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Titration und Maßanalyse
Bei einer Titration macht
man sich die Eigenschaft zunutze, dass Säuren
und Basen sich gegenseitig neutralisieren.
Das wichtigste Arbeitsgerät bei einer Titration ist die Bürette.
Diese wird mit einer Maßlösung (Titrierlösung), bzw. einer
Säure oder einer Lauge gefüllt, von der die genaue Konzentration
bekannt ist.
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Nun tropft man die Maßlösung
zu der Probelösung mit unbekannter Konzentration in Portionen solange
hinzu, bis der beigefügte Indikator umschlägt
und den pH-Wert=7 anzeigt. Bei
pH=7 ist die Lösung neutral, der Neutralisationspunkt
ist erreicht. Der Farbumschlag des Indikators heißt Equivalenzpunkt
(EP).
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Der Farbumschlag des
Indikators zeigt den Equivalenzpunkt an.
Bei der Neutralisation
von gleich starken Säuren und Basen (unser Beispiel) entspricht der
Equivalenzpunkt dem Neutralisationspunkt.
Die Durchführung der Titration erfordert viel Fingerspitzengefühl.
So sollte nach der Zugabe von jedem Tropfen Maßlösung die Probelösung
umgeschwenkt werden. Ein Tropfen zuviel und der Equivalenzpunkt ist schon
überschritten (Foto)! Beim Equivalenzpunkt liest man die verbrauchte
Menge an Maßlösung ab. Nun kann man mit Hilfe von Tabellen oder
durch eine mathematische Berechnung die Konzentration der Probelösung
bestimmen.
Soll die Konzentration
einer unbekannten Lösung mit Hilfe einer Titration mathematisch berechnet
werden, benötigt man Kenntnisse über chemische Größen
wie die Stoffmenge (mol) und der molaren Masse (g/mol)
(Beispiel).
Moderne Büretten besitzen an der Rückwand
einen Schellbachstreifen, der aufgrund einer Lichtbrechung an der Oberfläche
des Flüssigkeitsspiegels schmaler erscheint und somit eine sehr genaue
Ablesung ermöglicht.
Moderne Titratoren
ermöglichen eine automatisierte Titration
Moderne Titratoren bestehen
aus einer Titrationseinheit, zwei Vorratsbehältern und einem Computer.
Über ein Schlauchsystem wird die Titrationseinheit automatisch mit
der Probelösung und der Maßlösung gespeist. Die Elektrode
der Titrationseinheit misst eine Spannung (siehe auch ph-Messgerät),
die vom Computer in den pH-Wert umgerechnet wird. Der Rührer sorgt
für eine gleichmäßige Durchmischung der Lösung.
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Moderner Titrator
der Metrohm AG
Die Titration wird durch
die Starttaste am Computer in Gang gesetzt. Zunächst wird eine bestimmte
Portion der Probelösung aus dem hinteren Vorratsgefäß vorgelegt,
dann erfolgt die schrittweise Zugabe der Maßlösung (aus dem
vorderen Behälter). Am Ende der automatisch ablaufenden Titration
kann man über den Bildschirm am Computer eine Messwerttabelle oder
eine Titrationskurve anzeigen lassen. Der Umschlagspunkt kann wie bei einer
manuellen Titration durch den Farbumschlag in der Flüssigkeit erkannt
werden. Allerdings ist nur die rechnerische Auswertung der Daten durch
den Computer zuverlässig. Der Computer druckt eine Titrationskurve
aus, auf der der Equivalenzpunkt (EP) markiert ist.
Beispiel: Auf
der y-Achse wird in dieser Titrationskurve die verbrauchte Menge an Maßlösung
(im Beispiel Salzsäure 0,1mol/l) angegeben. Der Titrator gab bis zum
Equivalenzpunkt (EP1) 2,5ml Salzsäure mit der Konzentration von 0,1mol/l
hinzu. Es wurden vorher 2,5ml Natronlauge mit einer unbekannten Konzentration
als Probelösung vorgelegt. Da die gleiche Menge an Maßlösung
wie Probelösung bis zum Erreichen des EP verbraucht wurde, muss die
Konzentration der Natronlauge gleich sein wie die der Salzsäure.
Maßanalyse
Bei einer Maßanalyse
wird aus dem Verbrauch eines Stoffes (bei der Reaktion mit dem zu bestimmenden
Stoff) die Menge des zu bestimmenden Stoffes ermittelt. Die Maßlösung
mit der bekannten Konzentration wird auch als Titer
(oder Titrierlösung) bezeichnet. Es werden in der Regel Normal-Lösungen
verwendet (z.B. 0,1mol/l oder 0,01mol/l). Die maßanalytischen Verfahren
lassen sich in drei Methoden unterteilen:
a) Bei Titrationen erkennt
man den Umschlagspunkt durch die Zugabe von Indikatoren oder durch die
Messung der Leitfähigkeit.
b) Fällungsreaktionen
werden ebenfalls zur Maßanalyse eingesetzt. Der Umschlagspunkt lässt
sich daran erkennen, dass durch den Zusatz von einer Reagenz keine weiteren
Reaktionsprodukte mehr ausfallen.
c) Bei der Oxidimetrie
werden Redox-Reaktionen mit Hilfe von geeigneten
Redox-Indikatoren gemessen. Die Manganometrie
wird zum Beispiel zur Messung von oxidierbaren Verunreinigungen im Wasser
angewandt, wobei die Färbung und Entfärbung einer Kaliumpermanganatlösung
der Messung dient.
Weitere Informationen
Arbeitsblatt:
Titration von Natronlauge
Durchführung
einer virtuellen Titration
Neutralisation
Stoffmenge,
Mol- und Atommasse