30 Tage kostenlos testen:
Mehr Spaß am Lernen.

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Titrationskurve und Puffereigenschaften von Aminosäuren 06:37 min

Textversion des Videos

Transkript Titrationskurve und Puffereigenschaften von Aminosäuren

Guten Tag und herzlich willkommen!

Es geht weiter mit den Aminosäuren. Wie befassen uns heute mit der Titrationskurve und den Puffereigenschaften. Um das Video erfolgreich schauen zu können, solltet ihr einige Vorkenntnisse mitbringen. Ihr sollten die Eigenschaften der Amniosäuren, Amine und Carbonsäuren, gut kennen. Die Begriffe Dissoziation, Protonierung und Deprotonierung sollten euch vertraut sein. Ihr solltet wissen, worum es sich bei Titration, Neutralisation, der Säurekonstanten Ks, dem pKs-Wert und dem pH-Wert handelt. Ganz wunderbar wäre es, wenn ihr schon etwas über Puffer und die Puffergleichung, die sogenannte Henderson-Hasselbalch-Gleichung, gehört hättet. Das Ziel dieses Videos ist es, das Verständnis der Titrationskurve einer Amniosäure mit einer Base zu vertiefen.

  1. Aminosäuren sind zweiprotonige Säuren Häufig werden Aminosäuren mit einer solchen Formel dargestellt. Ganz klar ist hier, dass man hier nur 1 einziges Proton abspalten kann. Das heißt, in einer solchen Darstellung handelt es sich um eine einprotonige Säure. Wenn man das Aminosäuremolekül protoniert, das heißt, bei geringen pH-Werten, so erhält man die protonierte Form. Die Protonierung setzt am Stickstoffatom ein. Vom erhaltenen Teilchen, kann man 2 Protonen abspalten. Zu bemerken sei noch, dass das Aminosäuremolekül in der Normalform praktisch fast nie existent ist. Das Kation, welches sich nach der Protonierung gebildet hat, kann somit 2 Protonen abspalten, nämlich einmal vom Proton, was sich am Stickstoffatom befindet und 2. ein Proton von der Carboxylgruppe.

Diese Tatsache hat Auswirkungen auf Zweierlei: 1. auf die Zahl der Dissoziationsstufen und 2. auf die Titrationskurve einer Amniosäure mit einer Base.

  1. Die beiden Dissoziationsstufen In der 1. Dissoziationsstufe gibt 1 protoniertes Aminosäuremolekül 1 Proton ab. Es bildet sich 1 Zwitterion. Die Reaktion läuft von links nach rechts im Beisein von Hydroxidionen. Wenn ein Überschuss an Protonen vorliegt, so verläuft die Reaktion von rechts nach links. Den pKs-Wert für diese Reaktion wollen wir bezeichnen mit pKs1. Die 2. Dissoziationstufe geht aus vom Zwitterion. Sie verläuft von links nach rechts, wieder, wenn Hydroxidionüberschuss vorhanden ist. Im sauren Medium verläuft die Reaktion von rechts nach links. Im Ergebnis der Reaktion entsteht das Carboxylatanion der Aminosäure. Der pKs-Wert wird hier mit pKs2 bezeichnet. Wir stellen fest, dass bei einem geringen pH-Wert hauptsächlich das Kation in Lösung vorliegt. Bei einem hohen pH-Wert haben wir es hauptsächlich mit dem Anion des Aminosäuremoleküls zu tun. Folglich muss pKs1<pKs2 sein.

  2. Die Titrationskurve Wir wollen hier stellvertretend für alle Aminosäuren Glycin mit einer Base titrieren. Wir werden die starke Base Natriumhydroxid in Lösung, Natronlauge, verwenden. Der pH-Wert wird in Abhängigkeit von den zugegebenen Äquivalenten an Hydroxidionen dargestellt. Zu Ende der Titration sind 2 Äquivalente an Hydroxidionen zugegeben worden. Die pH-Wert-Skala umfasst praktisch den gesamten Bereich von 0 bis 14. Bei einem Äquivalent Hydroxidionen wurde eine senkrechte Gerade errichtet. Betrachten wir den Bereich von 0 bis ½. Bei ½ wird ein Wendepunkt dieser Kurve dedektiert. Es wird weiter titriert bis 1 Äquivalent Hydroxidionen. Der Umschlagpunkt, das heißt, der steile Wendepunkt, liegt hier bei pH=6. Der Verlauf der Titration von 1 bis zu 2 Äquivalenten an Hydroxidionen verläuft nun ähnlich, wie in den beiden ersten Titrationsabschnitten. Es ist klar, dass im ganz niedrigen pH-Bereich hauptsächlich Kationen des Glycins vorliegen. Bei pH=6, beim steilen Wendepunkt, haben wir es hauptsächlich mit Zwitterionen zu tun. Im stark basischen Bereich um etwa 13 liegen hauptsächlich Anionen des Glycins vor.

  3. pks und Puffer Interessant für die Bestimmung der pKs-Werte und der Puffereigenschaften unseres Systems sind die Punkte A und B. Bei A können wir den pKs-Wert direkt über den pH-Wert ablesen: pKs1=2,4. Genauso verfahren wir an der Stelle B: pKs2=9,8. Genauso treffen wir gute Puffereigenschaften des Systems an den Stellen A und B, eben bei den besagten pH-Werten, an. An der Stelle A ist die Konzentration der Kationen = der Konzentration der Zwitterionen. Im Punkt B ist die Konzentration der Zwitterionen = der Konzentration der Anionen. Diese Konstellation macht die Wirkung der Puffer an den besagten Punkten A und B besonders wirkungsvoll.  

  4. Zusammenfassung Aminosäuren, wie das Glycin, kann man als zweiprotonige Säuren auffassen. Entsprechend erhält man 2 Titrationsstufen bei der Titration mit einer Base. Die Wendepunkte A und B sind wichtige Charakteristika der Titrationskurve. Man findet nämlich bei A den pKs1-Wert von 2,4 und bei B den pKs2-Wert von 9,8. Außerdem ist die Pufferwirkung an den Stellen A und B am größten, da dort die Konzentration der beteiligten Ionen gleich ist. Für die, die tatsächlich noch nichts von einem Puffer gehört haben, so sei gesagt: Ein Puffer schafft in einem bestimmten Bereich einen konstanten pH-Wert.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!

8 Kommentare
  1. Mit der Basizität ist das so eine Sache. Die Aminosäure ist eine Säure, auch wenn sie eine zusätzliche Aminogruppe NH2 besitzt.
    Im Wasser findet ein Protonenübergang vom H2O zum NH3 und zu primären Aminen statt. Die Protonen des Zwitterions und die der protonierten Aminogruppe werden dann mit einer starken Base titriert.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  2. Mir ist noch nicht ganz klar, weshalb man eine starke Base (NaOH) nimmt, um eine basische AS wie zB Lysin zu titrieren.. :(

    Von Ladybird, vor mehr als 5 Jahren
  3. ALles klar, vielen Dank Herr Otto, Video ist verstanden

    Von Skyliner88, vor mehr als 6 Jahren
  4. pKs1 ist bei allen Säuren kleiner als pKs2. Das bedeutet, in der ersten Stufe ist die Säure stärker, das Proton geht leichter ab, als in der zweiten Stufe.
    Und das muss auch so sein. Denn es ist offensichtlich, dass zunächst das Proton abgeht, das sich am leichtesten abspaltet, dann erst das nächste.
    Eine andere Frage ist, ob man das einfach erklären kann. Bei "normalen" Säure geht das ganz leicht. Hier ist das etwas komplizierter.
    Hier hilft, wenn wir uns die "andere Richtung", das heißt die Protonierung anschauen. Das Anion reagiert mit seiner negativen Ladung besser mit dem Proton zum Zwitter-Ion. Letzteres ist in der Summe elektrisch neutral und reagiert daher schwächer mit dem Proton. Bei der "richtigen Richtung", also der Abspaltung des Protons, muss es umgekehrt sein. Folglich: pKs1 > pKs2.

    Von André Otto, vor mehr als 6 Jahren
  5. Das heißt ja, dass wenn pks1 kleiner ist als pks2, dass das Kation stärker zum Zwitterion dissoziiert als das Zwitterion zum Anion. Versteh ich das richtig? Und warum ist das so?

    Von Skyliner88, vor mehr als 6 Jahren
  1. Hallo Herr Otto. Sie sagen das bei geringem ph-Wert hauptsächlich das Kation der Aminosäure vorliegt, und bei hohem Ph-Wert hauptsächlich das Anion der Aminosäure vorliegt. Die beiden Tatsachen verstehe ich. Aber dann schlussfolgern sie daraus in Minute 3:25: "Folglich muss pks1 kleiner als pks2 sein". Wieso ist das so? also warum ist pks1 kleiner als pks2?

    Von Skyliner88, vor mehr als 6 Jahren
  2. Lieber Martin,

    pH=6 ist der isoelektrische Punkt (Zwitterion). Im sauren Bereich wird das Gleichgewicht mit der -COO- - Gruppe ausgebildet, basischen Bereich mit der +H3N- Gruppe. pH- Werte und entsprechende pKs-Werte sind vorhanden. In Henderson-Hasselbalch eingesetzt, erhalten wir implizit den Logarithmus des Verhältnisses von Broensted-Säure zur -Base (oder umgekehrt). Durch Umstellung erhalten wir das Verhältnis. Daraus ergibt sich der prozentuale Anteil der einen Komponente, wenn wir das Verhältnis mit x/100-x gleichsetzen. Der Wert für die andere Komponente ist dann 100-x. Einziges Problem: Die Zuordnung entsprechender Teilchen zu den Ergebnissen. Aber dafür war ja die Frage nach den Formen zu Beginn; es empfiehlt sich daher die Gleichgewichte für den sauren sowie für den basischen Bereich sauber aufzuschreiben.

    Gruß

    André

    Von André Otto, vor mehr als 7 Jahren
  3. Hallo, folgende Aufgabe haben wir von unserem AC-Prof bekommen:
    "Die Aminosäure Glycin liegt in wässriger Lösung beim pH – Wert 6.1 in folgender Form vor: +H3N – CH2 – COO-
    In welchen beiden Formen ( Angabe der Formeln und des prozentualen molaren Anteils der beiden Formen ) liegt sie
    a) beim pH – Wert 2.0
    b) beim pH – Wert 10.0 vor ?
    KS (- COOH – Gruppe ) = 4.0 ∙ 10-3
    KS (- NH3+ - Gruppe ) = 1.6 ∙ 10-10 "

    Wie wird da denn der prozentuale Anteil ausgerechnet?
    Und Konzentrationen fuer die Hasselbalch Glg. sind ebenfalls nicht gegeben. :S
    Über ein paar Tipps würde ich mich freun.

    Gruß Martin

    Von Mlang1, vor mehr als 7 Jahren
Mehr Kommentare

Titrationskurve und Puffereigenschaften von Aminosäuren Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Titrationskurve und Puffereigenschaften von Aminosäuren kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe die Eigenschaften der Aminosäuren in wässriger Lösung.

    Tipps

    Welche Ionen entstehen, wenn eine Säure in wässriger Lösung dissoziiert?

    Die Wertigkeit einer Säure hängt von der Zahl der dissoziierten Wasserstoff-Ionen ab.

    Schwefelsäure dissoziiert, indem sie in wässriger Lösung zwei Wasserstoff-Ionen (Protonen) abgibt.

    Lösung

    Aminosäuren sind zweiprotonige Säuren. Sie besitzen eine Aminogruppe, die prinzipiell Wasserstoff-Ionen (Protonen) aufnehmen und eine Carboxylgruppe, die prinzipiell in wässriger Lösung Wasserstoff-Ionen abgeben kann. Die nicht protonierte Form kommt faktisch nicht vor, sondern durch die Protonierung der Aminogruppe und die Deprotonierung der Carboxylgruppe in wässriger Lösung entsteht ein sogenanntes Zwitter-Ion, das in zwei Stufen dissoziiert.

  • Nenne grundlegende Begrifflichkeiten der Titration.

    Tipps

    Wasserstoff-Ionen sind für den sauren Charakter einer Lösung verantwortlich.

    Wodurch entstehen Ionen in Wasser?

    Womit wird der saure oder auch der basische Charakter einer wässrigen Lösung angegeben?

    Lösung

    Säuren und Basen dissoziieren in wässriger Lösung. Dabei laufen Protonierung und Deprotonierung ab. Die Stärke dieser Vorgänge wird über die Säurekonstanten und über den pH-Wert erfasst. Die pH-Werte von Lösungen, die stark protonieren, liegen im Bereich zwischen 1 und 4. Die Titration ist ein analytisches Verfahren, mit dem man die Mengen der Säuren oder Basen in einer Lösung bestimmen kann.

    Als Puffer bezeichnet man Lösungen, deren pH-Wert weitestgehend konstant ist und sich durch Zugabe von Säuren oder Basen nicht wesentlich verändert. Das ist eine wichtige Eigenschaft in der chemischen Analytik und auch für biologische Prozesse.

  • Beschreibe die Titration einer Aminosäure mit einer starken Base.

    Tipps

    Der Neutralpunkt einer Lösung liegt dann vor, wenn gleich viele Protonen wie Hydroxid-Ionen vorliegen.

    Ist die Konzentration von Protonen größer der Konzentration von Hydroxid-Ionen, liegt ein saures Millieu vor.

    Protonen sind positiv geladene Ionen, also Kationen.

    Lösung

    Titrationskurven zeigen dir die pH-Wert-Änderung einer Lösung an, wenn zu einer Säure Base dazugegeben wird oder anders herum. Es gibt in jeder Kurve ganz charakteristische Punkte. Zum einen lässt sich am pH-Sprung, also an einer sehr großen Änderung des pH-Wertes, der Äquivalenzpunkt erkennen. Dieser befindet sich am Wendepunkt des Sprunges. Bei mehrprotonigen Säuren lassen sich mehrere erkennen, da jede einzelne Deprotonierung einen neuen Sprung ergibt. Wenn Aminosäuren also zweiprotonige Säuren sind, dann lassen sich auch zwei Sprünge erkennen:

    1. $^+NH_3-RCH-COOH + OH^- \rightarrow ^+NH_3-RCH-COO^- + H_2O$
    2. $^+NH_3-RCH-COO^- + OH^- \rightarrow NH_2-RCH-COO^- + H_2O$
    Der erste Äquivalenzpunkt liegt im sauren Bereich und der zweite im basischen Bereich.

    Auch an den Wendepunkten im flachen Bereich des Kurvenverlaufs lassen sich typische Punkte erkennen. Hier lässt sich der pKs-Wert der vorliegenden Säure ablesen, da er hier dem pH-Wert entspricht. In diesem Bereich ist die Konzentration der Anionen gleich der Konzentration der Kationen und damit liegt in diesem Bereich auch die höchste Pufferwirkung.

  • Formuliere die Reaktionsgleichungen von Glycin im sauren und im basischen Millieu.

    Tipps

    Ein Zwitter-Ion ist ein Ion, das prinzipiell zwei unterschiedliche Reaktionen haben kann.

    Der pH-Wert kann Reaktionen maßgeblich beeinflussen.

    Lösung

    Aminosäuren haben zwei funktionelle Gruppen, die das Verhalten der Aminosäuren im sauren und im basischen Bereich bedingen. Diese zweiprotonigen Verbindungen bilden Zwitter-Ionen aus, die jeweils mit zugesetzten Wasserstoff-Ionen, z.B. einer Säure oder durch zugesetzte OH-Ionen, z.B. einer Base, reagieren. Im sauren Milieu wird die Carboxylgruppe vom Zwitter-Ion protoniert. Im basischen Milieu wird die protonierte Aminogruppe deprotoniert.

    Die jeweils entstandenen Verbindungen des Glycins sehen so aus:

    Saures Millieu: $^+H3N-CH_2-COOH$ Basisches Millieu: $H_2N-CH_2-COO^-$

  • Benenne wichtige Funktionalitäten und Größen von Pufferlösungen.

    Tipps

    Ein „Puffer“ muss etwas abfangen.

    Lösung

    Puffersysteme werden dann eingesetzt, wenn der pH-Wert konstant gehalten werden sollen. Sie sind aufgebaut aus einer schwachen Säure und dem Salz der korrespondierenden Base oder aus einer schwachen Säure und dem Salz der korrespondierenden Säure. Dadurch sind sie in der Lage, bestimmte Mengen an Hydroxid-Ionen oder Protonen abzufangen. Der pH-Wert der Lösung ändert sich also bei Zugabe kaum.

    Die Pufferkapazität ist dabei am größten, wenn die Konzentration der Puffersäure gleich der Konzentration der Pufferbase ist. In diesem Fall entspricht der pH-Wert dem pKs-Wert. Belegen lässt sich das durch die Henderson-Hasselbalch-Gleichung, mit der sich der pH-Wert in Puffersystemen berechnen lässt.

  • Vergleiche den Verlauf der Titrationskurven von Glycin und Leucin.

    Tipps

    Funktionelle Gruppen einer Verbindung bestimmen weitestgehend deren chemische Eigenschaften.

    Welche Gemeinsamkeiten haben die Formeln von Glycin und Leucin?

    Lösung

    Leucin ist ebenso wie Glycin eine Aminosäure. Alle Aminosäuren haben die beiden funktionellen Gruppen $-NH_2$ und $-COOH$. Sowohl die Aminogruppe als auch die Carboxylgruppe weisen in allen Aminosäuren die gleiche Funktionalität auf. Sie unterliegen einer zweistufigen Dissoziation, die sich über zweistufige Titrationskurven abbilden lässt. Aminosäuren unterliegen der Henderson-Hasselbalch-Gleichung und spielen eine wichtige Rolle als biochemische Puffersysteme.