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Transkript Titration einer mehrprotonigen Säure

Hallo! Stell dir vor, du möchtest gern die Konzentration einer Schwefelsäure bestimmen. Was kannst du tun? Zur experimentellen Ermittlung der Konzentration wird oft das Verfahren der Säure-Base-Titration durchgeführt. Wie dieses Verfahren genau abläuft und welche Besonderheiten es bei mehrprotonigen Säuren wie der Schwefelsäure gibt, wollen wir uns nun genauer anschauen.

Titration einer Phosphorsäure mit Natronlauge

Zunächst wollen wir uns anschauen, was der Unterschied zwischen einprotonigen und mehrprotonigen Säuren ist.

Säuren sind nach Brönsted Protonendonatoren und wie der Name schon verrät, besitzen mehrprotonige Säuren mehrere Protonen pro Molekül. Diese Protonen werden nacheinander in Stufen an ein Akzeptormolekül abgegeben. Sehen wir uns dazu das Beispiel der dreiprotonigen Phosphorsäure an:

Die mit Natronlauge ablaufende Reaktion ist eine Neutralisation. Durch die Natronlauge wird die Phosphorsäure in drei Stufen deprotoniert. Bei der ersten Deprotonierung entsteht Dihydrogenphosphat. Im zweiten Schritt wird das Dihydrogenphosphat deprotoniert wodurch dann Hydrogenphosphat entsteht und wenn dann in der dritten Stufe völlig deprotoniert, entsteht Phosphat.

Wie unterscheidet sich dadurch der Kurvenverlauf der Titration in einem Volumen-pH-Wert-Diagramm?

Die einzelnen Protolysestufen lassen sich auch im Kurvenverlauf erkennen. Wird zum Beispiel die dreiprotonige Phosphorsäure titriert, dann kannst du mehrere sprunghafte pH-Änderungen erkennen. Der erste Äquivalenzpunkt liegt im sauren Bereich bei etwa 4,2.

Hier erfolgt die Deprotonierung zum Dihydrogenphosphat. Der zweite Äquivalenzpunkt liegt bei 9,1, also im basischen Bereich. Hier findet die zweite Deprotonierung statt und Hydrogenphosphat entsteht.

Die dritte Deprotonierung findet in einem Bereich oberhalb von pH 12 statt. In diesem Bereich ist kein Sprung mehr möglich, weshalb er in der Kurve nicht erkennbar ist.

Auch bei mehrprotonigen Säuren kann man die Konzentration durch Titration experimentell bestimmen. Wir schauen uns das am Beispiel der Schwefelsäure an.

Zur Durchführung nutzen wir eine Natronlauge-Lösung, deren Konzentration uns bekannt ist. Die Natronlauge wird auch als Maßlösung bezeichnet.

Im Becherglas befindet sich die Lösung, welche analysiert werden soll. In unserem Fall ist das Schwefelsäure. In der Bürette befindet sich die Natronlauge. Diese kann nun langsam zugetropft werden. Als Indikator verwendest du Phenolphthalein.

Nach der Titration kannst du nun mit den experimentell bestimmten Daten die Konzentration der Säure berechnen. Am Äquivalenzpunkt ist die Stoffmenge an Hydroxidionen gleich der Stoffmenge an Oxoniumionen.

Da Schwefelsäure eine zweiprotonige Säure ist, aber Natriumhydroxid nur ein Hydroxidion besitzt, benötigen wir zwei Moleküle Natronlauge um ein Molekül Schwefelsäure zu neutralisieren.

Am Äquivalenzpunkt ist die Stoffmenge der verbrauchten Maßlösung also doppelt so hoch wie die der Schwefelsäure. Die Stoffmenge lässt sich dann durch Multiplikation des Volumens mit der Konzentration berechnen.

Angenommen, wir haben bis zum Äquivalenzpunkt 10 ml, also 0,01l der Maßlösung verbraucht und die Konzentration der Natronlauge beträgt 0,1 mol/l. Nun kannst du die Stoffmenge der verbrauchten Maßlösung berechnen. Die verbrauchte Stoffmenge beträgt also 0,001 mol.

Da wir ja eben festgestellt haben, dass am Äquivalenzpunkt die Stoffmenge der Schwefelsäure halb so groß ist, wie die der Natronlauge, beträgt die Stoffmenge der Schwefelsäure also 0,0005 mol.

Nun setzt du nur noch das Volumen, welches du zum Titrieren der Analysenlösung benötigt hast, in die Gleichung ein und kannst die Konzentration berechnen. Nehmen wir mal an, du hast 10 ml der Schwefelsäure titriert, dann beträgt die Konzentration 0,05 mol/l.

Zusammenfassung

Du hast heute gelernt, worin sich mehrprotonige Säuren von einprotonigen Säuren unterscheiden. Du weißt nun, dass sich bei mehrprotonigen Säuren in einem Volumen-pH-Wert-Diagramm mehrere pH-Sprünge und Äquivalenzpunkte erkennen lassen, weil die Säuren auch mehrere Protolysestufen besitzen.

Außerdem hast du gelernt, was du bei einer Bestimmung der Konzentration durch Titration beachten musst. Die Stoffmenge der mehrprotonigen Säure ist nicht gleich der Stoffmenge der Natronlauge, sodass du den Faktor in deiner Rechnung beachten musst. Tschüß und bis bald.

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