3. Seminar zum Quantitativen Anorganischen Praktikum WS 2013/14

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1 3. Seminar zum Quantitativen Anorganischen Praktikum WS 2013/14 Teil des Moduls MN-C-AlC S. Sahler, M. Wolberg

2 Titrimetrie (Volumetrie) Prinzip: Messung des Volumenverbrauchs einer Reagenslösung ( Maßlösung ) bei einer Titration bis zum Äquivalenzpunkt Säure-Base-Titrationen Protonenübertragung von Säure zu Base Redox-Titrationen Elektronenübertragung von Reduktions- zu Oxidations-Mittel Komplexbildungs-Titrationen Bildung löslicher, wenig dissoziierter Komplex-Verbindungen Maßlösung (Reagenslösung bekannter Konzentration) Zugabe von Maßlösung zur Analysenlösung bis zur vollständigen chemischen Umsetzung (äquivalente Stoffmenge) Äquivalenzpunkt: (stöchiometrischer) Endpunkt einer Titration

3 Titrimetrie (Volumetrie) Voraussetzungen Chemische Reaktion muss schnell, eindeutig und quantitativ ablaufen Geeignete Maßlösung mit exakt bestimmter Konzentration Deutlich erkennbarer Endpunkt der Titration Bsp.: Säure-Base-Titration von NaOH-Lösung mit H 2 SO 4 -Maßlösung Verwendung eines geeigneten Säure-Base-Indikators Endpunktserkennung durch Farbumschlag der Lösung Berechnung des Gehaltes der NaOH-Lösung: 2 NaOH + H 2 SO 4 2 Na + + SO H 2 O n (NaOH) = 2 n (H2 SO 4 ) (Äquivalenzpunkt) m (NaOH) = 2 c (H2 SO 4 ) V (H 2 SO 4 ) M (NaOH) n = c V m = n M

4 Volumetrie Ansetzen und Einstellen der Maßlösung Bsp. 0,1 N NaOH-Maßlösung (Aufgabe 1) Abwiegen der NaOH-Plätzchen Keine Urtitersubstanz indirektes Verfahren Lösen in VE-Wasser Bestimmung des Titers ( Einstellen der Lösung) Titration von ausstehender 0,1 N H 2 SO 4 -Maßlösung Verwendung von Methylrot als Säure-Base-Indikator (Farbumschlag: rot/gelb) Berechnung des Titers t t(naoh) = c c ist soll (NaOH) (NaOH)

5 Volumetrie (Titrimetrie) Bürette Maßlösung ph-verlauf einer Säure-Base-Titration zu bestimmende Lösung (Färbung: Indikator)

6 Zusatzausrüstung / Glasgeräte Bürette Wirkung des Schellbachstreifens

7 Volumetrie Büretten Wichtige allgemeine Hinweise Nur trockene Bürette verwenden (ggf. mit verwendeter Maßlösung vorspülen). Auf richtige Justierung des Versuchsaufbaus achten (Position, feste Montage, ). Schliff des Büretten-Hahns ausreichend fetten; nicht jedoch den Durchlass! Langsame und genaue Befüllung der Bürette mit Hilfe eins Trichters, unbedingt Blasenbildung vermeiden! Allgemein Gut: Verwendung von Erlenmeyer-Kolben (außer beim ph-meter). Weißes Blatt Papier unterlegen (bessere Sichtbarkeit eines Farbumschlags). Säure-Base-Titration: Nur wenig Indikator verwenden (mögliche Pufferwirkung!). Langsames Titrieren unter stetem Umschwenken.

8 Volumetrie Systematischer Gang einer volumetrischen Bestimmung [0. Versuchsaufbau] 1. Ansetzen und ggf. Einstellen der Maßlösung 2. Vorbereitung und Entnahme der Probe 3. Durchführung der Titration 4. Nach erstem Versuchsdurchlauf: Übertitrieren 5. Bestimmung des Volumenverbrauchs 6. Berechnung des Ergebnisses

9 Volumetrie Vorbereitung und Entnahme der Probe Sorgfältiges Auffüllen der Analyse im 100 ml Messkolben Entnahme von 25 ml der Probe mit geeichter Vollpipette Drei Versuchsdurchführungen möglich Achtung: Eine vierte Versuchsdurchführung derselben Analyse kann nicht unter Verwendung einer 25 ml Vollpipette erfolgen!

10 Volumetrie Durchführung der Titration Gut: Verwendung eines Erlenmeyerkolbens (sicheres Umschwenken) Alternativ: Benutzung eines Magnetrührers Langsame Zugabe der Maßlösung (tropfenweise im Bereich des Umschlagpunktes) Exaktes Ablesen (Schellbachstreifen) Notieren des Volumenverbrauchs Mehrmalige Versuchsdurchführung

11 Volumetrie Übertitrieren der ersten Probe Bsp. Säure-Base-Titration (A2): Endpunkt durch Farbumschlag erkennbar Übertitrieren nach 1. Versuchsdurchführung: Vergleichbarkeit der Ergebnisse Umschlagsbereiche der Indikatoren berücksichtigen!

12 Volumetrie Bestimmung des Volumenverbrauchs Sollte ein Tropfen der Maßlösung am Büretten-Hahn verbleiben, ist dieser mit zu berücksichtigen Waagerechtes Ablesen des Schellbachstreifens Berechnung des Ergebnisses Am Äquivalenzpunkt liegen äquivalente Stoffmengen vor Normalität bzw. Molarität der Lösungen berücksichtigen Schellbachstreifen Titer berücksichtigen: t = c ist /c soll n(gesucht) = c soll V Verbrauch t

13 Titrimetrie (Volumetrie) Indirekte Titration: der Analyt wird vor der Titration chemisch umgesetzt Direkte Titration: Probelösung und Maßlösung reagieren direkt miteinander direkte Titration: die Probelösung wird vorgelegt, it der Maßlösung wird titriert (A10: Cl - nach Mohr) inverse Titration: die Maßlösung wird vorgelegt, mit der Probelösung wird titriert (A1: Titerbestimmung der NaOH-Lsg.) Rücktitration: der Probe wird ein definiertes Volumen an Reagenslösung im Überschuß zugesetzt. Der nicht umgesetzte Teil des Reagens wird mit einer zweiten Reagenslösung titriert indirekte Titration: Das in der Reaktion mit dem Analyten entstehende Produkt wird direkt titriert (A11: Zn komplexometrisch) Substitutionstitration: Der Probe wird ein Reagens zugegeben, das mit dem Analyten in stöchiometrischer Form reagiert, wobei aus dem Reagens ein Bestandteil freigesetzt wird, der dann durch direkte Titration bestimmt wird (A13: Cu iodometrisch)

14 Komplexbildungs-Titration Vereinigung zwischen Ionen oder Ionen und Molekülen zu löslichen, wenig dissoziierten Komplexen Grundlagen / Überlegungen: Komplexometrie Stabilität der Komplexe Komplexone / Chelatbildner Komplexbildungskonstanten und ihre ph-abhängigkeit Indikatoren

15 Praktikum: Aufgabe 11 Komplexometrische (chelatometrische) Bestimmung von Zink Vor dem Versuch Ansetzen einer 0,05 M EDTA-Maßlösung (Aufgabe 8 (II)) Ansetzen einer NH 4 Cl / NH 3 -Pufferlösung ph10 Versuchsdurchführung Entnahme von 25 ml der auf 100 ml aufgefüllten Probe Komplexbildungstitration der gepufferten Analyse mit EDTA-Maßlösung Jeweils eine Erio-T-Puffertablette zur Endpunktsindikation hinzugeben Dreimalige Versuchsdurchführung

16 Praktikum: Aufgabe 8 (II) Ansetzen der 0,05 M EDTA-Maßlösung Urtitersubstanz 4-4 H + Bestimmung des Titers t: Ethylendiamintetraacetat t = m m ist soll (Auswaage) (Auswaage) Achtung: EDTA-Gehalt laut Chemikalienbehälter beachten meist Na 2 H 2 C 10 H 12 O 8 N 2 2 H 2 O Handelsnamen: Komplexon III, Titriplex III, Idranal III

17 Praktikum: Aufgabe 11 Ansetzen einer Pufferlösung (Ammoniakpuffer: NH 4 Cl / NH 3 ) ph 10 Pufferlösungen sind Lösungen, die auch bei Zugabe erheblicher Mengen Säure oder Base ihren ph-wert nur wenig ändern. ph = pk S (HA) c(ha) lg c(a ) Henderson-Hasselbalch Gleichung 5,4 g! NH 4 Cl in 20 ml H 2 O lösen, 35 ml konz. NH 3 (25%ig) zugeben und auf 100 ml verdünnen. + m( NH 4 ) 5,4 g n( NH 4 ) = = 0,1mol + M ( NH ) 53,49 g 4 + m( NH3) 7,9 g n( NH3 ) = = 0,46mol M ( NH ) 17,03 g 3 + c( NH 4 ) 1mol / L ph = pk S ( NH 4 ) lg = 9,25 lg c( NH ) 4,6 mol / L

18 Praktikum: Aufgabe 11 Der Indikator Eriochromschwarz T H 2 X - ph < 6 HX 2- ph = 7-11 X 3- ph > 12 Metall-Indikator-Komplex: weinrote Lösung

19 Praktikum: Aufgabe 11 Komplexbildungstitrationen Hauptreaktion: Zn 2+ + EDTA Zn 2+ -EDTA-Komplex (starker Komplex, farblos) Indikatorreaktion: Zn 2+ -Erio-T-Komplex + EDTA Zn 2+ -EDTA-Komplex + Erio-T (weinrot) (grünlich) Prinzip: Der stärkere Ligand (EDTA) verdrängt den schwächeren (Erio-T) aus dem Komplex.

20 Praktikum: Aufgabe 11 Auswertung a) Verbrauchsmittelwert berechnen Stark abweichende Werte möglicherweise fehlerhaft b) Angabe der gesamten Masse von Zn 2+ in der Probe Berechnung der Stoffmenge über Volumenverbrauch n(gesucht) = c soll V Verbrauch t Umrechnung der Stoffmenge in (Gesamt)-Masse m = n M 4 Umrechnungsfaktor gesamte Analyse!

21 A2 Titration von H 3 PO 4 mit NaOH-Lsg. Titrationskurve von Phosphorsäure mit 0,1 N NaOH

22 A2 Titration von H 3 PO 4 mit NaOH-Lsg. pk s1 = 2,16 pk s2 = 7,21 pk s3 = 12,32 Titrationskurve von Phosphorsäure mit 0,1 N NaOH ph = pk c( HA) lg c( A ) S * Henderson-Hasselbalch Gleichung