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Säure-Base-Titration - Einführung


Allgemeines:
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).
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  • Bestimmt man die Konzentration einer Base mit einer Säure nennt man dieses Verfahren Acidimetrie.
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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)
Titrationskurve


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.
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  • 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.
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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.
  1. Reaktionsgleichung:  HCl + NaOH => H2O + NaCl
  2. Stoffmengenverhältnis: n(HCl) : n(NaOH) = 1 : 1 (aus Gleichung ablesbar)
  3. Formeln einsetzen: n(HCl) = c(HCl) · V(HCl) = n(NaOH) = c(NaOH) · V(NaOH)
  4. Werte einsetzen: c(HCl) · 10 ml = 1 mol/l  · 10 ml
  5. Nach c(HCl) auflösen:  c(HCl) = 1 mol/l
    6.
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