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)
Das Massenwirkungsgesetz hierzu lautet:
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:
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.
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:
Die Titration ist eine Methode in der Analytischen Chemie zur quantitativen Bestimmung der Konzentration einer Substanz in einer Lösung. Dabei wird eine Lösung mit bekannter Konzentration (Titrant) zu der zu analysierenden Lösung hinzugegeben, bis die Reaktion zwischen den beiden Stoffen abgeschlossen ist. Der Indikator gibt an, wann diese Reaktionsvollendung erreicht ist, indem er seine Farbe ändert.
Die Wahl des richtigen Indikators hängt von der Art der chemischen Reaktion ab, die während der Titration stattfindet. Der Indikator muss so gewählt werden, dass seine Farbänderung exakt bei dem pH-Wert auftritt, an dem die Reaktion vollständig ist.
Ein guter Indikator sollte eine klare und deutliche Farbänderung aufweisen und diese Änderung sollte schnell und unabhängig von der Konzentration des Indikators auftreten. Zudem sollte der pH-Bereich, in dem die Farbänderung auftritt, eng sein und gut zur Äquivalenzpunkt-PH der Titration passen.
Zwei häufig verwendete Indikatoren sind Phenolphthalein und Methylorange. Phenolphthalein wird oft bei Säure-Basen-Titrationen verwendet, während Methylorange in vielen Fällen bei der Titration von starken Säuren und Basen zum Einsatz kommt.
Der Äquivalenzpunkt in einer Titration ist der Punkt, an dem die Menge des zugegebenen Titranten genau der Menge der zu analysierenden Substanz in der Ausgangslösung entspricht. An diesem Punkt ist die Reaktion vollständig.
Der Umschlagbereich eines Indikators ist der pH-Bereich, in dem der Indikator seine Farbe ändert. Dieser Bereich sollte möglichst eng sein und mit dem Äquivalenzpunkt der verwendeten Titration übereinstimmen.
Eine Farbänderung bei einem Indikator findet statt, wenn sich der pH-Wert der Lösung ändert und in den Umschlagbereich des Indikators fällt. Dies ist auf Änderungen in der Struktur des Indikators zurückzuführen, die eine Änderung der absorbierten und reflektierten Lichtwellenlängen bewirken.
Phenolphthalein ist ein Indikator, der in saurer Lösung farblos ist und in alkalischem Milieu pink wird. Sein Umschlagbereich liegt zwischen pH 8,2 und 10, so dass er gut zur Verwendung bei der Titration von Schwach- oder Mittelsäuren mit starken Basen geeignet ist.
Wenn der falsche Indikator gewählt wird, kann dies zu Fehlern bei der Bestimmung der Konzentration in der Titration führen. Der Endpunkt der Titration könnte vor oder nach dem tatsächlichen Äquivalenzpunkt liegen, was eine Genauigkeitsabweichung der Messung zur Folge hätte.
Die Wahl des richtigen Indikators ist wichtig, um genau bestimmen zu können, wann die Reaktion abgeschlossen ist und so die genaue Konzentration der unbekannten Lösung bestimmen zu können. Ein falsch gewählter Indikator könnte eine ungenaue Messung und somit falsche Schlussfolgerungen zur Folge haben.