EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-6: Übertragung – Umgang mit Materie 121 121 Schwache Säure – starke Base Abb. 121–1: Titrationskurve: schwache Säure – starke Base Schüler-Experiment 5.8 pK A -Wert einer schwachen Säure Titrationskurve schwache Säure – starke Base Hier wird zu 1 Liter Essigsäure HAc ( c = 0,1 mol/L) eine Natronlauge ( c = 1 mol/L) zugetropft. Es erfolgt einer Reaktion nach der Reaktionsgleichung HAc + NaOH → H 2 O + Na + + Ac – Betrachten wir nun einige Punkte auf der Titrationskurve (Abb. 121–1): Punkt j An diesem Punkt wurde noch keine Natronlauge zugegeben. Der pH-Wert wird nur von der Essigsäure ( c = 0,1 mol/L) bestimmt. Für die schwache Säure Essigsäure mit einem p K A -Wert von 4,75 verwendet man zur Berechnung des pH-Wertes die Formel pH = 0,5 • (p K A – lg( c 0 )). pH = 0,5 • (4,75 – lg(0,1)) = 2,88 Punkt k Es wurden 50 mL Natronlauge zugetropft. Im Gefäß waren ursprünglich 0,1 mol HAc vorhanden. Durch die Zugabe von n = c • V = 1 • 0,05 = 0,05 mol NaOH hat die Hälfte der HAc zu Ac – reagiert und es sind noch 0,05 mol HAc übrig. Dabei handelt es sich um eine Pufferlösung mit der Puffersäure HAc und der Pufferbase Ac – im Verhältnis 1:1. Der pH-Wert berechnet sich nach der Formel: pH = p K A = 4,75 In diesem Bereich ist die Kurve flach und die Zunahme des pH-Wertes gering, da der gebildete Puffer für eine geringe Änderung des pH-Wertes sorgt. Den Punkt k nennt man auch Pufferpunkt. Hier kann man durch Messung des pH-Wertes direkt den p K A -Wert einer Säure bestimmen. Punkt l Es wurden 100 mL Natronlauge (enthalten 0,1 mol NaOH) zugetropft. Die gesamte HAc wurde verbraucht und es bildet sich H 2 O und Ac – . Die schwache Base Ac – ist für den pH-Wert verantwortlich und hat eine Konzentration von ca. 0,1 mol/L. Den pH-Wert berechnet man mit der Formel für schwache Basen: pH = 14 – 0,5 • (p K B – lg( c 0 )) = 14 – 0,5 • (9,25 – lg(0,1)) = 8,88 Auch hier ist der Punkt l der Äquivalenzpunkt. Wie man sieht muss dieser aber nicht unbedingt bei einem pH-Wert von 7,00 liegen. Die Änderung des pH-Wertes ist auch an diesem Äquivalenzpunkt deutlich, aber nicht so groß wie im ersten Beispiel. Wichtig ist also die Wahl eines geeigneten Indikators bei der Titration von schwachen Säuren. Der Indikator muss im Basischen umschlagen zB Phe- nolphthalein (Siehe Abb. 121–2). Auf gleiche Weise kann auch die Konzentration einer schwachen Base durch Ti- tration mit einer starken Säure ermittelt werden. Der Verlauf der Titrationskurve ist gespiegelt. Eine Titration einer schwachen Säure mit einer schwachen Base ergibt keinen pH- Wertsprung am Äquivalenzpunkt, da dort der flachste Bereich der Kurve ist (Puf- ferbereich eines in diesem Fall nicht konjugierten Puffers). Daher werden solche Titrationen in der Praxis nicht durchgeführt. Abb. 121–2: Indikatoren bei Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base 7 13 5 11 3 9 1 1 starke Base schwache Säure 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 Zugesetzte mL Base Phenolphthalein Bromthymolblau Methylorange 7 13 5 11 3 9 1 1 0,1-M-NaOH 0,1-M-HAc 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 Zugesetzte mL NaOH (c = 1 mol/L) pH-Wert 3 1 p K A (HAc ) 2 Technische Anwendung von Titrationen Obwohl die Titration eine schon lange bekannte Analysenmethode ist, wird sie auch heute noch regelmäßig in Analysenlabors durchgeführt. In Wasseranalyse-Sets wird die Titration statt mit einer Bürette häufig mit Spritzen durchgeführt, die allerdings nur eine semiquantitative Aussage erlauben. Abb. 121–3: Titration mit einer Spritze bei einer Schnellanalyse VS Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv