Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 19.01.12


Potentiometrische Titration

Vortrag von Stephanie Bruchner im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - AC", WS 08/09


Gliederung:


Bei der Abgasuntersuchung wird gesagt, dass man für das vorgeführte Auto keine Plakette bekommen würde. Der Automechaniker hat mit seinen Geräten festgestellt, dass das Auto zu viel Kohlenstoffmonoxid (CO) ausstößt. Daraufhin versucht er eine Lösung zu finden und will die Lambdasonde überprüfen. Wenn diese defekt sei, so entgegnete der Mechaniker, würde das Luft/Benzingemisch nicht richtig eingestellt werden und es kommt zu einen erhöhten Kohlenstoffmonoxid-Ausstoß.

Warum ist die Lambda-Sonde schuld und was hat sie mit dem Thema, der potentiometrischen Titration zu tun?


1 Quantitative Analysen

1.1 Übersicht der Analysen

Titrimetrische Verfahren Indikatoren
Neutralisationsverfahren Farbumschlagsindikatoren
Redoxverfahren Niederschläge
Fällungsverfahren Potentiometrische Titration
Komplexbildungsverfahren Polarographie
Elektrogravimetrie
  Konduktometrie

1.2 Begriffserklärung

Titration ist ein quantitatives Verfahren zur Bestimmung einer unbekannten Menge eines gelösten Stoffes durch Zugaben einer bekannten Reagenzlösung bis zur quantitativen Umsetzung. Die quantitative Umsetzung ist am Aquivalenzpunkt, wo die Stoffmenge x eines Stoffes A gleich der Stoffmenge y eines Stoffes B ist.

Die potentiometrische Titration ist eine maßanalythische Methode, bei der der Potentialverlauf in Abhängigkeit vom Reagenzzusatz aufgenommen wird. Diese Methode bietet einen Vorteil bei gefärbten oder trüben Lösungen.


2 Titrationskurve und Äquivalenzpunktbestimmung

Versuch zur potentiometrischen Titration:

Halbautomatische Titration von Salzsäure mit Natronlauge

Die Wasserstoff-Ionen der Säure (Salzsäure) werden bei der Zugabe von einer Base (Natronlauge) neutralisiert. Dadurch sinkt die Konzentration der Wasserstoff-Ionen und der pH-Wert steigt relativ gleichmäßig an.

Am Äquivalenzpunkt sind alle Wasserstoff-Ionen der Säure neutralisiert. Der pH-Wert von 7 ergibt sich aus den nun relevanten Wasserstoff-Ionen des Wassers, die in einer Konzentration von 10-7 mol/l vorliegen. An diesem Punkt erkennt man eine sprunghafte Veränderung des pH-Wertes.

Bei einer größeren Zugabe der Base steigt der pH-Wert weiterhin an.

Anstelle des pH-Wertes kann das Ergebnis auch in Form der Spannung angegeben sein. Wie in folgender Abbildung gezeigt wird.


Abb. 1: Spannungskurven bei Zugabe von Natronlauge in Salzsäure

Die Form gleicht der Neutralisationskurve. Mitunter ist es zweckmäßig, nicht mit der Größe des Potentials, sondern mit dem Verhältnis der Potentialänderung ΔU zur Volumenänderung ΔV zu rechnen. Die Änderung des Quotienten aus ΔU/ΔV  am Äquivalenzpunkt ist größer als die des Potentials U und kann graphisch leicht erkannt werden, wie in Abb. 1 die rot dargestellte Kurve zeigt.

3 Potentiometrische Messungen

Bei einer potentiometrischen Messung wird die Elektromotorische Kraft (EMK) gemessen. Sie setzt sich aus der Differenz des Potentials der Bezugselektrode und des Potentials der Messelektrode zusammen.

EMK = E (Bezug) - E (Mess)

Das Elektrodenpotential E ist Konzentrationsabhängig und kann mit Hilfe des Nernstschen Gesetzes berechnet werden

E        Elektrodenpotetial
E°      Standardelektrodenpotential
R       universelle Gaskonstante
T        absolute Temperatur (Kelvin)
ze       übertragene Elektronenzahl
F        Faraday-Konstante
c        Konzentration
Ox      oxidierte Form
Red    reduzierte Form

Wie entsteht ein Potential?

In dem Versuch zur potentiometrischen Titration wurde eine pH-Meter verwendet. An den Grenzflächen zwischen der Lösung und den Gelschichten bilden sich Potentiale aus. Die Potentialgröße hängt von dem Verhältnis der Wasserstoff-Ionenkonzentration in der Lösung und die der Pufferlösung des pH-Meters nach Nernstscher Gleichung ab. So ist beim pH-Meter die EMK abhängig von dem Potential der Messelektrode und der Wasserstoff-Ionen außen, da die Innenkonzentration immer gleich ist.


Bild 2: Ausschnitte von pH-Meter (links) und Lambda-Sonde (rechts) im Vergleich

Bei der Lambda-Sonde ergibt sich das Sondenpotential ebenfalls durch das Nernstsche Gesetz, ist aber abhängig vom Sauerstoffpartialdruck aus dem Abgas und der Luft. Funktioniert diese Sonde nicht, so sendet sie kein oder ein falsches Signal weiter und das Benzin/Luftgemisch ist in einem schlechten Verhältnis. Durch ein schlechtes Benzin/Luftgemisch gelangen vermehrt Schadstoffe wie das Kohlenstoffmonoxid in die Luft.


4 Literatur:

  1. Strähle, Schweda, Jander Blasius: Einführung in das anorganisch chemische Praktikum, Stuttgard, 1990
  2. Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie, Das Basiswissen der Chemie, 8. Auflage, 2003
  3. https://www.wikipedia.de (19.10.2008) [Glaselektrode] [Potentiometrie] [Nernstsche Gesetz]
  4. http://www.chemiephysikskripte.de/potent/potent.pdf (19.10.2008)
  5. http://www.chemie.uni-greifswald.de/~plasma/biomathanleitungen/Potentiometrie_Biomath.pdf
     (19.10.2008)
  6. http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/11/cmt/vlus/titration.vlu/
    Page/vsc/de/ch/11/cmt/simulationen /titration/potentiometrie1.vscml.html (20.10.2008)

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E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 19.01.12