Titration von starken Säuren mit einer starken Base
In einem Gefäß haben wir eine bestimmte Menge einer starken Säure als Analyt, beispielsweise 100 ml Salzsäure (HCl). Durch die Salzsäure ist unsere Lösung in dem Gefäß von Beginn an sauer. Mit der Titration wollen wir die Konzentration der Säure herausfinden.
Als Titrant verwenden wir eine starke Base mit einer bekannten Konzentration, beispielsweise 0,1 molare Natronlauge (NaOH), die wir tropfenweise zugeben. Durch die Reaktion der beiden Substanzen entsteht Wasser sowie das entsprechende Salz (HCl + NaOH →H2O + NaCl), wodurch der pH-Wert zunimmt.
Zusätzlich geben wir in das Gefäß noch ein paar Tropfen eines Indikators mit einem geeigneten Umschlagspunkt. In unserem Fall bietet sich Bromthymolblau an, welches seine Farbe etwa bei einem pH-Wert von 6,0 bis 7,6 von gelb zu blau verändert.
Durch Zugabe des Titranten NaOH steigt der pH-Wert langsam an. Diesen Anstieg sehen wir zu Beginn nicht. Er wird jedoch deutlich, sobald der pH-Wert den Umschlagspunkt des Indikators überschreitet. Dieser Punkt markiert gleichzeitig auch unseren Äquivalenzpunkt. An diesem Punkt kann die verwendete Menge der Natronlauge abgelesen werden. Wie anhand des Graphen auffällt, erfolgt zu Beginn der Titration nur ein geringfügiger Anstieg des pH-Wertes. Ab einem bestimmten Punkt verändert sich der pH-Wert etwa im Bereich von 4 auf 10 sehr schnell. Genau in der Mitte dieses schnellen Anstiegs befindet sich der Äquivalenzpunkt bei einem pH von 7.
Gleiches gilt natürlich auch in umgekehrter Reihenfolge für die Titration einer starken Base mit einer starken Säure.
Titration starke Säure mit einer starken Base
Durch das Hinzugeben der starken Base verändert sich der pH-Wert zu Beginn nur geringfügig. Im Bereich von 4 bis 10 findet jedoch ein starker Anstieg des pH-Wertes statt, der durch den Umschlag des Indikators Bromthymolblau von gelb auf blau gekennzeichnet ist. Der Umschlagspunkt liegt zwischen 6,0 und 7,6. In diesem Bereich liegt auch der Äquivalenzpunkt.Wie kann im Anschluss an die Titration die Konzentration des Analyten berechnet werden?
Am Umschlags-/Äquivalenzpunkt befinden sich gleich viele Säure- und Baseteilchen in der Lösung. Es gilt:
n(H+) = n(OH-). In die Formel c = n/V können nun die bei der Titration relevanten Größen Stoffmenge n und Volumen V eingesetzt werden und sie kann nach der unbekannten Konzentration des Titranten aufgelöst werden.
Nachdem die Titration erfolgt ist, haben wir die Ausgangsmenge des Analyten als Volumen sowie die verwendete Menge und Konzentration des Titranten gegeben. Konzentration und Volumen der beiden Substanzen können dementsprechend gleichgesetzt und die Formel nach der Konzentration des Analyten umgestellt werden:
Ist der Äquivalenzpunkt in unserem Beispiel nach der Zugabe von 10 mL 0,1 molarer Natronlauge erreicht, ergibt sich daraus folgende Rechnung: