler „Schnelltests“ (Teststreifen oder nasschemische Nachweisreaktionen) in der Probe identifiziert. Von zentraler Bedeutung ist dabei neben diversenMessmethoden vor allem dieSinneswahrnehmung, während zur Konzentrationsanalytik und Strukturanalytik (in Forschung, Produktion (Analytik) undChemieunterricht) Methoden der instrumentellenAnalytik eingesetzt werden. Hierzu zählen z. B. instrumentelle Bestimmungsmethoden derChromatographie,Spektrometrie,Photometrie,Osmometrie,Refraktometrie,Volumetrie,Gravimetrie undelektroanalytische Methoden.
Die Methoden umfassenFällungsreaktionen,Redoxreaktionen,Verdrängungsreaktionen,Komplexbildungsreaktionen undFlammproben. Gegebenenfalls ist die Probe vor Durchführung der Nachweisreaktion aufzubereiten oder von störenden Begleitstoffen zu reinigen.
In der anorganisch-analytischen Chemie geschieht dasqualitative Nachweisen von Stoffen in Stoffproben z. B. in Form der Durchführung desKationentrennganges (vgl. unterQualitative Analyse und im folgenden Artikelabschnitt).
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 sowiequantitative Nachweise auch von nur in Spuren vorhandenen Stoffen durchführen zu können, war früher von großer Bedeutung in der Chemie. Das Beispiel desArsens zeigt diese Bedeutung im Hinblick auf die Kriminalistik:DieMarshsche Probe ist eine Nachweisreaktion in der Chemie und Gerichtsmedizin für Arsen, die 1832 von dem englischen ChemikerJames Marsh entwickelt wurde. Vor der Entdeckung der Marshschen Probe war Arsen ein beliebtesMordgift, da es sich nur schwer nachweisen ließ. Ein anderer Arsennachweis ist dieBettendorfsche Probe (überZinn(II)-chlorid).
Durch dieInstrumentelle Analytik und ihre Methoden wie z. B. diespektroskopischen 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).
DieNachweisreaktion ist also vor allem eine Voruntersuchung zur quantitativen Bestimmung oder zur Strukturaufklärung. Sie hat in der Regel die Funktion eines Schnelltests, der gewisse Hinweise zur Probenbeschaffenheit liefert.
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Nachweisreaktionen für Ionen können in Form vonRedoxreaktionen,Säure-Base-Reaktionen,Komplexbildungsreaktionen oderFällungsreaktionen ablaufen.
Einige Salze sind z. B. nur sehr schlecht wasserlöslich. Dies nutzt man zum Nachweis vonIonen durch Ausfällung. Dazu mischt man sowohl eine wässrige Lösung der Untersuchungssubstanz (Probe,Analyt) als auch eineReferenzlösung (Probelösung) mit dem Nachweismittel. Die in der Vergleichslösung enthaltenen Ionen reagieren mit dem Nachweismittel, ebenso die gegebenenfalls in der Probelösung enthaltenen Ionen. Reagiert die Probelösung wie die Vergleichslösung, so ist der Nachweis positiv. So fallen z. B. Eisen-II-Kationen bei Zugabe einer wässrigen Lösung desroten Blutlaugensalzes als schwer wasserlösliches, intensiv blaues Salz aus.
Man unterscheidet vom Analyten her in der Anorganik:
Nachweisreaktionen existieren nicht nur für Anionen und Kationen, sondern auch für Gase:
Für den Nachweis vonWasserstoff eignet sich dieKnallgasprobe. Das unbekannte Gas wird entzündet. Vernimmt man hierbei einen Knall oder ein lautes Pfeifen, handelte es sich um Wasserstoff:
Sauerstoff kann mit derGlimmspanprobe nachgewiesen werden. Ein glimmender Holzspan glüht in einem Gasgemisch mit hohem Sauerstoffanteil deutlich auf.
Für den Nachweis vonKohlenstoffdioxid verwendet man eineCalciumhydroxidlösung. Dazu leitet man das Gas in gesättigtesKalkwasser oderBarytwasser und ein farbloser Feststoff (Calciumcarbonat) fällt aus, wenn Kohlenstoffdioxid enthalten ist.
oder :
Für den Nachweis vonAmmoniak verwendet man gasförmigenChlorwasserstoff bzw. konzentrierteSalzsäure. Dabei entstehtAmmoniumchlorid, der als weißer auffälliger Nebel sichtbar wird.
EinSäure-Base-Indikator ist einStoff, der durch eine Farbveränderung pH-Wert-Änderungen durchSäuren oderBasen anzeigt. Am häufigsten werden Säure-Base-Indikatoren daher beiTitrationen verwendet (siehe unterSäure-Base-Titration).
Säuren und Basen enthalten in wässriger LösungOxonium- bzw.Hydroxidionen. Diese lassen sich beispielsweise mitUniversalindikator nachweisen. Hierbei ändert der Indikator abhängig vom pH-Wert der Probesubstanz seine Farbe.Andere Säure-Base-Indikatoren sind zum BeispielPhenolphthalein undBromthymolblau.
Wasser entsteht zum Beispiel als Kondensat gasförmigen Wasserdampfes oder als Reaktionsprodukt aus der Neutralisation von Säuren und Laugen. Man weist es mitwasserfreiemKupfer(II)-sulfat nach: wasserfreies, weißes Kupfersulfat färbt sich bei Zugabe von Wasser hellblau. Es entsteht ein Kupferpentahydrat-Komplex, bei dem vier Wassermoleküle alsLiganden des Zentralions auftreten:
Dabei handelt es sich um eineKomplexbildungsreaktion.
Ein weiterer sehr empfindlicher Wassernachweis auf der Grundlage vonKomplexbildung ist die Rosafärbung von blauem (also wasserfreiem) Cobaltchlorid, dies wird zur Herstellung von Wasserteststreifen aus blauem Cobaltchloridpapier genutzt.
