Theorie der Säure-Base-Titration

In der Chemie ist die Titration ein Verfahren, mit dem ein Chemiker die Konzentration einer Lösung mit guter Genauigkeit bestimmen kann, wenn er weiß, welche Substanz darin enthalten ist. Dies kann sehr praktisch sein, um die Konzentrationen von Säuren und Basen wie Salzsäure und Natronlauge zu bestimmen. Typischerweise fügt der Chemiker tropfenweise eine zweite Lösung hinzu, bis die Mischung plötzlich die Farbe ändert und damit das Ende der Titration signalisiert.

Die Lösung unbekannter Konzentration wird als „Titer“ bezeichnet. Die hinzugefügte Lösung wird als „Titrant“ bezeichnet. Bei der Säure-Base-Titration wird dem Titer genügend Titriermittel zugesetzt, um ihn zu neutralisieren. Wenn der Titer also eine Base ist, fügt ein Chemiker eine Säure als Titer hinzu.

Ein Labortechniker fügt dem Titer einen Farbindikator hinzu, bevor er den Neutralisationspunkt anzeigt. Dies ist wichtig, denn wenn er das Titriermittel zu schnell hinzufügt, kann der Techniker den Neutralisationspunkt erreichen und weiß nicht genau, wie viel Titriermittel benötigt wird, um diesen zu erreichen.

Bei der Säure-Base-Titration liegt der Neutralisationspunkt bei einem pH-Wert von 7,0. Lackmus ist ein guter Indikator für eine Säure-Base-Titration, da sich die Farbe bei einem pH-Wert von etwa 6,5 ​​ändert – nahe genug, wie noch erklärt wird unten. Da Indikatoren mit der zu messenden Lösung reagieren, sollten sie in Maßen verwendet werden – möglichst nur wenige Tropfen.

Der Punkt, an dem das Titriermittel den gesamten Titer vollständig neutralisiert und neutrales Wasser zurücklässt, wird als „Äquivalenzpunkt“ bezeichnet. Dies ist, wenn das Titriermittel den gesamten Titer "aufgebraucht" hat. Säure und Base haben sich gegenseitig vollständig aufgehoben. Ein Beispiel für diese Art der gegenseitigen Aufhebung ist in dieser chemischen Formel dargestellt:

HCl+NaOH-->NaCL+H₂Ö

Im Gleichgewicht beträgt der pH-Wert der Lösung 7,0.

Wenn Sie ein pH-Meter verwenden, können Sie den pH-Wert regelmäßig aufzeichnen, wenn Titriermittel zugegeben wird. Eine Auftragung des pH-Wertes (als vertikale Achse) gegen das Volumen des Titriermittels würde eine schräge Kurve erzeugen, die um den Äquivalenzpunkt besonders steil ist. Der pH-Wert ist ein Maß für die H3O+-Konzentration in einer Lösung. Die Zugabe von ein oder zwei Tropfen zu einer neutralen Lösung verändert die H3O+-Konzentration stark um einen Faktor von 10 oder mehr. Eine Verdoppelung der hinzugefügten Menge ändert die Konzentration nicht annähernd so stark. Dies macht die Titrationskurve in diesem einen Bereich so steil und macht den Äquivalenzpunkt so leicht im Diagramm zu erkennen. Die Menge an Titriermittel, die zur Neutralisation des Titers benötigt wird, ist daher leicht genau zu quantifizieren.

Eine Titrationskurve kann auch die Leitfähigkeit (als vertikale Achse) gegen das Titriermittel darstellen. Säuren und Basen leiten Strom. Daher können Sie die Leitfähigkeit messen, indem Sie Elektroden in den Titer einführen. Die Elektroden würden an einer Batterie und einem Amperemeter (oder Voltmeter) befestigt. Am Äquivalenzpunkt ändert sich die Titrationskurve steil. In diesem Fall wird die Leitfähigkeit am Äquivalenzpunkt ein spürbares Minimum aufweisen. Diese Methode hat den Vorteil, dass kein Indikator benötigt wird, der die Neutralisationsreaktion stören oder daran teilnehmen könnte, was ihre Ergebnisse beeinflusst.