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Elemente
Analyse,
chemische. Die
chemische
Analyse, bezweckt die Ermittelung der
Bestandteile eines
Körpers und begnügt sich entweder
mit der Nachweisung derselben (qualitative
Analyse,), oder bestimmt auch die Mengenverhältnisse nach
Gewicht oder
Volumen (quantitative
Analyse,). Die Ausführung der Analyse, beruht im allgemeinen darauf, daß man den
zu untersuchenden
Stoff mit andern
Körpern von
bekannten
Eigenschaften (Reagenzien) in Berührung bringt, um aus den hierbei auftretenden
Erscheinungen
(Reaktionen) auf das
Vorhandensein dieses oder jenes
Körpers zu schließen.
Die Reagenzien sind
Säuren,
Basen oder
Salze und meist so gewählt, daß sie die Gegenwart eines bestimmten
Körpers durch die
Bildung eines
Niederschlags, also einer unlöslichen
Verbindung, oder durch eine auffallende Färbung anzeigen.
Gewisse Reagenzien verhalten sich gegen ganze
Gruppen von
chemischen
Verbindungen oder
Elementen übereinstimmend und gestatten
also nicht von vornherein einen
Schluß auf die Gegenwart eines einzelnen
Körpers, wohl aber isolieren sie durch
Bildung eines
Niederschlags eine bestimmte
Gruppe von
Körpern, welche nun weiter untersucht werden kann.
Soll aber der
Schluß, welchen man aus den
Reaktionen zieht, nicht falsch sein, so sind alle Verhältnisse genau zu erwägen und alle
Bedingungen
sorgfältig zu erfüllen, unter welchen die
Reaktion deutlich erkennbar verläuft. Chemisch-analytische
Arbeiten erfordern
daher gute
chemische Kenntnisse, und niemals wird der Ungeübte zuverlässige
Resultate erzielen.
[Qualitative Analyse.]
Bei der qualitativen
Analyse, handelt es sich oft nur um die Nachweisung eines einzigen
Körpers in einer vorliegenden
Substanz, z. B. bei
Salpeter um die Nachweisung einer Verunreinigung mit
Chlor. In diesem
Fall
genügt es, die Probe zu lösen, die
Lösung zu filtrieren und einen
Tropfen einer
Lösung von salpetersaurem
Silberoxyd hinzuzufügen. Entsteht hierbei ein käsiger, weißer
Niederschlag, welcher am
Licht
[* 2] schnell schwarz wird, so ist
die Gegenwart von
Chlor nachgewiesen, denn ein solcher
Niederschlag wird nur durch
Chlor hervorgebracht.
Soll dagegen nachgewiesen
werden, ob auch noch irgend welche andre Verunreinigungen im
Salpeter vorkommen, so gestaltet sich die
Prüfung schon
komplizierter, und wenn es sich um die Bestimmung aller
Bestandteile eines unbekannten
Körpers handelt, so ist ein systematischer
Gang
[* 3] erforderlich, wenn kein
Bestandteil übersehen werden soll.
Zunächst stellt man eine Vorprüfung an, studiert die physikalischen Eigenschaften der Substanz, erhitzt eine Probe in einem engen, an einem Ende zugeschmolzenen dünnwandigen Glasrohr, erhitzt eine zweite Probe in einer an beiden Enden offenen, etwas schräg gehaltenen Glasröhre, um die Einwirkung der Luft bei erhöhter Temperatur kennen zu lernen, schmelzt eine andre Probe auf Platinblech mit Soda und Salpeter, erhitzt eine andre auf Kohle vor dem Lötrohr, [* 4] wieder eine andre in der Reduktionsflamme des Lötrohrs und beobachtet das Verhalten der Substanz in einer Perle von Phosphorsalz oder Borax, [* 5] zuerst in der oxydierenden, dann in der reduzierenden Lötrohrflamme.
Statt der Lötrohrprobe kann man auch die
Flammenreaktionen benutzen, indem man äußerst geringe
Mengen der
Substanz an haardünnen
Platindrähten in bestimmten Teilen der nicht leuchtenden
Flammen eines Bunsenschen
Brenners erhitzt. Da
die
Flamme
[* 6] in ihren verschiedenen Teilen ungleiche
Temperatur besitzt und an der einen
Stelle reduzierend, an einer andern oxydierend
wirkt, so lassen sich sehr viele
Reaktionen mit oft weniger als 1
mg der
Substanz hervorbringen, welche ziemlich vollständigen
Aufschluß über die
Bestandteile der
Substanz geben. Am empfindlichsten und sichersten ist die spektroskopische
Beobachtung (s.
Spektralanalyse).
[* 7] Sehr oft reicht der bisher angegebene trockne Weg vollkommen aus, häufiger aber wird die
Analyse, auf nassem Weg ausgeführt, nachdem eine
¶
forlaufend
trockne Vorprüfung vorhergegangen ist. Man bringt die Substanz durch Behandeln mit Wasser oder mit Säure in Lösung oder schließt sie, wenn man auf diese Weise keine vollkommene Lösung erreicht, zunächst durch Schmelzen mit kohlensaurem Kalinatron auf. Bei der Auflösung sind alle Erscheinungen, wie Entwickelung von Gasen etc., sorgfältig zu beachten. In die angesäuerte wässerige Lösung leitet man Schwefelwasserstoff, durch welchen Arsen, Zinn, Cadmium, Antimon, Gold, [* 9] Platin, Quecksilber, Blei, [* 10] Wismut, Silber, Kupfer [* 11] als Schwefelmetalle gefällt werden; aus diesem ausgewaschenen Niederschlag löst Schwefelammonium Arsen, Antimon, Zinn, Gold, Platin, welche nach der Filtration aus ihrer Lösung durch Salzsäure wieder gefällt werden.
Dieser Niederschlag kann also nur die genannten fünf Metalle als Schwefelverbindungen enthalten, und es gelingt leicht, sie nebeneinander zu erkennen. Kohlensaures Ammoniak löst von ihnen nur das Arsen; der Rückstand, mit Salpetersäure oxydiert, gibt an Weinsäure nur Antimon ab, während Zinn zurückbleibt. Auf Gold und Platin, die selten vorkommen, untersucht man nur, wenn die Lösung der Originalsubstanz gelb oder braun ist. Die in Schwefelammonium unlöslichen Metalle werden mit Salpetersäure erwärmt, welche nur Quecksilber ungelöst läßt; aus der salpetersauren Lösung fällt Schwefelsäure [* 12] Blei, Salzsäure Silber; ist dies abfiltriert, so färbt überschüssiges Ammoniak die Flüssigkeit bei Gegenwart von Kupfer blau, und ein außerdem sich bildender Niederschlag deutet auf Wismut, nach dessen Entfernung fällt Kali Cadmiumoxyd, womit die Reihe dieser Metalle erschöpft ist.
Die vom ersten Schwefelwasserstoffniederschlag abfiltrierte Flüssigkeit wird mit Ammoniak übersättigt und mit Schwefelammonium behandelt. Dadurch fallen Eisen, [* 13] Nickel, Kobalt, Mangan, Chrom, Zink und Thonerde. Bei gelindem Erwärmen des ausgewaschenen Niederschlags mit Salzsäure bleiben nur Nickel und Kobalt ungelöst, aus der Lösung, die mit Salpetersäure vollständig oxydiert werden muß, fällt Ammoniak Eisen, Thonerde, Chrom. Von diesen dreien löst kochende Kalilauge die Thonerde; Chrom ist nur zugegen, wenn die Lösung intensiv grün oder violett gefärbt war; schmelzt man mit Salpeter, so wird es in Chromsäure verwandelt und gibt mit Wasser eine gelbe Lösung, während Eisen ungelöst zurückbleibt.
Aus der vom Eisen-, Thonerde-, Chromniederschlag abfiltrierten Flüssigkeit wird beim Kochen mit Kali Mangan gefällt und, nachdem dies abfiltriert ist, durch Schwefelwasserstoff Zink. Die vom Schwefelammoniumniederschlag abfiltrierte Flüssigkeit wird mit Salzsäure angesäuert, anhaltend erwärmt, um Schwefelwasserstoff auszutreiben, vom ausgeschiedenen Schwefel abfiltriert, mit Ammoniak neutralisiert und mit kohlensaurem Ammoniak versetzt. Dabei fällt Kalk Baryt, Strontian, die leicht voneinander zu unterscheiden sind; aus einem Teil des Filtrats wird durch phosphorsaures Natron Magnesia gefällt, der andre Teil des Filtrats wird verdampft, geglüht und, wenn Magnesia vorhanden war, mit Salmiak gemengt und nochmals geglüht, dann wird die Masse mit Wasser ausgezogen und in einem Teil des Filtrats Kali durch Platinchlorid gefällt; ein andrer Teil wird verdampft und eine Probe davon an einem sehr reinen Platindraht in die Flamme des Lötrohrs gebracht, wobei gelbe Färbung Natron anzeigt. Ammoniak erkennt man durch den Geruch beim Erwärmen der Originalsubstanz mit Kalilauge. In ähnlicher Weise werden die Säuren nachgewiesen, von welchen mehrere schon bei der Voruntersuchung erkannt, andre durch die Gegenwart gewisser Metalle ausgeschlossen werden. Fand man z. B. in der wässerigen Lösung Baryt oder Blei, so kann keine Schwefelsäure, bei Gegenwart von Silber keine Salzsäure vorhanden sein etc.
Organische Substanzen, welche aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen, oft auch Schwefel, Phosphor, Chlor, Brom, Jod enthalten, hinterlassen beim Verbrennen nichtflüchtige Bestandteile als Asche, die in der gewöhnlichen Weise untersucht wird. Kohlenstoff ist meist an der Schwärzung der erhitzten Substanz erkennbar. Sicherer wird er nachgewiesen, wenn man die Substanz mit Kupferoxyd erhitzt, wobei der Kohlenstoff zu Kohlensäure oxydiert wird, die man in klares Barytwasser leitet, in welchem sie einen Niederschlag von kohlensaurem Baryt erzeugt. Zur Nachweisung von Stickstoff erhitzt man die Substanz mit Natronkalk und beobachtet, ob sich Ammoniak entwickelt etc.
[Quantitative Analyse.]
Die quantitative
Analyse, setzt genaue Kenntnis der qualitativen Zusammensetzung des
zu untersuchenden Körpers voraus; denn erst, wenn man alle etwa in einer Lösung vorhandenen Körper kennt, kann man daran
gehen, die einzelnen in Form bestimmter, nicht leicht zersetzbarer, am besten unlöslicher Verbindungen abzuscheiden, um diese
zu wägen und aus ihrer Zusammensetzung den Gehalt von dem zu bestimmenden Stoff zu ermitteln. Auch hierbei
ist ein systematisches Verfahren notwendig, und noch viel mehr als die qualitative verlangt die quantitative
Analyse, umfassende
chemische Kenntnisse, Umsicht und Übung.
Das Verfahren richtet sich ganz nach dem vorliegenden Fall und muß oft durch das Vorhandensein eines bestimmten Körpers wesentlich
modifiziert werden. Bei guter Ausführung gibt diese Methode der quantitativen
Analyse, (quantitative Gewichtsanalyse) das zuverlässigste
Resultat und gewährt den Vorteil, daß die bestimmte Substanz greifbar erhalten wird und bei auftauchenden Zweifeln noch weiter
auf ihre Reinheit geprüft werden kann. Dagegen kostet das Verfahren auch sehr viel Zeit und ist deshalb
für viele Fälle durch die Maßanalyse verdrängt worden.
Eine Bereicherung hat die quantitative
Analyse, durch Bestimmung der Metalle auf elektrolytischem Weg erfahren. Man bringt die Metalllösung
in eine Platinschale, welche als negative Elektrode dient, und taucht als positive eine an einem starken Platindraht befestigte
Platinplatte in die Lösung. Zur Erregung des Stroms benutzt man Elemente von Bunsen, Meidinger, Leclanché,
eine thermoelektrische Säule oder eine Dynamomaschine. Das gefällte Metall wird ausgewaschen, mit Alkohol, dann mit Äther
gespült und getrocknet.
Diese Methode kann auch zur Trennung mehrerer in einer Lösung enthaltener Metalle benutzt werden, Die quantitative Untersuchung
organischer Substanzen geschieht durch Elementaranalyse. Auch hier muß eine qualitative
Analyse, vorausgehen,
um vor allem die Gegenwart von Schwefel, Phosphor, Chlor, Brom, Jod nachzuweisen, da dieselbe das Verfahren wesentlich modifiziert.
Quantitativ bestimmt man diese Elemente nach geeigneter Zerstörung der organischen Substanz in dem Rückstand auf gewöhnliche
Weise. Bei der Elementaranalyse handelt es sich hauptsächlich um Bestimmung von Kohlenstoff, Wasserstoff,
Sauerstoff und Stickstoff. Die beiden erstern werden immer durch Oxydation bei hoher Temperatur in Kohlensäure und Wasser übergeführt,
Stickstoff wird bei dieser Oxydation als solcher ausgetrieben und gemessen, oder er wird in einem besondern Verfahren durch
Glühen
¶
forlaufend
der Substanz mit Natronkalk in Ammoniak übergeführt, welches man in Säure auffängt und dann leicht quantitativ bestimmen kann. Der Sauerstoff wird stets aus der Differenz berechnet. Die Ausführung der Elementaranalyse erfordert die allergrößte Umsicht. Eine genau abgewogene Menge, die höchst sorgfältig gereinigt und getrocknet ist, wird mit frisch geglühtem Kupferoxyd sorgfältig gemengt und so in ein 0,6-0,7 m langes, schwerschmelzbares Glasrohr (Verbrennungsrohr) gebracht, daß an beiden Enden des Rohrs reines gekörntes Kupferoxyd und in der Mitte die Mischung von pulverigem Kupferoxyd mit der organischen Substanz liegen.
Das Rohr ist an einem Ende in eine Spitze ausgezogen und zugeschmolzen, am andern Ende mit einem durchbohrten Kork [* 15] versehen, in welchem ein gewogenes Chlorcalciumrohr steckt; letzteres steht mit einem Kugelapparat in Verbindung, welcher konzentrierte Kalilauge enthält. Bei geeignetem Erhitzen des Verbrennungsrohrs wird durch den Sauerstoff des Kupferoxyds die organische Substanz vollständig verbrannt, Wasserdampf und Kohlensäure entweichen, und ersterer wird im Chlorcalciumrohr, letztere im Kaliapparat vollständig absorbiert.
Ist bei lebhafter Rotglut die Verbrennung vollendet, so bricht man die ausgezogene Spitze des Verbrennungsrohrs ab, saugt noch einen getrockneten Luftstrom durch das Rohr, um die darin enthaltenen Gase [* 16] in die Absorptionsapparate zu bringen, und wägt schließlich letztere. Die Gewichtszunahme ergibt die Menge des gebildeten Wassers und der Kohlensäure, woraus sich der vorhanden gewesene Kohlenstoff und Wasserstoff leicht bemessen läßt. Die Stickstoffbestimmung mit Natronkalk wird in einem ganz ähnlichen Apparat ausgeführt.
[Maßanalyse.]
Während die gewöhnliche quantitative Analyse, die in einer Substanz enthaltenen Elemente mühsam in Form von bestimmten Verbindungen abscheidet und wägt, gelangt die volumetrische oder titrimetrische Analyse, (Titriermethode oder Maßanalyse) weit schneller zum Ziel, indem sie mit Flüssigkeiten, deren Gehalt an gewissen Reagenzien genau bekannt ist, arbeitet und untersucht, wie viele Maßteile von diesen Flüssigkeiten zur Erzielung eines bestimmten Effekts verbraucht werden.
Die Maßanalyse ist in dem Augenblick am Ziel, wo für die Gewichtsanalyse die mühsamste und zeitraubendste Arbeit erst beginnt. Ist z. B. in einer Lösung von salpetersaurem Silberoxyd der Silbergehalt zu bestimmen, so fällt man bei der Gewichtsanalyse durch Zusatz einer Chlorverbindung das Silber als unlösliches Chlorsilber und hat dieses nun auszuwaschen, zu trocknen, zu glühen und zu wägen. Nach der Titriermethode läßt man dagegen eine Chlornatriumlösung von bestimmtem Gehalt aus einer Bürette [* 17] vorsichtig zu der Silberlösung fließen und sperrt den Zufluß bei dem ersten Tropfen, welcher keinen Niederschlag von Chlorsilber mehr erzeugt, also in dem Augenblick, wo das Silber vollständig gefällt ist.
Damit ist die Arbeit gethan, man liest von der Bürette ab, wieviel Chlornatriumlösung verbraucht ist, und berechnet daraus, wieviel Silber in Form von Chlorsilber gefällt ist. Die zur Ausführung der Maßanalyse benutzten Büretten werden senkrecht aufgestellt und unten mittels eines kurzen Kautschukrohrs mit einem engen Ausflußröhrchen versehen. Das Kautschukrohr ist durch einen Quetschhahn leicht zu öffnen und zu verschließen. Die Reagenslösungen (Maßflüssigkeiten, Normallösungen) werden vorrätig gehalten, und in besondern Operationen und ein für allemal wird der Wirkungswert der Quantitätseinheit, der Titer, festgestellt.
Solcher Lösungen bedarf man nicht sehr viele, denn man weiß bei der Maßanalyse gewisse Reaktionen so geschickt zu benutzen,
daß man mit Hilfe derselben eine große Reihe von Körpern quantitativ bestimmen kann. Bei der Maßanalyse
wird aber keineswegs immer ein Niederschlag erzeugt, vielmehr erkennt man in der Regel das Ende des
chemischen Prozesses an einer
Farbenveränderung, welche in der Flüssigkeit selbst durch sogen. Indikatoren (Lackmus, übermangansaures Kali, Bildung von Jodstärke
etc.) hervorgebracht wird, oder man tupft mit einem in die zu untersuchende
Flüssigkeit getauchten Glasstab auf ein geeignetes Reagenzpapier.
Die Maßanalyse ist nicht bestimmt, die Gewichtsanalyse zu verdrängen, sondern zu ergänzen. Manche Bestimmungen sind überhaupt
nur gewichtsanalytisch auszuführen, und vor allem besitzt die Maßanalyse, wenn sie auch in vielen Fällen die Genauigkeit
der Gewichtsanalyse erreicht, den Nachteil, daß sie eigentlich niemals den zu bestimmenden Körper, sondern
nur eine seiner
chemischen Eigenschaften ins Auge
[* 18] faßt, welche selten diesem allein und ausschließlich zukommt. Ein der Methode
inhärierender Fehler wird daher im allgemeinen leichter übersehen als bei der direkten Gewichtsanalyse. Den größten Wert
besitzt die Maßanalyse wegen der Schnelligkeit ihrer Operation für die Technik und für solche Fälle, wo
es darauf ankommt, durch zahlreiche Bestimmungen den Gang eines Prozesses beständig zu kontrollieren.
[Gasanalyse.]
Volumetrisch wird auch die Bestimmung der Bestandteile eines Gasgemenges ausgeführt. Diese eudiometrische (gasometrische, gasvolumetrische) Analyse, (Eudiometrie, Gasometrie) beruht auf successiver Anwendung von Absorptionsmitteln (Wasser, Schwefelsäure, Kalilauge, Kalihydrat, Pyrogallussäure in Kalilauge gelöst, Kupferchlorür in Salzsäure oder Ammoniak gelöst, Vitriolöl, Schwefelsäureanhydrid, Brom, Eisenvitriol, Braunstein etc.), welche gewisse Gase aus dem Gasgemenge absorbieren.
Indem man diese Körper in geregelter Folge in das Gasgemenge bringt, kann man einen Bestandteil desselben nach dem andern fortnehmen und, wenn sich das Gas in einer Maßröhre befindet, zugleich die Volumina der verschwundenen Gase bestimmen. Handelt es sich um die Untersuchung eines verbrennlichen Gasgemisches, so bringt man zu einem bekannten, über Quecksilber abgesperrten Volumen ein bekanntes überschüssiges Volumen von Sauerstoff oder Wasserstoff (je nach der Natur des zu bestimmenden Gases), entzündet das Gemisch in einem verschlossenen Maßrohr mittels des elektrischen Funkens, bestimmt die Verbrennungsprodukte und berechnet aus den Volumveränderungen die Quantität der verbrannten Gase.
[Andre Methoden.]
Ein wichtiges Hilfsmittel bei der
chemischen Analyse, ist das Mikroskop,
[* 19] doch erfordert die Untersuchung mikroskopischer
Objekte besondere Methoden. Die mikro
chemische Analyse, liefert vorzüglich bei vegetabilischen und animalischen Substanzen erwünschte
Aufschlüsse und wird jetzt auch in der Geologie
[* 20] vielfach angewendet. Man benutzt dabei besonders solche
Reagenzien, welche gewisse Stoffe, z. B. Stärkekörner, Cellulose, Proteinkörper, intensiv färben, und erlangt dadurch oft
das einzige Mittel, die nähere Zusammensetzung der Gewebe
[* 21] kennen zu lernen. Auch die kleinsten Kristalle
[* 22] können mit dem Mikroskop
unterschieden werden, und zur Winkelmessung an denselben ist ein Mikrogoniometer konstruiert worden.
Vielseitige Anwendung findet das Mikroskop besonders in der zoo
chemischen Analyse,, welche die chemischen
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