Liste von Nachweisreaktionen

Grundprinzip und Bedeutung

Nachweisreaktionen sind möglichst spezifische chemische Reaktionen, die qualitativ anzeigen, ob ein bestimmtes Ion oder eine bestimmte Stoffgruppe vorhanden ist. Teilweise eignen sie sich auch für quantitative Bestimmungen, also zur Ermittlung einer Stoffmenge oder Konzentration. Ein positives Ergebnis wird meist durch eine charakteristische Farbe, einen Niederschlag, eine Gasentwicklung oder eine andere deutlich erkennbare Veränderung sichtbar.

Die Nachweise beruhen vor allem auf Ausfällung, Komplexbildung oder Redoxreaktionen. Bei einer Ausfällung entsteht ein schwer löslicher Feststoff; bei der Komplexbildung bildet ein Ion mit anderen Teilchen eine charakteristisch gefärbte Verbindung; bei einer Redoxreaktion werden Elektronen übertragen. Auch Aufschlussverfahren und Flammenfärbungen zählen zu den Nachweisreaktionen.

In der modernen analytischen Chemie spielen diese klassischen Verfahren nur noch eine untergeordnete Rolle. In der chemischen Ausbildung bleiben sie jedoch wichtig: Sie vermitteln Kenntnisse über Stoffeigenschaften, schulen genaues analytisches Arbeiten und üben den Umgang mit Laborgeräten. Viele Nachweise sind nicht vollkommen eindeutig, weil andere Stoffe das Ergebnis ebenfalls hervorrufen oder verhindern können. Solche störenden Stoffe müssen daher berücksichtigt werden.

Nachweise anorganischer Anionen

Anionen sind negativ geladene Ionen. Viele ihrer Nachweise beruhen auf Niederschlägen, Farbreaktionen, Gasentwicklung oder Redoxreaktionen.

Carbonate entwickeln nach Zugabe von Salzsäure Kohlenstoffdioxid; Sulfide und unedle Metalle können diesen Nachweis stören. Alternativ lassen sich Carbonate mit Salzsäure und Barytwasser durch eine Trübung als Bariumcarbonat erkennen. Sulfide setzen mit einer starken Säure Schwefelwasserstoff frei, der nach faulen Eiern riecht. Mit Blei(II)-acetat erzeugen sie schwarzes Bleisulfid. Sulfate bilden mit Bariumchlorid einen weißen Bariumsulfat-Niederschlag. Sulfite entfärben Kaliumpermanganat.

Chloride, Bromide und Iodide werden mit Silbernitrat und Ammoniakwasser als weißer Niederschlag nachgewiesen; Kupferkationen können stören. Bromid bildet mit Schwefelsäure braune Dämpfe. Bromid und Iodid können mit Chlorwasser oder Chloramin T und Salzsäure zu elementarem Brom beziehungsweise Iod umgesetzt werden: Brom erscheint orangebraun, Iod rosaviolett. Sulfid und Thiosulfat stören. Fluoride werden mit Schwefelsäure und Kieselsäure durch angeätztes Glas oder eine Silikatablagerung angezeigt.

Für Nitrat ist die Ringprobe ein klassischer Nachweis. Eisen(II)-sulfat und Schwefelsäure erzeugen einen braunen Ring; Nitrit stört. Nitrat kann außerdem mit Lunges Reagenz aus Sulfanilsäure, α-Naphthylamin und Zinkstaub oder durch die Griess-Ilosvay-Reaktion mit Sulfanilamid, N-(1-Naphthyl)ethylendiamin und Cadmium als Pinkfärbung erkannt werden. Auch dabei stört Nitrit. Nitrit selbst ergibt mit Lunges Reagenz eine Pinkfärbung oder mit Grieß’schem Reagenz rotes Filterpapier.

Phosphate bilden mit Ammoniumheptamolybdat gelbes Ammoniummolybdatophosphat; Sulfid, Bromid, Iodid, Thiosulfat und Zinn(II) stören. Mit Ammoniak und Magnesiumchlorid entsteht weißes Ammoniummagnesiumphosphat, mit Zirconiumdichloridoxid oder Zirconiumdinitratoxid weißes Zirconiumhydrogenphosphat. Silikate ergeben mit Ammoniumheptamolybdat und Salpetersäure eine gelbe Lösung; Phosphate und Arsenate stören.

Cyanide können mit Eisensalzen als tiefblaues Berliner Blau nachgewiesen werden. Bei der Lassaigne-Probe entsteht mit Eisen(II)-sulfat ebenfalls eine tiefblaue Färbung, mit Alkaliionen ein Niederschlag. Thiocyanat bildet mit Eisen(III)-chlorid eine „stierblutrote“ Eisen(III)-thiocyanat-Färbung. Thiosulfat erzeugt mit Silbernitrat zunächst einen weißen Niederschlag, dessen Farbe über Gelb, Orange und Braun in Schwarz übergeht; dieser Verlauf heißt „Sonnenuntergang“. Permanganat oxidiert Iodid und verursacht eine Gelbfärbung, die mit Stärke intensiv blau bis schwarz wird. Borate lassen sich unter anderem mit Methanol als Borsäuretrimethylester durch eine grüne Flamme oder mit Curcumin als rot gefärbtes Rosocyanin erkennen.

Nachweise anorganischer Kationen

Kationen sind positiv geladene Ionen. Ihre Nachweise nutzen besonders häufig farbige Komplexe und schwer lösliche Niederschläge.

Ammonium setzt mit Natronlauge bei der Kreuzprobe Ammoniak frei; die Neßler-Reaktion mit Kaliumtetraiodomercurat(II) liefert eine rotbraune Lösung. Aluminium zeigt mit Natriumfluorid und Phenolphthalein bei der Kryolithprobe eine Rotfärbung, mit Morin eine grüne Fluoreszenz, mit Cobalt(II)-nitrat blaues Cobaltaluminat und mit Alizarin S einen roten Niederschlag. Beim letzten Nachweis stören Chrom, Eisen und Titan.

Eisen bildet mit Blutlaugensalzen einen blauen Berliner-Blau-Niederschlag: Eisen(II) wird mit rotem, Eisen(III) mit gelbem Blutlaugensalz geprüft; Kupfer stört. Eisen(III) ergibt mit Thiocyanat eine tiefrote Lösung, wobei Cobalt stören kann. Kupfer bildet mit Ammoniakwasser einen tiefblauen Kupfertetraminkomplex; Nickel stört. Mit gelbem Blutlaugensalz entsteht ein braunroter Kupferhexacyanidoferrat-Niederschlag, der durch Eisen beeinträchtigt werden kann. Cobalt bildet mit Thiocyanat einen zunächst pinken, in Amylalkohol blauen Komplex; Eisen stört. Nickel wird mit Diacetyldioxim durch Rotfärbung als Bis(dimethylglyoximato)nickel(II) nachgewiesen.

Silber bildet mit Chlorid weißes, in Ammoniak lösliches Silberchlorid. Mit Cyanid oder Thiocyanat entsteht ebenfalls ein weißer, im Überschuss löslicher Niederschlag; Chromat liefert rotbraunes Silberchromat. Blei ergibt mit Iodid gelbes Bleiiodid, das sich im Iodidüberschuss zu einer farblosen Lösung löst, und mit Dichromat gelbes Bleichromat. Zink bildet mit Sulfid einen weißen Niederschlag, mit gelbem Blutlaugensalz weißes Kaliumzinkhexacyanidoferrat(II) und mit Cobalt(II)-nitrat das türkisgrüne Pulver Rinmans Grün. Cadmium wird als gelbes Cadmiumsulfid nachgewiesen.

Calcium bildet mit Schwefelsäure einen weißen Calciumsulfat-Niederschlag; Barium und Strontium stören. Barium liefert mit verdünnter Schwefelsäure farbloses Bariumsulfat, wobei unter anderem Calcium, Strontium und Blei stören, oder mit Kaliumchromat gelbes Bariumchromat; eine hohe Protonenkonzentration beeinträchtigt diesen Nachweis. Magnesium bildet mit Magneson einen tiefblauen Niederschlag, der durch Schwermetalle, Aluminium, Beryllium und Calcium gestört wird. Kalium ergibt mit Perchlorsäure weißes Kaliumperchlorat, Lithium mit Dinatriumhydrogenphosphat weißes Lithiumphosphat.

Chrom wird mit Natriumhydroxid und Wasserstoffperoxid zu gelbem Chromat umgesetzt. Mangan bildet mit Blei(IV)-oxid eine violette Permanganatlösung oder im alkalischen Bad einen braunen Mangan(IV)-oxid-Niederschlag. Titan ergibt mit Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure einen gelben bis gelborangen Komplex; Eisen, Vanadium, Molybdän, Chromat und Fluorid stören. Molybdän kann als gelbes Molybdophosphat oder nach Zugabe von Ascorbinsäure als Molybdänblau erkannt werden.

Für Arsen und Antimon existieren mehrere ähnliche Nachweise, die einander stören können. Die Marshsche Probe mit Salzsäure, Zinkperlen und Kupfersulfat erzeugt eine fahlblaue Flamme und einen schwarzen Spiegel; Arsen und Antimon stören ihren jeweiligen Nachweis gegenseitig. Arsen bildet mit Schwefelwasserstoff einen gelben, Antimon einen orangen Sulfid-Niederschlag. Quecksilber erzeugt auf Kupferblech ein silbrig glänzendes Amalgam; mit Salzsäure und Ammoniak entsteht ein schwarzer Niederschlag. Zinn zeigt in der Leuchtprobe mit Zink und Salzsäure blaues Leuchten oder mit Molybdat eine Blaufärbung.

Organische Anionen und Stoffgruppen

Bei organischen Anionen werden häufig charakteristische Gerüche, Farben oder Niederschläge genutzt. Acetat kann mit Kaliumhydrogensulfat als Essigsäure am Essigsäuregeruch erkannt werden. Mit Ethanol beziehungsweise Amylalkohol entstehen Essigsäureethylester beziehungsweise Essigsäurepentylester mit Klebstoff- oder fruchtigem Geruch. Silbernitrat fällt Silberacetat aus; Halogenide stören. Ein weiterer Acetatnachweis mit La(NO₃)₃, KI·I₂ und NH₃ führt zur Blaufärbung, kann aber durch PO₄³⁻, F⁻ und SO₄²⁻ gestört werden. Butyrate werden als Buttersäure oder Methylbutyrat über ihren Geruch erkannt. Tartrate bilden mit Kupfer(II)-Salzen eine blaue Ditartratocuprat(II)-Lösung.

Nachweise organischer Stoffgruppen

Stoffgruppen fassen organische Verbindungen mit gemeinsamen Strukturmerkmalen oder funktionellen Gruppen zusammen. Aldehyde und andere reduzierende Gruppen lassen sich durch mehrere Redoxreaktionen erkennen. Die Tollensprobe mit ammoniakalischer Silbernitratlösung erzeugt einen Silberspiegel. Die Fehling-Probe mit Kupfersulfat, Natronlauge und Kalium-Natrium-Tartrat liefert bei Aldehyden und reduzierenden Zuckern rotes Kupfer(I)-oxid; andere reduzierende Verbindungen stören. Die Schiffsche Probe färbt Aldehyde rötlich, die Angeli-Rimini-Reaktion rot. Benedict-Reagenz bildet mit Aldehyden, Ascorbinsäure und reduzierenden Zuckern einen gelben Niederschlag. Nylanders Reagenz mit Bismutsalzen führt bei reduzierenden Gruppen zu einer Braun- oder Schwarzfärbung. Aldehyde und Ketone bilden mit 2,4-DNPH einen Niederschlag.

Ungesättigte Verbindungen können durch Entfärbungsreaktionen erkannt werden. Alkene entfärben Bromwasser; Phenole und viele reduzierende Verbindungen reagieren jedoch ebenfalls. Alkene und Alkine entfärben bei der Baeyer-Probe Kaliumpermanganat. Dabei können unter anderem Aldehyde, Ameisensäure und ihre Ester, Phenol- und Anilinderivate, Mercaptane und Thioether stören. Halogenalkane zeigen bei der Beilsteinprobe mit Kupfer eine grüne bis blaugrüne Flamme; organische Stickstoffverbindungen können ein ähnliches Ergebnis verursachen. Alkohole erzeugen bei der Lucas-Probe mit Zinkchlorid und Salzsäure eine Trübung. Phenole ergeben mit Eisen(III)-chlorid eine grün-blaue Färbung.

Für Kohlenhydrate gibt es gruppenspezifische Reaktionen. Die Molisch-Probe mit α-Naphthol in Ethanol und Schwefelsäure zeigt Kohlenhydrate durch einen violetten Ring an. Pentosen ergeben bei der Bial-Probe mit Orcin, Eisen(III)-chlorid und Salzsäure eine grün-blaue Färbung sowie bei der Dische-Probe mit Diphenylamin, Eisessig und Schwefelsäure eine blaue Farbe. Ketohexosen bilden bei der Seliwanow-Probe mit Resorcin und Salzsäure einen roten Farbstoff. Lactose, Maltose, Cellobiose und Lactulose zeigen bei der Wöhlk-Reaktion mit Ammoniaklösung und Kalilauge eine lachsrote Färbung.

Aminosäuren reagieren mit Ninhydrin blau. Peptidbindungen werden durch die Biuretreaktion mit Kupfersulfat und Natronlauge dunkelviolett nachgewiesen. Aromatische Aminosäuren ergeben bei der Xanthoprotein-Reaktion mit Salpetersäure eine gelbe Farbe. Schwefelwasserstoff und Mercaptane reagieren beim Doktor-Test mit Natriumplumbit unter Braunfärbung und Entfärbung.