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Simulation einer Säure-Base-Titration

Titrationssimulation

Eine Standardmethode zur quantitativen Gehaltsbestimmung im Laboratorium ist die Titration. Dabei wird eine chemische Reaktion zwischen der zu bestimmenden Substanz in der Vorlage und einem Reagenz in der Maßlösung durchgeführt. Die Reaktion sollte aus praktischen Gründen schnell und vollständig verlaufen. Mit Hilfe eines Indikators wird ein Punkt der Reaktion bestimmt, im Allgemeinen ist dies der Zustand, an dem das Reagenz die zu bestimmende Substanz aufgebraucht hat.

Der Indikator
Bei der Säure-Base-Titration wird als Indikator ein Farbstoff eingesetzt, der seine Farbe in Abhängigkeit von der H3O+-Konzentration ändert. Dabei hat der Farbwechsel nicht unbedingt am Neutralpunkt bei pH = 7 zu erfolgen. Da die Indikatoren im Allgemeinen nicht schlagartig die Farbe wechseln, sondern über einen gewissen pH-Verlauf hinweg langsam vom einen in den anderen Zustand wechseln, muss er so gewählt werden, dass die Reaktion den Umschlagsbereich möglichst schnell, also durch Zugabe von möglichst wenig Reagenz durchläuft.
Experimentell bemerkt man einen ungeeigneten Indikator daran, dass mehrere Tropfen Reagenz zugegeben werden müssen, bevor der Farbumschlag deutlich erkennbar wird. Unter diesen Umständen kann keine quantitative Aussage über den zu bestimmenden Punkt der Reaktion getroffen werden. Deutlich wird dies, wenn man außer dem Farbumschlag auch noch den pH-Verlauf des Experiments verfolgen kann. Während die Bestimmung einer starken Säure wie Salzsäure mit einer starken Base (zum Beispiel Natronlauge) relativ unproblematisch ist, da in der Nähe des Neutralpunkts ein sehr großer pH-Bereich mit einem Tropfen Lauge durchlaufen wird, zeigen mehrprotonige und/oder schwache Säuren nur kleine pH-Sprünge. In diesem Fall muss ein Indikator gewählt werden, der nach Möglichkeit genau innerhalb dieses Bereiches einen vollständigen Farbumschlag zeigt.

Hat man durch den Farbumschlag einen definierten Punkt der Reaktion ausgemacht, so kann durch Berechnung der Menge des zugetropften Reagenzes aufgrund der Reaktionsgleichung auf die Konzentration des Substrats geschlossen werden.

Neben der Bestimmung von Säuren und Basen werden auch Redox- und Komplexbildungsreaktionen zur titrimetrischen Bestimmung eingesetzt. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Bestimmung der Wasserhärte mit Natriumetylendiamintetraacetat als Reagenz und Eriochromschwarz-T als Indikator. Die Konzentration der Reagenzlösung wird in molL-1 angegeben. Daneben findet man noch die ältere Angabe der Normalität, die besonders bei der Bestimmung von mehrprotonigen Säuren die Berechnung der Substratkonzentration vereinfacht. Diese Konzentrationsangabe kann aber zu Verwirrung führen, wenn beispielsweise die Menge an Permanganat bei der Bestimmung des Eisens (Redoxtitration) vom pH-Wert der Lösung abhängt. In diesem Fall muss bekannt sein, auf welche Reaktion sich die Normalitätsangabe bezieht.

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