Die quantitative Analyse befasst sich mit chemischen Verfahren, die Auskunft über die Menge eines Stoffes in einer gegebenen Probe gibt. Dabei geht es vor allem um die Bestimmung von Masse, Stoffmenge und Volumen. Wichtige Verfahren in der quantitativen Analyse sind die Volumetrie, Gravimetrie und Photometrie. Auch die Titration zählt zur quantitativen Analyse der Chemie.
Die Titration ist ein chemisches Analyseverfahren, mit der du die Konzentration eines Bestandteils einer Probelösung bestimmen kannst.
Titration – Ablauf
Die Titration zählt zur analytischen Chemie und ist eine Analysetechnik, um den Anteil einer bestimmten, in einer Probe gelösten, Substanz quantitativ zu bestimmen. Die Substanz wird als Analyt bezeichnet. Voraussetzung ist eine vollständig abgelaufene chemische Reaktion zwischen dem Analyten und einem der Probe hinzugefügten Reagenz (Titriermittel) mit bekannter Konzentration.
Als Beispiel nehmen wir die Titration von Salzsäure. Die Salzsäure ist der Analyt, da die Konzentration unbekannt ist. Das Titriermittel ist Natronlauge, die tropfenweise hinzugefügt wird. Die Reaktionsgleichung lautet:
Versuchsaufbau einer Titration
Eine Titration wir immer nach dem gleichen Prinzip durchgeführt. Es liegt eine Probelösung vor. Diese befindet sich in einem Erlenmeyerkolben oder einem Becherglas. Um den pH-Wert zu verfolgen, wird die Lösung mit wenigen Tropfen eines Indikators versetzt oder ein pH-Meter angebracht. Die Maßlösung wird in eine Bürette gefüllt und tropfenweise zu der Probelösung hinzugefügt.
Abbildung 1: Versuchsaufbau TitrationQuelle: pixabay.com
Das Reagenz wird der Probe so lange hinzugefügt, bis die chemische Reaktion vollständig abgeschlossen ist. Dies ist der Fall, wenn der sogenannte Äquivalenzpunkt erreicht ist. An diesem Punkt ist die Stoffmenge zwischen Probemolekül und Analysemolekül gleich und die Probelösung wurde komplett umgesetzt.
Der Äquivalenzpunkt beschreibt den Punkt einer Titration, an dem die Stoffmenge der hinzugegebenen Maßlösung exakt der Stoffmenge an unbekannter Säure bzw. Base entspricht.
Der Äquivalenzpunkt ist der Wendepunkt einer Titrationskurve
Die Reaktion der Titration muss aufmerksam beobachtet werden. Mit Hilfe eines pH-Meters oder Farbindikators kann die Veränderung des pH-Werts während der Titration verfolgt werden. Auch das Volumen des Titriermittels sollte gemessen werden, damit so später die Stoffmenge des Analytes berechnet werden kann.
Die Titrationskurve
Die Titrationskurve stellt den Verlauf einer Titration graphisch dar. Dabei wird der pH-Wert in Abhängigkeit vom Volumen der hinzugetropften Maßlösung dargestellt.
Die Abbildung der Titrationskurve zeigt die Titration einer Säure mit einer gleich starken Base. Dies erkennst du daran, dass der Äquivalenzpunkt gleich dem Neutralpunkt, also einem pH-Wert von 7 entspricht. Sind Säure und Base unterschiedlich stark, verschiebt sich der Äquivalenzpunkt in den basischen oder sauren Bereich.
Abb.2: TitrationskurveQuelle: studyhelp.de
Titration – Berechnung
Für die Auswertung einer Titration muss der Äquivalenzpunkt erkannt worden sein. Dort ist die umgesetzte Stoffmenge der Maßlösung 
gleich der umgesetzten Stoffmenge der Probelösung 
.
Die Stoffmenge der umgesetzten Maßlösung kannst du nun berechnen, da das zugegebene Volumen 
während der Titration gemessen wurde und auch die Konzentration 
bekannt ist.
Da auch das Gesamtvolumen der Probelösung 
gemessen werden kann, entsteht die folgende Gleichung, um die Konzentration 
der Probelösung zu berechnen:
Titration einer Ammoniak-Lösung mit Salzsäure. Die Salzsäure hat eine Konzentration 
. Bis zum Äquivalenzpunkt werden 7 ml Salzsäure der Probelösung hinzugefügt.
Das Volumen der Ammoniak-Lösung beträgt 
.
Am Äquivalenzpunkt gilt: 
Jetzt setzt du die gegebenen Werte in die Gleichung ein.
Arten der Titration
Bei der Titration kann in zwei verschiedenen Hauptarten unterschieden werden. Dabei handelt es sich um die direkte und die indirekte Titration von einer Probelösung durch eine Maßlösung. Was genau der Unterschied zwischen diesen Arten ist, erfährst du im Folgenden.
Direkte Titration
Die direkte Titration beschreibt das Titrationsverfahren, bei dem Probelösung und Maßlösung unmittelbar miteinander umgesetzt werden. Die Probelösung wird also direkt mit der Maßlösung titriert. Auch die inverse Titration zählt zur direkten Titration, jedoch ist die Stoffmenge der Maßlösung bei diesem Verfahren abgemessen.
Indirekte Titration
Der indirekten Titration geht eine chemische Reaktion des zu untersuchenden Stoffes voraus. In dieser Reaktion wird der zu bestimmende Stoff in einen anderen Stoff umgesetzt, der anschließend durch Titration bestimmt werden kann. Auch bei diesem Verfahren kann man weitere Unterscheidungen treffen, beispielsweise in die Rücktitration und die Substitutionstitration.
Bei der Rücktitration wird die vorliegende Probelösung mit einem bestimmten Volumen der Maßlösung vollständig umgesetzt, so dass der nicht verbrauchte Teil der Maßlösung durch eine Titration bestimmt werden kann. Bei einer Substitutionstitration wird zunächst ein Substitut des zu bestimmenden Stoffes frei, der anschließend rücktitriert werden kann.
Überblick der Titration von Säuren und Basen
Die Probelösung kann aus einer starken Säure bzw. Base oder einer schwachen Säure bzw. Base bestehen. Für jede Titration gibt es verschiedene Eigenschaften. Hier findest du einen Überblick der einzelnen Eigenschaften zu dem jeweiligen Analyt.
| Analyt | Eigenschaften |
| starke Säure | - signifikanter pH-Wert-Sprung zum Äquivalenzpunkt
- Äquivalenzpunkt = Neutralpunkt = Wendepunkt
|
| schwache Säure | - geringer pH-Wert-Sprung zum Äquivalenzpunkt
- Äquivalenzpunkt = zweiter Wendepunkt ≠ Neutralpunkt, da dieser im basischen Bereich liegt
- pKS-Wert = erster Wendepunkt
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| starke Base | - signifikanter pH-Wert-Sprung zum Äquivalenzpunkt
- Äquivalenzpunkt = Neutralpunkt = Wendepunkt
|
| schwache Base | - geringer pH-Wert-Sprung zum Äquivalenzpunkt
- Äquivalenzpunkt = zweiter Wendepunkt ≠ Neutralpunkt, da dieser im sauren Bereich liegt
- pKS-Wert = erster Wendepunkt
|
Typen einer Titration
Es gibt verschiedene Reaktionstypen bei der Titration. Diese Typen sind abhängig von der chemischen Reaktion. Im Folgenden findest du einen Überblick zu den verschiedenen Titrationsverfahren.
Säure-Base-Titration
Die Säure-Base-Titration wird auch als Acidimetrie oder Alkalimetrie bezeichnet. Dieses Titrationsverfahren dient der Ermittlung der Konzentration einer Säure oder Base in der Probelösung. Wichtig dabei ist, vorher schon zu wissen, um welche Säure oder Base es sich handelt. Die Maßlösung wird tropfenweise der Probelösung hinzugefügt, wodurch die in der Probelösung enthaltenen Oxonium- bzw. Hydroxidionen neutralisiert werden.
Auch bei der Säure-Base-Titration gibt es den Äquivalenzpunkt. Hier beschreibt dieser den Punkt, bei dem die Stoffmenge einer Säure oder Base mit der äquivalenten Stoffmenge einer Base oder Säure vorliegt. Es gilt:
Bei der Titration von starken Säuren und Basen ist der Äquivalenzpunkt in wässrigen Lösungen gleich dem Neutralpunkt. Deshalb werden Titrationen von Säuren und Basen auch als Neutralisationstitration bezeichnet.
Unter dem Begriff Neutralpunkt versteht man den Zustand einer Lösung aus einer Säure-Base-Reaktion, die einen pH-Wert von 7 hat. Es handelt sich somit um eine neutrale Lösung.
Bei der Titration von unterschiedlich starken Säuren und Basen ist die entstehende Lösung am Äquivalenzpunkt nicht neutral. Bei der Neutralisation einer schwachen Säure mit der äquivalenten Menge einer starken Base liegt der pH-Wert beispielsweise im basischen Bereich und ist somit pH < 7.
Titriert man Salzsäure (HCl) und Natriumhydroxid (NaOH) miteinander, so ergibt sich eine neutrale Kochsalzlösung.
Hier reagieren eine starke Säure und eine starke Base miteinander, weshalb es zur vollständigen Neutralisation kommt.
Potentiometrie
Bei der potentiometrischen Titration wird mithilfe der Spannungsmessung die Konzentration der Probelösung bestimmt. Der Aufbau dieser Titration stimmt mit dem allgemeinen Aufbau überein. Lediglich die Bestimmung des Äquivalenzpunktes ist anders. Der Äquivalenzpunkt wir nicht mittels eines Indikators, sondern durch die Messung des elektrochemischen Potentialunterschieds bestimmt.
Der Potenzialunterschied entsteht zwischen der Maßlösung und der Bezugselektrode auf konstantem Potential. Eingesetzt wird diese Methode, wenn die Probelösung bereits eine starke Färbung aufweist und ein Umschlagen des Farbindikators nicht erkennbar wäre. Die Nernst-Gleichung hilft bei der Bestimmung der entstandenen Spannung.
Die Nernst-Gleichung beschreibt den Spannungsverlauf einer Elektrode in Abhängigkeit der Konzentration. Die Elektrode steht dabei in Kontakt mit einer Elektrolytlösung.
Konduktometrie
Bei der Konduktometrie erfolgt die Bestimmung des Äquivalenzpunktes oftmals genauer, da anstelle eines Indikators die elektrische Leitfähigkeit der Probelösung als Maß für die Konzentrationsänderung gemessen wird. Die Maßlösung wird bei der Messung kontinuierlich der Probelösung hinzugefügt.
Die Konduktometrie ist eine quantitative Analysemethode, bei der die elektrische Leitfähigkeit der Probelösung als Maß für die Konzentrationsänderung genutzt wird.
Die zu bestimmende Substanz liegt innerhalb der Probelösung als Ion vor und trägt somit auch bewegliche Ladungsträger. Durch Zugabe der Maßlösung werden die Ionen neutralisiert und die Leitfähigkeit nimmt ab. Das Minimum der Leitfähigkeit ist erreicht, wenn alle Ionen vollständig neutralisiert wurden. Das Minimum entspricht dem Äquivalenzpunkt.
Titration - Das Wichtigste
- Die Titration gehört zur quantitativen Analyse der Chemie und ermöglicht die Bestimmung der Konzentration eines Stoffes in einer Probelösung.
- Eine Maßlösung wird der Probelösung tropfenweise zugeführt, bis der Äquivalenzpunkt erreicht ist.
- Der Äquivalenzpunkt gibt an, wann die Stoffmengen von zu bestimmenden Stoff und Maßlösung übereinstimmen. Er kann bei der Reaktion von starken Säuren und Basen gleich dem Neutralpunkt sein.
- Die Titrationskurve zeigt die Abhängigkeit von pH-Wert zum Volumen der hinzugefügten Maßlösung.
- Eine Titration kann direkt ablaufen, oder durch eine vorherige chemische Reaktion begünstigt werden.
- Es gibt drei wichtige Typen der Titration:
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