Pufferlösungen und ihre Bedeutung

Bei der Titration von Essigsäure mit Natronlauge entsteht eine Pufferlösung, die den pH-Wert in engen Grenzen konstant hält.

Definition: Eine Pufferlösung besteht aus einer schwachen Säure und ihrer korrespondierenden Base.

Die Pufferwirkung lässt sich durch folgende Reaktionsgleichungen erklären:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O CH₃COONa ⇌ CH₃COO⁻ + Na⁺

Das Gleichgewicht zwischen Essigsäure und Acetat-Ionen sorgt für die pH-Stabilität:

• Zugabe von Säure: CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH
• Zugabe von Base: CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O

Highlight: Pufferlösungen sind wichtig für biochemische Prozesse, die einen stabilen pH-Wert erfordern.

Für einen Enzymversuch bei pH 7 wäre diese Essigsäure-Acetat-Pufferlösung nicht optimal, da ihr Pufferbereich bei etwa pH 4,8 liegt. Stattdessen könnte ein Phosphatpuffer verwendet werden, der im neutralen Bereich puffert.

Beispiel: Ein geeigneter Puffer für pH 7 wäre eine Mischung aus primärem und sekundärem Natriumphosphat (NaH₂PO₄/Na₂HPO₄).

Grundlagen der Säure-Base-Titration

Die Neutralisationstitration ist ein maßanalytisches Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von sauren oder alkalischen Lösungen. In diesem Abschnitt werden zwei Titrationsversuche mit Salzsäure und Essigsäure vorgestellt.

Bei den Versuchen werden jeweils 10 ml einer 0,1 molaren Säurelösung mit 0,1 molarer Natronlauge titriert. Der pH-Wert wird in Abhängigkeit vom zugegebenen Volumen der Natronlauge gemessen und in Titrationskurven dargestellt.

Beispiel: Titration von 10 ml 0,1 M HCl bzw. CH₃COOH mit 0,1 M NaOH

Die resultierenden Titrationskurven unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen Säurestärken:

Highlight: Die Titrationskurve der starken Salzsäure zeigt einen steileren Anstieg im Äquivalenzpunkt als die der schwachen Essigsäure.

Zur Bestimmung des Äquivalenzpunktes werden geeignete Indikatoren ausgewählt:

Vocabulary: Der Äquivalenzpunkt ist der Punkt, an dem die zugegebene Menge der Base äquivalent zur vorhandenen Säuremenge ist.

Die Wahl des Indikators hängt vom pH-Bereich des Äquivalenzpunktes ab. Für die Salzsäure-Titration eignet sich Phenolphthalein, für Essigsäure Bromthymolblau.

Definition: Ein Indikator ist eine Substanz, die durch Farbumschlag den Endpunkt einer Titration anzeigt.

Praktische Durchführung einer Säure-Base-Titration

Die Durchführung einer Säure-Base-Titration erfordert eine sorgfältige Vorbereitung und präzise Ausführung. Hier sind die wichtigsten Schritte:

1. Vorbereitung der Lösungen:

   • Probelösung (z.B. Salzsäure) in Erlenmeyerkolben vorlegen
   • Maßlösung (z.B. Natronlauge) in Bürette füllen

2. Zugabe des Indikators:

   • Wenige Tropfen des geeigneten Indikators zur Probelösung geben

3. Titration:

   • Maßlösung langsam und kontrolliert zur Probelösung zugeben
   • Ständig rühren, um eine gute Durchmischung zu gewährleisten

4. Endpunktbestimmung:

   • Titration beenden, wenn der Indikator umschlägt
   • Volumen der verbrauchten Maßlösung ablesen

5. Auswertung:

   • Berechnung der Konzentration der Probelösung

Example: Bei der Titration von Salzsäure mit Natronlauge könnte man Phenolphthalein als Indikator verwenden. Der Umschlag von farblos nach rosa zeigt den Endpunkt an.

Highlight: Die genaue Bestimmung des Endpunktes ist entscheidend für die Genauigkeit der Analyse.

Für eine präzise Berechnung der Titration verwendet man folgende Formel:

c(Säure) * V(Säure) = c(Base) * V(Base)

Vocabulary: Der Äquivalenzpunkt einer Titration ist der Punkt, an dem die zugegebene Stoffmenge der Base der Stoffmenge der Säure entspricht.

Bei der Erstellung einer Titrationskurve wird der pH-Wert gegen das zugegebene Volumen der Maßlösung aufgetragen. Dies ermöglicht eine visuelle Darstellung des Titrationsverlaufs und hilft bei der Identifizierung des Äquivalenzpunktes.

Definition: Eine Titrationskurve ist die grafische Darstellung des pH-Wert-Verlaufs während einer Säure-Base-Titration.

Die Form der Titrationskurve hängt von der Art der titrierten Säure oder Base ab:

• Titrationskurve starke Säure - starke Base: steiler Anstieg am Äquivalenzpunkt
• Titrationskurve schwache Säure - starke Base: flacherer Anstieg, Pufferbereich vor dem Äquivalenzpunkt

Example: Die Titrationskurve Essigsäure Natronlauge zeigt einen weniger steilen Anstieg als die Kurve für Salzsäure und Natronlauge.