Nachweisreaktionen für Gase

Viele Gase, die bei chemischen Reaktionen entstehen, sind farblos und geruchlos – Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid lassen sich mit bloßem Auge nicht voneinander unterscheiden. Ohne eine gezielte Nachweisreaktion könntest du niemals sicher sagen, welches Gas in einem Reagenzglas entstanden ist. Genau deshalb hat die Chemie für jedes wichtige Gas eine eigene, eindeutige Prüfung entwickelt.

Eine Nachweisreaktion ist eine zusätzliche chemische Reaktion, die genau dann eine sichtbare Veränderung zeigt, wenn das gesuchte Gas vorhanden ist. Reagiert das Gas nicht in der erwarteten Weise, war es nicht das gesuchte Gas. Diese Proben sind ein zentrales Werkzeug im Chemieunterricht, weil sie Experimente überhaupt erst auswertbar machen.

Wichtig ist, dass jede Nachweisreaktion nur für ein bestimmtes Gas eindeutig ist. Die Knallgasprobe zeigt nur Wasserstoff an, die Glimmspanprobe nur Sauerstoff. Verwechselt man die Proben oder überträgt ihre Bedeutung auf ein anderes Gas, kommt man zu falschen Schlüssen – ein Fehler, der in Klassenarbeiten häufig vorkommt.

Im Chemieunterricht der Sekundarstufe I lernst du vier Nachweise, die immer wiederkehren. Die Knallgasprobe weist Wasserstoff nach: Hält man eine brennende Flamme an die Öffnung eines Gefäßes mit Wasserstoff, verbrennt das Gas explosionsartig mit einem hellen, hohen Knall, weil Wasserstoff und Sauerstoff der Luft schlagartig zu Wasser reagieren.

Die Glimmspanprobe weist Sauerstoff nach: Ein Holzspan, der nur noch glimmt statt zu brennen, flammt in reinem Sauerstoff sofort wieder auf. Der Grund ist, dass Sauerstoff die Verbrennung anfacht – je mehr Sauerstoff vorhanden ist, desto heftiger reagiert der glimmende Kohlenstoff im Holz.

Die Kalkwasserprobe weist Kohlenstoffdioxid nach: Leitet man ein Gas durch klares Kalkwasser und trübt sich die Lösung milchig weiß, war Kohlenstoffdioxid im Gas enthalten. Es bildet sich schwer lösliches Calciumcarbonat, das die Trübung verursacht. Der vierte Nachweis gilt Wasser: Weißes, wasserfreies Kupfersulfat färbt sich beim Kontakt mit Wasser leuchtend blau.

Ein häufiger Fehler ist, die Knallgasprobe und die Glimmspanprobe zu verwechseln. Beide arbeiten mit Feuer, prüfen aber völlig unterschiedliche Gase: Ein Knall zeigt Wasserstoff an, ein Aufglühen des Glimmspans dagegen Sauerstoff. Wer beide Beobachtungen vertauscht, kommt in der Auswertung zu einem falschen Ergebnis.

Ein zweiter Fehler ist die Annahme, die Trübung bei der Kalkwasserprobe halte dauerhaft an. Leitet man sehr lange und viel Kohlenstoffdioxid durch das Kalkwasser, löst sich der weiße Niederschlag durch eine weitere Reaktion wieder auf und die Lösung wird erneut klar. Für den Nachweis zählt deshalb die erste sichtbare Trübung, nicht der spätere Zustand.

Ein dritter Fehler ist, den Kupfersulfat-Nachweis mit einem Nachweis für reines Wasser zu verwechseln. Die blaue Farbe zeigt nur, dass Wasser vorhanden ist, sagt aber nichts über die Reinheit aus. Auch stark verunreinigtes Wasser färbt wasserfreies Kupfersulfat blau, solange genug Wassermoleküle enthalten sind.

Die Knallgasprobe wird nur in kleinen Mengen und mit einem Reagenzglas durchgeführt, das mit einer Hand von unten festgehalten und mit einem Tuch geschützt wird, denn der Knall kann durch Splitter gefährlich werden. Eine Schutzbrille ist bei dieser Probe verpflichtend, und der Kopf sollte nicht direkt über die Öffnung gehalten werden.

Beim Umgang mit Kalkwasser ist Vorsicht angebracht, weil die Lösung leicht basisch reagiert und bei Kontakt mit den Augen brennt. Wird ausgeatmete Luft mit einem Strohhalm hindurchgeblasen, sollte kein Kalkwasser angesaugt werden. Nach dem Experiment werden Hände gründlich gewaschen, auch wenn keine sichtbare Verunreinigung erkennbar ist.