Nitrat-Nachweise

Nitrat-Nachweis mit der Ringprobe

Ein optisch sehr schöner Nachweis von Nitrat, der meiner Meinung nach auch zuverlässig funktioniert, ist die sogenannte Ringprobe. Leider scheuen viele die vermeintlich komplizierte Durchführung und halten sich ausschließlich an den Lunge-Nachweis, welcher aber durchaus seine Tücken hat. Die folgenden Zeilen sollen also ein Plädoyer dafür sein, der Ringprobe ihre verdiente Chance zu geben und sie wenigstens als Kontrolle neben anderen Nitrat-Nachweisen einzusetzen!

Benötigte Materialien

  • verdünnte Schwefelsäure (\(\ce{H2SO4}\), etwa 10%ig)
  • konzentrierte Schwefelsäure (\(\ce{H2SO4}\), etwa 95%ig)
  • Eisen-II-sulfat \((\ce{FeSO4})\)
  • Reagenzglas
  • kleines Becherglas
  • Pipette
  • destilliertes Wasser

Durchführung

Zuerst stellt ihr eine kaltgesättigte Eisensulfat-Lösung her. Dafür gebt ihr solange Eisensulfat in ein Becherglas mit Wasser, bis ein Bodensatz zurückbleibt, der sich auch durch weiteres Rühren nicht mehr auflösen lässt.
Der Nachweis verläuft dann so: Ihr gebt ca. einen halben Zentimeter Sodaauszug eurer Analysensubstanz in ein Reagenzglas, anschließend gebt ihr je die doppelten Mengen Eisensulfat-Lösung und verdünnte Schwefelsäure dazu. Hierbei nicht erschrecken: Gibt man zuerst die Eisensulfat-Lösung zu, bildet sich mit dem Carbonat im Sodaauszug braunes Eisencarbonat \((\ce{FeCO3})\). Dieses verschwindet nach dem Ansäuern mit der Schwefelsäure sofort wieder und ist in keiner Weise für den Nachweis störend!
Nun unterschichtet man mit der konzentrierten Schwefelsäure. Hierfür haltet ihr das Reagenzglas leicht schräg und lasst die Schwefelsäure aus einer Pasteur-Pipette oder einem Becherglas vorsichtig die Wand des Reagenzglases herunterlaufen. Die Säure sollte „in einem durchlaufen“, d. h. der Fluss sollte nicht durch zwischenzeitliches Absetzen unterbrochen werden. Die konzentrierte Schwefelsäure ist dichter als die Lösung im Reagenzglas und sinkt daher unter sie. An der Phasengrenze bildet sich, wenn Nitrat vorhanden ist, ein brauner Ring.

nitrat-ringprobe

 

Chemisch passiert Folgendes:
Ein Teil des Eisen-II-sulfats reduziert die Nitrat-Anionen zu Stickstoffmonoxid \((\ce{NO})\). Die verdünnte Schwefelsäure sorgt dabei für das notwendige saure Milieu.

$$ \ce{3 Fe^{2+} (aq) + NO3- (aq) + 4 H+ (aq) -> 3 Fe^{3+} (aq) + NO (aq) + 2 H2O (l)} $$

Das Stickstoffmonoxid kann nun mit überschüssigen Eisen-II-Ionen zu einem Pentaaquanitrosyleisen-II-Komplex \((\ce{[Fe(H2O)5NO]^{2+}})\) reagieren, welches den namensgebenden braunen Ring bildet. Hierfür braucht es allerdings die hygroskopische Wirkung konzentrierter Schwefelsäure: Sie entzieht dem Hexaaquaeisen-II-Komplex \((\ce{[Fe(H2O)6]^{2+}})\), in welchem Eisen-II in wässriger Lösung vorliegt, eines der gebundenen Wasser-Moleküle und begünstigt so die Anlagerung des Stickstoffmonoxids.

$$ \ce{NO (aq) + [Fe(H2O)6]^{2+} <=> [Fe(H2O)5NO]^{2+} + H2O (l)} $$

Video der Durchführung

Störungen

Der größte Störfaktor für Nitrat-Nachweise ist die niedrigere Oxidationsstufe des gleichen Ions – Nitrit \((\ce{NO2-})\). Im Falle der Ringprobe bildet sich schon vor dem Unterschichten mit der konzentrierten Schwefelsäure der braune Komplex – das Resultat ist eine tiefbraune Lösung (seht euch hierzu am besten den Nitrit-Nachweis an). Für einen Nitrat-Nachweis muss also erst einmal das Nitrit aus der Analyse entfernt werden – eine ausführliche Erklärung hierzu findet ihr hier.

Wie gut ist der Nachweis?

Wie gesagt: Ich halte die Ringprobe für einen zuverlässigen Nachweis, der Aufmerksamkeit verdient. Anders als die Lunge-Probe ist dieser Nachweis unserer Erfahrung nach eigentlich nie falsch-positiv, freut euch also bei einer positiven Ringprobe über eine sichere Ansage 🙂 .

gruen

Nitrat-Nachweis mit dem Lunges Reagenz

Der meiner Erfahrung nach beliebteste Nitrat-Nachweis funktioniert über Lunges Reagenz – eine Mischung aus den organischen Substanzen Sulfanilsäure und 1-Naphthylamin. Tückisch ist nur, dass diese bei längerer Lagerung zerfallen und so ihre Funktion verlieren können. Schließt ihr dies jedoch aus, habt ihr es mit einem äußerst zuverlässigen Nachweis zu tun!

Benötigte Materialien

  • Sulfanilsäure (\(\ce{C6H7NO3S}\), „Lunge I“)
  • 1-Naphthylamin (\(\ce{C_{10}H9N}\), „Lunge II“)
  • Zinkpulver oder -perlen (\(\ce{Zn}\))
  • verdünnte Essigsäure (\(\ce{CH3COOH}\), etwa 12%ig)
  • Reagenzglas
  • kleines Becherglas
  • Trichter
  • Filterpapier

Durchführung

Zuerst gebt ihr ein wenig Sulfanilsäure und 1-Naphthylamin eins zu eins in ein Reagenzglas. Dann setzt ihr einen Trichter mit Filterpapier darauf und gebt dort etwas Zinkpulver rein. Nun säuert ihr eure Analysenlösung mit ein wenig verdünnter Essigsäure an (arbeitet ihr mit dem Sodaauszug, ist natürlich etwas mehr Essigsäure notwendig). Diese lasst ihr nun durch das Filterpapier in das Reagenzglas tropfen – ist Nitrat vorhanden, färbt sich die Lösung dort allmählich tief rot.

nitrat-lunge1

Das Zinkpulver im Filterpapier reduziert das Nitrat \((\ce{NO3-})\) in der Analysenlösung im Sauren zu Nitrit \((\ce{NO2-})\):

$$ \ce{NO3- (aq) + Zn (s) + 2 H+ (aq) -> NO2- (aq) + Zn^{2+} (aq) + H2O (l)} $$

Das Nitrit gelangt nun durch den Trichter zu Lunges Reagenz und erlaubt zusammen mit den Protonen der Essigsäure eine Azokupplung der beiden enthaltenen organischen Komponenten. Hierbei entsteht ein roter Azofarbstoff, der uns den positiven Nachweis anzeigt.

nitrat-lunge2

Video der Durchführung

Störungen

Das unangenehmste Störion dürfte Nitrit \((\ce{NO2-})\) sein: Es sorgt dafür, dass die Azokupplung auch bei Abwesenheit von Nitrat stattfindet. Solltet ihr also Nitrit nachgewiesen haben, muss dieses für die Nitrat-Nachweise erstmal mit Amidosulfonsäure \((\ce{H2NSO3H})\) entfernt werden – die Anleitung hierzu findet ihr hier.
Weiterhin müsst ihr aufpassen, dass das verwendete Lunge-Reagenz noch gut ist. Steht es schon länger, neigen die Reagenzien zur Zersetzung. Hierbei wird Nitrit freigesetzt und es kann zu falsch positiven Nachweisen kommen. Es sollte deswegen bei diesem Nachweis immer eine Leer- und am besten auch eine Referenzprobe durchgeführt werden!
Weiterhin hilfreich: Die Sulfanilsäure und das 1-Naphthylamin nicht als Mischung, sonder einzeln lagern und erst im Reagenzglas zusammenführen – das steigert die Stabilität. Außerdem sollten die Lösungen in undurchsichtigen Behältern aufbewahrt werden, denn Licht beschleunigt die Zersetzung stark.

Wie gut ist der Nachweis?

Trotz der Empfindlichkeit der Nachweisreagenzien halten wir den Lunge-Nachweis für sehr brauchbar. Wir empfehlen aber, sich durch Leer- und Referenzprobe, sowie durch weitere Nitrat-Nachweise (z. B. die Ringprobe) zusätzliche Sicherheit zu verschaffen. 😉

gruen

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