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Nachweise von Acetat- und Carbonat-Ionen 12:27 min

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Transkript Nachweise von Acetat- und Carbonat-Ionen

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um den Nachweis von Acetat- und Carbonat-Ionen. Der Film gehört zur Reihe Ionennachweise I. An minimalen Vorkenntnissen solltest du über Basen, Säuren, Salze und den pH-Wert gut informiert sein. Im Video möchte ich dir eine kurze Übersicht über verschiedene gängige Nachweismethoden für das Acetat- und das Carbonat-Ion geben. Den Film habe ich in 5 Abschnitte untergliedert: 1. Salze schwacher Säuren, 2. Prinzipielles Herangehen, 3. Acetat-Ionen, 4. Carbonat-Ionen und 5. Zusammenfassung. 1. Salze schwacher Säuren  1 Molekül CH3COOH, Essigsäure, liefert bei der Dissoziation in wässriger Lösung 1 Ion CH3COO-, ein Acetat-Ion. Außerdem bildet sich ein Proton, H+. Der pKs-Wert für Essigsäure ist 4,76. Damit dissoziiert die Säure schwach. Betrachten wir ein Salz der Essigsäure - Natriumacetat. Es dissoziiert viel stärker als die Säure selbst. Natriumacetat dissoziiert praktisch vollständig. Gibt man zu den Acetat-Ionen Wasserstoff-Ionen, H+, so bildet sich Essigsäure. Das ist möglich, weil Essigsäure eine schwache Säure ist. Wir merken uns: Aus gelösten Acetat-Ionen entsteht durch Säurezugabe Essigsäure. Betrachten wir nun H2CO3, Kohlensäure. Auch diese Säure dissoziiert schwach. Es bilden sich Carbonat-Ionen. Die Säure ist ebenfalls schwach. Ihr pKs-Wert beträgt 3,88. Wir merken uns: Kohlensäure dissoziiert nur schwach. Anders hingegen Na2CO3, Natriumcarbonat, ein Salz der Kohlensäure. Hier liegt das Gleichgewicht wieder auf der rechten Seite. Natriumcarbonat dissoziiert praktisch vollständig. Wenn wir zu den Carbonat-Ionen Säure geben, so bildet sich wieder die Kohlensäure. Das ist möglich, weil Kohlensäure eine schwache Säure ist. Wir merken uns: Gelöste Carbonat-Ionen liefern bei Säurezugabe Kohlensäure. 2. Prinzipielles Herangehen Angenommen, wir haben festes Natriumacetat und festes Natriumcarbonat. Einen Ionennachweis kann man hier schnell und sofort durch Säure erzielen. Man gibt eine starke Säure, wie Salzsäure, hinzu und erhält Essigsäure oder Kohlensäure. Kohlensäure ist nicht stabil und zerfällt augenblicklich in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Das Vorteilhafte bei beiden Reaktionen ist: beide Säuren sind leicht zu erkennen. Essigsäure erkennt man leicht am Geruch. Die Kohlensäure erkennt man am Reaktionsbild. Bei Zugabe einer starken Säure zum Carbonat sprudelt es. Es kommt zu einer Gasentwicklung. Das ist Kohlenstoffdioxid. Man kann sich darauf beschränken, aber mitunter werden die Folgeprodukte nachgewiesen. Für Essigsäure gibt es Nachweise durch eine Farbreaktion und die Veresterung. Kohlenstoffdioxid kann man durch die Glimmspanprobe nachweisen, oder aber man kann es in ein unlösliches Salz überführen. 3. Acetat-Ionen 1.) Säurezugabe: Diese Nachweismethode haben wir praktisch schon besprochen. Ein Acetat reagiert mit einer starken Säure, wie Salzsäure, und es bildet sich Essigsäure. Essigsäure ist an ihrem typischen Geruch erkennbar. 2.) Veresterung: Man kann die gewonnene Essigsäure auch mit Ethanol verestern. Dabei wird 1 Wassermolekül abgespalten. Als Katalysator benötigt man konzentrierte Schwefelsäure. Es entsteht Essigsäureethylester. Der Ester hat einen typischen Geruch, er riecht nach Nagellackentferner. 3.) Komplexbildung: Komplexbildung erfolgt bei der Reaktion von Essigsäure mit Eisen(III)-chlorid. Es entsteht ein komplizierter Eisenkomplex, den ich kurz als Eisenacetat bezeichnen möchte. Dieser Komplex weist eine typische tiefrote Farbe auf. 4.) Übelriechende Verbindung: Ja, auch das ist möglich. Hier wird das sehr giftige Arsenik, AS2O3, eingesetzt. 1 Molekül Arsenik reagiert mit 4 Molekülen Natriumacetat. Es entsteht eine Verbindung, die auf den wohlklingenden Namen Kakodyloxid hört. Diese Verbindung ist übelriechend. Außerdem entstehen 2 Moleküle Kohlenstoffdioxid und 2 Moleküle Natriumcarbonat. 4. Carbonat-Ionen 1.) Thermische Zersetzung: Man kann zum Beispiel NaHCO3 erwärmen. Dabei handelt es sich um Natriumhydrogencarbonat. Oberhalb 50° Celsius zersetzt sich das Salz. Es entstehen Natriumcarbonat, Wasser und Kohlenstoffdioxid, CO2. Auch CaCO3 kann man zersetzen. Es handelt sich hier um Calciumcarbonat - Kalkstein. Hier benötigt man allerdings mehr als 700 °Celsius. Die Produkte sind Calciumoxid, CaO und Kohlenstoffdioxid, CO2. Im 1. Fall ist die Reaktion im Labor leicht durchzuführen. Die 2. Reaktion ist im Labor in der Regel nicht praktikabel. An die thermische Zersetzung schließt sich mitunter die Glimmspanprobe an. In ein Gefäß mit Kohlenstoffdioxid führt man einen glimmenden Span ein. Er erlöscht und zeigt damit Kohlenstoffdioxid an. 2.) Unlösliches Carbonat: Hierfür benötigt man ein Becherglas mit Kalkwasser. Über ein gewinkeltes Rohr wird das gebildete Kohlenstoffdioxid eingeleitet. Mit dem Kalkwasser fällt es ein unlösliches Salz aus - Calciumcarbonat. Und das ist die Formelgleichung: CO2+Ca(OH)2?CaCO3+H2O. Statt Calciumhydroxid, Ca(OH)2, kann man auch Bariumhydroxid, Ba(OH)2, verwenden. Man spricht dann von Barytwasser und es bildet sich Bariumcarbonat. 3.) Entfärben von Phenolphtalein: Man bereitet eine Lösung aus destilliertem Wasser und Natriumcarbonat zu. Man gibt Phenolphtalein hinzu und sieht, dass ein schwach basisches Verhalten angezeigt wird. Leitet man nun Kohlenstoffdioxid in diese Lösung, so kommt es zur Entfärbung. Warum ist das so? Kohlenstoffdioxid bildet mit Wasser Kohlensäure. Als Säure liefert diese Wasserstoff-Ionen, H+. Diese reagieren mit den Hydroxid-Ionen der Lösung. Die Neutralisation führt zu einem pH-Wert um 7. Daher wird die Lösung entfärbt. 5. Zusammenfassung Wir haben in diesem Film Nachweise für das Acetat-Ion und das Carbonat-Ion besprochen. Beide Ionen kann man durch die Zugabe einer starken Säure nachweisen. Acetat erkennt man am spezifischen Geruch der Essigsäure. Man kann aber auch einen Ester synthetisieren und diesen am Geruch erkennen. Auch die Entstehung eines Farbkomplexes ist möglich. Man kann Kakodyloxid herstellen. Das ist übelriechend. Carbonat weist man durch thermische Zersetzung nach. Man kann aber auch Kohlenstoffdioxid in unlösliches Carbonat überführen oder mit seiner Hilfe eine Phenolphtaleinlösung entfärben. Kohlenstoffdioxid kann man mit der Glimmspanprobe nachweisen. Ich danke für eure Aufmerksamkeit.Ich wünsche euch alles Gute - auf Wiedersehen!

2 Kommentare
  1. Ah so

    Von Anastasiya 7, vor 6 Monaten
  2. Glimmspanprobe als Nachweisreaktion von Kohlenstoffdioxid???!!!

    Von Anastasiya 7, vor 6 Monaten

Nachweise von Acetat- und Carbonat-Ionen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nachweise von Acetat- und Carbonat-Ionen kannst du es wiederholen und üben.

  • Charakterisiere die Nachweise für Carbonat- und Acetat-Ionen.

    Tipps

    Kohlensäure ist geruchslos.

    Kohlendioxid erstickt die Flamme

    Lösung

    Als Vorversuch kann man festes Analysengut mit konzentrierter Salzsäure versetzen. Eine Gasentwicklung deutet auf Carbonat hin. Bei der Durchführung dieses Tests im Reagenzglas sollte die Flamme eines eingebrachten brennenden Spans erstickt werden. Das entstehende Gas kann auch durch eine Fällungsreaktion identifiziert werden:
    Man gibt Bariumhydroxidlösung (Barytwasser) in ein Gärröhrchen (Carbonatröhrchen), das an dem einen Ende in einem durchbohrten Stopfen steckt. In das Reagenzglas gibt man die Probe, übergießt sie mit einer Säure (meistens Salzsäure) und verschließt es schnell mit dem Stopfen am Carbonatröhrchen. Nun erhitzt man das Gemisch im Reagenzglas im Wasserbad oder vorsichtig mit einem Bunsenbrenner. Bei Vorhandensein von Carbonaten in der Probe wird die Bariumhydroxid-Lösung nach und nach trüb, da weißes Bariumcarbonat ($BaCO_3$) ausfällt.

    Der einfachste Nachweis für ein Acetat-Ion ist die Geruchsprobe. Dabei wird ein Hydrogensulfat mit der Probensubstanz vermischt und in einem Mörser verrieben. Nach mehrmaligem Reiben entsteht ein intensiver Geruch nach Essigsäure.

  • Entscheide, von welcher Säure die folgenden Salze abstammen.

    Tipps

    Säurerest-Ionen erhalten die Endung -at.

    Carbonate sind die Salze der Kohlensäure ($H_2CO_3$).

    Lösung

    Carbonate sind die Salze der Kohlensäure ($H_2CO_3$). Von der zweiprotonigen Säure leiten sich zwei Reihen von Salzen ab, nämlich die Hydrogencarbonate, die auch primäre Carbonate genannt werden. Als Acetate ($CH_3COO^-$) werden die Salze der Essigsäure ($CH_3COOH$) bezeichnet.

  • Erläutere die Reaktion der Veresterung.

    Tipps

    Es handelt sich um eine Kondensationsreaktion.

    Es wird also Wasser abgespalten.

    Lösung

    Die Veresterung ist eine Gleichgewichts- und Kondensationsreaktion, bei der ein Alkohol mit einer Carbonsäure zu einem Ester reagiert. Die Rückreaktion der Veresterung ist die saure Esterhydrolyse.

    Genauer gesagt entstehen Ester, wenn man einen Alkohol und eine Carbonsäure mit einer Mineralsäure als Katalysator (z. B. konzentrierter Schwefelsäure) zusammengibt. Dabei kommt es zu einer Additions-Eliminierungs-Reaktion, welche Veresterung genannt wird. Die parallel ablaufende Rückreaktion bezeichnet man auch als saure Esterhydrolyse oder Esterspaltung.

  • Gib an, wie sich ein positiver Nachweis auf Carbonat- oder Acetat-Ionen äußert.

    Tipps

    Ein Feuer benötigt Sauerstoff.

    Die starke Säure vertreibt die schwache Säure aus ihrer Verbindung. Salzsäure ist eine sehr starke Säure.

    Lösung

    Carbonat-Ionen ($CO_{3}^{2−}$) lassen sich durch Zugabe von Salzsäure nachweisen. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid. Dieses Gas kann in die Nachweisreagenzien Kalk- oder Barytwasser geleitet werden. Dort erzeugt es einen weißen Niederschlag von Calcium- bzw. Bariumcarbonat.
    Mit Hilfe der Glimmspanprobe kann man sowohl Sauerstoff als auch Kohlenstoffdioxid nachweisen. Bei Sauerstoff würde die Flamme des Holzspans aufflammen, bei Kohlenstoffdioxid erlischt die Flamme.

    In der chemischen Analytik können Acetate leicht nachgewiesen werden, indem man die Probe mit Natriumhydrogencarbonat (Soda) im Mörser zerreibt. Dabei wird das Proton des Hydrogencarbonat-Ions auf das Acetat-Ion übertragen, wobei die flüchtige Essigsäure entsteht, die leicht durch ihren typischen Geruch identifiziert werden kann.

  • Beschreibe den Carbonat-Nachweis mittels Fällungsreaktion.

    Tipps

    Starke Säuren vertreiben schwache Säuren aus ihren Verbindungen.

    Bei diesem Nachweis muss ein schwerlösliches Salz entstehen, um die Anwesenheit von $CO_{3}^{2-}$-Ionen anzuzeigen.

    Erdalkalimetalle, wie Barium und Calcium, bilden schwerlösliche Carbonate.

    Lösung

    In saurer Lösung reagieren Carbonate und Hydrogencarbonate zu Kohlenstoffdioxid, das als Gas entweicht. Beim Durchleiten von $CO_2$ durch die alkalische Bariumhydroxidlösung löst es sich wieder als ${CO_{3}}^{2−}$ und weißes $BaCO_3$ fällt aus. Unter den angegebenen Bedingungen ist die Fällung von $BaCO_3$ ein sicherer Nachweis von Carbonat.

    Es muss darauf geachtet werden, dass keine Salzsäure in das Gärröhrchen übergetrieben wird, da sich sonst der Niederschlag löst. Ausserdem können $S{O_{3}}^{2−}$-Ionen stören. Sulfite erzeugen bei Zugabe von Salzsäure $SO_2$-Gas, das ebenfalls, als $BaSO_3$, weiß im Gärröhrchen ausfällt. Diese Störung kann durch Zugabe von $H_2O_2$ zur Analysenlösung verhindert werden, da dadurch Sulfit zum Sulfat oxidiert wird.

  • Erkläre die Funktion der Puffersysteme im menschlichen Körper.

    Tipps

    Das lateinische Wort für Säure ist acidum.

    Lösung

    Ein Puffersystem, kurz auch Puffer genannt, ist ein Stoffgemisch, dessen pH-Wert (Konzentration der Wasserstoff-Ionen) sich bei Zugabe einer Säure oder Base wesentlich weniger stark ändert, als dies in einem ungepufferten System der Fall wäre. Der pH-Wert wird somit über einen bestimmten Zeitraum gehalten.

    Puffer enthalten eine Mischung aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base (oder des jeweiligen Salzes). Auch Ampholyte und bifunktionale Moleküle können als Puffer dienen. Dazu gehören der Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer und auch der Essigsäure-Acetat-Puffer. Den Essigsäure-Acetat-Puffer kann man in einer Titration mithilfe eines pH-Meters genau erkennen.