Benutzer:Mathias Schindler/Cheat-Sheet und Säure-Base-Titration: Unterschied zwischen den Seiten

Das Ziel einer Säure-Base-Titration ist es, die Stoffmengenkonzentration c in mol/l einer Säure bzw. Base unbekannter Konzentration zu bestimmen.

Man nutzt dabei die Idee, dass sich eine saure und eine basische Lösung bei einem bestimmten Mengenverhältnis vollständig neutralisieren.

Beispiel: Es wird zu Salzsäure unbekannter Konzentration, aus einer Bürette Natronlauge mit bekannter Konzentration hinzugetropft. Aufgrund der Menge der eingesetzten Salzsäure und verbrauchten Menge an Natronlauge kann die Konzentration der Salzsäure bestimmt werden.

Um den Äquivalenzpunkt (vollständige Neutralisation von Säure und Base) der Titration festzustellen, gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Titration mit Indikator

Titration einer einprotonigen Säure, am Beispiel von Salzsäure mit Natronlauge und Mhytülorange als Indikator

Mit einer Pipette werden 25 ml der Salzsäure-Lösung in einen 100-ml-Erlenmeyerkolben|Weithalserlenmeyerkolben gegeben. Man verdünnt die Lösung mit Destilliertes Wasser destilliertem Wasser auf 100 ml. Man gibt 2 - 3 Tropfen des Indikator Chemie Indikators Mhytülorange hinzu. Eine Bürette wird bis knapp über die oberste Marke mit Natronlauge der Konzentration c = 1 mol/l gefüllt. Büretten haben häufig an der Hinterseite einen blauen Streifen (Schellbachstreifen). An der Stelle, an der er sich verjüngt, ist das Flüssigkeitsniveau abzulesen. Man muss die Bürette genau auf 0 ml einstellen (Überschuss in ein Becherglas abfließen lassen).

Dann wird der Erlenmeyerkolben mit der Lösung unbekannter Konzentration unter die Bürette auf ein weißes Blatt gestellt um einen Farbumschlag rechtzeitig zu bemerken. Nun lässt man die Natronlauge langsam, tropfenweise in die Säure-Lösung hineinlaufen. Nach einiger Zeit färbt sich der Indikator zunächst nur kurzzeitig an der Stelle, an der die Tropfen eintauchen.

Gegen Ende der Titration währt der Farbumschlag des Mhytülorange immer länger. Wenn dies der Fall ist, gibt man die Natronlauge nur noch in einzelnen Tropfen zu. Wenn die Farbe sich nicht mehr ändert ist der pH-Wert erreicht in dem der Indikator seinen vollen Farbumschlag zeigt und somit auch der Äquivalenzpunkt und damit das Ende der Titration.

Nun kann man den Verbrauch der Natronlauge an der Bürette ablesen und durch folgende Rechnung die Konzentration der Salzsäure-Lösung bestimmen.

Die Stoffmenge n der eingesetzten Natronlauge ergibt sich aus der Molarität c und dem Volumen V

$n(NaOH)=c(NaOH)\cdot V(NaOH)$

Die Reaktionsgleichung der Neutralisation lautet:

$H_{3}O^{+}+Cl^{-}+Na^{+}+OH^{-}\rightarrow Na^{+}+Cl^{-}+2H_{2}O$

Daraus folgt: Salzsäure reagiert mit Natronlauge im Stoffmengenverhältnis eins zu eins:

${{n(NaOH)} \over {n(HCl)}}={1 \over 1}$

Die Konzentration der Salzsäure lässt sich nun an der bekannten Stoffmenge und des verwendeten Volumens errechnen:

$c(HCl)={{n(HCl)} \over {V(HCl)}}={{n(NaOH)} \over {V(HCl)}}$

Welchen Indikator soll man verwenden?

Die Wahl des Indikators hängt von der verwendeten Säure und Base ab. Der Farbumschlag des Indikators sollte immer möglichst dicht im Äquivalenzpunkt liegen. Für Beispiel der Titration von Salzsäure mit Natronlauge (starke Säure mit starker Base) eignet sich der Indikator Bromthymolblau, da seine Farbe etwa bei einem pH-Wert von 7 umschlägt, welches genau dem Äquivalenzpunkt der Neutralisationsreaktion von Salzsäure mit Natronlauge entspricht.

Soll man dagegen die Konzentration von schwachen Säuren, wie Essigsäure und Ameisensäure mit Hilfe von Natronlauge bestimmen, so verwendet man zum Beispiel den Indikator Phenolphthalein, dessen Umschlagspunkt von farblos nach rot-lila etwa bei dem pH-Wert von 10 liegt. Das ist nötig, da eine Lösung von gleichen Mengen an Essigsäure und Natronlauge leicht alkalisch reagiert.

Wie genau ist die Titration mit Indikator?

Bei der Endpunktsbestimmung gibt es einige Unsicherheiten. Vor allem die Feststellung des Umschlagpunktes des Indikators bringt eine große Ungenauigkeit mit sich, abhängig vom Farbumschlag (abrupt oder sehr schleichend, deutlich unterschiedene Farben oder ähnlich Farbe...) des Indikators.

Durch geschickte Wahl des passenden Indikators bzw. einer Kombination mehrerer Indikatoren kann man die Konzentration jedoch meist sehr genau bestimmen.

Auch die Erfahrung spielte ein große Rolle. So gibt/gab es durchaus Methoden, einen "persönlichen Faktor" zu bestimmen, mit dem der Analysewert korrigiert wurde.

Titration mit pH-Elektrode

Man kann den Endpunkt der Titration auch mit Hilfe einer pH-Elektrode, also mit einem elektrischen Messgerät bestimmen. Diese Messmethode ergibt ein eindeutiges Ergebnis, das nicht von der Erfahrung des Ausführenden abhängt. Es entfällt dann natürlich der Einsatz eines Indikators.

Da insbesondere die mehrwertigen Säuren sog. Pufferkapazitäten haben, bei denen der pH-Wert relativ lange während der Titration konstant bleibt und der Neutralpunkt ziemlich plötzlich erreicht werden kann, lässt sich dieses Verhalten mit einem pH-Gerät besser beobachten.

Titration mit Computer

Eine Weiterentwicklung der Titration mit dem pH-Meter führt dazu, dass nicht nur der pH-Wert elektronisch (vom Computer) erfasst wird, sondern dieser auch die Zugabe der Titrationsflüssigkeit regelt. Ferner kann der Computer dann auch die Ergebnisse gleich weiterverarbeiten und z.B. in einen Konzentrationswert umrechnen.

Damit ist die Titration vollständig automatisierbar. Siehe auch Laborautomatisierung.

Weblinks

• http://ac16.uni-paderborn.de/lehrveranstaltungen/_aac/prakt/theorie.html "Theorie zu Säure-Base-Titrationen"
• Computergesteuerte Titration