Indikatoren bei Titrationen – Richtige Wahl des Indikators

Die Titration oder auch Maßanalyse ist eine Methode, um die Konzentration einer unbekannten Lösung (mit Hilfe der Zugabe einer Lösung mit bekannter Konzentration) zu bestimmen. Dabei wird die Probe mit unbekannter Konzentration mit einer Maßlösung bekannter Konzentration zur Reaktion gebracht und der Verbrauch der Maßlösung bestimmt (daher wird dieses Verfahren als Maßanalyse bezeichnet). Die Konzentration der unbekannten Lösung lässt sich am Volumen der verbrauchten Maßlösung bestimmen (daher wird die Titration auch als Volumetrie bezeichnet).

Bei Titrationen ist immer der Endpunkt der “Reaktion” zu bestimmen, bei vielen Titrationsarten verwendet man sogenannte Indikatoren, die das Ende der Reaktion anzeigen. So auch bei der Säure-Base-Titration. Hier wird eine Säure gegen eine Base titriert (oder umgekehrt) und der Neutralisationspunkt (Endpunkt der Reaktion) mit einem Säure-Base-Indikator angezeigt. Die Schwierigkeit hierbei ist, den passenden Indikator auszuwählen, da der Neutralisationspunkt der Säure-Base-Titration im (Farb-)Umschlagsbereich des Indikators liegen muss.

Indikatoren bei der Titration- Richtige Wahl des Indikators bei Säure-Base-Titrationen

Bei Titrationen -vor allem von schwachen Säuren – ist die Wahl des richtigen Indikators entscheidend. Inzwischen gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen (Neutralisations)indikatoren. Die bekanntesten (neben dem Universalindikator) sind Phenolphtalein und Methylrot. Bei den meisten Indikatoren handelt es sich um organische Farbstoffe, der je nach pH-Wert eine unterschiedliche Färbung annimmt. Der protonierte Indikator bzw. deprotonierte Indikator unterscheiden sich in der Farbe, wobei der Farbwechsel durch die Strukturänderung zustandekommt.

Wichtig bei der Verwendung eines geeigneten Indikators ist, dass der Umschlagsbereich des Indikators (Bereich in dem der Indikator seine Farbe wechselt) im Bereich des Neutralisationspunkts liegt. Warum aber schlagen unterschiedliche Indikatoren bei unterschiedlichen pH-Werten um. Dies liegt daran, dass die Indikatoren (die schwache Säuren oder Basen sind) unterschiedliche Säure- bzw. Basenstärke aufweisen.

Wie kann man nun den richtigen Umschlagspunkt berechnen?

Hier macht man sich wieder das Massenwirkungsgesetz zunutze (schwache Säuren reagieren in einer Gleichgewichtsreaktion): Wir betrachten dazu die Reaktion (HIn steht für die protonierte Form des Indikators)

HIn + H2O  =>  In   +   H3O+

Das Massenwirkungsgesetz hierzu lautet:

          K(HIn) = [c(In)  ·  c(H3O+)] : c(HIn)

bzw. umformuliert:
 c(H3O+) = K(HIn) · [c(HIn) : c(In) ]

Mit Hilfe dieser Formel können wir viel über den Umschlagspunkt aussagen. Liegt beispielsweise c(HIn) : c(In) in gleicher Konzentration vor (der Quotient = 1), gilt:

c(H3O+) = K(HIn) bzw. pH = pKs(HIn)
Daraus folgt, dass der pH-Wert am Umschlagspunkt (wir haben eine Mischfarbe aus protonierter und deprotonierter Form des Indikators) durch die Säurekonstante (pKs) der Indikatorsäure (HIn) gegeben ist. Haben wir beispielsweise einen Indikator, der einen pKs-Wert von 8,5 hat, liegt bei einem pH-Wert von 8,5 die Indikatorensäure und Indikatorenbase zu gleichen Teilen vor und es erscheint eine Mischfarbe. Daher verwenden wir bei einer Säure, deren Neutralisationspunkt bei einem pH von 8,5 ist, diesen Indikator.

Aus der Formel wird auch ersichtlich, warum bei vielen Indikatoren der Farbumschlag sich auf zwei pH-Bereiche “ausdehnt”. Das menschliche Auge kann die reine Farbe einer Indikatorform bei einem Verhältnis von 10 : 1 wahrnahmen.

  • Setzen wir dies in die Formel ein, haben wir bei einem Verhältnis von 10 : 1  => -log (10 : 1) = -log (10) = -1
  • Bei einem Verhältnis von 1 : 10 => – log (1 : 10) = -log (0,1) = 1

Wir haben beim Übergang (Indikatorbase auf Indikatorsäure bzw. umgekehrt) von 1 : 10 auf 10 : 1 einen Bereich von 2 pH-Einheiten. Nachfolgend sind einige wichtige Indikatoren und deren Umschlagsbereich aufgelistet:

  • Methylorange     : Umschlagsbereich pH 3,1 – 4,4  (rot nach orange)
  • Methylrot           : Umschlagsbereich pH 4,8 – 6,1  (rot nach gelb)
  • Lackmus            : Umschlagsbereich pH 5,0 – 8,0  (rot nach blau)
  • Bromthymolblau : Umschlagsbereich pH 6,0 – 7,5  (gelb nach blau)
  • Neutralrot          : Umschlagsbereich pH 6,5  – 8,1 (rot nach gelb)
  • Thymolblau        : Umschlagsbereich pH 1,2 –  2,8 (rot nach gelb) und  pH 8,0 – 9,5 (gelb nach blau)
  • Phenolphthalein  : Umschlagsbereich  pH 8,1 – 9,9 (farblos nach rot)
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