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Freitag, 21. Februar 2014, 18:59

Tipps für die Laborpraxis - Säure-Base-Titration

Oft habe ich vergeblich nach Tipps für die Laborpraxis gesucht, speziell zu Versuchen. Das wünschen sich viele Studierende, daher dieser Thread. Mein erster Versuch:

Titration einer starken mehrbasigen Säure (Phosphorsäure) mit Indikatoren:


Benötigte Geräte:

100 mL Messkolben, 20 mL Vollpipette, 50 mL Bürette, 300 mL Weithals-Erlenmeyerkolben.

Benötigte Chemikalien:

Maßlösung, c(NaOH) = 0,1 mol/L.
Indikatoren 1. Stufe: 0,1%ige ethanolische Lösung Bromphenolblau.
Indikatoren 2. Stufe: 0,1%ige ethanolische Lösung von Thymolphthalein.

Vorschrift:

Die ausgegebene Probe wird im Messkolben auf 100 mL aufgefüllt. Es werden je 20 mL aliquotiert und im Erlenmeyerkolben mit Wasser auf ca. 100 mL verdünnt. Die Gehaltsbestimmung kann nun nach der ersten Stufe, der zweiten oder beider Stufen erfolgen. Machen Sie zwei verwertbare Bestimmungen mit Indikatoren Ihrer Wahl, wobei Sie wenigstens einmal beide Stufen simultan bestimmen. Das ist möglich, wenn mit Methylorange der erste Äquivalenzpunkt erreicht worden ist, nach weiterem Zusatz von Thymolphthalein weiter bis zum Umschlag nach grün titriert wird.

Verfassen Sie ein Protokoll unter Angabe des Ergebnisses in mg Phosphorsäure pro Probe an.

Sicherheit:

Bei dem Versuch wird mit Säuren und Laugen gearbeitet, es besteht Gefahr der Verätzung. Die persönliche Schutzausrüstung muss getragen werden, Methylorange ist giftig.

Entsorgung:

Die neutralisierte Lösung enthält nur geringe Menge des Indikators und kann daher dem Abwasser, im Spülabzug zugefügt werden.

Tipps:

Es geht mir primär um elementarste Tricks, beachtet, dass das mein erster Versuch ist. Einige Tipps die ich zusammenkratzen konnte:

- beim Umfüllen der Säure in den Messkolben den Behälter der Säure mehrmals ausspülen mit geringen Mengen Wasser, 4-5 Mal etwas Wasser in den Behälter geben, gut schütteln und hinterher alles mithilfe eines Trichters in einen Messkolben überführen


- Trichter mehrmals mit Wasser nachspülen um keine Probe zu verlieren

- so viele Titrationen wie möglich machen mit der Probe, bei einer 100 mL Probe entspricht das 4 Proben (es ist nicht möglich die 5te Probe zu machen, da man keine 20 mL zusammenkriegt - das wäre zu ungenau)

- wenn einer von den vier Werten sehr stark abweicht einfach weglassen und gar nicht dazuzählen, sog. "Ausreißer"

- Papiertuch unter den Erlenmeyer-Kolben legen für die Titration um den Umschlagpunkt besser zu erkennen

- den letzten Tropfen der Bürette mit dem Rand des Erlenmeyer-Kolbens abstreifen

- letzten Tropfen aus der Vollpipette nicht mit Gewalt raustropfen lassen, die Geräte sind so geeicht, dass dieser Tropfen schon mitgerechnet wurde

- Messkolben sehr gut schütteln, der wohl wichtigste Punkt

- beim Ablesen der Bürette darauf achten, dass man immer auf die selbe Art abliest bzw. so, dass der untere Minuskus den Strich berührt (wir haben Büretten mit diesen blauen Streifen, wie nennt man die?)

In der Form will ich eigentlich Tipps zu dem Versuch, wüsste jemand noch etwas? Wichtig ist noch die Indikatorwahl; hat jemand schon mal Erfahrung gemacht mit diesen Indikatoren? Welcher ist geeigneter als Indikator, Methylorange oder Thymolphthalein für den zweiten Umschlagpunkt? Womit lässt sich leichter handhaber (z.B. um die Farbe zu erkennen - um Gefahrenvermeidung geht es mir nicht)? Sollte ich beide versuchen oder Thymolphthalein gar nicht erst verwenden?

Die Berechnung der Phosphorsäure stellt eigentlich kein Problem dar, kann ich ja im Anschluss noch posten.

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Benutzer, die sich für diesen Beitrag bedankt haben:

Friedrich Karl Schmidt (01.04.2014)

2

Dienstag, 1. April 2014, 08:43

Du hast eigentlich schon die wichtigsten "Tipps" genannt, daher nur die Anmerkung, dass man auf Trichter verzichten sollte. Man kann Lösungen mit ein wenig Übung absolut verlustfrei von einem Gefäss in ein anderes giessen (diese natürlich mit DHMO nachspülen). Der Trichter ist nur eine weitere, unnötige Fehlerquelle.
Beim Ablesen des Meniskus an einem Messkolben sollte man immer den Stopfen einmal kurz lösen und anheben, da an dem Stopfen und dem Schliff meist noch Lösung haftet, die dann nach unten abfliessen kann.
Zur Wahl der Indikatoren : man sollte bei der Titration von schwachen Säuren bzw Laugen immer den Indikator nehmen, dessen Umschlagspunkt möglichst nahe an dem pKs der interessierenden Protolysstufe liegt. Für die zweite Stufe der Phosphorsäure kann Methylorange also keinesfalls verwendet werden ! Ich versuche eh auf diesen Indikator (der noch im Sauren umschlägt !) zu verzichten, da ich den Umschlag gelb-rot nur sehr schlecht erkennen kann. Thymolphthalein im Basischen ist eine feine Sache, weil der Umschlag farblos-blau sehr gut zu sehen und scharf ist.

lg

3

Dienstag, 1. April 2014, 13:21

- Messkolben sehr gut schütteln, der wohl wichtigste Punkt

Da der Messkolben bis zur "Eichmarke" gefüllt ist, bringt das Schütteln nicht viel. Deshalb : Man fasst den Messkolben mit einer Hand am Boden, mit der anderen im Bereich des Stopfens mit einem Finger auf demselben und stülpt den Messkolben mindestens 5 mal um.

- beim Ablesen der Bürette darauf achten, dass man immer auf die selbe Art abliest bzw. so, dass der untere Minuskus den Strich berührt (wir haben Büretten mit diesen blauen Streifen, wie nennt man die?)
Der "blaue Streifen" heißt "Schellbachstreifen"

Im Übrigen : Die Phosphorsäure ist bezüglich der ersten Dissozziationsstufe eine mittelstarke, bezüglich der zweiten eine schwache und in Bezug auf die dritte Dissozziationsstufe eine sehr schwache Säure,

Gruß FKS

4

Dienstag, 1. April 2014, 14:04

Du hast eigentlich schon die wichtigsten "Tipps" genannt, daher nur die Anmerkung, dass man auf Trichter verzichten sollte. Man kann Lösungen mit ein wenig Übung absolut verlustfrei von einem Gefäss in ein anderes giessen (diese natürlich mit DHMO nachspülen). Der Trichter ist nur eine weitere, unnötige Fehlerquelle.
Das sehe ich nicht ganz so. Wie ich die den "Regeln der Kunst" verstanden habe, liegt die Probelösung zwar in aller Regel in einem Becherglas vor, so dass man bei passenden Dimensionen ohne Trichter auskommen kann. Aber ab einem 400 mL - Becherglas und einem 100 mL - Messkolben würde ich das Verwenden eines Trichters durchaus für sinnvoll halten . Das "Risiko" , dabei etwas zu verlieren, sehe ich geringer , als die Gefahr, bei dem sich ja in mehreren Stufen vollziehenden Einfüllen von Probelösung bzw. Spülwasser etwas zu verlieren.

Aber ich räume ein, dass sich das aus der Sicht eines erfahrenen , in der Handhabung perfekten Analytikers, wie Sie es sind und ich es nie war , anders darstellen kann.
Beim Ablesen des Meniskus an einem Messkolben sollte man immer den Stopfen einmal kurz lösen und anheben, da an dem Stopfen und dem Schliff meist noch Lösung haftet, die dann nach unten abfliessen kann.
Nach meiner Vorstellung kommt der Stopfen nach Einfüllen und Auffüllen zum ersten Mal wieder auf den Messkolben, wenn der "Meniskus stimmt" . Für die Notwendigkeit von Zwischenablesungen fehlt mir die Phantasie.
Wesentlicher scheint mir die Frage , was zu tun ist, wenn man ein paar Millimeter zu hoch gefüllt hat.

Zitat

Zur Wahl der Indikatoren : man sollte bei der Titration von schwachen Säuren bzw Laugen immer den Indikator nehmen, dessen Umschlagspunkt möglichst nahe an dem pKs der interessierenden Protolysstufe liegt.
Wenn ich mich nicht täusche , so entspricht der pKs - Wert dem Halbäquivalenzpunkt. Der Umschlagspunkt des Indikators aber sollte dem Äuqivalenzpunkt entsprechen.

Gruß FKS

5

Dienstag, 1. April 2014, 16:37

Zitat von »Unda maris«



Beim Ablesen des Meniskus an einem Messkolben sollte man immer den Stopfen einmal kurz lösen und anheben, da an dem Stopfen und dem Schliff meist noch Lösung haftet, die dann nach unten abfliessen kann.
Nach meiner Vorstellung kommt der Stopfen nach Einfüllen und Auffüllen zum ersten Mal wieder auf den Messkolben, wenn der "Meniskus stimmt" . Für die Notwendigkeit von Zwischenablesungen fehlt mir die Phantasie.
Wesentlicher scheint mir die Frage , was zu tun ist, wenn man ein paar Millimeter zu hoch gefüllt hat.
Sie kennen sicher die Sache mit der Elektrostriktion, wenn man konzentrierte Salzlösungen herstellt. Auch gibt es Wärmetönungen (Lösen von Ammoniumnitrat oder konz. Schwefelsäure). Das alles kann ein mehrfaches Öffnen und Schütteln des Kolbens nötig werden lassen. Normalerweise füllt man die Kolben ja bis ein wenig unter den Strich, mischt durch, lässt den Kolben wieder die richtige Temperatur erreichen, und füllt erst dann vorsichtig bis zur Marke auf. Also mindestens einmal muss der Kolben geöffnet werden.

Ihre letzte Bemerkung verstehe ich nicht : wenn man zu hoch eingefüllt hat gibt's nur eins - Inhalt verwerfen und von vorne anfangen. Alles andere ist doch Pfuscherei, oder ?
Zitat


Zur Wahl der Indikatoren : man sollte bei der Titration von schwachen Säuren bzw Laugen immer den Indikator nehmen, dessen Umschlagspunkt möglichst nahe an dem pKs der interessierenden Protolysstufe liegt.
Wenn ich mich nicht täusche , so entspricht der pKs - Wert dem Halbäquivalenzpunkt. Der Umschlagspunkt des Indikators aber sollte dem Äuqivalenzpunkt entsprechen.
Da haben Sie natürlich Recht ... wie peinlich. :whistling:

6

Dienstag, 1. April 2014, 19:44

Indikatorwahl

Wichtig ist noch die Indikatorwahl; hat jemand schon mal Erfahrung gemacht mit diesen Indikatoren? Welcher ist geeigneter als Indikator, Methylorange oder Thymolphthalein für den zweiten Umschlagpunkt? Womit lässt sich leichter handhaber (z.B. um die Farbe zu erkennen - um Gefahrenvermeidung geht es mir nicht)? Sollte ich beide versuchen oder Thymolphthalein gar nicht erst verwenden?
Wie bereits geschrieben, wählt man den Indikator so, dass die Mitte des Umschlagsbereichs vom pH - Wert am Äquivalenzpunkt möglichst wenig abweicht.

Im Fall einer Titration von Phosphorsäure liegt am Äquivalenzpunkt der 1. Stufe nominal eine Dihydrogenphoshat- Lösung, also die Lösung eines Ampholyten vor. Als Näherung für den pH - Wert kann man für nicht zu stark verdünnte lösungen die folgende Näherung verwenden : \[ pH \ \approx \ 0,5 \ [ \ pK_S(H_3PO_4) \ + \ pK_S(H_2PO_4^{-}) \ ] \]\[ pH \ \approx \ 0,5 \ [ \ 2,12 \ + \ 7,21 \ ] \ = \ 4,67 \] An meiner Schule wurde für die erste Stufe Methylorange verwendet. Für die zweite Stufe dann Thymolphthalein wegen \[ pH \ \approx \ 0,5 \ [ \ pK_S((H_2PO_4^{-}) \ + \ pK_S(HPO_4^{2-}) \ ] \]\[ pH \ \approx \ 0,5 \ [ \ 7,21 \ + \ 12,67 \ ] \ = \ 9,94 \]

Gruß FKS


7

Sonntag, 6. April 2014, 15:27

Ihre letzte Bemerkung verstehe ich nicht : wenn man zu hoch eingefüllt hat gibt's nur eins - Inhalt verwerfen und von vorne anfangen. Alles andere ist doch Pfuscherei, oder ?
"einfach verwerfen" wird man sich nur dann erlauben können, wenn man über einen ausreichenden Vorrat an Probesubstanz verfügt. Wovon ich aber nicht allgemein ausgehen würde.

Nach den mir gelehrten "Regeln der Kunst" soll man so verfahren, dass man den Messkolbeninhalt überfürt in einen Messkolben des nächst größeren Formats.

Ich aber meine, dass man erst einmal die Größe des Fehlers abschätzen sollte, den ein Füllen bis über die "Eichmarke" bewirkt. Die genauen Werte habe ich nicht mehr parat, meine mich aber zu erinnern, dass bei einem 100 mL Meßkoben der Innenquerschnitt des Kolbenhalses 0,5 cm² beträgt, ein füllen bis 2 mm über die "Eichmarke" also ein um 0,1 mL zu großes Volumen bedeuten. Der dadurch bedingte relative Fehler also 0,1/100 = 0,1 % betragen würde. Wer meint diesen Fehler nicht hinnehmen zu können, hat die Möglichkeit, den Fehler zu reduzieren , indem er bei Durchführung der Analyse mit jeweils 20 mL nicht mit einem aliquoten Teil von 20/100 sondern mit 20/100,1 rechnet.

Gruß FKS

8

Mittwoch, 9. April 2014, 03:50

Vielen herzlichen Dank für die ausführlichen Antworten, das ist weit mehr als ich erwartet hatte!

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Verwendete Tags

Analytik, Säure-Base, Titration

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