Fluorid sollte man im eigenen Interesse vor allen anderen Ionen nachweisen. Denn fällt der Nachweis positiv aus, muss man für den Rest der Analyse entsprechende Sicherheitsmaßnahmen ergreifen. Somit ist dieser Nachweis einer der wenigen, bei denen man sich lieber ein negatives Ergebnis wünscht …
Benötigte Materialien
- konzentrierte Schwefelsäure ($\ce{H2SO4}$, etwa $95\,\%$)
- Reagenzglas & Reagenzglasklammer
- Spatel
- Bunsen- oder Teclubrenner
- optional: Weinsäure $(\ce{C4H6O6})$
- Calciumchlorid $(\ce{CaCl2})$ & technische Natronlauge $(\ce{NaOH})$ zur Entsorgung des Fluorid-Mülls
Durchführung
In einem Reagenzglas gebt ihr ein wenig konzentrierte Schwefelsäure zu einer ordentlichen Menge eurer Ursubstanz (der Nachweis klappt nur gut mit größeren Mengen Fluorid) und erhitzt das Ganze kurz mit dem Brenner. Da hierbei gasförmiger Fluorwasserstoff entstehen kann, sind entsprechende Vorsichtsmaßnahmen zu treffen (spezielle Sicherheitshandschuhe und natürlich Arbeiten im Abzug). Befindet sich tatsächlich Fluorid in der Ursubstanz, reagiert der entstehende Fluorwasserstoff $(\ce{HF})$ mit dem Siliciumdioxid $(\ce{SiO2})$ in den Reagenzglaswänden zu Siliciumtetrafluorid $(\ce{SiF4})$:
$$ \ce{SiO2 + 4HF -> SiF4(^) + 2H2O} $$
Achtung!
Flusssäure ist sehr gefährlich! Bitte führt diesen Nachweis nur bei voller Konzentration und im Abzug durch und setzt eure Nachbarn darüber in Kenntnis, dass ihr mit $\ce{HF}$ arbeitet. Denkt auch unbedingt daran, den bei diesem Versuch entstehenden Müll erst mit $\ce{CaCl2}$ abzureagieren! Mehr dazu hier.Dadurch wird die innere Oberfläche des Reagenzglases angeätzt. Neigt man nun das Reagenzglas ein wenig und lässt die Schwefelsäure vorsichtig wieder die Wände herunterlaufen, so zeigt sie ein verändertes Fließverhalten: Sie läuft nicht mehr glatt runter, sondern scheint die Wände entlangzukriechen. Außerdem erscheint der Rand der Flüssigkeit gekräuselt, wenn man das Reagenzglas schräg hält.
Ein solches Reagenzglas muss vor weiterer Verwendung unbedingt markiert werden (z. B. mit $\ce{F-}$)! Führt ihr nämlich einen weiteren Fluorid-Nachweis damit durch, fiele dieser natürlich in jedem Fall positiv aus.
Ein guter Tipp für Anfänger: Zu Ursubstanz und Schwefelsäure wird noch eine Spatelspitze Weinsäure gegeben und mit erhitzt. Da Schwefelsäure in der Lage ist, organische Stoffe wie die Weinsäure zu verkohlen (d. h. sie entzieht ihnen Wasser, Hydroxygruppen und Wasserstoffatome, so dass elementarer Kohlenstoff zurückbleibt), wird die Mischung schwarz gefärbt. Das veränderte Fließverhalten ist so noch besser erkennbar.
Video der Durchführung
Störungen
Größere Mengen an Borsäure oder Kieselsäure können den Nachweis stören. Der Fluorwasserstoff reagiert mit ihnen unter Bildung von $\ce{BF3}$ bzw. $\ce{SiF4}$, anstatt die Reagenzglaswände anzuätzen. Umgehen kann man dieses Problem, indem man das Fluorid mit $\ce{CaCl2}$ ausfällt und die Kriechprobe mit dem entstandenen $\ce{CaF2}$-Niederschlag durchführt.
Wie gut ist der Nachweis?
Glücklicherweise ist dieser Nachweis recht eindeutig erkennbar, vor allem, wenn man die verbesserte Variante mit der Weinsäure durchführt.
Zuverlässigkeit: hoch, der Nachweis ist wenig störanfällig