Potentiometrische pKs-Bestimmung einer schwachen Säure und
Ansetzen eines Puffergemisches mit vorgegebenem pH-Wert

• Grundlagen:

a) Für Gemische schwacher Säuren HA mit ihren konjugierten Basen A^- gilt die Beziehung

	(1)
bzw. deren logarithmische Form (HASSELBALCH-HENDERSON-Gleichung)
	(2)

Ist [HA] = [A^-], d.h. ist eine vorgelegte Säure zur Hälfte neutralisiert, so ist pKs = pH. Weitere Theoretische Grundlagen finden Sie im Skript.

• Versuchsdurchführung:

  Die Ermittlung des entsprechenden pH-Wertes erfolgt durch potentiometrische Titration mit Hilfe einer Einstabmeßkette Glaselektrode/Bezugselektrode. Zur Durchmischung der Lösung wird bei der Titration ein Magnetrührer verwendet.

Achtung:

Die Glasmembran der Elektrode (Kugel am unteren Ende) ist dünn und empfindlich; die Elektrode (Preis ca. 200 DM) ist dementsprechend sorgsam zu behandeln. Achten Sie beim Einregulieren des Magnetrührers darauf, daß der Rührstab nicht an die Elektrode schlägt!

Vor der Messung wird das pH-Meter durch Eintauchen der Elektrode in ein Reagenzglas mit einigen ml Puffer vom pH=4 geeicht. Die Elektrode muß bei der Messung mindestens 2 cm in die Lösung eintauchen. Der seitliche Verschluß am oberen Elektrodenteil wird zum Druckausgleich während der Messsung geöffnet.

Eichung

• Funktionsschalter (5) auf "0"; ["stand by" (3) und "pH" (5) drücken].
• Gespülte Elektrode in den Eichpuffer eintauchen.
• Schalter (4) [13] auf 100 %.
• Knopf (3) [14] auf Temperatur der Lösung.
• (5) auf pH "0-14"; ["meas" (4) drücken].
• Mittels Gegenspannung (2) [6] am Anzeiger (8) pH des Eichpuffers einstellen.
• (5) auf „0"; ["stand by" (3) drücken].
• Elektrode spülen.

In einem 250 ml-Becherglas werden ca. 25 ml der schwachen Säure (c = 0,1 mol/l) mit ca. 50 ml Wasser verdünnt. Das Becherglas wird mit Rührstab auf den Rührmotor gestellt. An einem Stativ werden die Bürette mit NaOH (c = 0,1 mol/l) und die Elektrode befestigt. Nach Einregulieren des Rührstabes wird am Meßgerät Schalter (5) auf "0-14" gestellt ["pH" (5) gedrückt] und der pH-Wert abgelesen. Bei der Titration wird die Natronlauge in 0,5 ml-Schritten zugesetzt und der jeweils erreichte pH-Wert abgelesen. Die Titrationskurve (abgelesener pH-Wert gegen zugesetztes Gesamtvolumen NaOH) wird sofort grob aufgezeichnet; bei unstetigem Kurvenverlauf wird die Messung wiederholt. Der Zusatz von Natronlauge wird beendet, wenn ein pH-Wert von 11 erreicht ist. - Nach der Messung wird Schalter (5) auf "0" geschaltet ["stand by" (3) gedrückt], die Elektrode gespült und wieder in dest. Wasser gestellt.

• Entsorgung von Abfäillen:

Alle verwendeten Lösungen: Ausguß; mit Wasser nachspülen

• Protokoll:

  Zur exakteren Ermittlung des Äquivalenzpunktes wird die differentielle Form der genau gezeichneten Titrationskurve pH gegen _NaOH gezeichnet.

  Hierbei ist pH die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden pH-Werten und _NaOH das arithmetische Mittel aus den entsprechenden zugesetzten NaOH-Volumina. Das dem Maximum der Kurve zugehörige Volumen an NaOH entspricht bei einprotonigen Säuren vollständiger Neutralisation. Beim Zusatz der halben Menge ist o.g. Bedingung pH=pKs erfüllt. Der entsprechende pH-Wert wird der Titrationskurve (pH gegen ) entnommen. Für zweiprotonige Säuren ermittelt man den ersten pKs-Wert wie beschrieben. Das dem zweiten pKs-Wert entsprechende Volumen ist

V1 (2)

Verbrauch an NaOH bis zum l.(2.) Äquivalenzpunkt

Die Abhängigkeit des pH-Wertes eines Puffergemisches von seiner Zusammensetzung (Säure HA und konjugierte Base A^-) wird durch die Beziehungen (1) bzw. (2) beschrieben.

Berechnet man die Zusammensetzung eines Puffergemisches für einen vorgegebenen pH-Wert und setzt für [HA] bzw. [A^-] die Konzentrationen der Komponenten ein, so wird man potentiometrisch einen abweichenden pH-Wert messen. Für die schwache Neutralsäure HA, die molekular vorliegt, ist der Unterschied zwischen Aktivität und Konzentration gering, für das Salz der Säure jedoch nicht ohne weiteres zu vernachlässigen. Gleichung (1) muß bei höheren Ansprüchen an die Genauigkeit der Berechnung modifiziert werden:

(3)

a Aktivität c Konzentration fa Aktivitätskoeffizient

• Versuchsdurchführung:

Es soll ein Essigsäure/Acetat-Puffer mit von der Saalaufsicht vorgegebenem pH-Wert angesetzt werden (Ks = 1.8 * 10^-5 mol/l; pKs = 4,75). Hierzu werden 20 ml Essigsäure (c = 1 mol/l) in einen 100 ml Meßkolben pipettiert. Die Pufferlösung entsteht durch Zugabe von Natronlauge, die eine äquivalente Menge an Essigsäure zu Acetat umsetzt. Die Berechnung des notwendigen Volumens an NaOH (c = 1 mol/l) kann nach Gleichung (1) oder (2) erfolgen. Die Natronlauge wird aus einer Bürette zugegeben. Anschließend füllt man bis zur Marke mit Wasser auf und schüttelt um.

Vor der Messung wird das pH-Meter mit einem Eichpuffer vom pH=5 geeicht (Allgemeine Anmerkungen zur pH-Messung s. unter a) "pKs-Bestimmung"; die Verwendung des Magnetrührers entfällt).

Die Pufferlösung wird möglichst vollständig ohne Nachspülen in ein trockenes Becherglas überführt und ihr pH-Wert gemessen.

Nach Zugabe von 2 ml NaOH (c = 1 mol/l) aus der Bürette zu der Pufferlösung mißt man erneut den pH-Wert.

• Entsorgung von Abfäillen:

Alle verwendeten Lösungen: Ausguß; mit Wasser nachspülen

• Protokoll:

  Berechnungen zum Ansetzen der Pufferlösung nach (1) oder (2). Gemessene pH-Werte.

  Berechnung des Aktivitätskoeffizienten der Acetationen mit Gleichung (3); a(H₃O⁺) ergibt sich aus der pH-Messung.

  Berechnen Sie die zu erwartende pH-Änderung nach NaOH-Zusatz mit Gleichung (2) unter Berücksichtigung der durch den NaOH-Zusatz verursachten

  Erhöhung von [A^-] bei entsprechender Verminderung von [HA], und stellen Sie diese dem experimentellen Wert gegenüber. - Welcher pH-Wert wäre zu erwarten, wenn man 2 ml Natronlauge (c = 1 mol/l) zu 100 ml Wasser zusetzen würde?