In der Natur kommen die meisten Stoffe vermischt mit anderen, also als Gemenge, vor. Die Stoffuntersuchung beginnt daher mit einer Aufarbeitung des Gemenges in die einzelnen Reinstoffe. Dann ist zu prüfen, aus welchen Atomen die Reinstoffe zusammengesetzt sind. Handelt es sich um ein Element, besteht der Reinstoff nur aus einer einzigen Atomsorte, während Verbindungen aus mindestens zwei verschiedenen Atomsorten bestehen. Der Weg zu einem zuverlässigen Untersuchungsergebnis führt über die Verfahren der Analyse und Synthese.
Nehmen wir an, ein unbekannter Reinstoff besteht aus Quecksilber- und Sauerstoffatomen. In diesem Fall liefert die Zerlegung die Analysenprodukte Quecksilber und Sauerstoff, die aufgrund ihrer Eigenschaften erkannt werden
(Versuch 
, Kapitel 7).
| Analyse: | Quecksilberoxid |  |
Quecksilber | + | Sauerstoff |
Damit besteht die erste Gewißheit, dass es sich um eine Verbindung handeln muß, denn bei einem Element können bei der Analyse keine verschiedenartigen Produkte entstehen.
Nun könnte aber bei der Untersuchung ein Bestandteil der unbekannten Verbindung nicht entdeckt worden sein. Das Analysenergebnis wäre dann falsch. Zur Überprüfung ihrer Arbeit versuchen Chemiker deshalb, aus den in der Analyse festgestellten Bestandteilen den bisher unbekannten Stoff zu synthetisieren. In unserem Fall nimmt er Quecksilber und versucht dieses Element mit Sauerstoff zu verbinden. Bei höheren Temperaturen gelingt dies tatsächlich, und der synthetisierte Stoff besitzt die gleichen Eigenschaften wie der vorher unbekannte Stoff.
| Synthese: | Quecksilber | + | Sauerstoff | |
Quecksilberoxid |
Die Zusammensetzung eines Reinstoffes kann durch Analyse und Synthese ermittelt werden.Aus Quellwasser kann mit Hilfe der Destillation (Kapitel 18) der Reinstoff Wasser abgetrennt werden. Die Analyse des Wassers gelingt aber nicht so einfach wie beim Quecksilberoxid. In solchen, sehr häufigen Fällen wird die unbekannte Verbindung mit einem Element zur Reaktion gebracht.
Beispiel: Die Verbindung AB reagiert mit dem zugesetzten Stoff C zu AC und B.
| A B | + | C | |
A C | + | B |
Wenn als Reaktionsprodukte die Verbindung AC und das Element B nachgewiesen werden, muß die untersuchte Verbindung aus den Elementen A und B zusammengesetzt sein.
In ein Rg gibt man feuchten Sand, legt in die Mitte ein Stück blank geriebenes Magnesiumband und verschließt mit einem Stopfen, in dem ein Glasröhrchen steckt. Dann wird erhitzt und das entweichende Gas entzündet. Zur Knallgasprobe muß meistens ein zweiter Versuch angesetzt werden. Das Reagenzglas springt bei diesem Versuch leicht. Dieses Verfahren wenden wir bei der Stoffaufklärung des Wassers an (Versuch 
). Der aus dem Sand aufsteigende Wasserdampf vertreibt zuerst die Luft aus dem Reagenzglas. Trotzdem entsteht aus dem Magnesium weißes Magnesiumoxid. Der dafür notwendige Sauerstoff muß nach den vorliegenden Versuchsbedingungen vom Wasser geliefert worden sein. Ähnliche Ergebnisse erhält man mit den Metallen Zink und Eisen. Das aus dem Reagenzglas entweichende Gas kann mit der Knallgasprobe als Wasserstoff nachgewiesen werden. Der Wasserstoff kann auch entzündet werden. Er besteht aus zweiatomigen Molekülen, also H2.
Schematisch läßt sich der Versuchsablauf so darstellen:
| H O H | + | Mg | |
Mg O | + | H H |
Da wir außer Wasserstoff und Sauerstoff weitere Bestandteile nicht nachgewiesen haben, versuchen wir, ob die Synthese von Wasserstoff und Sauerstoff die Verbindung Wasser ergibt. Chemisch betrachtet: wir müssen Wasserstoff mit Sauerstoff verbinden, d. h. verbrennen. Unser Versuchsergebnis bestätigt die Richtigkeit unserer Untersuchung. Als Verbrennungsprodukt von Wasserstoff entsteht Wasser. Wasser ist also eine Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff, ein Oxid des Wasserstoffs. Die chemischen Reaktionen, die wir bei der Untersuchung des Wassers durchgeführt haben, können wir nun in chemischen Gleichungen darstellen.
Achtung! Vorschtsmaßnahmen beim Entzünden von Wasserstoff beachten! Am besten Wasserstoff aus der Stahlflasche verwenden.Zersetzung von Wasser mit Magnesium: Bildung von MgO weist Sauerstoff nach; Wasserstoff entweicht (brennbar)Wasser ist WasserstoffoxidZerlegung mit Magnesium:
| Mg + H 2O | |
MgO + H2 ↑ |
| Magnesium + Wasser | Magnesiumoxid + Wasserstoff |
Synthese aus den Elementen :
| 2 H2 + O2 | |
H2O |
| Wasserstoff + Sauerstoff | Wasser |
Der Reinstoff Wasser ist in chemischer Hinsicht die Verbindung Wasserstoffoxid
