Potentiometrie 08:35 min

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt Potentiometrie. An Vorkenntnissen solltest du dich in der Elektrochemie bereits etwas auskennen, die Nernst-Gleichung sollte dir ein Begriff sein. Im Video möchte ich dir Wesen, Anwendung und Bedeutung der Potentiometrie näher bringen. Das Video habe ich wie folgt gegliedert: 1. Wirkprinzip 2. Direktpotentiometrie 2.1. pH-Messungen 2.2. Ionenselektive Elektroden 2.3. Vorteile und Einsatzgebiete 3. Potentiometrische Titration und 4. Zusammenfassung

1. Das Prinzip In der Potentiometrie werden, wie überall in der physikalischen Chemie, moderne Geräte benutzt. Damit möchte ich mich nicht beschäftigen. Ich möchte etwas über den prinzipiellen Ablauf in der Potentiometrie erzählen. Kurz gesagt findet bei der Potentiometrie eine Messung von Zellspannungen statt. Das geschieht im stromlosen Zustand. Man nutzt es aus, um Konzentrationen zu bestimmen. Schauen wir uns einmal folgende Versuchsanordnung an: In einem Gefäß befindet sich ein Leitelektrolyt, als Beispiel habe ich Silberionen erwählt. Sie stehen mit einem Stab aus festem Silber im Gleichgewicht. Silber und Silberionen bilden eine Elektrode. Außerdem benötigt man noch eine 2. Elektrode. Die Elektrode links ist die Arbeitselektrode, die Elektrode rechts ist die Bezugselektrode. Sind die Elektroden verschieden, so baut sich zwischen beiden eine Spannung auf. Der Zusammenhang zwischen der gemessenen Spannung E und den Konzentrationen von oxidierter und reduzierter Form wird durch die Nernst-Gleichung bestimmt. Die reduzierte Form ist das Silber, seine Konzentration ist konstant gleich 1. Damit vereinfacht sich die Nernst-Gleichung. In der Gleichung haben wir es nur mit Konstanten zu tun. Einzige Ausnahmen sind die Zellspannung E und die Konzentration der Silberionen Ag+ in eckigen Klammern. Durch Messung von E kann AG+ in eckigen Klammern bestimmt werden.

2. Direktpotentiometrie Das ist das einfachste Verfahren der Potentiometrie. Man gelangt zu einem Ergebnis durch einmalige Messung.

2.1. pH-Messung Eine pH-Messung kann günstig durch eine Glaselektrode mit innerer Bezugelektrode erfolgen. Eine solche Konstruktion sehen wir auf dem Bild rechts. Die Glaselektrode wird mit einer Kalomelelektrode als Referenzelektrode zusammengeschaltet. pH-Messung bedeutet Messung der Konzentration der Wasserstoffionen. Die Nernst-Gleichung erhält dann diese Form: H+1 ist die Konzentration der Wasserstoffionen der Messlösung, H2+ ist die Konzentration der Wasserstoffionen des Innenpuffers der Glaselektrode. Diese Konzentration ist konstant. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache schreiben wir den Logarithmus um. Die Zellspannung E ergibt sich als Differenz aus einer konstanten Zellspannung E abzüglich von (R×T)/F mal ln der Konzentration der Wasserstoffionen in der Messlösung. Der Wert für R×T/F bei 25°C ist wohlbekannt. Ich schreibe hierfür einen gerundeten Wert von 59mV. Um mit der Gleichung arbeiten zu können, muss Ekonstant bestimmt werden. Wie man das tut, das werde ich in diesem Video nicht erklären. lg von H+ ist ja genau der pH-Wert. Die Glaselektrode ist für Werte von 1 bis 10 gut einsetzbar.

2.2. Ionenselektive Elektroden (ISE) Die Glaselektrode kann man für verschiedene Ionennachweise verwenden. Mit einer anderen Ionenselektiven Elektrode kann man Fluoridionen nachweisen. Dabei nutzt man das Gleichgewicht zwischen Lantan3Fluorid und dem komplexen Ion LaF2+ aus. Die Nernst-Gleichung entsprechend vereinfacht, ergibt einen Zusammenhang zwischen der Zellspannung E und der Konzentration der Fluoridionen. Verwendet werden solche Elektroden bei der Trinkwasseruntersuchung. Weitere Ionen die man bestimmen kann sind zum Beispiel das Kaliumion, das Calciumion, das Silberion, das Sulfition, das Perchloration und das Tetrafluorboration.

2.3. Vorteile und Einsatzgebiete Die Direktpotentiometrie ist auf viele Ionen anwendbar. Die hier aufgeführten Ionen werden durch bestimmte Glaselektroden bestimmt. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass es auf trübe und gefärbte Lösungen angewendet werden kann. Ferner ist es einfach, robust, kostengünstig und schnell. Die Direktpotentiometrie hat viele Einsatzgebiete. Vor allem aber wird sie verwendet bei Untersuchungen von Gewässern und von Patienten im klinischen Bereich.

3. Potentiometrische Titration Die Direktpotentiometrie ist gut und weit einsetzbar. Sie hat aber ihre Grenzen. Im Wesentlichen sind das 2: Mit dem Verfahren werden viele aber nicht alle Ionen erfasst. Häufig sind die Spannungsdifferenzen nur gering und es kommt zu großen Fehlern. Die potentiometrische Titration ist jedoch nicht nur auf Redoxreaktionen beschränkt. 4 große Gruppen von Titrationen sind zu nennen: die Säure-Base-Titration, die Fällungsreaktion, die Komplexreaktionen und die Redoxtitration. Mit der potentiometrischen Titration kann man mehrere Ionen nebeneinander nachweisen. So zum Beispiel Bromit und Chlorid. Eine Titrationskurve könnte exemplarisch so aussehen. Titriert wird mit Silbernitrat. Die Äquivalenzpunkte für Bromit und Chlorid sind gut bestimmbar. Wir haben hier gute Unterscheidbarkeit und hohe Genauigkeit erhalten. Bevor ich die potentiometrische Titration abschließe, noch einige Worte über die Auswertungsmöglichkeiten. Drei Möglichkeiten stehen uns zur Verfügung. Einmal können wir den Äquivalenzpunkt aus der Originalkurve generieren. Manchmal ist das problematisch und nicht sehr genau. Dann nimmt man die 1. Ableitung. Auch die 2. Ableitung leistet zum Bestimmen des Äquivalenzpunktes gute Dienste. 

1. Zusammenfassung Die Potentiometrie ist ein analytisches Verfahren, bei dem mit der Zellspannung die Konzentration bestimmt wird. Man kann so Anionen und Kationen nachweisen. Man unterscheidet zwischen direkter Potentiometrie und potentiometrischer Titration. Die 2. ist genauer. Potentiometrie ist schnell, genau, billig und robust. Bei Neutralisationen braucht man keine Indikatoren verwenden. Indikatoren liefern immer nur ungefähre Ergebnisse. Die Potentiometrie hingegen ist sehr genau.

Ich wünsch euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss!