Säure-Base-Titration – Einführung

In der Chemie, Pharmazie, Medizin kommt die Titration als quantitative Analysemethode sehr häufig vor, sowohl an Schulen /Hochschulen, aber auch in Laboren der Industrie.Im Rahmen dieser Messmethode wird die Menge (Masse oder Konzentration) einer in einem Lösungsmittel gelösten Substanz bestimmt. Das Grundprinzip der Titration liegt darin, zu einer Lösung mit unbekannter Konzentration (Analyselösung oder auch Titrand bezeichnet) eine Lösung mit bekannter Konzentration (Maßlösung oder auch Titrator bzw.Titrant bezeichnet) zu geben. Wenn beide Lösungen bzw. die in der Lösung gelösten Substanzen vollständig miteinander reagieren (dies ist eine Voraussetzung, dass eine Titration durchgeführt werden kann), kann aus dem Volumen der Maßlösung die Konzentration der Ausgangslösung berechnet werden 

Nachfolgend sind die vier wichtigsten Titrationstypen aufgelistet.
1. Säure-Base-Titration
2. Redoxtitration
3. Fällungstitration
4. Komplexometrische Titration 

In diesem Kapitel soll nur die Säure-Base-Titration näher untersucht werden. Bei einer Säure-Base-Titration wird eine Säure gegen eine
Base titriert oder umgekehrt. 

Säure-Base-Titration:
Wie bereits eingangs erwähnt, lässt man bei der Säure-Base-Titration eine Säure und eine Base (oder auch umgekehrt) bis zur vollständigen Neutralisation (Äquivalenzpunkt) reagieren. Aus dem Verbrauch an sog. Maßlösung kann man die Konzentrationen der Analysenlösung ermitteln.

Während einer Säure-Base-Reaktion (bzw. Titration) reagieren die Hydronium-Ionen (H+) der Säure mit den Hydroxid-Ionen (OH-) der Base zu Wassermolekülen. Daher wird die Säure-Base-Titration auch manchmal als Neutralisationstitration bezeichnet (diese Bezeichnung ist aber unzureichend, da viele Titrationen Neutralisationstitrationen sind). Durch Änderung der Konzentration der Hydronium-Ionen in der Analysenlösung ändert sich auch entsprechend der pH-Wert der Lösung und lässt sich messen. 

Die Säure-Base-Titration kann (aufgrund) ihrer Durchführung noch genauer klassifiziert werden. So kann man eine Base mit einer Säure titrieren oder eine Säure mit einer Base titrieren:

 

• Bestimmt man die Konzentration einer Säure mit einer Base nennt man dieses Verfahren Alkalimetrie. Bei dieser Art von Titration liegt der Anfangs-pH-Wert im alkalischen Bereich (pH > 7) und geht im Laufe der Zugabe der Säure in Richtung des sauren Bereiches (pH < 7).

• Bestimmt man die Konzentration einer Base mit einer Säure nennt man dieses Verfahren Acidimetrie.

 

Auswertung bei Säure-Base-Titrationen:
Die Auswertung der Säure-Base-Titration erfolgt mittels den sog. Titrationskurven. Während der Titration wird der pH-Wert gemessen (mittels pH-Meter oder einem (Universal)indikator) in Abhängigkeit des Volumens an zugegebener Maßlösung. Trägt man nun die ermittelten pH-Werte gegen das Volumen an zugesetzter Maßlösung auf, erhält man die Titrationskurve (auf der x-Achse wird das Volumen der zugegebenen Maßlösung aufgetragen und auf der y-Achse wird der entsprechende pH-Wert aufgetragen)

Das Ziel einer Säure-Base-Titration ist immer, die unbekannte Konzentration einer Säure bzw. einer Base zu bestimmen. Dies kann mit Hilfe einer Titrationskurve leicht über den Äquivalenzpunkt ermittelt werden. Der Äquivalenzpunkt, ist der Punkt, an dem die Menge der zugegebenen Maßlösung der Menge der Analysenlösung entspricht. Der Äquivalenzpunkt ist in der graphischen Auftragung der Titrationskurve leicht zu erkennen, es ist der Wendepunkt der Kurve.

Achtung:  Es gibt nicht “die eine Titrationskurve”. Der Verlauf der Titrationskurve ist abhängig, ob man eine starke Säure oder eine schwache Säure untersuchen will. Darüber hinaus verläuft die Titrationskurve bei einprotonigen Säuren anders, als bei zwei- oder mehrprotonigen Säuren.

 

• Titration einer starken Säure mit einer starken Base:  Bei der dieser Titration beginnt der Graph einem sehr niedrigen pH-Wert (pH-Wert der reinen Säure). Der Graph (pH-Wert) steigt bei Zugabe der Base nun erst sehr langsam an, bis es zum sog. pH-Sprung (= Äquivalenzpunkt) kommt. Der Äquivalenzpunkt  ist immer durch einen großen pH-Sprung um mehrere pH-Einheiten gekennzeichnet. Anschließend steigt der pH-Wert der Lösung bei weiterer Zugabe der Base langsam an. Bei der Titration einer starken Säure mit einer starken Base liegt der Äquivalenzpunkt genau bei pH 7.

• Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base: Im Vergleich zur Titration einer starken Säure liegt der Anfangspunkt der Titrationskurve bei einem höheren pH-Wert (schwache Säure). Daher ist in der Titrationskurve auch der pH-Sprung deutlich kleiner als im Vergleich zur starken Säure. Wichtig: der Äquivalenzpunkt ist bei dieser Art von Titraion nicht mehr bei pH = 7.

 

Auswertung:
Anhand des Aquivalenzpunktes aus der Titrationskurve ist das Volumen (V) an zugegebener Maßlösung bekannt,. Da die Konzentration der Maßlösung und das Volumen an Anlysenlösung bekannt sind, kann die Konzentration der Analysenlösung bestimmt werden.

Beispiel:
Es werden V = 10 ml einer Salzsäure-Lösung (unbekannter Konzentration) mit einer Natriumhydroxid-Lösung, mit bekannter Konzentration (c (NaOH) = 1 mol/l) titriert. Anhand der Titrationskurve wird ersichtlich, dass der Äquivalenzpunkt bei pH = 7 liegt und das Volumen an zugegebener Natriumhydroxid-Lösung (bis zum Äquivalenzpunkt) 10 ml beträgt. Nun soll die Konzentration der Salzsäure-Lösung bestimmt werden.

 

• Reaktionsgleichung:  HCl + NaOH => H₂O + NaCl
• Stoffmengenverhältnis: n(HCl) : n(NaOH) = 1 : 1 (aus Gleichung ablesbar)
• Formeln einsetzen: n(HCl) = c(HCl) · V(HCl) = n(NaOH) = c(NaOH) · V(NaOH)
• Werte einsetzen: c(HCl) · 10 ml = 1 mol/l  · 10 ml
• Nach c(HCl) auflösen:  c(HCl) = 1 mol/l

 

 

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Säure-Base-Titration – Einführung – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter einer Säure-Base-Titration?

Eine Säure-Base-Titration ist ein Verfahren in der Chemie, mit dem man die Konzentration einer Säure- oder Base-Lösung bestimmen kann. Es beruht auf der neutralisierenden Reaktion zwischen einer Säure und einer Base.

2. Was ist ein Titrant in einer Säure-Base-Titration?

Ein Titrant ist in einer Säure-Base-Titration die Lösung, deren Konzentration bekannt ist und die verwendet wird, um die Konzentration der anderen Lösung zu bestimmen.

3. Was ist der Äquivalenzpunkt in einer Säure-Base-Titration?

Der Äquivalenzpunkt ist der Moment, in dem die Menge der hinzugefügten Base (oder Säure) genau ausreicht, um die gesamte Säure (oder Base) zu neutralisieren.

4. Was ist der Unterschied zwischen dem Endpunkt und dem Äquivalenzpunkt in einer Säure-Base-Titration?

Der Endpunkt ist der Punkt, an dem der Farbumschlag des Indikators auftritt, während der Äquivalenzpunkt der Punkt ist, an dem Säure und Base vollständig reagiert haben. Idealerweise fallen diese beiden Punkte zusammen.

5. Was ist die Stoffmengenkonzentration in der Chemie?

Die Stoffmengenkonzentration ist ein Maß für die Menge eines Stoffes pro Volumeneinheit. Sie wird in der Einheit Mol/L (Molar) angegeben.

6. Was ist die Molalität und wie unterscheidet sie sich von der Molarität?

Die Molalität ist ein Maß für die Menge eines Stoffes pro Masse der Lösung und wird in der Einheit Mol/kg angegeben. Im Gegensatz zur Molalität ist die Molarität ein Verhältnis von Molekülzahl zu Volumen, nicht zu Masse.

7. Was ist ein Puffer in der Chemie?

Ein Puffer ist eine Lösung, die den pH-Wert konstant hält, auch wenn Säuren oder Basen hinzugefügt werden.

8. Wie bestimmt man die Konzentration einer Säure bei der Säure-Base-Titration?

Man bestimmt die Konzentration einer Säure bei einer Säure-Base-Titration, indem man eine bekannte Menge einer Base mit bekannter Konzentration hinzufügt, bis der Äquivalenzpunkt erreicht ist. Die Menge der hinzugefügten Base ist dann gleich der Menge der Säure.

9. Wie funktioniert ein Indikator bei der Säure-Base-Titration?

Ein Indikator ist eine Substanz, die ihre Farbe in Abhängigkeit vom pH-Wert ändert. Er wird dazu benutzt, den Endpunkt der Titration sichtbar zu machen, indem er bei Erreichen des Äquivalenzpunktes die Farbe wechselt.

10. Was ist ein Neutralisationsmittel in der Chemie?

Neutralisationsmittel sind Substanzen, die in der Lage sind, Säuren oder Basen zu neutralisieren und damit den pH-Wert einer Lösung zu stabilisieren.