Charakteristika starker und schwacher Säuren. Ein Versuchsprotokoll

Elaboration , 2012 , 11 Pages

Chemistry - General

Bei dieser Ausarbeitung handelt es sich um ein Protokoll zu den Charakteristika starker und schwacher Säuren. In diesem Versuch wird der Äquivalenzpunkt einer starken sowie der einer schwachen Säure durch Titration ermittelt.

Inhaltsverzeichnis

1. Ziel des Versuches

2. Theorie

3. Reaktionsgleichung

4. Versuchsaufbau

5. Versuchsdurchführung

6. Messwerte und Auswertung
a. Messwerte NaOH -> CH3COOH
b. Messwerte NaOH -> HCl
c. Auswertung
d. pKs-Wert-Berechnung der Essigsäure
e. Aufzeigen des Unterschiedes zwischen Äquivalenz- und Neutralpunkt anhand der
Essigsäurentitrationskurve
f. Berechnung des pH-Wertes einer Lösung mit 0,1 mol Essigsäure und 0,1 mol Natriumacetat
i. pH-Wert der Lösung nach Zugabe von n(HCl) = 10 mmol
ii. pH-Wert der Lösung nach Zugabe von n(NaOH) = 10 mmol

7. Zusammenfassung

8. Literatur

1. Ziel des Versuches

In diesem Versuch wird der Äquivalenzpunkt einer starken sowie der einer schwachen Säure durch Titration ermittelt.

2. Theorie

Zunächst betrachten wir Formeln mit denen die pH-Werte der Lösung an charakteristischen Punkten bestimmt werden können.

Für schwache Säuren kann hier die Henderson-Hasselbalch-Gleichung genutzt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei starken Säuren gilt hingegen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hergeleitet wird dies wie folgt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei der durchgeführten Säure-Basen-Titration wird auf eine potentiometrische Titration zurückgegriffen. Hierunter wird eine elektrochemische Messmethode in der chemischen Analytik verstanden, die den pH-Wert direkt bestimmt und anzeigt und somit deutlich genauer als ein Farbindikator ist.

Im Versuch wird der Äquivalenzpunkt gesucht, der die vollständige Neutralisation der Säure bezeichnet. Hierzu wird langsam Lauge in die Säure titriert bis die Äquivalenzstoffmenge an NaOH erreicht ist. Für die Auswertung wird über diesen Punkt hinaus titriert und anschließend das zugegeben NaOH-Volumen gegen den pH-Wert im Koordinatensystem aufgetragen. Der Wendepunkt der Titrationskurve entspricht dem Äquivalenzpunkt.

Der Neutralpunkt bezeichnet den Punkt in der Titrationskurve, an dem der pH-Wert gleich sieben sind. Bei einer starken Säure und einer starken Lauge fallen Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt aufgrund vollständiger Dissoziation zusammen. Bei einseitig schwachen Komponenten verschiebt sich der Äquivalenzpunkt entsprechend.

Es wird nun die Besonderheit der pH-Wert Berechnung einer schwache Säure HA verdeutlicht:

Sei HA eine schwache Säure und A+ eine korrespondierende Base, so gilt bei der Beziehung der Säurekonstante (KS-Wert) zur H3O+-Ionen Konzentration:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit der Logarithmenregel aus der Herleitung ergibt sich die Henderson-Hasselsbalch- Gleichung als logarithmische Form der Säurekonstanten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ist die Hälfte der Säure neutralisiert so gilt vereinfacht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Liegt eine starke Säure, wie etwa die verwendete Salzsäure, vor, so liegt das Gleichgewicht auf Seite der Produkte. Durch die Titration einer starken Lauge wird die saure Wirkung der Säure durch die Neutralisierung aufgehoben. Die Neutralisation ist eine Reaktion von Hydronium-Ionen mit Hydroxid­Ionen zu Wassermolekülen - die Anionen der Säure und die Kationen der Base sind nicht beteiligt. Bei einer schwachen Säure, wie der ebenfalls verwendeten Essigsäure, findet die Dissoziation nicht vollständig statt. Der pH-Wert lässt sich dadurch nicht aus der Säurekonzentration errechnen, sondern nur mit Hilfe der Lage des Protolysegewichts. Aufgrund der geringeren Anzahl an Hydronium-Ionen werden die wenigen vorhandenen bei der Neutralisierung mit Natronlauge aus dem Gleichgewicht entfernt. Die entstandene Lösung reagiert aufgrund der Reaktion der Acetat­Ionen mit Wasser alkalisch.

Nach Brönsted kann ein Wassermolekül sowohl die Funktion als Säure auch als Base einnehmen. Im reinen Wasser findet die sogenannte Autoprotolyse statt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In reinem Wasser gilt so:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Daraus folgt für den pH-Wert

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zur Bestimmung des Äquivalenzpunktes stehen mehrere Methoden zur Verfügung, die sich in grafische und rechnerische Verfahren untergliedern.

An grafischen Methoden sind das Tangentenverfahren und die Kreis-Methode nach Tubbs zu nennen. Bei beiden Verfahren ist die Titrationskurve zunächst grafisch in einem pH/ml-NaOH Diagramm aufzutragen. Bei dem Tangentenverfahren werden dann zwei beliebige, aber zueinander parallele Richtungstangenten an den Kurvenästen eingezeichnet. Die sollte unmittelbar vor, bzw. nach, dem Potentialsprung erfolgen. Eine weitere parallele Tangente in der Mitte zwischen den beiden Vorherigen markiert im Schnittpunkt den Äquivalenzpunkt. Um gute Ergebnisse zu erhalten ist ein symmetrisches Kurvenverhalten der Titrationskurve notwendig und verlangt bei nicht vorliegen eine Extrapolation.

Die Kreismethode nach Tubbs ist noch weiter vereinfacht. Mittels einer Kreisschablone welche in den Bögen des Potentialsprungs angelegt wird, wird der passende Kreisradius aufgesucht. Anschließend wird eine Gerade zwischen den beiden Kreismittelpunkten gezogen. Der Geradenschnittpunkt mit der Titrationskurve markiert dann den Äquivalenzpunkt. Diese Methode hat den Vorteil dass auch bei nicht symmetrischen Kurvenverläufen gute Ergebnisse erzielt werden können².

Die Granmethode kommt ohne grafische Auftragung aus. Hierbei wird aus dem Volumen und der Konzentration eine Geradengleichung aufgestellt, wo bei die Formel jeweils zwischen Starker Säure -> starke Base und Schwache Säure -> starke Base und den auftretenden Abschnitten Saurer sowie Basischer Bereich. Der Schnittpunkt der beiden resultierenden Geraden markiert den Äquivalenzpunkt.

3. Reaktionsgleichung

a. Neutralisation von HCl mit NaOH

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

b. Neutralisation CH3COOH mit NaOH

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4.Versuchsaufbau

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Versuchsaufbau geschieht wie in der Skizze angegeben. Eine 50ml-Becherglas wird mit einem Rührfisch versehen und unter eine Bürette gestellt. Als Nächstes wird die Sonde vom pH-Meter mit VE-Wasser gespült und anschließend so im am Stativ befestigt dass sie sich sicher, ohne Rührfischkontakt, im Becherglas befindet.

5. Versuchsdurchführung

Zu Beginn wird die Bürette mit etwas NaOH gespült, um etwaige Verunreinigungen auszuschließen.

Danach wird 10ml 0,1molarer Salzsäure mit 0,1molarer Natronlauge titriert. Zur Bestimmung des pH-Wertes wird ein pH-Meter verwendet. Zur vollständigen Vermischung wird die Lösung im Becherglas mittels Rührfisch konsequent in Bewegung gehalten.

Die Titration beginnt in 0,5ml Schritten und geht im Bereich des Umschlagpunktes auf 0,2ml Schritte. Der jeweilig gemessene pH-Wert wird in einer Wertetabelle festgehalten. Hierbei muss gewartet werden bis das pH-Meter sich eingependelt hat. Über den Umschlagpunkt hinaus wird noch mind. 10ml in 0,5ml Schritten weitertitriert.

Die Essigsäuretitration erfolgt analog.

6. Messwerte und Auswertung

a. Messwerte NaOH -> CH3COOH

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

b. Messwerte NaOH -> HCl

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• College: University of Paderborn (Department Chemie)
• Course: Praktikum Allgemeine Chemie
• Author: Konstantin Krummel (Author)
• Publication Year: 2012
• Pages: 11
• Catalog Number: V373153
• ISBN (eBook): 9783668506213
• ISBN (Book): 9783668506220
• Language: German
• Tags: Protokoll, starke und schwache Säuren