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Klassenstufe 10
3. Den Stoffen analytisch auf der Spur
Analyse – Experimente zu einer qualitativen Analyse
Einleitung – wir experimentieren
Im Küchenschrank hast du sicher schon einmal eine Dose mit einer weißen, kristallinen Substanz gefunden und überlegt, ob das nun Salz oder Zucker sei. Es genügt ein Kosten mit der Zungenspitze und schon weißt du Bescheid. Für den Chemiker ist das Kosten jeglicher Substanzen seines Labors verboten. Er bedient sich zur Identifizierung von Stoffen deshalb ausgeklügelter Verfahren.
Analyse ist die Untersuchung und Ermittlung der Zusammensetzung eines Stoffes.
Es wird zwischen qualitativer (Ermittlung der Art und Bestandteile eines Stoffes) und quantitativer (Ermittlung der Menge der einzelnen Bestandteile eines Stoffes) unterschieden.
Um eine Analyse durchzuführen, sollte man jeden einzelnen experimentellen Schritt genau überlegen, um möglichst richtig, aber auch effektiv ans Ziel zu kommen.
Der Chemiker experimentiert und in einem Protokoll hält er fest, womit er sich beschäftigt, wie er experimentiert, was er gesehen und geschlussfolgert hat. Schließlich sollen er und andere auch später noch von seinen Experimenten profitieren können. Man muss das Fahrrad nicht immer wieder neu erfinden.
Ein Protokoll zu einer qualitativen Analyse
1. Aufgabe - worum geht’s im Experiment?
In einem alten Chemielabor wurden vier unbeschriftete Vorratsflaschen mit weißen kristallinen Substanzen entdeckt. Weiterhin wurden Etiketten mit den Beschriftungen Stärke, Glukose, Natriumcarbonat und Natriumsulfat gefunden.
Finde heraus, in welcher Vorratsflasche sich welche Substanz befindet!
2. Plan/Durchführung – erst überlegen, dann handeln
Beachte bei der Durchführung deiner Experimente:
Zunächst verteile die Substanzen auf Uhrglasschalen und benutze für jedes Experiment nur wenig von der Substanz. Erst nach dem ersten Experiment löst du die weißen Substanzen in destilliertem Wasser.
Beachte die Reihenfolge und Anzahl der jeweiligen Experimente:
Experiment 1 führst du für alle Stoffproben durch. So identifizierst du genau eine Substanz.
Experiment 2 führst du für die drei übrigen Stoffproben aus und identifizierst auf diese Weise die nächste Substanz und so weiter.
| Plan und Durchführung der Experimente | Die Substanzen aus dem alten Chemielabor: | |||
|---|---|---|---|---|
| Stärke | Glukose | Natriumcarbonat | Natriumsulfat | |
| Experiment 1: Auftropfen von Iod- Kalium- Iodidlösung |
Färbung nach dunkelviolett | keine Reaktion | keine Reaktion | keine Reaktion |
| Experiment 2: Lösen der Feststoffe in destilliertem Wasser Zugabe von Fehlingscher Lösung und Erhitzen |
- | ziegelroter Niederschlag | keine Reaktion | keine Reaktion |
| Experiment 3: Zugabe von wenigen Tropfen Bariumchloridlösung |
- | - | Es entsteht ein weißer Niederschlag | Es entsteht ein weißer Niederschlag |
| Experiment 4: Zugabe von verdünnter Salzsäure zu den Niederschlägen |
- | - | weißer Niederschlag löst sich auf, Gasentwicklung | weißer Niederschlag bleibt erhalten |
3. Beobachtung - Schau genau hin, was siehst du bei deinem Experiment?
Experiment 1: Färbung nach dunkelviolett auf Uhrglas 1
Experiment 2: ziegelroter Niederschlag auf Uhrglas 3
Experiment 3: mit der Bariumchloridlösung entsteht ein weißer Niederschlag auf Uhrglas 2, Niederschlag löst sich mit verdünnter Salzsäure auf (Gasentwicklung)
Experiment 4: mit der Bariumchloridlösung entsteht ein weißer Niederschlag auf Uhrglas 4, Niederschlag löst sich mit verdünnter Salzsäure nicht auf
4. Auswertung – denk nach und ziehe Schlüsse!
In der Auswertung gibst du zunächst an, in welcher Vorratsflasche sich welche Substanz befunden haben muss. Du gehst also auf die Aufgabenstellung ein.
Das könnte so aussehen:
In Vorratsflasche 1: Stärke vorhanden
In Vorratsflasche 2: Natriumcarbonat vorhanden
In Vorratsflasche 3: Glukose vorhanden
In Vorratsflasche 4: Natriumsulfat vorhanden
Jetzt erklärst du die abgelaufenen Reaktionen (dazu sollte man auch mal im Chemiebuch nachschlagen):
Nachweis von Stärke:
Stärke ist keine einheitliche Substanz. Sie lässt sich durch heißes Wasser in die beiden Anteile Amylose und Amylopektin zerlegen. Amylose ist wasserlöslich und Amylopektin wasserunlöslich. Amylose hat einen Anteil von etwa 20% an der Stärke. Die Moleküle bestehen aus bis zu 6000 Glucose- Einheiten, die zu einer spiralförmigen Kette gewunden sind.
Gibt man Lugolsche Lösung auf Stärke, so findet eine Iod/Stärke– Reaktion statt. Man beobachtet eine dunkelviolette Färbung, da sich die Iod- Moleküle ins Innere der spiralförmigen Amylose- Moleküle einlagern. Reines Amylopektin würde mit Iod keine Reaktion zeigen. In heißen Lösungen gelingt der Stärkenachweis mit Lugolscher Lösung nicht.
Nachweis von Natriumcarbonat:
Die Carbonat – Ionen reagieren mit den Barium – Ionen zu schwerlöslichem Bariumcarbonat (Fällungsreaktion).
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓
Gibt man Salzsäure auf Bariumcarbonat, so entsteht ein Gas, Kohlenstoffdioxid.
BaCO3 + 2 H3O+ + 2 Cl- → CO2 + 3 H2O + Ba2+ + 2 Cl-
Dieses Gas könnte man mit Bariumhydroxidlösung nachweisen. Es findet eine Fällungsreaktion statt. Man sieht dann einen weißen Niederschlag.
CO2 + Ba2+ + 2 OH- → BaCO3↓ + H2O
Nachweis von Glukose:
Diese Reaktion zeigt nicht direkt den Nachweis für Glukose, sondern zeigt lediglich die reduzierende Wirkung der Aldehydgruppe, die im Glukosemolekül auftritt. Es findet also eine Redoxreaktion statt.
Oxidation: R-CHO + 3 OH- → R-COO- + 2 H2O + 2 e-
Reduktion: Cu2+ + 2 e- → Cu
Nachweis von Natriumsulfat:
Es findet eine Fällungsreaktion statt. Man sieht einen weißen Niederschlag.
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓
Dieser Niederschlag reagiert nicht mit Salzsäure.