Säure-Base-Titrationskurven Mindmap

Das Thema verstehen

Titrationskurven zeigen den pH-Wert einer Lösung während der Zugabe einer Maßlösung. Die Kurvenform hängt davon ab, ob Säure und Base stark oder schwach sind: starke Paare ergeben einen steilen Sprung am Äquivalenzpunkt, schwache Säuren zeigen einen Pufferbereich und einen Äquivalenzpunkt oberhalb von pH 7. Die Mindmap erklärt Halbpunkt, Puffergleichung, Indikatorwahl und die Berechnung der Konzentration aus dem Titrationsvolumen.

Warum die Kurvenform sich unterscheidet
Die Gestalt der Kurve folgt aus dem Gleichgewicht der beteiligten Säuren und Basen. Bei einer starken Säure und einer starken Base liegen beide vollständig dissoziiert vor, daher springt der pH-Wert nahe pH 7 steil an. Titriert man dagegen eine schwache Säure wie Essigsäure mit Natronlauge, entsteht im Verlauf das Acetat-Ion, das selbst basisch reagiert. Der Äquivalenzpunkt liegt deshalb oberhalb von pH 7, und die entstehende Lösung ist nicht neutral. Umgekehrt liegt der Äquivalenzpunkt bei Ammoniak und Salzsäure unterhalb von pH 7. Wer die beteiligten Gleichgewichte kennt, kann die Kurvenform vorhersagen, statt sie nur auswendig zu lernen.

Der Halbpunkt als Schlüsselgröße
Am Halbpunkt der Titration ist genau die Hälfte der schwachen Säure zu ihrer konjugierten Base umgesetzt. Säure und Base liegen in gleicher Konzentration vor, sodass nach der Henderson-Hasselbalch-Gleichung der pH-Wert dem pKs-Wert entspricht. Diese Beziehung ist experimentell sehr nützlich: Man liest das Äquivalenzvolumen ab, halbiert es und entnimmt der Kurve den zugehörigen pH-Wert. Der Bereich um den Halbpunkt ist zugleich der wirksamste Pufferbereich, weil dort Zugaben von Säure oder Base den pH-Wert am wenigsten verändern. Bei mehrprotonigen Säuren wie Phosphorsäure treten mehrere Halbpunkte und mehrere pKs-Werte auf.

Indikatoren richtig auswählen
Ein Indikator ist selbst eine schwache Säure oder Base, deren deprotonierte und protonierte Form unterschiedliche Farben zeigen. Sein Umschlagbereich liegt etwa eine pH-Einheit über und unter seinem pKs-Wert. Wichtig ist, dass der Umschlagbereich den steilen Teil der Kurve am Äquivalenzpunkt überlappt. Für die Titration von Salzsäure mit Natronlauge eignen sich viele Indikatoren, weil der Sprung breit ist. Bei Essigsäure mit Natronlauge liegt der Äquivalenzpunkt über pH 8, daher passt Phenolphthalein besser als Methylorange. Bei der Umkehrung, etwa Ammoniak mit Salzsäure, ist es umgekehrt. Ein falsch gewählter Indikator verschiebt den erkennbaren Endpunkt vom wahren Äquivalenzpunkt.

Von der Kurve zur Konzentration
Aus einer Titrationskurve lässt sich die unbekannte Konzentration berechnen, indem man das Äquivalenzvolumen abliest und die Stöchiometrie anwendet. Für ein eins zu eins Verhältnis gilt: Konzentration der Probe gleich Konzentration der Maßlösung mal Äquivalenzvolumen geteilt durch Probenvolumen. Bei zweiprotonigen Säuren wie Schwefelsäure verdoppelt sich das Verhältnis, bei dreiprotonigen wie Phosphorsäure verdreifacht es sich entsprechend. Zusätzlich liefert die Kurve qualitative Informationen: Der pH-Wert vor der Titration zeigt die Ausgangssäure, der Halbpunkt den pKs-Wert, und die Höhe des Sprungs verrät, ob beide Partner stark oder schwach sind.