Chemie CHEMIE CHEMIE. 1 Einleitung

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1 CHEMIE CHEMIE 1 Einleitung Die Chemie ist eine Naturwissenschaft, die viele Erkenntnisse aus Messdaten bezieht. Der Zusammenhang zur Statistik wird hier besonders deutlich, da jede Messung mit zu quantifizierenden Fehlern behaftet ist, Ergebnisse extrapoliert werden müssen, Sicherheiten der Daten festgelegt werden und Ausreißer erkannt werden müssen, um nur einige Beispiele zu nennen. Wie in allen anderen Naturwissenschaften ist auch in der Chemie in der Praxis der wissenschaftlichen Arbeit der Einsatz von statistischen Hilfsmitteln längst zur Gewohnheit geworden. Aber auch im Chemieunterricht sind einige Berührungspunkte vorhanden, die statistische Inhalte stärker betonen als zunächst vielleicht angenommen wird. Laut Lehrplan sollen Schüler Aussagen über chemische Belange im Alltag verstehen und einschätzen können. Dazu ist ein fundiertes Wissen über Diagramme, Stichprobenziehung, Messfehler u.ä. erforderlich. Als Beispiel seien in diesem Zusammenhang Diskussionen über Grenzwerte bei Emissionen, Dopingkontrollen oder Straßenverkehrskontrollen genannt, für deren Verständnis statistische Grundkenntnisse in Bezug auf Messungen eigentlich unerlässlich sind. In Schulbüchern werden verschiedene Diagrammarten eingesetzt, die wichtige Inhalte übersichtlich transportieren können. Die Aufnahme der meist ohnehin anspruchsvollen Inhalte sollte nicht auch noch durch Schwierigkeiten beim Lesen von Diagrammen erschwert werden. Aus diesem Grund ist eine Grundkenntnis von Aufbau und Aussage diverser Diagramme jedenfalls anzustreben. Im vertiefenden Chemieunterricht wie dem Wahlpflichtfach oder der Chemieolympiade werden Auswertungen der experimentellen Arbeiten praktisch angewandt und müssen protokolliert werden. Dies entspricht besonders dem Ansatz, statistische Inhalte mittels handlungsorientierter Beispiele zu vermitteln. 1

2 2 Titration 2.1 Ausgangspunkt Chemische Analyse Die Titration ist eine von vielen Methoden zur chemischen Analyse von Substanzen. Bei der chemischen Analyse einer Substanz sollen entweder die Inhaltsstoffe einer Probe erst bestimmt werden (qualitative Analyse) oder der Anteil eines bereits bekannten Teils ermittelt werden (quantitative Analyse). Man unterscheidet eine Reihe von chemischen Analysemethoden, die entweder der qualitativen oder der quantitativen Analyse dienen. Die Titration gehört zur Gruppe der quantitativen nasschemischen Methoden. Quantitativ, weil mithilfe der Titration die Konzentration eines bekannten Stoffes bestimmt werden soll. Nasschemisch bedeutet, dass man sich der Reaktion zweier Flüssigkeiten bedient. Im Beispiel Titration wird anhand eines konkreten Beispiels der Bestimmung des HCl- Gehalts einer wässrigen Lösung - der gesamte Arbeitsablauf in vier verschiedenen Varianten dargestellt. Abbildung 12 2

3 2.2 Ablaufschema Planung Vorbereitung Definition der Ziele Fragestellungen Begriffsklärung; Chemische Analysen Messungen - Messfehler Varianten der Titration Datenerhebung Messen Befragen Beobachten Recherchieren Wiederholtes Durchführen der Titration Darstellung/Analyse Tabellen Diagramme Texte Bearbeiten der Aufgaben Berechnen der Konzentration der Probe Darstellung der Streuung Evtl. Erstellen eines Protokolls Präsentation Ergebnisse Ergebnis und Sicherheit desselben 2.3 Planung Voraussetzungen Bei allen chemischen Analysen müssen einige grundsätzliche Voraussetzungen beachtet werden, die im Zusammenhang mit der praktischen Arbeit erwähnt werden sollten. Darüber hinaus gelten für die Titration einige besonders zu beachtenden Umstände, die im folgenden diskutiert werden. Kalibrierung Für Messungen aller Art sollten nur kalibrierte Geräte bzw. Substanzen verwendet werden. Bei der Titration bedeutet dies etwa, dass nur ein geeichter Titer sinnvolle Resultate liefert. Die Verwendung kalibrierter bzw. geeichter Messgeräte und Proben garantiert einen möglichst kleinen Messfehler. 3

4 Standardisierung Eine Analyse sollte nach Möglichkeit immer unter Umgebungsbedingungen durchgeführt werden, die einfach reproduzierbar sind. Falls ein Analyseschritt wiederholt werden muss, wird dies immer unter denselben Rahmenbedingungen durchgeführt, um den Vorgang nicht unkontrolliert zu beeinflussen. Unter gleichartigen Rahmenbedingungen wird hier etwa die gleiche Umgebungstemperatur, der gleiche Druck oder die Verwendung der gleichen Messgeräte verstanden. Spezielle Voraussetzungen der Titration Bei der Titration muss vor allem darauf geachtet werden, dass die Reaktion zwischen Probe und Titer vollständig ablaufen kann und keine Nebenreaktionen stattfinden, die das Ergebnis beeinflussen könnten. Als klassisches Schulbeispiel wird für die Titration eine Säure-Base-Reaktion benutzt. Die Probe ist also entweder sauer oder basisch, für den Titer wird der Gegenspieler verwendet (also Probe: Säure Titer: Base oder umgekehrt). Meist hat man bereits vor der Durchführung eine gewisse Vorkenntnis über die Stärke der Säure oder Base in der Probe. Der Titer sollte dann ungefähr gleich stark gewählt werden, um die notwendige Menge in einem sinnvollen Rahmen zu halten. Ein Vorteil der Säure-Base-Reaktion ist auch, dass sie üblicherweise, d.h. wenn kein Puffer verwendet wird, vollständig und ohne Nebenreaktionen abläuft. Für das Musterbeispiel wurden Salzsäure als Probe und Natronlauge als Titer gewählt Versuchsanordnung Grundsätzlich werden für eine Titration folgende Ausgangsmaterialien benötigt. Ein bekanntes Volumen einer Probe, für die man die Konzentration eines Inhaltsstoffes bestimmen möchte. Salzsäure in wässriger Lösung Bestimmung der Konzentration der Säure Eine Reagenz, die sich mit dem Inhaltsstoff der Probe in einem bekannten und genau definierten Verhältnis umsetzt. Diese Reagenz wird auch als Titer bezeichnet. Natronlauge als Titer für die Salzsäure Ein Indikator bzw. eine Methode, die den Zeitpunkt anzeigt, zu dem der gesamte Inhaltsstoff mit dem Titer reagiert hat. Ein Universalindikator zeigt den ph-wert der Reagenz durch die Farbe an. 4

5 2.3.3 Schema der Titration Probe: Volumen (V p) bekannt Titer: Konzentration (c t) bekannt Berechnung der Konzentration der Probe (c p) Zugabe von Titer zur Probe, bis Äquivalenzpunkt erreicht Titer: Volumen (V t) bekannt Formal: V p * c p = V t * c t c p = V t * c t / V p Vier verschiedene Varianten der Titration In den folgenden Kapiteln werden jeweils vier verschiedene Varianten der Titration vorgestellt. Eine zusammenfassende Betrachtung der Vor- und Nachteile findet sich in Kapitel 2.6. Minimalversion Für diese ganz einfache Variante der Titration benötigt man neben Titer, Probe und Indikator lediglich eine Spritze und ein beliebiges Glas. Klassische Variante Für die etwas wissenschaftlichere Erweiterung der ersten Variante benötigt man statt der Spritze eine Bürette mit Stativ und Halterungen sowie ein Becherglas. Dynamische Variante Bei der dynamischen Variante wird der Indikator durch eine ph-elektrode ersetzt. Vernetzte Variante Den größten Materialaufwand erfordert diese sehr interessante Variante, für die neben ph-elektrode eine Chembox, ein Computer, ein Magnetrührer und ein Tropfenzähler benötigt werden. 2.4 Datenerhebung Minimalversion Die Probe (Salzsäure) sowie der Indikator werden in das Glas gefüllt. Das Volumen der Probe muss genau bestimmt werden. Die Konzentration der Salzsäure kann jedoch beliebig sein und muss auch nicht genau bekannt gegeben werden, diese soll ja erst bestimmt werden. Eine ungefähre Vorkenntnis des Bereichs ist natürlich hilfreich, um den Bedarf an Titer im Voraus abschätzen zu können. 5

6 Der Titer wird in die Spritze gefüllt. Die genaue Kenntnis der Konzentration ist eine Grundvoraussetzung für die Erzielung eines sinnvollen Messergebnisses. Aus diesem Grund sollte nur ein geeichter Titer verwendet werden. Die eigentliche Durchführung der Titration erfolgt durch tropfenweise Zugabe des Titers zur Probe. Nach Zugabe jedes Tropfens wird die Probe geschüttelt. Zu Beginn ist die Probe sauer, was sich durch den Indikator in einer roten Färbung auswirkt. Sobald sich durch die Neutralisation der Salzsäure ein Farbumschlag zeigt (von rot auf grün), wird die Titration gestoppt und das Volumen der benötigten Natronlauge festgehalten. Ist die Probe bereits blau, wurde zuviel Natronlauge zugegeben die Probe ist basisch. Abbildung 13 rot orange grün blau Klassische Variante Diese Erweiterung unterscheidet sich von der Minimalversion lediglich in der Verwendung einer Bürette statt einer Spritze. Die Bürette ermöglicht normalerweise eine genauere Dosierung der Zugabe sowie eine bessere Ablesung der zugegebenen Menge. Somit kann der Fehler in den Mess- und Ablesevorgängen reduziert werden. Beispiel: In das Becherglas werden 50ml Salzsäure gefüllt, deren Konzentration im Bereich von 0,05 und 0,15 mol/l liegt. Zur Salzsäure werden 3 Tropfen Universalindikator gegeben. Die Bürette wird mit 0,1 molarer Natronlauge gefüllt. Es werden 40 ml Natronlauge benötigt um den Äquivalenzpunkt zu erreichnen. In die obige Formel eingesetzt, ergibt dies eine Konzentration der Salzsäure von 0,08 mol/l. Dynamische Variante Bei der dynamischen Variante wird nicht nur der Äquivalenzpunkt bestimmt, sondern der Verlauf des ph-werts während der gesamten Reaktion dargestellt. Die Versuchsanordnung ist zunächst sehr ähnlich wie oben: In ein Becherglas wird ein genau bestimmtes Volumen einer Probe gegeben. Indikator muss keiner hinzugegeben werden, stattdessen wird eine ph-elektrode verwendet. Der Titer wird wieder in die Bürette gefüllt. Nun wird eine bestimmte Dosis Titer zur Probe hinzugegeben und das Glas etwas geschüttelt, um Probe und Titer gleichmäßig zu vermischen. Der von der ph-elektrode angezeigte Wert sowie das genaue Volumen des zugegebenen Titers werden notiert und der Vorgang wiederholt. 6

7 Aufgrund des besonderen Ablaufs einer derartigen Titration müssen beim Messen einige Besonderheiten beachtet werden um ein brauchbares Ergebnis zu erzielen. Der übliche Ablauf ist in Abbildung 13 dargestellt. Titrationskurve ph-wert Probe Volumen Titer in ml Abbildung 14 Problem Bei der oben gezeigten Titration kann es leicht vorkommen, dass die Menge an Titer, die zwischen zwei Messvorgängen hinzugegeben wird, zu groß ist. Gibt man zuviel Titer pro Versuch zu, läuft man Gefahr, den Umschlag zum Teil oder gänzlich zu verpassen und überhaupt keine aussagekräftigen Messungen zu haben (vgl. Abbildung 15). Wählt man die Dosis sehr gering, kann der Versuch in keiner zumutbaren Zeit durchgeführt werden. Für die Kurve in Abbildung 16 waren 80 einzelne Messungen notwendig! Lösung Zur Erlangung einer genauen Kurve, bei der sich die Anzahl der Messungen in Grenzen hält, geht man in zwei Schritten vor. Im ersten Schritt wird sehr rasch titriert, ohne auf die genauen Werte zu achten. Es soll lediglich überprüft werden, in welchem Bereich der Umschlag erfolgt. Im zweiten Schritt tastet man sich dann relativ rasch an das 7

8 interessierende Intervall heran. In dem kleinen Umschlagsintervall wird der Titer nur tropfenweise zugegeben. Danach kann die Dosis wieder stark erhöht werden. Abbildung 17 zeigt ein sehr brauchbares Bild, das mit relativ wenigen Messvorgängen erzielt werden konnte. Titrationskurve ph-wert Probe Volumen Titer in ml Abbildung 15 Titrationskurve ph-wert Probe Volumen Titer in ml Abbildung 16 8

9 Titrationskurve ph-wert Probe Volumen Titer in ml Abbildung 17 Vernetzte Variante Die Versuchsanordnung für die vernetzte Variante besteht aus einer Bürette, die gut an einem Stativ befestigt wird. Darunter wird ebenfalls am Stativ ein Tropfenzähler montiert. Unter den Tropfenzähler wird ein Becherglas auf einen Magnetrührer gestellt. Der Abstand zwischen Glas und Zähler sollte möglichst gering sein. Die Chembox wird an den Computer angeschlossen und der Computer wird eingeschaltet. Eine ph-elektrode wird ins Becherglas gegeben und ebenso wie der Tropfenzähler an der Chembox angeschlossen. Nach dem Starten des Versuchs läuft alles automatisch ab. Der Probe wird Titer tropfenweise zugegeben, verrührt, der ph-wert gemessen und über die Chembox an den Computer weitergeleitet, wo der Vorgang sofort grafisch dargestellt wird. Das Problem der notwendigen Anzahl der Messungen erübrigt sich vor allem durch die Automatisierung der Dosiszugabe und die ständige automatische Vermischung. Bei einer Frequenz von 1 Tropfen/Sekunde ist man auch mit einer sehr großen Zahl von Messungen in einem Zeitraum von ein bis zwei Minuten fertig und erhält eine gute Verlaufskurve (Abbildung 18). 9

10 Titrationskurve ph-wert Probe Volumen Titer in ml Abbildung Darstellung und Analyse Minimalversion Der größte Vorteil der Minimalversion liegt in der einfachen und schnellen Durchführbarkeit, wodurch eine Reihe von Einzelmessungen innerhalb kurzer Zeit zu bewerkstelligen ist. Diese Einzelmessungen können zur weiteren statistischen Analyse herangezogen werden. Den Ablauf eines Beispiels zeigt folgendes Schema. 1.Schritt: 2.Schritt: 3.Schritt: 4.Schritt: 5.Schritt: 6.Schritt: Mindestens 10 Messungen pro Schüler Darstellung der Messungen Berechnung des Mittelwerts und der Varianz für jeden Schüler Berechnung des gesamten Mittelwerts Verwendung des gesamten Mittelwerts als Schätzung für das Volumen des Titers Berechnung der Konzentration der Probe Vergleichsmöglichkeiten und Varianten 1. Schritt: Grundsätzlich gilt, dass jeder Messvorgang mit Fehlern behaftet ist. Die möglichen Fehler kann man in zwei verschiedene Kategorien einteilen. Der systematische Fehler geht immer in eine bestimmte Richtung (Verwendung falsch eingestellter Messgeräte, verzerrende Rahmenbedingungen) und kann nur durch die Verwendung geeichter und kalibrierter Messgeräte sowie sorgfältiger Arbeitsweise 10

11 vermieden werden. Der zufällige Fehler tritt unerwartet und unkontrollierbar auf und bewirkt eine zufällige Abweichung des Messergebnisses vom sogenannten wahren Wert in eine beliebige Richtung. Eine ausführlichere Darstellung zum Thema Messfehler befindet sich im Arbeitsheft STICHPROBEN UND UMFRAGEN. Bei der Titration gibt es Potenzial für systematische Fehler in beiden Richtungen. Eine systematische Unterschätzung ergibt sich, wenn ein teilweiser Farbumschlag stets als Erreichen des Äquivalenzpunktes gedeutet wird, obwohl dieser noch gar nicht vorliegt. Gleiches gilt, wenn grundsätzlich zu wenig Probe genommen wird. Die Gefahr für systematische Überschätzung liegt vor allem in der Zugabe einer zu großen Menge Titer. Der Indikator zeigt dies in einem Farbumschlag auf basisch statt neutral an. Solche Titrationsergebnisse dürfen keinesfalls verwendet werden. Aber auch bei sorgfältiger Arbeitsweise ergeben sich stets Abweichungen, diese zufälligen Fehler sind unvermeidbar. Auf alle Fälle ist es empfehlenswert, dass jeder Teilnehmer den Messvorgang vor den eigentlichen Messungen zwei oder drei Mal übt. Beispiel: Für das Musterbeispiel werden 10ml HCl mit einer Konzentration von etwa 0,08 mol/l in ein Glas gefüllt. Dazu kommen drei Tropfen Universalindikator. Die Spritze (Fassungsvermögen 10ml) wird mit dem Titer, 0,1 molarer Natronlauge gefüllt. Nun führt jeder Schüler die Titration 10 mal durch und notiert seine Ergebnisse. 2. Schritt: Darstellung der Messungen V t1 V t2 V t3 V t4 V t5 V t6 V t7 V t8 V t9 V t10 8,2 8,0 7,9 8,3 8,0 8,1 8,1 7,9 8,3 8,2 Tabelle 8 Eine große Vereinfachung für weitere Auswertungen stellt die Eingabe der Daten in ein Tabellenkalkulationsprogramm dar. Für die gemeinsamen Auswertungen wird auch die Excel-Datei TITRATION.XLS (Abbildung 19) zur Verfügung gestellt. Im Eingabebereich können bis zu zehn Einzelmessungen von bis zu 30 Schülern eingegeben werden. Die Mittelwerte für jeden Schüler sowie der Gesamtmittelwert werden automatisch berechnet. Außerdem werden die Quartile der Einzelmessungen sowie der einzelnen Mittelwerte berechnet und in Kastenschaubildern dargestellt. Da die beiden Kastenschaubilder stets gleich skaliert werden, kann man deutlich erkennen, dass die Streuung der Einzelmessungen immer größer ist als die Streuung der Mittelwerte. 11

12 Abbildung 19 Abbildung 20 Abbildung 20 zeigt eine Tabelle, in der die Messwerte der Teilnehmer eingetragen sind. 12

13 3. Schritt: Berechnung des Mittelwerts und der Varianz für jeden Schüler. Wie bereits weiter oben erläutert, dient die Berechnung des Mittelwerts zur Reduzierung des zufälligen Fehlers. Auch wenn der wahre Wert unbekannt ist, liegt der Mittelwert mehrerer Messungen im Durchschnitt näher beim unbekannten wahren Wert als eine beliebige Einzelmessung. In Abbildung 21 wurde der Mittelwert für jeden einzelnen Schüler berechnet. Abbildung 22 und Abbildung 23 zeigen Kastenschaubilder, die dieses Argument nochmals verdeutlichen können. Im ersten Kastenschaubild sind die Quartile aller einzelnen Messungen eingetragen, im zweiten die Quartile der Mittelwerte aller Schüler. Man kann deutlich sehen, dass die Werte im ersten Diagramm deutlich mehr streuen als im zweiten. Wenn der wahre Wert auch nur annähernd in der Mitte liegt, ist man demnach mit einem beliebigen Mittelwert im Durchschnitt näher dran als mit einem beliebigen Einzelwert. Abbildung 21 13

14 Titration: Kastenschaubild von 300 Einzelwerten Verbrauchte Menge Titer in ml 7 7,5 8 8,5 9 Abbildung 22 Titration: Kastenschaubild von 30 Mittelwerten Verbrauchte Menge Titer in ml 7 7,5 8 8,5 9 Abbildung Schritt: Berechnung des gesamten Mittelwerts und der Varianz Im Laufe der Berechnung der Mittelwerte sollte sich die Frage stellen, warum man denn nicht alle Messergebnisse in einen Topf wirft und den gesamten Mittelwert berechnet. Grundsätzlich gilt ja, je größer der Stichprobenumfang bzw. die Anzahl der Messungen desto größer die Wahrscheinlichkeit, sehr nahe am wahren Wert zu sein. 14

15 Die Berechnung des Gesamtmittelwerts soll auch durchgeführt werden, allerdings nicht ohne den Hinweis, dass diese Vorgangsweise hier aus statistischer Hinsicht bedenklich ist. Diese Bedenken hängen mit dem systematischen Fehler zusammen. Nicht nur Geräte, sondern auch Personen können bei Messungen einen systematischen Fehler verursachen und das in der Praxis leider leichter, als man vielleicht annehmen möchte. Hier könnte man sich etwa vorstellen, dass sich jemand mit einem etwas geringeren Farbumschlag zufrieden gibt o.ä. Die Berechnung von Mittelwerten ist allerdings nur zulässig - bzw. liefert sinnvolle Ergebnisse - wenn nur zufällige Fehler vorliegen. Man muss also hier davon ausgehen, dass alle halbwegs gleiche Titrationen anstellen (vgl. auch Bemerkung zur Standardisierung am Beginn des Beispiels!). Die Berechnung des Gesamtmittelwerts ist hier recht einfach, es muss nur der Mittelwert der Mittelwerte berechnet werden. (vgl Arbeitsheft DATENANALYSE MIT EXCEL) Abbildung Schritt: Verwendung des Gesamtmittelwerts als Schätzung für das Volumen des Titers Berechnung der Konzentration der Probe Der Gesamtmittelwert des Titervolumens V t beträgt 8ml. Dieser Wert wird für die Berechnung der Konzentration der Probe herangezogen. Man erhält eine Konzentration von 0,08 mol/l. 15

16 6. Schritt: Vergleichsmöglichkeiten und Varianten Neben der Berechnung der Konzentration einer Probe sind verschiedene Erweiterungen und Variationen möglich, die im folgenden vorgestellt werden. Es wird eine Titration mit einer Probe durchgeführt, deren Konzentration ebenfalls geeicht, aber nur dem Lehrer bekannt ist. Während man in der Praxis keine Analyse mehr durchführen müsste, da der wahre Wert ohnehin bekannt ist, könnte man die immer bessere durchschnittliche Annäherung (Einzelne Schätzung, Mittelwert pro Schüler, Gesamtmittelwert) zeigen. Anhand der Streuung von Einzelmessungen können verschiedene Messmethoden verglichen werden. Dazu werden etwa die Varianzen der Messergebnisse der Minimalversion und der Klassischen Variante verglichen. Kann man einen deutlichen Unterschied erkennen? Klassische Variante Bei der klassischen Variante empfiehlt sich die Durchführung in Gruppen, wobei jede Gruppe einige Messungen durchführt. Pro Gruppe sollten etwa fünf Messergebnisse zu erzielen sein. Dann kann die statistische Analyse analog zu den sechs Schritten der Minimalversion durchgeführt werden. 2.6 Vergleich der Varianten Minimalversion Vorteile: In der Minimalversion kann die Konzentration der Probe mit sehr geringem Materialaufwand bestimmt werden. Das Material sollte für jeden Schüler bzw. zumindest für jede Zweiergruppe einmal vorhanden sein, sodass dieses Beispiel als Schülerversuch angelegt werden kann und jeder einzelne sich an der Titration versuchen kann. Außerdem kann die Messung sehr leicht einige Male wiederholt werden, wodurch eine ganze Reihe von Ergebnissen zur Verfügung steht, mit denen auch sinnvolle statistische Analysen vorgenommen werden können. Dieses Prinzip der Titration wird in vielen Analysesets (z.b. Wasseranalyse) eingesetzt. Nachteile: Bei dieser Methode muss man eine relativ große Ungenauigkeit in Kauf nehmen, da weder die Spritzen noch die beliebigen Gläser eine besondere Ablesegenauigkeit zulassen. Durch sorgfältiges Vorgehen bei der Probenahme, Zugabe des Titers und Ablesen der Ergebnisse kann der Fehler aber in Grenzen gehalten werden. Ein weiterer Nachteil der Minimalmethode besteht in der meist geringen Kapazität der Spritze, 16

17 wodurch wenig Spielraum in bezug auf die Titermenge gegeben ist. Da von einem Nachfüllen von Titer in die Spritze jedenfalls aufgrund der zusätzlichen Fehlerquelle abzuraten ist, sollte die Konzentration einer zu analysierenden Probe bereits relativ genau bekannt sein, um die benötigte Titerkonzentration und menge abschätzen zu können. Klassische Variante Vorteile: Die Verwendung einer Bürette und eines Becherglases ermöglicht grundsätzlich eine viel genauere Analyse, da diese Geräte geeicht sind und die Ablesung viel einfacher und mit geringerem Fehler möglich sein sollte. Die Materialerfordernis ist nicht allzu hoch, sodass diese Variante zumindest in Gruppen durchführbar ist und jeder Schüler zumindest einmal selbst zum Titrieren kommen sollte. So kann auf relativ einfache Weise der Umgang mit Apparaturen zur chemischen Analyse geübt werden. Auch diese Variante liefert in einer zumutbaren Zeit genügend Ergebnisse, um statistische Auswertungen vornehmen zu können. Nachteile: Im Umgang mit chemischen Substanzen und Analysegeräten liegt stets ein gewisses Gefahrenpotential, sodass ein gewisses Gefühl bzw. Geschick für praktisches Arbeiten vorausgesetzt werden muss. Dynamische Variante Vorteile: Obwohl auch in dieser Variante für die Berechnung der Konzentration der Probe nur der Äquivalenzpunkt benötigt wird, können durch die Demonstration des Verlaufs eine Reihe weiterer Erkenntnisse gewonnen werden. Aufgrund der Komplexität der dynamischen Variante sollte diese eher als Lehrerversuch gezeigt werden. Nachteile: Die Anzahl der gleichzeitig durchführbaren Titrationen ist hier vor allem durch die benötigte ph-elektrode beschränkt. Außerdem dauert ein Durchgang viel länger, sodass dieses Beispiel eher nicht besonders oft durchgeführt werden kann. Vernetzte Variante Vorteile: Durch den vollautomatischen Ablauf können potentielle Fehlerquellen durch sorgfältige Kalibrierung der Geräte von vornherein minimiert werden. Sehr viele einzelne 17

18 Messvorgänge können in kürzester Zeit durchgeführt werden. So entsteht relativ rasch ein gutes Bild, Vergleiche sind möglich. Nachteile: Der Zeitbedarf für die Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung auf Lehrerseite ist vergleichsweise hoch. Alle Geräte müssen vor dem Einsatz kalibriert werden, vorheriges Ausprobieren ist anzuraten, um einen klaglosen Einsatz sicherzustellen. Der apparative Aufwand ist ebenfalls relativ groß. Zusammenfassung Alle vier Varianten haben ihre Vor- und Nachteile, sodass keine eindeutige Empfehlung für eine einzelne Variante abgegeben werden kann. Steht für das Thema etwas mehr Zeit zur Verfügung, ist der Vergleich mehrerer Varianten sicher eine interessante Alternative. Beispiele zur praktischen Anwendung der Titration Wasseranalytik: Bestimmung verschiedener Inhaltsstoffe; Gesamthärte; Schwermetalle Gesteinsanalyse: Inhaltsstoffe Volumetrische Wassergehaltsmessung in der Lebensmittelchemie 2.7 Quellen und Links bietet genaue Anleitungen, Projektbeschreibungen und Analysen zu Versuchen mit der Chembox, unter anderem auch der oben vorgestellten vernetzten Variante der Titration Einfache Variante der Titration Unterlagen zu einem Praktikum aus Messtechnik in der Chemie 18