Elemente und Moleküle, Schulbuch

57 4.2 SÄUre-BaSe-reaKTiOnen Messung des pH-Wertes Schon früh wusste man, dass bestimmte Pflanzenfarbstoffe Säuren anders färben als Basen. So färben Heidelbeeren die Finger rot (die Haut ist schwach sauer) und die Zähne blau (der Speichel ist leicht basisch). Auch Tee verändert seine Farbe bei Zugabe von Zitronensaft (Säure! Abb. 57.1). Farbstoffe, die je nach pH-Wert ihre Far- be ändern, bezeichnet man als Säure-Base-Indikatoren (Abb. 57.2). Indikatoren sind im Allgemeinen schwache organische Säuren, deren konjugierte Base anders gefärbt ist. In wässriger Lösung stellt sich daher für einen Indikator – Schreibweise: HInd – folgendes Gleichgewicht ein: Bei niedrigen pH-Werten liegt daher die Farbe der Indikatorsäure (Zurückdrängung des Gleichgewichtes), bei höheren pH-Werten die der Indikatorbase vor. Der Um- schlagsbereich (pH-Bereich, in dem die Farbänderung erfolgt) ist abhängig vom p K A -Wert des Indikators. Ist c (HInd) = c (Ind – ), so gilt pH = p K A Für eine eindeutige Farbwahrnehmung muss eine Konzentration ca. das 10-fache der anderen betragen. Der Umschlagsbereich liegt daher immer ungefähr 2 pH- Einheiten um den p K A -Wert des Indikators. Verwendet man Indikatorgemische – so genannte Universalindikatoren – mit un- terschiedlichen Umschlagsbereichen, lässt sich der pH-Wert durch Farbvergleich mit einer Farbskala annähernd bestimmen. Indikatoren werden in Form von Lösungen (wässrig oder alkoholisch) oder als indikatorgetränkte Papiere, so genannte Indika- torpapiere , eingesetzt. Für eine genaue Bestimmung des pH-Wertes verwendet man pH-Meter (Abb. 57.3). Sie beruhen auf einer elektrischen Messung der Konzentration der H 3 O + -Ionen. Eine „ Glaselektrode “, die im Inneren mit einer Lösung mit konstantem pH-Wert gefüllt ist, wird in die zu messende Lösung eingetaucht. An der dünnen Glasmembran der Elektrode tritt eine elektrische Spannung auf, die proportional dem Logarithmus der H 3 O + -Ionenkonzentration ist. Diese Spannung wird von einem Voltmeter mit in pH-Einheiten geeichter Skala angezeigt. ■ 57.1: pH-Messung von Alltagsstoffen Miss den pH-Wert verschiedener Stoffe aus der Alltagswelt mit Indikator- papier und mit dem Schüler-pH-Meter! Bereite von Feststoffen Lösungen in klei- nen Bechergläsern! Flüssigkeiten werden direkt gemessen. Als Proben eignen sich Zitronensaft, Orangensaft, Leitungswasser, Deionat, Spülmittel für händisches Ge- schirrspülen und für die Spülmaschine, Backrohrreiniger, Essig, Haarshampoo, Cola, Voll- sowie Feinwaschmittel. Notier die pH-Werte und vergleich die Genauigkeit der beiden Messmethoden! ■ 57.2: Untersuchung von Indikatoren Füll 9 Proberöhren zur Hälfte mit Wasser (sollte pH = 7 haben – eventuell durch Mi- schen von Leitungswasser mit abgestandenem Deionat auf pH = 7 einstellen)! Tropf Indikatorlösungen von Methylorange, Bromthymolblau und Phenolphthalein in jeweils 3 der Proberöhren! Versetz jede Indikatorlösung mit etwas Salzsäure bzw. in einer anderen Proberöhre mit etwas Natronlauge! Notier für jede Indikator- lösung die Farbe in saurer, neutraler und basischer Lösung! Welcher Indikator hat seinen Umschlagsbereich im Sauren, im Neutralen bzw. im Basischen? Begründ deine Entscheidung! SCHÜLeRVeRSUCH ■ 57.3: Änderung des pH-Wertes beim Verdünnen Miss den pH-Wert von Salzsäure der Kon- zentration 1 mol/Liter! Spül die Elektrode ab, verdünn die Lösung mit abgekochtem Deionat auf das 10fache und miss noch einmal! Verdünn nochmals auf das 10fache und miss erneut! Die Verdünnungsreihe kann mehrfach fortgesetzt werden. Beob- acht die pH-Wert-Änderung beim Verdün- nen auf das jeweils 10fache! Begründ den Zusammenhang! SCHÜLeRVeRSUCH Indikator- Säure Indikator- Base Farbe 1 Farbe 2 ZUGABE WEGNAHME Durch Zugabe von OH - HInd Ind - H 2 O H 3 O + + + Tee pur Tee Zitron 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Methylorange Methylrot Lakmus Bromthymolblau Phenolphthalein Mischindikator Methylrot/Methylenblau Glaselektrode mV-Meter pH-Meter 7.38 Abb. 57.3: Elektrische pH-Messung Abb. 57.2: Umschlagbereiche von Indikatoren Abb. 57.1: Indikatorwirkung von Tee Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv