Titration

Bei einer Titration benutzt man die Eigenschaft, dass sich Säuren und Basen gegenseitig neutralisieren. Das wichtigste Arbeitsgerät bei einer Titration ist die Bürette. Die lang gestreckte Glassäule wird mit einer Maßlösung oder der Titrierlösung gefüllt. Oft ist das eine Säure oder eine Lauge, von der die genaue Konzentration bekannt ist.

Nun tropft man die Maßlösung zu der Probelösung mit unbekannter Konzentration in Portionen solange hinzu, bis der beigefügte Indikator umschlägt. Der Farbumschlag des Indikators findet am Äquivalenzpunkt statt. Dieser Begriff wird manchmal auch Equivalenzpunkt oder kurz EP nach dem englischen equivalence point genannt. Reagiert die Lösung bei pH=7 neutral, dann ist der Neutralisationspunkt erreicht.

Bei der Neutralisation von gleich starken Säuren und Basen wie in unserem Beispiel entspricht der Äquivalenzpunkt dem Neutralisationspunkt. Die Durchführung der Titration erfordert viel Fingerspitzengefühl. So muss nach der Zugabe von jedem Tropfen Maßlösung die Probelösung umgeschwenkt werden. Wird ein Tropfen zu viel hinzugegeben, ist der Äquivalenzpunkt schnell überschritten, dies ist beim Foto oben passiert. Beim Äquivalenzpunkt liest man die verbrauchte Menge der Maßlösung ab. Nun kann man mit Hilfe der Tabellen oder durch eine mathematische Berechnung die Konzentration der Probelösung bestimmen.

Soll die Konzentration einer unbekannten Lösung mit Hilfe einer Titration mathematisch berechnet werden, benötigt man Kenntnisse über chemische Größen wie die Stoffmenge und der molaren Masse. Moderne Büretten besitzen an der Rückwand einen Schellbachstreifen, der aufgrund einer Lichtbrechung an der Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels schmaler erscheint und somit eine sehr genaue Ablesung ermöglicht.

Moderne Titratoren bestehen aus einer Titrationseinheit, zwei Vorratsbehältern und einem Computer. Über ein Schlauchsystem wird die Titrationseinheit automatisch mit der Probelösung und der Maßlösung gespeist. Die Elektrode der Titrationseinheit misst eine Spannung (siehe auch pH-Messgerät), die vom Computer in den pH-Wert umgerechnet wird. Der Rührer sorgt für eine gleichmäßige Durchmischung der Lösung.

Die Titration wird durch die Start-Taste am Computer in Gang gesetzt. Zunächst wird eine bestimmte Portion der Probelösung aus dem hinteren Vorratsgefäß vorgelegt, dann erfolgt die schrittweise Zugabe der Maßlösung (aus dem vorderen Behälter). Am Ende der automatisch ablaufenden Titration kann man über den Bildschirm am Computer eine Messwert-Tabelle oder eine Titrationskurve anzeigen lassen. Der Umschlagspunkt kann wie bei einer manuellen Titration durch den Farbumschlag in der Flüssigkeit erkannt werden. Allerdings ist nur die rechnerische Auswertung der Daten durch den Computer zuverlässig. Der Computer druckt eine Titrationskurve aus, auf der der Äquivalenzpunkt (EP) markiert ist.

Beispiel: Auf der y-Achse wird in dieser Titrationskurve die verbrauchte Menge an Maßlösung (im Beispiel Salzsäure 0,1 mol/l) angegeben. Der Titrator gab bis zum Äquivalenzpunkt (EP1) 2,5 ml Salzsäure mit der Konzentration 0,1 mol/l hinzu. Es wurden vorher 2,5 ml Natronlauge mit einer unbekannten Konzentration als Probelösung vorgelegt. Da die gleiche Menge an Maßlösung wie Probelösung bis zum Erreichen des EP verbraucht wurde, muss die Konzentration der Natronlauge gleich sein wie die der Salzsäure.

Bei einer Maßanalyse wird aus dem Verbrauch eines Stoffes (bei der Reaktion mit dem zu bestimmenden Stoff) die Menge des zu bestimmenden Stoffes ermittelt. Die Maßlösung mit der bekannten Konzentration wird auch als Titer (oder Titrierlösung) bezeichnet. Es werden in der Regel Normal-Lösungen verwendet (zum Beispiel 0,1 mol/l oder 0,01 mol/l). Die maßanalytischen Verfahren lassen sich in drei Methoden unterteilen:

a) Bei Titrationen erkennt man den Umschlagspunkt durch die Zugabe von Indikatoren oder durch die Messung der Leitfähigkeit.

b) Fällungsreaktionen werden ebenfalls zur Maßanalyse eingesetzt. Der Umschlagspunkt lässt sich daran erkennen, dass durch den Zusatz eines Reagenz keine weiteren Reaktionsprodukte mehr ausfallen.

c) Bei der Oxidimetrie werden Redox-Reaktionen mit Hilfe von geeigneten Redox-Indikatoren gemessen. Die Manganometrie wird zum Beispiel zur Messung von oxidierbaren Verunreinigungen im Wasser angewandt, wobei die Färbung und Entfärbung einer Kaliumpermanganat-Lösung der Messung dient.

Weitere Informationen

Arbeitsblatt: Titration von Natronlauge
Durchführung einer virtuellen Titration
Neutralisation
Stoffmenge, Mol- und Atommasse