Titelseite, Vorwort, Inhaltsverzeichnis
ISSN 2571-5860TITRATION – oder Teilchen (er)zählenBerzelius-Laborjournal, 8/01, 12/2024
Vorwort
In diesem Laborjournal erwartet euch mit der Titration ein Tropfen-Thriller. Tropfen für Tropfen taucht ihr in grundlegende Reaktionen und Prinzipien der Chemie ein – in eine Welt, in der Stoffe um Elektronen und Protonen ringen. Dabei macht ihr mit der Titration fast das Unmögliche möglich: Ihr zählt die Teilchen im Becherglas. Von diesem Zählen erzählen wir hier.
Zunächst erfahrt ihr, wie die Titration mit dem Titrino – das ist der Name unses automatischen Hightech-Titrators – abläuft. Dann setzt ihr die Teilchenbrille auf und verfolgt die verschiedenen Ionen und Moleküle in der Analyselösung – Tropfen für Tropfen, Teilchen für Teilchen. Ein echter Slow-Motion-Film aus dem Becherglas.
Ihr erfahrt hier, wie ihr durch die automatische Titration den Vitamin-C-Gehalt in Fruchtsäften spielend bestimmen könnt. Dabei versteht ihr ganz nebenbei Sinn und Zweck sowie die Schönheit der Reaktionsgleichungen. Für die Messung der Bodenatmung begebt ihr euch in die unterirdische Welt der Mikroorganismen und Wurzeln, wo gasförmige Teilchen ans Tageslicht strömen. Wir fangen sie ein und analysieren sie mit dem Titrino über die Säure-Base-Titration.
Weiter geht's mit einem Escape-Rätsel à la «Game of Thrones» und Seemannsgarn rund um das Vitamin C – einem historischen Lehrstück über Pharmazeutika und Marketing.
Scrollend startet deine Entdeckungsreise in das spannende* Universum der Titration.
Gute Unterhaltung und viele neue Einsichten wünscht euch das Berzelius-Team
*: «Spannend" ist ein abgenutztes Adjektiv, das wir zu vermeiden suchen. Die Autorin hat sich etwas gedacht dabei, als sie «spannend» schrieb. Vielleicht findet ihr heraus warum. Die Auflösung gibt es im Kapitel
Solltest du dich vor lauter Entdeckergeist im Dickicht der Erzählungen verlieren, findest du oben rechts drei Menü-Striche, die dich wieder auf die Startseite führen.
Zunächst erfahrt ihr, wie die Titration mit dem Titrino – das ist der Name unses automatischen Hightech-Titrators – abläuft. Dann setzt ihr die Teilchenbrille auf und verfolgt die verschiedenen Ionen und Moleküle in der Analyselösung – Tropfen für Tropfen, Teilchen für Teilchen. Ein echter Slow-Motion-Film aus dem Becherglas.
Ihr erfahrt hier, wie ihr durch die automatische Titration den Vitamin-C-Gehalt in Fruchtsäften spielend bestimmen könnt. Dabei versteht ihr ganz nebenbei Sinn und Zweck sowie die Schönheit der Reaktionsgleichungen. Für die Messung der Bodenatmung begebt ihr euch in die unterirdische Welt der Mikroorganismen und Wurzeln, wo gasförmige Teilchen ans Tageslicht strömen. Wir fangen sie ein und analysieren sie mit dem Titrino über die Säure-Base-Titration.
Weiter geht's mit einem Escape-Rätsel à la «Game of Thrones» und Seemannsgarn rund um das Vitamin C – einem historischen Lehrstück über Pharmazeutika und Marketing.
Scrollend startet deine Entdeckungsreise in das spannende* Universum der Titration.
Gute Unterhaltung und viele neue Einsichten wünscht euch das Berzelius-Team
*: «Spannend" ist ein abgenutztes Adjektiv, das wir zu vermeiden suchen. Die Autorin hat sich etwas gedacht dabei, als sie «spannend» schrieb. Vielleicht findet ihr heraus warum. Die Auflösung gibt es im Kapitel
Solltest du dich vor lauter Entdeckergeist im Dickicht der Erzählungen verlieren, findest du oben rechts drei Menü-Striche, die dich wieder auf die Startseite führen.
Inhalt
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Folge den Hauptkapiteln, um Fakten zur Titration und der Funktionsweise des Hightech-Titrierers zu erhalten. Begib dich auf die Pfade der Exkurse, um Hintergründe und mehr zu erfahren!
Hauptkapitel ⇓ ; Exkurse ⟹
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Hauptkapitel ⇓ ; Exkurse ⟹
Prolog Titration
Die Reise beginnt ...Die Lösung ist die LösungEin gehaltvoller Titel
Eins vorweg: Die Titration ist die erste direkte Methode der quantitativen Analytik.
Das Prinzip ist direkt und simpel: Wenn ich weiss, dass der gesuchte Stoff A mit einem anderen Stoff B reagiert und ich dazu noch das Reaktionsverhältnis – dazu später mehr, Stichwort: Reaktionsgleichung – kenne, muss ich nur messen, wie viel Stoff ich von B hinzugeben muss, bis alle Teilchen des Stoffes A reagiert haben. Einfacher geht's nicht, oder?
Der Faden dieser Geschichte entrollt sich mit folgendem leicht angestaubten Dialog zu später Stunde zwischen der fiktiven Wissenschaftlerin Marie und dem französischen Chemiker und Apotheker François Antoine Henri Descroizilles' (1751–1825).
Marie: «Quel est le titre?»
François: «Le titre de quoi? Le titre de l'article?»
Marie: «Non! Le titre de la solution!»
Ein klassisches Missverständnis um eine Begriffsdoppeldeutigkeit. Der «Titre» ist nicht nur eine literarische Inhaltsangabe, sondern auch eine chemische. Im engeren Sinne bezeichnet die Titration die volumetrische Konzentrationsbestimmung in einer Probelösung.
Begriffliche Verstrickungen stehen am Anfang einer Erfolgsgeschichte, die tief in das Wesen der Chemie reicht. Apotheker und Mediziner jener Zeit bewegten sich auf dem schmalen Grat, Verbindungen zu untersuchen, die sowohl als Medizin als auch als Gift wirken konnten. Entstauben wir den obigen Dialog und widmen wir uns den Protagonisten.
François Descroizilles wirkte in der Normandie. Bleivergiftungen durch gepanschten Apfelwein trieben ihn an, die chemische Analytik zu verbessern. Hier kommt auch der berühmte französische Chemiker Antoine Lavoisier (1743–1794) ins Spiel, der Descroizilles' Hypothese mit aufwändigen Experimenten überprüfte und später zusammen mit seiner Frau Marie-Anne die Bürette entwickelte.
Descroizilles' Bürette war nur ein Messzylinder mit optimierter Giessvorrichtung und genauer Skalierung – der erste Schritt, um eine genaue Volumenbestimmung vorzunehmen. Er nannte das Gefäss Alcalimètre, in Deutsch: Alkalimeter.
Schliesslich war es nicht der gepanschte Apfelwein, der den entscheidenden Impuls gab. Nein, Zeit war Geld und geschultes Personal war rar. Prozessoptimierung war schon damals angesagt. Descorizilles' Interesse galt der aufstrebenden Textilindustrie. Hier wuchs der Bedarf an einfach anwendbarer quantitativer Analytik für das kontrollierte Bleichen und Färben von Stoffen. Die bekannten gravimetrischen Nachweise durch Stoffisolierung und Wägen waren zu kompliziert und langwierig.
Die Lösung lag in der Lösung – oder eben der Weiterentwicklung zu einer direkten quantitativen, nasschemischen Methode. «Direkt» bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der zu bestimmende Stoff durch Reaktion mit dem zugetropften Stoff direkt verbraucht wird.
Jetzt kennst du die Geschichte hinter der Idee der Titration und deren simples Prinzip. Die Geschichte geht weiter. Wissenschaft schafft Wissen. Auch in der Hightech-Analytik mit dem Titrino bleibt die Masslösung das «Mass aller Dinge».
Das Prinzip ist direkt und simpel: Wenn ich weiss, dass der gesuchte Stoff A mit einem anderen Stoff B reagiert und ich dazu noch das Reaktionsverhältnis – dazu später mehr, Stichwort: Reaktionsgleichung – kenne, muss ich nur messen, wie viel Stoff ich von B hinzugeben muss, bis alle Teilchen des Stoffes A reagiert haben. Einfacher geht's nicht, oder?
Der Faden dieser Geschichte entrollt sich mit folgendem leicht angestaubten Dialog zu später Stunde zwischen der fiktiven Wissenschaftlerin Marie und dem französischen Chemiker und Apotheker François Antoine Henri Descroizilles' (1751–1825).
Marie: «Quel est le titre?»
François: «Le titre de quoi? Le titre de l'article?»
Marie: «Non! Le titre de la solution!»
Ein klassisches Missverständnis um eine Begriffsdoppeldeutigkeit. Der «Titre» ist nicht nur eine literarische Inhaltsangabe, sondern auch eine chemische. Im engeren Sinne bezeichnet die Titration die volumetrische Konzentrationsbestimmung in einer Probelösung.
Begriffliche Verstrickungen stehen am Anfang einer Erfolgsgeschichte, die tief in das Wesen der Chemie reicht. Apotheker und Mediziner jener Zeit bewegten sich auf dem schmalen Grat, Verbindungen zu untersuchen, die sowohl als Medizin als auch als Gift wirken konnten. Entstauben wir den obigen Dialog und widmen wir uns den Protagonisten.
François Descroizilles wirkte in der Normandie. Bleivergiftungen durch gepanschten Apfelwein trieben ihn an, die chemische Analytik zu verbessern. Hier kommt auch der berühmte französische Chemiker Antoine Lavoisier (1743–1794) ins Spiel, der Descroizilles' Hypothese mit aufwändigen Experimenten überprüfte und später zusammen mit seiner Frau Marie-Anne die Bürette entwickelte.
Descroizilles' Bürette war nur ein Messzylinder mit optimierter Giessvorrichtung und genauer Skalierung – der erste Schritt, um eine genaue Volumenbestimmung vorzunehmen. Er nannte das Gefäss Alcalimètre, in Deutsch: Alkalimeter.
Schliesslich war es nicht der gepanschte Apfelwein, der den entscheidenden Impuls gab. Nein, Zeit war Geld und geschultes Personal war rar. Prozessoptimierung war schon damals angesagt. Descorizilles' Interesse galt der aufstrebenden Textilindustrie. Hier wuchs der Bedarf an einfach anwendbarer quantitativer Analytik für das kontrollierte Bleichen und Färben von Stoffen. Die bekannten gravimetrischen Nachweise durch Stoffisolierung und Wägen waren zu kompliziert und langwierig.
Die Lösung lag in der Lösung – oder eben der Weiterentwicklung zu einer direkten quantitativen, nasschemischen Methode. «Direkt» bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der zu bestimmende Stoff durch Reaktion mit dem zugetropften Stoff direkt verbraucht wird.
Jetzt kennst du die Geschichte hinter der Idee der Titration und deren simples Prinzip. Die Geschichte geht weiter. Wissenschaft schafft Wissen. Auch in der Hightech-Analytik mit dem Titrino bleibt die Masslösung das «Mass aller Dinge».
Wir verstehen nur, …... was wir tun
Der deutsche Dichter und Naturwissenschaftler Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832) wollte damit ausdrücken, dass wahres Verständnis mit der aktiven Erfahrung und der praktischen Anwendung beginnt.
Für das Titrieren heisst das:
Masslösung einfüllen. Probe abmessen. Indikator zugeben. Zutropfen, rühren, beobachten. Zutropfen, rühren, beobachten. Und so weiter usw. … bis zum Umschlagspunkt.
Dann berechnen wir mit dem zugegebenen, an der Bürette abgelesenen Volumen, die Konzentration des gesuchten Stoffes, auch Analyt bzw. Titrand genannt.
Damit sind wir auch schon bei den Fachbegriffen, also der Fachsprache bzw. der Terminologie, gelandet. Danach geht's Schritt für Schritt zum Titrieren.
Für das Titrieren heisst das:
Masslösung einfüllen. Probe abmessen. Indikator zugeben. Zutropfen, rühren, beobachten. Zutropfen, rühren, beobachten. Und so weiter usw. … bis zum Umschlagspunkt.
Dann berechnen wir mit dem zugegebenen, an der Bürette abgelesenen Volumen, die Konzentration des gesuchten Stoffes, auch Analyt bzw. Titrand genannt.
Damit sind wir auch schon bei den Fachbegriffen, also der Fachsprache bzw. der Terminologie, gelandet. Danach geht's Schritt für Schritt zum Titrieren.
Es geht nicht ohne BegriffsklärungenDie Terminologie
Jede Disziplin hat ihre spezifische Fachsprache. Die müssen wir kennen, damit wir sicher stellen, dass wir vom gleichen reden und es keine Missverständnisse gibt. Begriffe helfen beim Begreifen.
Wir starten mit wichtigen Fachbegriffen. Den Formalismus rund um die Reaktionsgleichungen erklären wir später.
Die Titration nutzt die chemische Reaktion zwischen zwei Stoffen. Sie bilden vereinfacht ausgedrückt ein Paar aus Gesuchtem und Suchendem.
Für die Gesuchten:
Analyt (oder Titrand) ist der gesuchte Stoff, z. B. Vitamin C.
Probelösung ist die zu untersuchende Lösung, die den Analyten enthält, z. B. Orangensaft. Man spricht hier auch von der Probenmatrix, oft auch nur von Matrix.
Auf der Seite des Suchenden:
Titrant ist der Stoff in der Masslösung, der mit dem Analyten reagiert, z. B. Iod/Iodat.
Masslösung (auch Titriermittel) enthält den Titranten in bekannter Konzentration.
Titer ist die exakte Konzentration des Titranten in der Masslösung. Ist die Masslösung älter, dann kann sich ich die Konzentration des Titranten ändren, weshalb sie in der Auftragsanalytik regelmässig bestimmt werden muss.
In der Titration geht es also um die Bestimmung der Konzentration des Analyten durch Reaktion von Analyt und Titrant.
Wir starten mit wichtigen Fachbegriffen. Den Formalismus rund um die Reaktionsgleichungen erklären wir später.
Die Titration nutzt die chemische Reaktion zwischen zwei Stoffen. Sie bilden vereinfacht ausgedrückt ein Paar aus Gesuchtem und Suchendem.
Für die Gesuchten:
Analyt (oder Titrand) ist der gesuchte Stoff, z. B. Vitamin C.
Probelösung ist die zu untersuchende Lösung, die den Analyten enthält, z. B. Orangensaft. Man spricht hier auch von der Probenmatrix, oft auch nur von Matrix.
Auf der Seite des Suchenden:
Titrant ist der Stoff in der Masslösung, der mit dem Analyten reagiert, z. B. Iod/Iodat.
Masslösung (auch Titriermittel) enthält den Titranten in bekannter Konzentration.
Titer ist die exakte Konzentration des Titranten in der Masslösung. Ist die Masslösung älter, dann kann sich ich die Konzentration des Titranten ändren, weshalb sie in der Auftragsanalytik regelmässig bestimmt werden muss.
In der Titration geht es also um die Bestimmung der Konzentration des Analyten durch Reaktion von Analyt und Titrant.
Die TitrationDas Prinzip
Mit der Titration kannst du die Konzentration eines Stoffes (Analyten) in einer (Proben-)Lösung bestimmen. Welche Art der Titration du dafür verwendest, hängt vom Analyten ab.
Am bekanntesten ist die Säure-Base-Titration. Mit ihr ermittelst du den Säure- bzw. Basegehalt einer wässrigen Lösung.
In unserem Experimentiermodul bestimmen wir die Konzentration von gelöstem Vitamin C (Ascorbinsäure) in Fruchtsaft mittels Redoxtitration – einer anderen gängigen Variante der Titration.
Egal, ob Säure-Base- oder Redoxreaktion, das zugrundeliegende Prinzip ist immer gleich:
Wir geben Tropfen für Tropfen einer Masslösung mit bekannter Stoffkonzentration zu, – solange bis ein Indikator oder eine Elektrode den Umschlagspunkt anzeigt. Dazu später mehr.
Jetzt stoppst du die Titration und liest auf der Bürette das verbrauchte Volumen ab. Damit ist die Konzentration des Analyten schnell berechnet. Wie das geht, erklären wir dir gleich.
Zuerst aber stellen wir dir unseren automatischen Titrator vor.
Weitere Informationen findest du auch hier:
Was ist Titration? – Definition und Grundlagen | Metrohm
Am bekanntesten ist die Säure-Base-Titration. Mit ihr ermittelst du den Säure- bzw. Basegehalt einer wässrigen Lösung.
In unserem Experimentiermodul bestimmen wir die Konzentration von gelöstem Vitamin C (Ascorbinsäure) in Fruchtsaft mittels Redoxtitration – einer anderen gängigen Variante der Titration.
Egal, ob Säure-Base- oder Redoxreaktion, das zugrundeliegende Prinzip ist immer gleich:
Wir geben Tropfen für Tropfen einer Masslösung mit bekannter Stoffkonzentration zu, – solange bis ein Indikator oder eine Elektrode den Umschlagspunkt anzeigt. Dazu später mehr.
Jetzt stoppst du die Titration und liest auf der Bürette das verbrauchte Volumen ab. Damit ist die Konzentration des Analyten schnell berechnet. Wie das geht, erklären wir dir gleich.
Zuerst aber stellen wir dir unseren automatischen Titrator vor.
Weitere Informationen findest du auch hier:
Was ist Titration? – Definition und Grundlagen | Metrohm
Wir verstehen nur was wir tun
Ein kleines Wunder, dieserTitrino916 Ti-Touch – ein automatischer Titrator
Wie ermittelt dieser automatische Titrator den Gehalt eines gesuchten Stoffes in der Probenlösung?
Einerseits zählt das Gerät mit einer Dosiereinheit, dem Dosino, wie viel Masslösung zur Probe tropft. Und dies mit einer atemberaubenden Genauigkeit. Andererseits misst eine Elektrode die Spannungsänderung in der Probenlösung. So funktioniert die Titration ganz ohne Indikator. Und jetzt weisst du auch, warum wir im Vorwort vom «spannenden Universum der Titration» sprachen.
Bevor du den Titrino in Betrieb nimmst, schau dir die Videos dazu auf den folgenden Seiten an.
Bevor wir es vergessen. Der Titrino ist neu in unserem Gerätepark. Wir bieten folgende Sensoren dazu an:
Damit können wir
Eine Übersicht über die Methode und den Titrino bietet dir die Website des Herstellers.
Einerseits zählt das Gerät mit einer Dosiereinheit, dem Dosino, wie viel Masslösung zur Probe tropft. Und dies mit einer atemberaubenden Genauigkeit. Andererseits misst eine Elektrode die Spannungsänderung in der Probenlösung. So funktioniert die Titration ganz ohne Indikator. Und jetzt weisst du auch, warum wir im Vorwort vom «spannenden Universum der Titration» sprachen.
Bevor du den Titrino in Betrieb nimmst, schau dir die Videos dazu auf den folgenden Seiten an.
Bevor wir es vergessen. Der Titrino ist neu in unserem Gerätepark. Wir bieten folgende Sensoren dazu an:
- pH-Elektrode
- Platinelektrode
- Au-Doppelring-Elektrode
Damit können wir
- Säure-Base-Titrationen wie auch
- Redoxtitrationen durchführen.
Eine Übersicht über die Methode und den Titrino bietet dir die Website des Herstellers.
Vorher/Nacher Ansicht
Manuelle versus elektronische BüretteTitrino vs. manuelle Titration
Der Clou der Titration ist das genaue Bestimmen der verbrauchten Masslösung. Das gewährleistet klassischerweise die manuelle Bürette. Sie verfügt über eine millilitergenaue Skala und zeigt genau an, wie viel Titriermittel verbraucht wurde. Mit einem Hahn, so eine Art Glasventil, steuerst du die Zugabe des Titriermittels auf den Tropfen genau.
Übrigens, Descroizilles' Alcalimètre hatte noch keinen Hahn. Bürette heisst übersetzt «Kännchen». Descroizilles goss also den Titranten zur Probe. Es war der deutsche Pharmazeut und Chemiker Karl Friedrich Mohr (1806–1879), der eine Bürette mit Hahn entwickelte, die Quetschhahnbürette.
Das Zutropfen übernimmt beim Titrino die Dosiereinheit, auch Dosino genannt. Da der Titrino über die Elektrode die Spannungsänderungen im Becherglas berechnet, dosiert der Dosino auf Zehntelmilliliter genau und errechnet den Äquivalenzpunkt über die Messwerte.
Bei der manuellen Titration erkennst du den Äquivalenzpunkt am Umschlag des Indikators. Das grosse Fragezeichen hier: Wann ist dieser Farbumschlag tatsächlich erreicht?
Die Vorteile beim Titrino liegen in der grösseren Genauigkeit und Präszision der Messung. Potentialmessungen über Sensoren (Elektroden) funktionieren genauer als unser subjektiven Sinne. Weitere Vorteile liegen in der Datenrückverfolgbarkeit und der automatisierten Berechnungen. Aber Vorsicht: Shit-in, Shit-out!
Die Vorher/Nachher-Ansicht ermöglicht dir einen direkten Vergleich von automatischer und manueller Titration.
Klicke auf das Startzeichen unten links, um die Geräte miteinander zu vergleichen.
Das Berechnen der gesuchten Konzentration erklären wir nach den folgenden Videos zur Bedienung.
Übrigens, Descroizilles' Alcalimètre hatte noch keinen Hahn. Bürette heisst übersetzt «Kännchen». Descroizilles goss also den Titranten zur Probe. Es war der deutsche Pharmazeut und Chemiker Karl Friedrich Mohr (1806–1879), der eine Bürette mit Hahn entwickelte, die Quetschhahnbürette.
Das Zutropfen übernimmt beim Titrino die Dosiereinheit, auch Dosino genannt. Da der Titrino über die Elektrode die Spannungsänderungen im Becherglas berechnet, dosiert der Dosino auf Zehntelmilliliter genau und errechnet den Äquivalenzpunkt über die Messwerte.
Bei der manuellen Titration erkennst du den Äquivalenzpunkt am Umschlag des Indikators. Das grosse Fragezeichen hier: Wann ist dieser Farbumschlag tatsächlich erreicht?
Die Vorteile beim Titrino liegen in der grösseren Genauigkeit und Präszision der Messung. Potentialmessungen über Sensoren (Elektroden) funktionieren genauer als unser subjektiven Sinne. Weitere Vorteile liegen in der Datenrückverfolgbarkeit und der automatisierten Berechnungen. Aber Vorsicht: Shit-in, Shit-out!
Die Vorher/Nachher-Ansicht ermöglicht dir einen direkten Vergleich von automatischer und manueller Titration.
Klicke auf das Startzeichen unten links, um die Geräte miteinander zu vergleichen.
Das Berechnen der gesuchten Konzentration erklären wir nach den folgenden Videos zur Bedienung.
Auspacken und zusammenbauenTitrino aufbauen
Beim Ausleihen bekommst du eine Schritt-für-Schritt-Anleitung inklusive Handbuch.
Das Video zeigt den kinderleichten Aufbau und Anschluss des Titrinos.
Im Vollbildmodus kannst du den Film beliebig pausieren, zurück und vor spulen.
Das Video zeigt den kinderleichten Aufbau und Anschluss des Titrinos.
Im Vollbildmodus kannst du den Film beliebig pausieren, zurück und vor spulen.
Bürettenspitze und Dosino klarmachenDosieren vorbereiten
Nach Aufbau des Titrators bereiten wir den Dosino und die Bürettenspitze vor.
Das Video zeigt dir die Vorbereitungen für die Analyse von Vitamin C in Fruchtsaft. Es kann also sein, dass du ein anderes Titriermittel und eine andere Elektrode verwendest. Auch die Angaben auf den Bildschirmausschnitten können abweichen. Lass dich davon nicht verwirren, denn die benötigten Schaltflächen sind die gleichen.
Das Video zeigt dir die Vorbereitungen für die Analyse von Vitamin C in Fruchtsaft. Es kann also sein, dass du ein anderes Titriermittel und eine andere Elektrode verwendest. Auch die Angaben auf den Bildschirmausschnitten können abweichen. Lass dich davon nicht verwirren, denn die benötigten Schaltflächen sind die gleichen.
Titrieren
Dieses Video zeigt, wie du eine gespeicherte Methode lädst und die Messung vorbereitest.
Die Kalibrierung der pH-Elektrode ist hier nicht gezeigt. Sie wird einfach über die Schaltfläche CAL gestartet. Kalibrierlösungen für die pH-Elektrode findest du in der Transportkiste.
Der Titrino ist erst seit kurzer Zeit in Betrieb, weshalb sein Methodenspeicher sehr wenige Methoden enthält. Beim Erstellen neuer Methoden, z. B. für deine Maturaarbeit, hilft dir das Berzelius-Team: berzelius@phsg.ch
Sehr viele Titrationen inklusive Messparameter findest du auf der Seite des Herstellers, der Metrohm.
Die Kalibrierung der pH-Elektrode ist hier nicht gezeigt. Sie wird einfach über die Schaltfläche CAL gestartet. Kalibrierlösungen für die pH-Elektrode findest du in der Transportkiste.
Der Titrino ist erst seit kurzer Zeit in Betrieb, weshalb sein Methodenspeicher sehr wenige Methoden enthält. Beim Erstellen neuer Methoden, z. B. für deine Maturaarbeit, hilft dir das Berzelius-Team: berzelius@phsg.ch
Sehr viele Titrationen inklusive Messparameter findest du auf der Seite des Herstellers, der Metrohm.
AuswertungTitrationskurven
Titrationskurven
sind die Ergebnisse der Titration in grafischer Form. Sie zeigen den Verlauf der Titration, zeigen wie sich z. B. der pH-Wert oder das Redoxpotential in Abhängigkeit vom Volumen der zugegebenen Titrationslösung verändert. Die x-Achse zeigt das Volumen der dosierten Titrationslösung (in ml) und die y-Achse die Messgrösse, also der pH-Wert bzw. das Potential in Millivolt, je nach Titrationsart und Elektrode.
In der Titrationskurve stecken viel Informationen, allem voran liefert sie den Äquivalenzpunkt (bezeichnet mit EP). Auch ist der Verlauf der Titrationkurve je nach Messmethode und Reaktanden unterschiedlich. Mal ist sie aufsteigend, mal abfallend, mal S-förmig oder auch mal mit mehreren Wendepunkten.
Im Hintergrundvideo siehst du die Titrationskurve der Titration von Vitamin C. Es handelt sich um einen Redoxtitration mit einer polarisierten Elektrode. Am Wendepunkt der Kurve liegt der gesuchte Äquivalenzpunkt.
Im rechten Menü kannst du den Text ausblenden, um das Video besser zu sehen.
Der Titrino erkennt die Äquivalenzpunkte und gibt an, wie viel Titriermittel an den jeweiligen Äquivalenzpunkten verbraucht wurde. Diesen Wert brauchst du für deine Berechnungen.
Scrolle weiter, um mehr über den Verlauf der Titrationskurven zu erfahren.
Anschliessend zeigen wir dir, wie du die Konzentration des Analyten in der Probelösung berechnest.
In der Titrationskurve stecken viel Informationen, allem voran liefert sie den Äquivalenzpunkt (bezeichnet mit EP). Auch ist der Verlauf der Titrationkurve je nach Messmethode und Reaktanden unterschiedlich. Mal ist sie aufsteigend, mal abfallend, mal S-förmig oder auch mal mit mehreren Wendepunkten.
Im Hintergrundvideo siehst du die Titrationskurve der Titration von Vitamin C. Es handelt sich um einen Redoxtitration mit einer polarisierten Elektrode. Am Wendepunkt der Kurve liegt der gesuchte Äquivalenzpunkt.
Im rechten Menü kannst du den Text ausblenden, um das Video besser zu sehen.
Der Titrino erkennt die Äquivalenzpunkte und gibt an, wie viel Titriermittel an den jeweiligen Äquivalenzpunkten verbraucht wurde. Diesen Wert brauchst du für deine Berechnungen.
Scrolle weiter, um mehr über den Verlauf der Titrationskurven zu erfahren.
Anschliessend zeigen wir dir, wie du die Konzentration des Analyten in der Probelösung berechnest.
Säurezahl von Erdölprodukten
Die Kurve zeigt die Bestimmung schwacher Säuren durch nichtwässrige Titration mit einer starken Base (hier KOH).
Erklärung: Schwache Säuren geben Protonen grösstenteils in Gegenwart einer starken Base ab. KOH-Lösung ist eine starke Base. Der entstehende Säure-Rest ist aber seinerseits eine relativ guter Protonenaktzeptor. Es kommt zu Rückreaktionen und die vollständige Protonenabgabe der Analyten stellt sich erst in einem basischen Milieu ein. Die Steigung um den Äquivalenzpunkt ist schwach. Er ist
erst bei ca. pH = 9.5 erreicht.
Erklärung: Schwache Säuren geben Protonen grösstenteils in Gegenwart einer starken Base ab. KOH-Lösung ist eine starke Base. Der entstehende Säure-Rest ist aber seinerseits eine relativ guter Protonenaktzeptor. Es kommt zu Rückreaktionen und die vollständige Protonenabgabe der Analyten stellt sich erst in einem basischen Milieu ein. Die Steigung um den Äquivalenzpunkt ist schwach. Er ist
erst bei ca. pH = 9.5 erreicht.
Titerbestimmung Fällungstitration
Die Titrationkurve zeigt eine Titerbestimmung. Eine Natriumchloridlösung dient hier als Urtiterlösung, d. h. die Konzentration der Chloridionen ist bekannt. Die Probe ist eine Silbernitrat-Masslösung, die später für eine Fällungstitration verwendet werden soll.
Der EP ist gut erkennbar, da die Chloridionen rasch mit den Silberionen ein Salzgitter bilden und ausfällen.
Die Silberelektrode detektiert die in der Lösung vorhandenen Silberionen. Verändert sich deren Konzentration in der Probelösung, verändert sich das Gleichgewicht von gebundenen und gelösten Silberionen an der Elektrode und dadurch auch die Spannungsdifferenz zwischen Referenzsystem und Messystem.
Der EP ist gut erkennbar, da die Chloridionen rasch mit den Silberionen ein Salzgitter bilden und ausfällen.
Die Silberelektrode detektiert die in der Lösung vorhandenen Silberionen. Verändert sich deren Konzentration in der Probelösung, verändert sich das Gleichgewicht von gebundenen und gelösten Silberionen an der Elektrode und dadurch auch die Spannungsdifferenz zwischen Referenzsystem und Messystem.
Klassischer Kurvenverlauf einer Titration
Dieser Kurvenverlauf einer iodometrischen Titration ist charakteristisch für sehr viele Titrationen. Auffallend ist der langsame Anstieg der Kurve zu Beginn der Titration. Der Analyt liegt in so grosser Konzentration vor, dass sich der gemessene Wert durch das Zutropfen des Titranten nur wenig ändert.
Nahe am Äquivalenzpunkt ist nur noch ganz wenig Analyt vorhanden. Ein einziger Tropfen führt dann zum Überschuss des Titranten in der Lösung. Das Elektrodenpotential ändert sich sprunghaft. Der Äquivalenzpunkt ist deutlich erkennbar. Dann flacht die Kurve ab, weil mit jedem weiteren Tropfen die relative Änderung der Titrantenkonzentration kleiner wird.
Nahe am Äquivalenzpunkt ist nur noch ganz wenig Analyt vorhanden. Ein einziger Tropfen führt dann zum Überschuss des Titranten in der Lösung. Das Elektrodenpotential ändert sich sprunghaft. Der Äquivalenzpunkt ist deutlich erkennbar. Dann flacht die Kurve ab, weil mit jedem weiteren Tropfen die relative Änderung der Titrantenkonzentration kleiner wird.
Cyanid in Abwasser
Titration mit zwei Äquivalenzpunkten. Silbernitrat ist der Titrant. Silber- und Cyanidionen bilden zunächst Silbercyanid AgCN. Der zweite Äquivalenzpunkt stammt von der Komplexierung zum Dicyanoargentat(I).
Titration eines Säuregemisches
Diese Grafik zeigt als zweite Kurve zusätzlich den Verlauf der Potenzialveränderungen an. Nahe am Äquivalenzpunkt sind die Potenzialveränderungen besonders gross. Das zeigen die beiden Peaks an. So erkennst du schön, wie der Titrino die EPs berechnet.
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Säurezahl von Erdölprodukten
Die Kurve zeigt die Bestimmung schwacher Säuren durch nichtwässrige Titration mit einer starken Base (hier KOH).
Erklärung: Schwache Säuren geben Protonen grösstenteils in Gegenwart einer starken Base ab. KOH-Lösung ist eine starke Base. Der entstehende Säure-Rest ist aber seinerseits eine relativ guter Protonenaktzeptor. Es kommt zu Rückreaktionen und die vollständige Protonenabgabe der Analyten stellt sich erst in einem basischen Milieu ein. Die Steigung um den Äquivalenzpunkt ist schwach. Er ist
erst bei ca. pH = 9.5 erreicht.
Titerbestimmung Fällungstitration
Die Titrationkurve zeigt eine Titerbestimmung. Eine Natriumchloridlösung dient hier als Urtiterlösung, d. h. die Konzentration der Chloridionen ist bekannt. Die Probe ist eine Silbernitrat-Masslösung, die später für eine Fällungstitration verwendet werden soll.
Der EP ist gut erkennbar, da die Chloridionen rasch mit den Silberionen ein Salzgitter bilden und ausfällen.
Die Silberelektrode detektiert die in der Lösung vorhandenen Silberionen. Verändert sich deren Konzentration in der Probelösung, verändert sich das Gleichgewicht von gebundenen und gelösten Silberionen an der Elektrode und dadurch auch die Spannungsdifferenz zwischen Referenzsystem und Messystem.
Klassischer Kurvenverlauf einer Titration
Dieser Kurvenverlauf einer iodometrischen Titration ist charakteristisch für sehr viele Titrationen. Auffallend ist der langsame Anstieg der Kurve zu Beginn der Titration. Der Analyt liegt in so grosser Konzentration vor, dass sich der gemessene Wert durch das Zutropfen des Titranten nur wenig ändert.
Nahe am Äquivalenzpunkt ist nur noch ganz wenig Analyt vorhanden. Ein einziger Tropfen führt dann zum Überschuss des Titranten in der Lösung. Das Elektrodenpotential ändert sich sprunghaft. Der Äquivalenzpunkt ist deutlich erkennbar. Dann flacht die Kurve ab, weil mit jedem weiteren Tropfen die relative Änderung der Titrantenkonzentration kleiner wird.
Cyanid in Abwasser
Titration mit zwei Äquivalenzpunkten. Silbernitrat ist der Titrant. Silber- und Cyanidionen bilden zunächst Silbercyanid AgCN. Der zweite Äquivalenzpunkt stammt von der Komplexierung zum Dicyanoargentat(I).
Titration eines Säuregemisches
Diese Grafik zeigt als zweite Kurve zusätzlich den Verlauf der Potenzialveränderungen an. Nahe am Äquivalenzpunkt sind die Potenzialveränderungen besonders gross. Das zeigen die beiden Peaks an. So erkennst du schön, wie der Titrino die EPs berechnet.
Die BerechnungUnbekannte Konzentration durch Titration ermitteln
Wie gross ist die Konzentration des Analyten in der Probe?
Der Äquivalenzpunkt zeigt die äquivalente Anzahl Teilchen von Titrant und Analyt an. Hier steht bewusst äquivalente Anzahl und nicht gleiche Anzahl Teilchen. Ist beispielsweise das Reaktionsverhältnis von Analyt zu Titrant 1:2 ist der Äquivalenzpunkt bei der Hälfte des zugetropften Volumens erreicht.
Wir starten hier mit der Grundformel, für ein Reaktionsverhältnis 1:1. Das zeigt auch die Berechnung im Hintergrundvideo.
cₚ · Vₚ = cₘ · Vₘ
denn es gilt Stoffmenge n = c · V
Vₚ : Volumen der Probe
Das ist der einfachste Wert. Das Probenvolumen wird für die Titration genau abgemessen.
cₘ : Konzentration der Masslösung
Sie ist bekannt, weil du die Lösung selbst herstellst oder sie in der gewünschten Konzentration kaufst. Die Konzentration der Masslösung heisst in der Fachsprache Titer. Einheit: mol/l
Vₘ : Volumen der Masslösung
Hier kommt die Titration ins Spiel. Die Masslösung tropft aus der Bürette zur Probe. Am Umschlagspunkt liest du das zugetropfte (verbrauchte) Volumen von der Bürette ab.
Umformen und einsetzen:
cₚ = cₘ · Vₘ / Vₚ
Häufig verwendete Einheiten sind mol/l für die Konzentration und Milliliter für das Volumen.
Das lässt sich nun für ein beliebiges Reaktionsverhältnis x:y verallgemeinern.
x · n (Titrant) : y · n (Analyt) , wobei n = c · V
Durch einsetzen erhältst du:
x · cₚ · Vₚ = y · cₘ · Vₘ
cₚ = y · cₘ · Vₘ / x · Vₚ
Tipps:
Der Äquivalenzpunkt zeigt die äquivalente Anzahl Teilchen von Titrant und Analyt an. Hier steht bewusst äquivalente Anzahl und nicht gleiche Anzahl Teilchen. Ist beispielsweise das Reaktionsverhältnis von Analyt zu Titrant 1:2 ist der Äquivalenzpunkt bei der Hälfte des zugetropften Volumens erreicht.
Wir starten hier mit der Grundformel, für ein Reaktionsverhältnis 1:1. Das zeigt auch die Berechnung im Hintergrundvideo.
cₚ · Vₚ = cₘ · Vₘ
denn es gilt Stoffmenge n = c · V
Vₚ : Volumen der Probe
Das ist der einfachste Wert. Das Probenvolumen wird für die Titration genau abgemessen.
cₘ : Konzentration der Masslösung
Sie ist bekannt, weil du die Lösung selbst herstellst oder sie in der gewünschten Konzentration kaufst. Die Konzentration der Masslösung heisst in der Fachsprache Titer. Einheit: mol/l
Vₘ : Volumen der Masslösung
Hier kommt die Titration ins Spiel. Die Masslösung tropft aus der Bürette zur Probe. Am Umschlagspunkt liest du das zugetropfte (verbrauchte) Volumen von der Bürette ab.
Umformen und einsetzen:
cₚ = cₘ · Vₘ / Vₚ
Häufig verwendete Einheiten sind mol/l für die Konzentration und Milliliter für das Volumen.
Das lässt sich nun für ein beliebiges Reaktionsverhältnis x:y verallgemeinern.
x · n (Titrant) : y · n (Analyt) , wobei n = c · V
Durch einsetzen erhältst du:
x · cₚ · Vₚ = y · cₘ · Vₘ
cₚ = y · cₘ · Vₘ / x · Vₚ
Tipps:
- Um Fehler zu vermeiden, ist immer eine Einheitenrechnung durchzuführen.
- Gute Versuchsvorschriften geben dir die Formel für die Berechnung von cₚ an.
- Eine Messung ist keine Messung. Zuverlässige Ergebnisse erhältst du durch Wiederholungen der Messung. Mehr zu Messgenauigkeit und statistischen Grössen findest du in unserem Berzelius-Laborjournal zur Röntgenfluoreszenzanalyse.
Messungen beenden
Bei Messpausen ist die Elektrode im dafür vorgesehenen Elektrodenhalter zu lagern. Elektroden dürfen nie trocken gelagert werden, weshalb darauf zu achten ist, dass der Halter immer mit der angegebenen Elektrolytlösung befüllt ist. Das Gerät nach Gebrauch mit dem Schalterknopf auf der Rückseite ausschalten.
Wenn du deine Messreihe abgeschlossen hast und/oder das Gerät für den Transport vorbereitest, musst du den Dosino entleeren. Im Video erfährst du, wie du das machst.
Für den Abbau des Geräts folgst du den Anleitungen im Video zum Aufbau des Titrinos in umgekehrter Reihenfolge.
In der Transportkiste befindet sich ein Foto, das die Anordnung der Einzelteile in der Kiste zeigt.
Vielen Dank, dass du dem Berzelius-Titrino Sorge trägst!
Wenn du deine Messreihe abgeschlossen hast und/oder das Gerät für den Transport vorbereitest, musst du den Dosino entleeren. Im Video erfährst du, wie du das machst.
Für den Abbau des Geräts folgst du den Anleitungen im Video zum Aufbau des Titrinos in umgekehrter Reihenfolge.
In der Transportkiste befindet sich ein Foto, das die Anordnung der Einzelteile in der Kiste zeigt.
Vielen Dank, dass du dem Berzelius-Titrino Sorge trägst!
Teilchen (er)zählen
Teilchen (er)zählenTausendsassa TitrationEine äusserst vielseitige und direkte Methode
Es gibt zig Anwendungsmöglichkeiten der Titration.
Egal ob Säure-Base-Titration, Redoxtitration, Fällungstitration oder Komplexometrische Titration, das Grundprinzip des Teilchenzählens ist schnell erklärt. Es beruht auf der chemischen Reaktion von Titrant und Analyt und somit auch auf deren Reaktionsverhältnis. Reaktionsgleichungen sind also ein wichtiges Instrument bei der Titration.
Das Prinzip zeigen wir dir zuerst mit einfachen Stop-Motion Filmen, bei denen die konkrete Reaktion noch gar keine Rolle spielt. Wir schauen einfach mal, was passiert, wenn Titrant und Analyt miteinander reagieren. Im Grunde ist das nichts anderes als ein Geben und ein Nehmen. Das nennen wir Donator-Akzeptor-Prinzip.
Scrolle weiter, um dich mit den Grundlagen der Titration vertraut zu machen. Danach kannst du dir dann die Details anschauen zu:
Egal ob Säure-Base-Titration, Redoxtitration, Fällungstitration oder Komplexometrische Titration, das Grundprinzip des Teilchenzählens ist schnell erklärt. Es beruht auf der chemischen Reaktion von Titrant und Analyt und somit auch auf deren Reaktionsverhältnis. Reaktionsgleichungen sind also ein wichtiges Instrument bei der Titration.
Das Prinzip zeigen wir dir zuerst mit einfachen Stop-Motion Filmen, bei denen die konkrete Reaktion noch gar keine Rolle spielt. Wir schauen einfach mal, was passiert, wenn Titrant und Analyt miteinander reagieren. Im Grunde ist das nichts anderes als ein Geben und ein Nehmen. Das nennen wir Donator-Akzeptor-Prinzip.
Scrolle weiter, um dich mit den Grundlagen der Titration vertraut zu machen. Danach kannst du dir dann die Details anschauen zu:
Das Grundprinzip (fast) jeder chemischen ReaktionGeben und NehmenEine Art Elektronen- bzw. Protonenhandel
Reaktionen sind ein Balanceakt zwischen Grosszügigkeit und Gierde. Die Teilchen haben keinen Willen im Sinne von Bewusstsein oder Absicht. Ihre Bewegungen und Interaktionen folgen den Gesetzen der Physik und Chemie. Erstes hat mit einem Energieminimum zu tun, letzteres mit einer kompletten äusseren Elektronenschale. Erstes beschreibt die Thermodynamik, letzteres die Quantenmechanik.
Die am häufigsten gehandelte Ware sind Elektronen, e⁻. Das sind subatomare, negativ geladene und sehr leichte Teilchen. Gehandelt werden jedoch nicht alle Elektronen, sondern nur die Valenzlektronen, also die Elektronen in der äussersten Schale. Sie bestimmen das Reaktionsverhältnis und die Reaktionsfreudigkeit.
Statt Elektronen werden auch H⁺-Ionen gehandelt. In diesem Fall sprechen wir von Säure-Base-Reaktion.
Egal ob Elektronen oder Protonen gehandelt werden, der Donator ist immer der abgebende, der Akzeptor der aufnehmende Stoff. Beide bilden ein unzertrennliches Paar, denn weder Protonen noch Elektronen sind mit einer Lebensdauer im Millisekundenbereich als freie Teilchen stabil.
Die beiden Reaktionspartner – Donator und Akzeptor – reagieren in einem festen Verhältnis. Darauf beruht das Prinzip der Titration. Ist die Menge des einen Partners bekannt, können wir diejenige des andern berechnen. Wie ein solcher Handel abläuft, siehst du in den nachfolgenden, stark vereinfacht dargestellten Stop-Motion-Clips. In ihnen erfährst du einiges über das Zusammenspiel von Anziehungskräften, Teilchenbewegung und Energieniveaus.
Und übrigens: Das Hintergrundvideo zeigt die äusserst schnelle Bildung von Iod (Landoltscher Zeitversuch). Schnelle Reaktionen sind für die Titration wichtig. Warum das so ist, erfährst du weiter unten.
Die am häufigsten gehandelte Ware sind Elektronen, e⁻. Das sind subatomare, negativ geladene und sehr leichte Teilchen. Gehandelt werden jedoch nicht alle Elektronen, sondern nur die Valenzlektronen, also die Elektronen in der äussersten Schale. Sie bestimmen das Reaktionsverhältnis und die Reaktionsfreudigkeit.
Statt Elektronen werden auch H⁺-Ionen gehandelt. In diesem Fall sprechen wir von Säure-Base-Reaktion.
Egal ob Elektronen oder Protonen gehandelt werden, der Donator ist immer der abgebende, der Akzeptor der aufnehmende Stoff. Beide bilden ein unzertrennliches Paar, denn weder Protonen noch Elektronen sind mit einer Lebensdauer im Millisekundenbereich als freie Teilchen stabil.
Die beiden Reaktionspartner – Donator und Akzeptor – reagieren in einem festen Verhältnis. Darauf beruht das Prinzip der Titration. Ist die Menge des einen Partners bekannt, können wir diejenige des andern berechnen. Wie ein solcher Handel abläuft, siehst du in den nachfolgenden, stark vereinfacht dargestellten Stop-Motion-Clips. In ihnen erfährst du einiges über das Zusammenspiel von Anziehungskräften, Teilchenbewegung und Energieniveaus.
Und übrigens: Das Hintergrundvideo zeigt die äusserst schnelle Bildung von Iod (Landoltscher Zeitversuch). Schnelle Reaktionen sind für die Titration wichtig. Warum das so ist, erfährst du weiter unten.
Ein hilfreiches Konzept: Donator und Akzeptor Treffen sich zwei Teilchen ...... dann kann es abgehen
Teilchen ist ein Oberbegriff und wie alle Oberbegriffe sehr allgemein, sehr unspezifisch. Teilchen bezeichnen in den Naturwissenschaften Atome, Moleküle, Ionen, Protonen sowie auch Komplexe und noch vieles mehr, was irgendwie eine Masse aufweist. Unsere Überschrift bezieht sich hier auf Atome, Moleküle und Ionen, – das, was wir als Analyt titrieren können. Protonen und Elektronen nennen wir bei ihrem Namen.
Treffen sich zwei Teilchen, dann reagieren sie miteinander wenn:
Im Motion-Video wird ein Elektron oder Proton übertragen. In manchen Fällen wird das Elektron e⁻ oder das Proton H⁺ auch wieder zurückgegeben. Dann stellt sich ein Gleichgewicht von Hin - und Rückreaktion ein.
Für ein klares Ergebnis der Titration ist es vorteilhaft, wenn die Hinreaktion deutlich überwiegt. Die Wahl des Analyt-Titrant-Paar ist also entscheidend.
Donator und Akzeptor reagieren hier der Einfachheit halber im Verhältnis 1:1. Das ist natürlich nicht immer so. Wie du mit anderen Reaktionsverhältnissen umgehst, zeigen wir dir später in diesem Kapitel.
Treffen sich zwei Teilchen, dann reagieren sie miteinander wenn:
- sie ausreichend schnell sind und an der passenden Stelle kollidieren.
- der eine Stoff dem anderen dabei ein Elektron e⁻ oder Proton H⁺ abgibt.
Im Motion-Video wird ein Elektron oder Proton übertragen. In manchen Fällen wird das Elektron e⁻ oder das Proton H⁺ auch wieder zurückgegeben. Dann stellt sich ein Gleichgewicht von Hin - und Rückreaktion ein.
Für ein klares Ergebnis der Titration ist es vorteilhaft, wenn die Hinreaktion deutlich überwiegt. Die Wahl des Analyt-Titrant-Paar ist also entscheidend.
Donator und Akzeptor reagieren hier der Einfachheit halber im Verhältnis 1:1. Das ist natürlich nicht immer so. Wie du mit anderen Reaktionsverhältnissen umgehst, zeigen wir dir später in diesem Kapitel.
Auf der Suche nach dem ÄquivalenzpunktTropfen für Tropfen
Hast du das perfekte Analyt-Titrant-Paar gefunden, geht es nun ans Zählen. Tropfen für Tropfen dosierst du nun den Titranten zum Analyten. Das wiederholst du solange, bis alle Analyten reagiert haben.
Zum Glück musst du für die Titration nicht die einzelnen Teilchen oder Tropfen zählen. Dazu ist die Skala auf der Bürette oder der Dosino da – und die Masslösung.
Die Konzentration der Masslösung, die Tropfen für Tropfen in die Probe tropft, muss genau bekannt sein. Nomen est omen. Nur so weisst du, wie viele Teilchen zur Probe gegeben wurden.
Wie aber erkennst du, wann alle Analyten reagiert haben?
Klassischerweise mit einem Indikator, der eine Farbänderung zeigt, sobald eine dem Analyten äquivalente Menge Titrant zur Probe gegeben wurde. Im Hintergrundvideo siehst du, wie Natronlauge zu einer Salzsäurelösung gegeben wird. Um den Äquivalenzpunkt zu erkennen, wurde der Indikator Phenolphatlein zur Salzsäurelösung gegeben.Bei pH-Werten unter 8.2 ist der Indikator farblos, bei pH-Werten über 8.2 pink. Das erklärt, warum die zugetropfte Natronlauge beim Eintauchen das Phenolphthalein pink färbt und es sich dann wieder in der salzsauren Lösung schnell entfärbt. Erst wenn die Salzsäure komplett neutralisiert ist, nimmt der Indikator mit dem ersten überschüssigen Tropfen Natronlauge wieder die pinke Farbe an. Mehr zur Funktionsweise von Indikatoren erfährst du hier.
Hightech-Titratoren verwenden verschiedene Sensoren, um den Aquivalenzpunkt anzuzeigen. Unser Titrino benutzt eine Elektrode, die durch Potentialänderungen in der zu titrierenden Lösung den Äquivalenzpunkt anzeigt.
Am Äquivalenzpunkt liegen Analyt und Titrant gemäss ihrer Reaktionsgleichung in äquivalenten Mengenverhältnissen vor.
Das zeigen wir dir auf der nächsten Seite.
Zum Glück musst du für die Titration nicht die einzelnen Teilchen oder Tropfen zählen. Dazu ist die Skala auf der Bürette oder der Dosino da – und die Masslösung.
Die Konzentration der Masslösung, die Tropfen für Tropfen in die Probe tropft, muss genau bekannt sein. Nomen est omen. Nur so weisst du, wie viele Teilchen zur Probe gegeben wurden.
Wie aber erkennst du, wann alle Analyten reagiert haben?
Klassischerweise mit einem Indikator, der eine Farbänderung zeigt, sobald eine dem Analyten äquivalente Menge Titrant zur Probe gegeben wurde. Im Hintergrundvideo siehst du, wie Natronlauge zu einer Salzsäurelösung gegeben wird. Um den Äquivalenzpunkt zu erkennen, wurde der Indikator Phenolphatlein zur Salzsäurelösung gegeben.Bei pH-Werten unter 8.2 ist der Indikator farblos, bei pH-Werten über 8.2 pink. Das erklärt, warum die zugetropfte Natronlauge beim Eintauchen das Phenolphthalein pink färbt und es sich dann wieder in der salzsauren Lösung schnell entfärbt. Erst wenn die Salzsäure komplett neutralisiert ist, nimmt der Indikator mit dem ersten überschüssigen Tropfen Natronlauge wieder die pinke Farbe an. Mehr zur Funktionsweise von Indikatoren erfährst du hier.
Hightech-Titratoren verwenden verschiedene Sensoren, um den Aquivalenzpunkt anzuzeigen. Unser Titrino benutzt eine Elektrode, die durch Potentialänderungen in der zu titrierenden Lösung den Äquivalenzpunkt anzeigt.
Am Äquivalenzpunkt liegen Analyt und Titrant gemäss ihrer Reaktionsgleichung in äquivalenten Mengenverhältnissen vor.
Das zeigen wir dir auf der nächsten Seite.
Teilchen (er)zählenStop-Motion-Titration
Stell dir vor, die blaue Fläche ist ein kleiner Ausschnitt aus dem Becherglas. Teilchen A ist in diesem Clip der Analyt. Nun wird titriert. Tropfen für Tropfen. Erkennst du den Äquivalenzpunkt?
Die Animation hat absichtlich keine Beschreibung.
Erzähl du die Geschichte vom Teilchenzählen!
Beachte, dass wir hier den einfachsten Fall zeigen. Einfach deshalb, weil Analyt und Titrant im Verhältnis 1:1 reagieren. Wäre ihr stöchiometrisches Verhältnis 2:1 – zwei Analytmoleküle reagieren mit einem Titrantmolekül –, bräuchtest du entsprechend nur die Hälfte der Titrantmenge.
Die Animation hat absichtlich keine Beschreibung.
Erzähl du die Geschichte vom Teilchenzählen!
Beachte, dass wir hier den einfachsten Fall zeigen. Einfach deshalb, weil Analyt und Titrant im Verhältnis 1:1 reagieren. Wäre ihr stöchiometrisches Verhältnis 2:1 – zwei Analytmoleküle reagieren mit einem Titrantmolekül –, bräuchtest du entsprechend nur die Hälfte der Titrantmenge.
Zeigen was Sache ist!Indikatoren ...... für verscheidene Reaktionen
In der Titration zeigen Indikatoren
(lateinisch indicare = anzeigen)
über die Farbänderung den Äquivalenzpunkt an.
Die Farbänderung beruht auf der Änderung der Molekülstruktur des
Indikators, ausgelöst durch Übertragungen von
Protonen
(bei
Säure-Base-Indikatoren) oder Elektronen (bei
Redox-Indikatoren).
Säure-Base-Indikatoren sind Stoffe, die durch eine Farbänderung anzeigen, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist. Sie liefern also Informationen zum pH-Wert einer Lösung.
Neben diesen pH-Indikatoren gibt es noch die Redoxindikatoren. Diese ändern ihre Farbe je nach Oxidations- oder Reduktionszustand und werden, wie der Name schon erahnen lässt, in Redoxreaktionen eingesetzt.
Dann gibt es noch die spezifischen Indikatoren. Sie reagieren nur auf bestimmte Substanzen, nicht auf den allgemeinen pH-Wert. Beispiel: Stärke als Indikator für Iod.
Nicht zuletzt gibt es noch den Fall, dass der Titrant selbst durch Reaktion seine Farbe ändert. Das nutzt man in der Manganometrie oder der Iodometrie. Iod wirkt oxidierend und ist in reduzierter Form farblos. Iodmoleküle erscheinen gelblich, zusammen mit Stärke intensiv blau-violett.Ein weiterer Redoxindikator ist das Methylenblau im Video nebenan, das mit Glukose reagiert. Oder das Indigo bei der Bestimmung des Hypochlorits.
Beim Einsatz eines Indikators in der Titration ist es wichtig, dass die Reaktion zwischen Analyt und Titrant deutlich wahrscheinlicher ist die zwischen Indikator und Titrant. Ansonsten verbrauchte der Indikator Titrant und verfälschte so das Ergebnisse der Titration. Anders ausgedrückt: Ein Säure-Base-Indikator ist die schwächere Säure bzw. Base als der Analyt. Ein Redoxindikator hat das geringere Redoxpotential als der Analyt.
Dann reagieren Indikatoren reversibel. Das heisst nichts anderes, als dass eben ihre Wahrscheinlichkeit zur Hin- und Rückreaktion ähnlich hoch ist. In der Fachsprache bezeichnet man sie als Amphotere oder Ampholyte.
In den Anfängen der Titration waren sämtliche Indikatoren Naturstoffe. Mehr dazu findest du auf der Webseite des Instituts Dr. Flad. Auch in unserem Multimediajournal zur Photospektrometrie und der Berzelius-Maturaarbeit zum «Kongorot» gibt es weitere Infos zu Indikatoren.
Säure-Base-Indikatoren sind Stoffe, die durch eine Farbänderung anzeigen, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist. Sie liefern also Informationen zum pH-Wert einer Lösung.
Neben diesen pH-Indikatoren gibt es noch die Redoxindikatoren. Diese ändern ihre Farbe je nach Oxidations- oder Reduktionszustand und werden, wie der Name schon erahnen lässt, in Redoxreaktionen eingesetzt.
Dann gibt es noch die spezifischen Indikatoren. Sie reagieren nur auf bestimmte Substanzen, nicht auf den allgemeinen pH-Wert. Beispiel: Stärke als Indikator für Iod.
Nicht zuletzt gibt es noch den Fall, dass der Titrant selbst durch Reaktion seine Farbe ändert. Das nutzt man in der Manganometrie oder der Iodometrie. Iod wirkt oxidierend und ist in reduzierter Form farblos. Iodmoleküle erscheinen gelblich, zusammen mit Stärke intensiv blau-violett.Ein weiterer Redoxindikator ist das Methylenblau im Video nebenan, das mit Glukose reagiert. Oder das Indigo bei der Bestimmung des Hypochlorits.
Beim Einsatz eines Indikators in der Titration ist es wichtig, dass die Reaktion zwischen Analyt und Titrant deutlich wahrscheinlicher ist die zwischen Indikator und Titrant. Ansonsten verbrauchte der Indikator Titrant und verfälschte so das Ergebnisse der Titration. Anders ausgedrückt: Ein Säure-Base-Indikator ist die schwächere Säure bzw. Base als der Analyt. Ein Redoxindikator hat das geringere Redoxpotential als der Analyt.
Dann reagieren Indikatoren reversibel. Das heisst nichts anderes, als dass eben ihre Wahrscheinlichkeit zur Hin- und Rückreaktion ähnlich hoch ist. In der Fachsprache bezeichnet man sie als Amphotere oder Ampholyte.
In den Anfängen der Titration waren sämtliche Indikatoren Naturstoffe. Mehr dazu findest du auf der Webseite des Instituts Dr. Flad. Auch in unserem Multimediajournal zur Photospektrometrie und der Berzelius-Maturaarbeit zum «Kongorot» gibt es weitere Infos zu Indikatoren.
Das zentrale Werkzeug der ChemieDie ReaktionsgleichungDas Grauen vieler Generationen
Bevor wir uns den Titrationsreaktionen widmen, müssen wir einen Blick auf die gefürchteten Reaktionsgleichungen werfen. Doch keine Sorge, so wild sind sie nicht. Einfache Rechnerei statt Zauberei. Reaktionsgleichungen beschreiben in symbolischer Form, welche Stoffe bei einer chemischen Reaktion beteiligt sind, welche Produkte entstehen und wie die Stoffmengenverhältnisse sind.
Prinzip der Reaktionsgleichung
Für jede Stoffumwandlung gilt die Massenerhaltung. Alle Teilchen, die vor der Reakion vorhanden waren, sind auch nach der Reaktion noch da. Einfach in neuer Zusammensetzung. Dadurch entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften und anderem Energiegehalt.
Stoffe vor der Reaktion heissen Edukte oder Ausgangsstoffe, diejenigen nach der Reaktion sind die Produkte.
Die Grundform jeder Reaktionsgleichung lautet:
Edukt(e) ⇄ Produkt(e)
Das Video vom SimpleClub nebenan greift die Knallgasreaktion auf. In Worten:
Wasserstoff + Sauerstoff → Wasser
Gleichung in der Formelsprache:
H₂ + O₂ → H₂O
Hier fehlt ein Sauerstoffatom bei den Produkten. Die Formel gibt noch nicht die Massenerhaltung wieder. An der tiefgestellten Zahl (Indices) erkennt man, wie viele Atome einer Sorte – 2 Wasserstoffatome sind im Wasser an ein Sauerstoffatom gebunden – in einem Stoff vorhanden sind. Daran darfst du nichts ändern. Es ist aber möglich, die Stöchiometrie durch Vielfache der Stoffe, die Koeffizienten in der Gleichung, auszugleichen.
Die korrekte Reaktionsgleichung sieht so aus:
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Das stöchiometrische Verhältnis der beiden Edukte ist 2:1. Zwei Wasserstoffmoleküle reagieren mit einem Sauerstoffmolekül. Es braucht also die doppelte Menge an Wasserstoffmolekülen, um alle Sauerstoffmoleküle reagieren zu lassen.
Wenn du nun also in einer Titration Titrant und Analyt reagieren lässt, musst du wissen, in welchem stöchiometrischen Verhältnis die beiden miteinander reagieren. Das verraten dir die Koeffizienten vor der jeweiligen Summenformel. Diese setzt du dann in deine Berechnung ein.
Chemische Reaktionen lassen sich nach Reaktionstypen klassifizieren, die auf den grundlegenden chemischen Prozessen basieren. Im BLJ zur Mikrowellensynthese werden die wichtigsten Reaktionstypen beschrieben. Hier vorab eine Übersicht:
Mehr über die Welt der Elektroden und Dosierprinzipien erfährst du hier.
Prinzip der Reaktionsgleichung
Für jede Stoffumwandlung gilt die Massenerhaltung. Alle Teilchen, die vor der Reakion vorhanden waren, sind auch nach der Reaktion noch da. Einfach in neuer Zusammensetzung. Dadurch entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften und anderem Energiegehalt.
Stoffe vor der Reaktion heissen Edukte oder Ausgangsstoffe, diejenigen nach der Reaktion sind die Produkte.
Die Grundform jeder Reaktionsgleichung lautet:
Edukt(e) ⇄ Produkt(e)
Das Video vom SimpleClub nebenan greift die Knallgasreaktion auf. In Worten:
Wasserstoff + Sauerstoff → Wasser
Gleichung in der Formelsprache:
H₂ + O₂ → H₂O
Hier fehlt ein Sauerstoffatom bei den Produkten. Die Formel gibt noch nicht die Massenerhaltung wieder. An der tiefgestellten Zahl (Indices) erkennt man, wie viele Atome einer Sorte – 2 Wasserstoffatome sind im Wasser an ein Sauerstoffatom gebunden – in einem Stoff vorhanden sind. Daran darfst du nichts ändern. Es ist aber möglich, die Stöchiometrie durch Vielfache der Stoffe, die Koeffizienten in der Gleichung, auszugleichen.
Die korrekte Reaktionsgleichung sieht so aus:
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Das stöchiometrische Verhältnis der beiden Edukte ist 2:1. Zwei Wasserstoffmoleküle reagieren mit einem Sauerstoffmolekül. Es braucht also die doppelte Menge an Wasserstoffmolekülen, um alle Sauerstoffmoleküle reagieren zu lassen.
Wenn du nun also in einer Titration Titrant und Analyt reagieren lässt, musst du wissen, in welchem stöchiometrischen Verhältnis die beiden miteinander reagieren. Das verraten dir die Koeffizienten vor der jeweiligen Summenformel. Diese setzt du dann in deine Berechnung ein.
Chemische Reaktionen lassen sich nach Reaktionstypen klassifizieren, die auf den grundlegenden chemischen Prozessen basieren. Im BLJ zur Mikrowellensynthese werden die wichtigsten Reaktionstypen beschrieben. Hier vorab eine Übersicht:
- Redoxreaktionen (Transfer von Elektronen)
- Säure-Base-Reaktionen (Transfer von Protonen oder Elektronenpaaren)
- Fällungsreaktionen (Bilden unlöslicher Produkte)
- Komplexbildungsreaktionen (Koordinationsverbindungen mit Zentralatom und Liganden)
- Photochemische Reaktionen (z. B. Photosynthese)
- Elektrochemische Reaktionen (Abscheidungen und Elektrolyse durch Strom)
- Polymerisationsreaktionen (radikalisch oder ionisch)
- Organische Reaktionstypen (Addition, Substitution, Eliminierung, etc. etc)
Mehr über die Welt der Elektroden und Dosierprinzipien erfährst du hier.
SimpleClub: Einfache chemische Reaktionen aufstellen
Reise zu den Details
Nach dieser kurzen Reise durch grundlegende Konzepte, bist du parat für die konkreten Anwendungen!
Im Chemieunterricht dominieren die klassischen manuellen Anwendungen, die mit Indikatoren und ohne Elektroden funktionieren, allen voran die Säure-Base-Titration.
Auch die Redoxtitration findest du in den meisten Lehrbüchern, beispielsweise die Iodometrie und die Iodatometrie oder die Permanganatometrie. Iod-, Iodat- und Permanganatmoleküle sind gute Elektronenakzeptoren, die die Analyten schnell und vollständig oxidieren. Wir zeigen dir eine Anwendung aus der Iodometrie und der Iodatometrie: die Bestimmung von Vitamin C in Fruchtsaft.
Zwei weitere grosse Anwendungsklassen bilden die Fällungstitration und die komplexometrische Titration, die wir hier nicht beleuchten, aber wohl bald als Maturaarbeiten integrieren werden.
Im Chemieunterricht dominieren die klassischen manuellen Anwendungen, die mit Indikatoren und ohne Elektroden funktionieren, allen voran die Säure-Base-Titration.
Auch die Redoxtitration findest du in den meisten Lehrbüchern, beispielsweise die Iodometrie und die Iodatometrie oder die Permanganatometrie. Iod-, Iodat- und Permanganatmoleküle sind gute Elektronenakzeptoren, die die Analyten schnell und vollständig oxidieren. Wir zeigen dir eine Anwendung aus der Iodometrie und der Iodatometrie: die Bestimmung von Vitamin C in Fruchtsaft.
Zwei weitere grosse Anwendungsklassen bilden die Fällungstitration und die komplexometrische Titration, die wir hier nicht beleuchten, aber wohl bald als Maturaarbeiten integrieren werden.
Experimentiermodule
Anwendungen
Der Ti-Touch ist ein Multitalent, der eine Vielzahl verschiedenster Analysen erschliesst. Zwei Methoden haben wir so ausgearbeitet, dass ihr mit wenigen Handgriffen und Vorbereitungen messen könnt.
Unsere Versuchsanleitungen beschreiben die Bestimmung
Du möchtest eine ganz andere Messung durchführen? Informiere dich zunächst, welche Art von Titration hierfür geeignet ist und kläre ab, welche Elektrode sinnvollerweise eingesetzt wird. Und schon steckst du mitten im anspruchsvollen, aber spannenden Prozess der Methodenentwicklung ...
Viele Informationen dazu findest du auf in der Applikationssammlung der Firma Metrohm AG.
Unsere Versuchsanleitungen beschreiben die Bestimmung
- des Vitamin-C-Gehalts in Fruchtsaft und
- der Bodenatmung in verschiedenen Ökosystemen.
Du möchtest eine ganz andere Messung durchführen? Informiere dich zunächst, welche Art von Titration hierfür geeignet ist und kläre ab, welche Elektrode sinnvollerweise eingesetzt wird. Und schon steckst du mitten im anspruchsvollen, aber spannenden Prozess der Methodenentwicklung ...
Viele Informationen dazu findest du auf in der Applikationssammlung der Firma Metrohm AG.
Anregungen zum Einsatz des Titrinos inMaturaarbeiten
Der Titrino ist ein Tausendsassa und schier unzählig sind seine Einsatzmöglichkeiten. In deiner Maturaarbeit könntest du folgende Fragestellungen bearbeiten:
Viele weitere Anwendungen findest du im Application Finder des Weltmarktführers Titration, der Firma Metrohm.
- Wie unterschiedet sich die Bodenaktivität in verschiedenen Ökosystemen oder Anbauflächen?
- Wie unterscheidet sich die Pufferkapazität verschiedener Böden ?
- Wie viel Vitamin C enthält Fruchtsaft? Methodenvergleich iodometrische und iodatometrische Titration.
- Qualitätskontrolle von Speiseölen (Iodzahl bestimmen)
- Wie hoch ist der Zuckergehalt in Lebensmitteln?
Viele weitere Anwendungen findest du im Application Finder des Weltmarktführers Titration, der Firma Metrohm.
Impressum
Berzelius-LaborjournalIMPRESSUM
Autorin: Marianne Leuenberger
Editor-in-Chief und Projektleiter: Dr. Alfred Steinbach
Berzelius-Editorial-Team in alphabetischer Reihenfolge:
Dr. Adrian Brugger, Claudia Buser, Marianne Leuenberger,
Dr. Martin Novotny, Markus Roth, Dr. Alfred Steinbach,
Dominik Tschirky, Patrick Massen (Medienwerkstatt.PHSG).
Berzelius – Im Hightech-Labor der Naturwissenschaften ist ein gemeinsames Projekt des Instituts für Mathematische, Naturwissenschaftliche und Technische Bildung der PHSG und der Metrohm Stiftung
Editor-in-Chief und Projektleiter: Dr. Alfred Steinbach
Berzelius-Editorial-Team in alphabetischer Reihenfolge:
Dr. Adrian Brugger, Claudia Buser, Marianne Leuenberger,
Dr. Martin Novotny, Markus Roth, Dr. Alfred Steinbach,
Dominik Tschirky, Patrick Massen (Medienwerkstatt.PHSG).
Berzelius – Im Hightech-Labor der Naturwissenschaften ist ein gemeinsames Projekt des Instituts für Mathematische, Naturwissenschaftliche und Technische Bildung der PHSG und der Metrohm Stiftung
Dosierprinzipien und Elektroden
Dosierprinzipienbzw. Titrationsmodi
Der Titrino ermöglicht drei verschiedene Titrationsarten:
Die Endpunkttitration ist am schnellsten erklärt. Hier gibst du dem Gerät vor, bei welchem Messwert die Titration stoppen soll. Beispielsweise bei einer Säure-Base-Titration mit Äquivalenzpunkt bei pH=7 kann dieser Wert als Endpunkt definiert werden. Misst die pH-Elektrode den entsprechenden Wert, stoppt das Geräte die Zugabe des Titriermittels.
Das ist gut vergleichbar mit der manuellen Titration. Siehst du den Farbumschlag des Indikators, stoppst du die Titration.
Bei der monotonen und der dynamischen Titration sieht das ein wenig anders aus. Hier spielt der Titrino seine Stärke aus: Die Kommunikation zwischen Messwert und Dosiereinheit erlaubt ihm die Dosiergeschwindigkeit dem Reaktionsverlauf während der Titration anzupassen.
Bei der monotonen Titration wird ein immer konstantes Volumen des Titriermittels zugeben. Für langsame Reaktionen zwischen Analyt und Titrant ist das die passende Methode.
Haben wir es mit schnellen Reaktionen zwischen Analyt und Titrant zu tun, kann die dynamische Titration viel Zeit ersparen. Denn hier wird viel Titriermittel zugegeben, wenn der Messwert sich kaum verändert. Nahe am Äquivalenzpunkt hingegen, werde die Messwertänderungen immer grösser. Hier verfeinert das Gerät das Vorgehen. Es tropft nur noch kleine Volumina hinzu, um den Äquivalenzpunkt genau zu bestimmen.
- Endpunkttitration
- Monotone Titration
- Dynamische Titration
Die Endpunkttitration ist am schnellsten erklärt. Hier gibst du dem Gerät vor, bei welchem Messwert die Titration stoppen soll. Beispielsweise bei einer Säure-Base-Titration mit Äquivalenzpunkt bei pH=7 kann dieser Wert als Endpunkt definiert werden. Misst die pH-Elektrode den entsprechenden Wert, stoppt das Geräte die Zugabe des Titriermittels.
Das ist gut vergleichbar mit der manuellen Titration. Siehst du den Farbumschlag des Indikators, stoppst du die Titration.
Bei der monotonen und der dynamischen Titration sieht das ein wenig anders aus. Hier spielt der Titrino seine Stärke aus: Die Kommunikation zwischen Messwert und Dosiereinheit erlaubt ihm die Dosiergeschwindigkeit dem Reaktionsverlauf während der Titration anzupassen.
Bei der monotonen Titration wird ein immer konstantes Volumen des Titriermittels zugeben. Für langsame Reaktionen zwischen Analyt und Titrant ist das die passende Methode.
Haben wir es mit schnellen Reaktionen zwischen Analyt und Titrant zu tun, kann die dynamische Titration viel Zeit ersparen. Denn hier wird viel Titriermittel zugegeben, wenn der Messwert sich kaum verändert. Nahe am Äquivalenzpunkt hingegen, werde die Messwertänderungen immer grösser. Hier verfeinert das Gerät das Vorgehen. Es tropft nur noch kleine Volumina hinzu, um den Äquivalenzpunkt genau zu bestimmen.
MessprinzipPotentiometrische pH-Messung
Das Video zeigt dir, wie eine pH-Elektrode funktioniert.
Metrohm-ExpertenvideoMetallelektrodeGold, Platin und Co.
Für die Bestimmung von Vitamin C verfügen wir über eine Doppel-Gold-Elektrode. Das Edelmetall katalysiert die Reduktion des Iodmoleküls zu Iodid. Gleichzeitig misst die Elektrode die Potentialveränderungen, die durch die Redoxreaktion entstehen. In der Fachsprache wird dieses Verfahren als bivoltametrische Titration bezeichnet.
Die Doppel-Gold-Elektrode verfügt über zwei sogenannte strompolarisierbare Elektroden (Ipol). Das bedeutet, dass an die beiden Elektroden ein sehr geringer Strom angelegt wird. Die entstehende Spannung wird vom Gerät gemessen. Sind Titriermittel und/oder der Analyt elektrochemisch aktiv, führt deren Verhältnis zu Spannungsänderungen.
Da Iod elektrochemisch aktiv ist, werden in der Iodometrie oft polarisierbare Elektroden eingesetzt.
Eine häufig genutztes Verfahren ist die Karl-Fischer-Titration für die Bestimmung von Wasser.
Die Doppel-Gold-Elektrode verfügt über zwei sogenannte strompolarisierbare Elektroden (Ipol). Das bedeutet, dass an die beiden Elektroden ein sehr geringer Strom angelegt wird. Die entstehende Spannung wird vom Gerät gemessen. Sind Titriermittel und/oder der Analyt elektrochemisch aktiv, führt deren Verhältnis zu Spannungsänderungen.
Da Iod elektrochemisch aktiv ist, werden in der Iodometrie oft polarisierbare Elektroden eingesetzt.
Eine häufig genutztes Verfahren ist die Karl-Fischer-Titration für die Bestimmung von Wasser.
Berthollet, Chlorbleiche und Indigo
Eau de LabarraqueDank Chlorbleiche zur Lösung
Javelwasser oder Eau de Labarraque – beide haben eine bleichende und oxidierende Wirkung wegen der darin enthaltenen Hypochloritlösung. Der französische Apotheker Claude-Louis Berthollet (1748–1822) entwickelte eine Methode zum Bleichen von Tüchern mit Eau de Labarraque, die aber ihre Tücken hatte. Denn die Wirkung des Eau de Labarraque ist abhängig von der Alkalinität der Lösung. Und deren Bestimmung ist genau die Kernkompetenz des
Apothekers Descroizilles, den ihr im Prolog zur Titration bereits kennengelernt
habt.
So tüftelte Descroizilles an einer Methode, um die Alkalinität einer Lösung unkompliziert zu bestimmen. So unkompliziert, dass auch nicht chemisch geschultes Personal diese Messung in kurzer Zeit gelingt.
Das alles aus einem guten Grunde. Die bleichende Wirkung der Chlorbleiche galt Ende des 18. Jahrhunderts als bahnbrechend: Sie war unglaublich schnell. Die bis dahin gebräuchliche Methode der Rasenbleiche dauerte lange, sehr lange. Die Tücher lagen monatelang auf grossen Wiesenflächen und mussten befeuchtet werden. In der Schweizer Textilstadt St. Gallen zeugen Orte wie die «Kreuzbleiche» von diesem Prozess.
Nun zur Chemie: Alter und neuer Prozess, also Rasen- und Chlorbleiche, nutzen ein und dasselbe Reagenz:
aktiven Sauerstoff!
Bei der Rasenbleiche wird dieser durch Sonnenlicht und fotosynthetisch angereicherten Luftsauerstoff gebildet.
Im Eau de Labarraque hingegen durch Reaktion von Hypochlorit in alkalischer Lösung zu Chloridionen, Wasser und einem freien Sauerstoffatom.
Der reaktive Sauerstoff reagiert mit Farbstoffen und verändert deren molekulare Struktur so, dass sie nicht mehr farbig erscheinen.
Hier weitere Informationen zur chemischen Wirkung von Bleichmitteln.
Hier ein Video, das dir die historische Rasenbleiche zeigt.
Noch ein Nachtrag zum Sauerstoff, dem häufigsten Element in der Erdhülle und Erdkruste. Der britische Chemiker Joseph Priestley (1733–1804) und der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele (1742–1786) gelten als Entdecker des Sauerstoffs. Nur war beiden Wesen und Tragweite des im Jahre 1774 entdeckten Elementes nicht klar. Viele glaubten es handele sich um «dephlogistizierte Luft». Erst der französische Chemiker Antoine Lavoisier erkannte die Bedeutung dieses neuen Elements für das Leben, die Verbrennung und allgemein für chemische Reaktionen. Damit räumte Lavoisier auch mit der Phlogistontheorie auf, einem hilfreichen, aber auch grössten Irrtümer der Wissenschaftsgeschichte.
Mehr zu Lavoisier, dem Phlogiston und vielen anderen schillernden Wissenschaftlern gibt es hier bald als Verlinkung zu einem neuen Berzelius-Laborjournal, dass die Geschichte der Ordnung der Welt und des Periodensystems erzählt.
Das alles aus einem guten Grunde. Die bleichende Wirkung der Chlorbleiche galt Ende des 18. Jahrhunderts als bahnbrechend: Sie war unglaublich schnell. Die bis dahin gebräuchliche Methode der Rasenbleiche dauerte lange, sehr lange. Die Tücher lagen monatelang auf grossen Wiesenflächen und mussten befeuchtet werden. In der Schweizer Textilstadt St. Gallen zeugen Orte wie die «Kreuzbleiche» von diesem Prozess.
Nun zur Chemie: Alter und neuer Prozess, also Rasen- und Chlorbleiche, nutzen ein und dasselbe Reagenz:
aktiven Sauerstoff!
Bei der Rasenbleiche wird dieser durch Sonnenlicht und fotosynthetisch angereicherten Luftsauerstoff gebildet.
Im Eau de Labarraque hingegen durch Reaktion von Hypochlorit in alkalischer Lösung zu Chloridionen, Wasser und einem freien Sauerstoffatom.
Der reaktive Sauerstoff reagiert mit Farbstoffen und verändert deren molekulare Struktur so, dass sie nicht mehr farbig erscheinen.
Hier weitere Informationen zur chemischen Wirkung von Bleichmitteln.
Hier ein Video, das dir die historische Rasenbleiche zeigt.
Noch ein Nachtrag zum Sauerstoff, dem häufigsten Element in der Erdhülle und Erdkruste. Der britische Chemiker Joseph Priestley (1733–1804) und der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele (1742–1786) gelten als Entdecker des Sauerstoffs. Nur war beiden Wesen und Tragweite des im Jahre 1774 entdeckten Elementes nicht klar. Viele glaubten es handele sich um «dephlogistizierte Luft». Erst der französische Chemiker Antoine Lavoisier erkannte die Bedeutung dieses neuen Elements für das Leben, die Verbrennung und allgemein für chemische Reaktionen. Damit räumte Lavoisier auch mit der Phlogistontheorie auf, einem hilfreichen, aber auch grössten Irrtümer der Wissenschaftsgeschichte.
Mehr zu Lavoisier, dem Phlogiston und vielen anderen schillernden Wissenschaftlern gibt es hier bald als Verlinkung zu einem neuen Berzelius-Laborjournal, dass die Geschichte der Ordnung der Welt und des Periodensystems erzählt.
Descroizilles' ErfindungenBerthollimeter und mehr
Descroizilles war mehr als ein begnadeter Apotheker und Urvater der Titration. Er soll sogar eine Filterkaffeemaschine erfunden haben.
Hier findest du einen gut recherchierten und unterhaltsamen Artikel über seine Errungenschaften:
Descroizilles’ Berthollimêtre | Opinion | Chemistry World
Mit dem Berthollimeter bestimmte Descroizilles also den Hypochloritgehalt in Bleichmitteln (Eau de Labarraque oder Javelwasser). Wie er Indigo als Titrant und Indikator in einem nutzte, zeigen wir dir gleich.
Vorher aber kannst du in der virtuellen Galerie des Museo Galileo in Florenz ein Bild eines Alkalimeters bestaunen: Museo Galileo - Enlarged image - Alkalimeter (Inv. 3911)
Hier findest du einen gut recherchierten und unterhaltsamen Artikel über seine Errungenschaften:
Descroizilles’ Berthollimêtre | Opinion | Chemistry World
Mit dem Berthollimeter bestimmte Descroizilles also den Hypochloritgehalt in Bleichmitteln (Eau de Labarraque oder Javelwasser). Wie er Indigo als Titrant und Indikator in einem nutzte, zeigen wir dir gleich.
Vorher aber kannst du in der virtuellen Galerie des Museo Galileo in Florenz ein Bild eines Alkalimeters bestaunen: Museo Galileo - Enlarged image - Alkalimeter (Inv. 3911)
Indigo als Indikator
Indigo färbt tief blau. Das organische Pigment ist altbekannt und seit seiner Strukturaufklärung und Synthese durch Adolf von Baeyer omnipräsent: Stichwort Blue Jeans.
Das Interessante an diesem Pigment: es wird durch Säure wasserlöslich und gelblich. In Kontakt mit Sauerstoff oxidiert das Molekül und erscheint wieder tiefblau. In dieser Form ist es wasserunlöslich. Für waschbare Textilien ist das eine sehr praktische Eigenschaft.
Eine übersichtliche Erklärung zu Indigo und Leukoindigo gibt dir simple club hier.
Indigo könnte so also auch als Redoxindikator genutzt werden. Descroizilles nutzte jedoch für die Analyse der Chlorbleich eine andere, irreversible Reaktion. Hypochlorit oxidiert das tiefblaue Indigo. Dadurch zerfällt es in kleinere Moleküle. Die vollständige Oxidation führt letztlich zur Entfärbung, da die chromophore (farbgebende) Struktur des Indigos zerstört wird. Der Umschlagspunkt war erreicht, als die Lösung sich nicht mehr entfärbte.
Mehr zum Farbstoff Indigo und dessen Strukturaufklärung findest du in unserem BLJ zur Infrarotspektroskopie.
Das Interessante an diesem Pigment: es wird durch Säure wasserlöslich und gelblich. In Kontakt mit Sauerstoff oxidiert das Molekül und erscheint wieder tiefblau. In dieser Form ist es wasserunlöslich. Für waschbare Textilien ist das eine sehr praktische Eigenschaft.
Eine übersichtliche Erklärung zu Indigo und Leukoindigo gibt dir simple club hier.
Indigo könnte so also auch als Redoxindikator genutzt werden. Descroizilles nutzte jedoch für die Analyse der Chlorbleich eine andere, irreversible Reaktion. Hypochlorit oxidiert das tiefblaue Indigo. Dadurch zerfällt es in kleinere Moleküle. Die vollständige Oxidation führt letztlich zur Entfärbung, da die chromophore (farbgebende) Struktur des Indigos zerstört wird. Der Umschlagspunkt war erreicht, als die Lösung sich nicht mehr entfärbte.
Mehr zum Farbstoff Indigo und dessen Strukturaufklärung findest du in unserem BLJ zur Infrarotspektroskopie.
Säure-Base-Titration
Wichtige Definitionen und TheorienSäure- und Basenkonzepte Brønsted und Lowry sowie Lewis
Es ist schwer möglich Säure-Base-Reaktionen zu erklären, ohne auf die Definition von Brønsted und Lowry einzugehen. Der Däne Johannes Nicolaus Brønsted (1879–1947) und der Engländer Thomas Martin Lowry (1874–1936) waren zwei Chemiker, die unabhängig voneinander im Jahr 1923 eine wichtige Theorie über Säuren und Basen entwickelten, die heute als Brønsted-Lowry-Theorie bekannt ist. Diese Theorie erweiterte das Verständnis von Säure-Base-Reaktionen erheblich. Nach ihnen sind Säuren Protonendonatoren, Basen Protonenakzeptoren. Beliebige Protonen? Nein, nur Protonen in der Form von H⁺-Ionen; die Protonen aus Atomkernen sind hier nicht gemeint.
Die dazugehörige Standardgleichung sieht so aus:
HA + B ⇄ A⁻ + HB⁺
HA: Säure
B: Base
A⁻ : konjugierte Säure
HB⁺: konjugierte Base
Für die Komplexometrie oder auch das Verständnis der Kohlensäure ist die Definition nach dem US-amerikanischen Chemiker Gilbert Newton Lewis (1875–1946) eleganter.
Der Fokus liegt hier auf den Elektronenpaaren. Nach Lewis sind Säuren Elektronenpaarakzeptoren und Basen Elektronenpaardonatoren.
Beide Theorien ergänzen sich und sind wichtig für das Verständnis von Säure-Base-Reaktionen. Wir greifen auf den folgenden Seiten häufig auf die Theorie von Brønsted und Lowry zurück.
Die dazugehörige Standardgleichung sieht so aus:
HA + B ⇄ A⁻ + HB⁺
HA: Säure
B: Base
A⁻ : konjugierte Säure
HB⁺: konjugierte Base
Für die Komplexometrie oder auch das Verständnis der Kohlensäure ist die Definition nach dem US-amerikanischen Chemiker Gilbert Newton Lewis (1875–1946) eleganter.
Der Fokus liegt hier auf den Elektronenpaaren. Nach Lewis sind Säuren Elektronenpaarakzeptoren und Basen Elektronenpaardonatoren.
Beide Theorien ergänzen sich und sind wichtig für das Verständnis von Säure-Base-Reaktionen. Wir greifen auf den folgenden Seiten häufig auf die Theorie von Brønsted und Lowry zurück.
Säure-Base-ReaktionSäuren und Basen neutralisieren sich
Im Video ist die Säure-Base-Reaktion als simples Stop-Motion-Comic dargestellt.
Starke Säuren haben ein grosses Bestreben, ein bzw. mehrere H⁺-Ionen abzugeben. Je schwächer die Säure, desto geringer ist deren Bestreben zur H⁺ -Abgabe. Schwache Säuren tun das hauptsächlich in Gegenwart einer starken Base.
Starke Basen haben ein grosses Bestreben, ein H⁺-Ion aufzunehmen. Je schwächer die Base, desto geringer ist deren Bestreben zur H⁺ -Aufnahme. Schwache Basen tun das hauptsächlich in Gegenwart einer starken Säure.
Für das Teilchen zählen mit der Titration verwendest du am besten eine starke Säure oder eine starke Base als Titrant. So kannst du sicher sein, dass am Umschlagspunkt alle gesuchten Teilchen reagiert haben. Wie dieses Neutralisieren funktioniert, erfährst du auf den kommenden Seiten.
- Die Säure ist der Protonendonator.
- Die Base ist der Protonenakzeptor.
- Beide bilden sie ein Säure-Base-Paar.
Starke Säuren haben ein grosses Bestreben, ein bzw. mehrere H⁺-Ionen abzugeben. Je schwächer die Säure, desto geringer ist deren Bestreben zur H⁺ -Abgabe. Schwache Säuren tun das hauptsächlich in Gegenwart einer starken Base.
Starke Basen haben ein grosses Bestreben, ein H⁺-Ion aufzunehmen. Je schwächer die Base, desto geringer ist deren Bestreben zur H⁺ -Aufnahme. Schwache Basen tun das hauptsächlich in Gegenwart einer starken Säure.
Für das Teilchen zählen mit der Titration verwendest du am besten eine starke Säure oder eine starke Base als Titrant. So kannst du sicher sein, dass am Umschlagspunkt alle gesuchten Teilchen reagiert haben. Wie dieses Neutralisieren funktioniert, erfährst du auf den kommenden Seiten.
Gleichgewicht im BecherglasAutoprotolyse des WassersWasser ist mehr als ein Lösungsmittel
Egal ob du eine starke oder eine schwache Säure titrierst: Immer handelt es sich bei diesen Reaktionen um eine Neutralisation. In wässriger Lösung ist das rasch erklärt.
Wasser ist nämlich deutlich mehr als ein Lösungsmittel. Es reagiert sowohl mit Säuren als auch mit Basen – und in der sogenannten Autoprotolyse sogar mit sich selbst. Dazu erfährst du im Video mehr.
Beim Lösen von Säuren und Basen in Wasser entstehen folgende Stoffe:
Hydroxidionen OH⁻ treffen auf Oxoniumionen H₃O⁺. Das H⁺ des Oxoniumions wird auf das Hydroxidion übertragen. Dadurch entstehen insgesamt zwei Wassermoleküle. Mehr dazu auf den nächsten Seiten.
Auch die umgekehrte Variante ist möglich: Zwei Wassermoleküle treffen aufeinander und ein H⁺ wird vom einen auf das andere übertragen. Das ist die oben erwähnte Autoprotolyse. Sie findet in sehr geringem Masse statt, weshalb in einem Liter reinem Wasser nur sehr wenige Hydroxidionen und Oxoniumionen H₃O⁺ vorkommen. Ihre Konzentration liegt jeweils bei 10⁻⁷ mol pro Liter (mol/l).
Der Wert 7 im Exponenten ist dann auch verantwortlich dafür, dass ein pH-Wert von 7 als neutral gilt. Mathematisch ausgedrückt: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H₃O⁺ -Konzentration, also
pH = - log [ H₃O⁺ ]
Wasser ist nämlich deutlich mehr als ein Lösungsmittel. Es reagiert sowohl mit Säuren als auch mit Basen – und in der sogenannten Autoprotolyse sogar mit sich selbst. Dazu erfährst du im Video mehr.
Beim Lösen von Säuren und Basen in Wasser entstehen folgende Stoffe:
- Basen bilden in Wasser Hydroxidionen OH⁻ und einen Basenrest
- Säuren bilden in Wasser Oxoniumionen H₃O⁺ und einen Säurerest
Hydroxidionen OH⁻ treffen auf Oxoniumionen H₃O⁺. Das H⁺ des Oxoniumions wird auf das Hydroxidion übertragen. Dadurch entstehen insgesamt zwei Wassermoleküle. Mehr dazu auf den nächsten Seiten.
Auch die umgekehrte Variante ist möglich: Zwei Wassermoleküle treffen aufeinander und ein H⁺ wird vom einen auf das andere übertragen. Das ist die oben erwähnte Autoprotolyse. Sie findet in sehr geringem Masse statt, weshalb in einem Liter reinem Wasser nur sehr wenige Hydroxidionen und Oxoniumionen H₃O⁺ vorkommen. Ihre Konzentration liegt jeweils bei 10⁻⁷ mol pro Liter (mol/l).
Der Wert 7 im Exponenten ist dann auch verantwortlich dafür, dass ein pH-Wert von 7 als neutral gilt. Mathematisch ausgedrückt: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H₃O⁺ -Konzentration, also
pH = - log [ H₃O⁺ ]
TafelanschriftNeutralisationsreaktionReaktionsmechanismus verstehen
Der Klassiker im Loop:
Salzsäure HCl (aq) reagiert mit Natronlauge NaOH (aq) zu Wasser und Kochsalz.
Wir machen es kurz. Salzsäure besteht aus Chlorid(ionen) Cl⁻ und Oxonium(-ionen) H₃O⁺ in wässriger Lösung
Natronlauge besteht aus Natrium- (Na⁺) und Hydroxidionen (OH⁻) in wässriger Lösung.
In Worten:
Oxonium und Hydroxid reagieren jeweils als Säure und Base und bilden zwei Wassermoleküle.
Das Chlorid (Cl⁻) und das Natriumion (Na⁺) verbleiben in der Lösung. Würdest du diese eindampfen, bliebe Natriumchlorid zurück – besser bekannt als Kochsalz.
Noch Fragen? Hier geht`s zu leicht verständlichen Animationen rund um die Säure-Base-Thematik.
Salzsäure HCl (aq) reagiert mit Natronlauge NaOH (aq) zu Wasser und Kochsalz.
Wir machen es kurz. Salzsäure besteht aus Chlorid(ionen) Cl⁻ und Oxonium(-ionen) H₃O⁺ in wässriger Lösung
Natronlauge besteht aus Natrium- (Na⁺) und Hydroxidionen (OH⁻) in wässriger Lösung.
In Worten:
Oxonium und Hydroxid reagieren jeweils als Säure und Base und bilden zwei Wassermoleküle.
Das Chlorid (Cl⁻) und das Natriumion (Na⁺) verbleiben in der Lösung. Würdest du diese eindampfen, bliebe Natriumchlorid zurück – besser bekannt als Kochsalz.
Noch Fragen? Hier geht`s zu leicht verständlichen Animationen rund um die Säure-Base-Thematik.
Säure-Base-TitrationTeilchenmodell der NeutralisationDie korrekte Variante
Animationen erklären oft mehr als tausend Worte.
Kannst du die Geschichte dieser Animation erzählen?
Was uns besonders gut an der Animation gefällt, ist, dass sie sehr anschaulich zeigt, wie unglaublich schnell Protonen von Wassermolekül zu Wassermolekül weitergereicht werden. Findest du die Stelle in der Animation?
Ein bisschen besser würde uns die Animation noch gefallen, wenn sich die vielen Teilchen zu Beginn und am Schluss noch bewegen würden, denn in einer Flüssigkeit bei Raumtemperatur ist ordentlich Bewegung drin und ein Aufeinandertreffen der Teilchen garantiert. Aber das kann sich dein Kopfkino sicher gut vorstellen.
Hier findest du eine vorsätzlich falsche Version der gleichen Animation. Sie zeigt sehr verbreitete Fehler. Überprüfe mit ihrer Hilfe, ob deine Vorstellungen von der Neutralisation stimmen!
Kannst du die Geschichte dieser Animation erzählen?
Was uns besonders gut an der Animation gefällt, ist, dass sie sehr anschaulich zeigt, wie unglaublich schnell Protonen von Wassermolekül zu Wassermolekül weitergereicht werden. Findest du die Stelle in der Animation?
Ein bisschen besser würde uns die Animation noch gefallen, wenn sich die vielen Teilchen zu Beginn und am Schluss noch bewegen würden, denn in einer Flüssigkeit bei Raumtemperatur ist ordentlich Bewegung drin und ein Aufeinandertreffen der Teilchen garantiert. Aber das kann sich dein Kopfkino sicher gut vorstellen.
Hier findest du eine vorsätzlich falsche Version der gleichen Animation. Sie zeigt sehr verbreitete Fehler. Überprüfe mit ihrer Hilfe, ob deine Vorstellungen von der Neutralisation stimmen!
Korrekte Version
Säure-Base-TitrationskurvenAlles neutral?
Wo liegt der Äquivalenzpunkt bei einer Säure-Base-Titration?
Für das Beispiel der vorhin gezeigten Neutralisation von Salzsäure mit Natronlauge erwarten wir den Äquivalenzpunkt bei pH = 7. Das ist nicht immer so!
Das Video zeigt dir, wie die Titrationskurve der Titration von Essigsäure mit Natronlauge verläuft und weshalb der Äquivalenzpunkt bei ungefähr pH = 9 liegt.
Dahinter steckt das Reaktionsgleichgewicht. Wenn du mehr darüber erfahren möchtest, erfährst du hier mehr.
Für das Beispiel der vorhin gezeigten Neutralisation von Salzsäure mit Natronlauge erwarten wir den Äquivalenzpunkt bei pH = 7. Das ist nicht immer so!
Das Video zeigt dir, wie die Titrationskurve der Titration von Essigsäure mit Natronlauge verläuft und weshalb der Äquivalenzpunkt bei ungefähr pH = 9 liegt.
Dahinter steckt das Reaktionsgleichgewicht. Wenn du mehr darüber erfahren möchtest, erfährst du hier mehr.
Erklärvideo von Simple Club.
Für alle, die es genau wissen wollenDer Äquivalenzpunkt im DetailDie geballte Ladung im letzten Tropfen...
Im Hintergrundvideo nochmals der Klassiker:
Salzsäure HCl (aq) einer unbekannten Konzentration wird mit Natronlauge NaOH (aq) titriert.
Der Titration zugrunde liegt die Neutralisationsreaktion von Oxonium(ionen) mit Hydroxid(ionen) zu Wasser.
Die Frage der Fragen lautet:
Bei welchem Volumen ist die zugetropfte Menge Hydroxidionen äquivalent (gleich) mit der Menge Oxoniumionen der Salzsäure?
ODER: Wie viel Natronlauge muss ich zur Probe tropfen, bis alle Oxoniumionen in der sauren Lösung mit den zugetropften Hydroxidionen reagiert haben?
Alle? Nein, nicht ganz alle. Aufgrund der Autoprotolyse des Wassers wird auch bei neutralem pH-Wert von 7 noch eine kleine Menge Oxoniumionen vorhanden sein.
Wann ist also die Neutralisation auf pH Wert 7 erreicht?
Einerseits kann das eine pH-Elektrode ermitteln. Wenn die Messwerte digital mit dem Volumenverbrauch gekoppelt werden, wie das beim Titrino der Fall ist, ist das sehr effizient.
Andererseits kann ein Indikator verwendet werden. Das hat seine Tücken.
Der hier verwendete Indikator Phenolphtalein erscheint zwischen pH 8,2 und 13 pink. Ansonsten ist er farblos. Er schlägt also nahe am Äquivalenzpunkt von pH 7 nach pink um.
Jetzt geht’s ans Zählen: Nach wie vielen Tropfen würdest du den Äquivalenzpunkt vermuten?
Nicht ganz einfach, denn spätestens nach dem 6. Tropfen müsste die Tropfgeschwindigkeit verlangsamt werden. Die pinken Schlieren im Becherglas verschwinden kaum mehr. Der Äquivalenzpunkt könnte erreicht sein! Jetzt ist tropfenweises Arbeiten angesagt. Denn nahe am Äquivalenzpunkt geht's schnell. Wir rechnen mal kurz nach:
Ein Tropfen entspricht ca. 1/20 ml. Die Natronlauge hat eine Konzentration von 0.1 mol/l. In einem Tropfen befinden sich also 0.000005 Mol Hydroxidionen.
Hat die Lösung also fast den pH-Wert von 7 erreicht, entspricht das der mehr als zehntausendfachen Menge an Hydroxidionen, die der eine Tropfen hinzufügt. Somit schnellt der pH Wert um ca. vier Einheiten nach oben.
Ist der Umschlagspunkt erreicht gilt bei der manuellen Titration: Sofort den Hahn an der Bürette schliessen und das verbrauchte Volumen des Titriermittels ablesen. Hast du den Umschlagspunkt verpasst, musst du von vorne starten.
Der Titrino registriert zugetropftes Volumen und die Potentialänderungen in der Lösung digital und berechnet den Äquivalenzpunkt.
Salzsäure HCl (aq) einer unbekannten Konzentration wird mit Natronlauge NaOH (aq) titriert.
Der Titration zugrunde liegt die Neutralisationsreaktion von Oxonium(ionen) mit Hydroxid(ionen) zu Wasser.
Die Frage der Fragen lautet:
Bei welchem Volumen ist die zugetropfte Menge Hydroxidionen äquivalent (gleich) mit der Menge Oxoniumionen der Salzsäure?
ODER: Wie viel Natronlauge muss ich zur Probe tropfen, bis alle Oxoniumionen in der sauren Lösung mit den zugetropften Hydroxidionen reagiert haben?
Alle? Nein, nicht ganz alle. Aufgrund der Autoprotolyse des Wassers wird auch bei neutralem pH-Wert von 7 noch eine kleine Menge Oxoniumionen vorhanden sein.
Wann ist also die Neutralisation auf pH Wert 7 erreicht?
Einerseits kann das eine pH-Elektrode ermitteln. Wenn die Messwerte digital mit dem Volumenverbrauch gekoppelt werden, wie das beim Titrino der Fall ist, ist das sehr effizient.
Andererseits kann ein Indikator verwendet werden. Das hat seine Tücken.
Der hier verwendete Indikator Phenolphtalein erscheint zwischen pH 8,2 und 13 pink. Ansonsten ist er farblos. Er schlägt also nahe am Äquivalenzpunkt von pH 7 nach pink um.
Jetzt geht’s ans Zählen: Nach wie vielen Tropfen würdest du den Äquivalenzpunkt vermuten?
Nicht ganz einfach, denn spätestens nach dem 6. Tropfen müsste die Tropfgeschwindigkeit verlangsamt werden. Die pinken Schlieren im Becherglas verschwinden kaum mehr. Der Äquivalenzpunkt könnte erreicht sein! Jetzt ist tropfenweises Arbeiten angesagt. Denn nahe am Äquivalenzpunkt geht's schnell. Wir rechnen mal kurz nach:
Ein Tropfen entspricht ca. 1/20 ml. Die Natronlauge hat eine Konzentration von 0.1 mol/l. In einem Tropfen befinden sich also 0.000005 Mol Hydroxidionen.
Hat die Lösung also fast den pH-Wert von 7 erreicht, entspricht das der mehr als zehntausendfachen Menge an Hydroxidionen, die der eine Tropfen hinzufügt. Somit schnellt der pH Wert um ca. vier Einheiten nach oben.
Ist der Umschlagspunkt erreicht gilt bei der manuellen Titration: Sofort den Hahn an der Bürette schliessen und das verbrauchte Volumen des Titriermittels ablesen. Hast du den Umschlagspunkt verpasst, musst du von vorne starten.
Der Titrino registriert zugetropftes Volumen und die Potentialänderungen in der Lösung digital und berechnet den Äquivalenzpunkt.
Schritt-für-Schritt-AnleitungErklärvideo Berechnungen
Das folgende Video erklärt anschaulich, wie eine Säure-Base-Titration durchgeführt wird.
Auch erfährst du, wie du aus dem Messwert die Konzentration des gesuchten Stoffes in der Probe berechnest.
Nun kennst du die wichtigsten Fakten und Hintergründe zur Säure-Base-Titration.
Nun zum Handeln, denn wir verstehen nur richtig, was wir tun. Auf den folgenden Seiten findest du zwei Anleitungen zur Säure-Base-Titration rund um das Thema Kohlensäure.
Auch erfährst du, wie du aus dem Messwert die Konzentration des gesuchten Stoffes in der Probe berechnest.
Nun kennst du die wichtigsten Fakten und Hintergründe zur Säure-Base-Titration.
Nun zum Handeln, denn wir verstehen nur richtig, was wir tun. Auf den folgenden Seiten findest du zwei Anleitungen zur Säure-Base-Titration rund um das Thema Kohlensäure.
Umfangreiche Informationen rund um die Säure-Base-Titration, inkl. Berechnungsbeispielen
CO₂ hält die Welt in AtemAnwendungen Säure-Base-Titration
Klimawandel. Verbrennung fossiler Energieträger. Steigende Kohlen(stoff)dioxidkonzentrationen in der Erdatmosphäre. Ein kleines Molekül mit grosser Wirkung, denn es spielt eine bedeutende Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde. Eine andere Geschichte, auf die wir an anderer Stelle eingehen.
Dann, nicht unwesentlich, atmen wir Kohlendioxid aus, nachdem wir in unseren Zellen die energiereichen organischen Moleküle aus der Nahrung erfolgreich verstoffwechselt haben. Emittiertes Kohlenstoffdioxid kann also auch ganz unspektakulär ein Mass für Stoffwechselaktivität sein. Vielleicht fragst du dich jetzt, ob der Titrino auch Gase detektieren kann. Nein, das kann er nicht direkt.
Indirekt ist das aber einfach. Denn Kohlenstoffdioxid bildet in Wasser Kohlensäure. Diese lässt sich wunderbar titrieren.
Weiter geht's mit Anwendungen. Mit einer Säure-Base-Titration kommst du im Escape Rätsel dem Atem der Drachenkönigin Nyra auf die Schliche.
Im Boden wohnen keine Drachen. Dafür gibt es hier eine unglaublich grosse Anzahl von Mikroorganismen in Mitten eines Dickichtes von Pflanzenwurzeln. Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger Indikator für die Aktivität der Bodenbewohner. Wie du diese misst, zeigt dir die Versuchsvorschrift zur Bestimmung der Bodenatmung.
Dann, nicht unwesentlich, atmen wir Kohlendioxid aus, nachdem wir in unseren Zellen die energiereichen organischen Moleküle aus der Nahrung erfolgreich verstoffwechselt haben. Emittiertes Kohlenstoffdioxid kann also auch ganz unspektakulär ein Mass für Stoffwechselaktivität sein. Vielleicht fragst du dich jetzt, ob der Titrino auch Gase detektieren kann. Nein, das kann er nicht direkt.
Indirekt ist das aber einfach. Denn Kohlenstoffdioxid bildet in Wasser Kohlensäure. Diese lässt sich wunderbar titrieren.
Weiter geht's mit Anwendungen. Mit einer Säure-Base-Titration kommst du im Escape Rätsel dem Atem der Drachenkönigin Nyra auf die Schliche.
Im Boden wohnen keine Drachen. Dafür gibt es hier eine unglaublich grosse Anzahl von Mikroorganismen in Mitten eines Dickichtes von Pflanzenwurzeln. Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger Indikator für die Aktivität der Bodenbewohner. Wie du diese misst, zeigt dir die Versuchsvorschrift zur Bestimmung der Bodenatmung.
SB interaktive Animationen
Wir verstehen nur, was wir tun ...Interaktive Animationen
Es muss nicht immer ein Laborversuch sein. Auch virtuelles Tun ist hilfreich.
Hier findest du hilfreiche Animationen und interaktive Grafiken, mit denen du dein Verständnis der Säure-Base-Titration vertiefen kannst.
Saure & basische Lösungen (colorado.edu)
pH-Skala: Grundlagen (colorado.edu)
pH-Skala (colorado.edu)
Saure & basische Lösungen (colorado.edu)
Hier findest du hilfreiche Animationen und interaktive Grafiken, mit denen du dein Verständnis der Säure-Base-Titration vertiefen kannst.
Saure & basische Lösungen (colorado.edu)
pH-Skala: Grundlagen (colorado.edu)
pH-Skala (colorado.edu)
Saure & basische Lösungen (colorado.edu)
Falsches Teilchenmodell
Vorsicht: Fehlerhafte Variante!Teilchenmodell der Neutralisation
Es gibt unzählige Lehrfilme. Längst nicht alle sind geeignet, um dir eine gute Vorstellung der Prozesse zu vermitteln. In diesem Video sind absichtlich Fehler eingebaut. Im Vergleich mit der korrekten Variante findest du die Fehler bestimmt. Hier beschreiben wir sie kurz.
Zugetropft werden nicht hydratisierte Natriumionen und Hydroxidionen sondern deren Verbindung als Natriumhydroxid NaOH. Die Kationen und Anionen werden jedoch beim Lösen in Wasser getrennt hydratisiert. Das bedeutet, dass die Ionen von Wassermolekülen umhüllt sind.
Das gilt auch für das gezeigte Wasserstoffchlorid HCl. Das bei Raumtemperatur gasförmige Molekül reagiert in Wasser sofort und bildet ein Chloridion und ein Oxoniumion. Diese sind ebenfalls als einzelne Ionen hydratisiert.
Zugetropft werden nicht hydratisierte Natriumionen und Hydroxidionen sondern deren Verbindung als Natriumhydroxid NaOH. Die Kationen und Anionen werden jedoch beim Lösen in Wasser getrennt hydratisiert. Das bedeutet, dass die Ionen von Wassermolekülen umhüllt sind.
Das gilt auch für das gezeigte Wasserstoffchlorid HCl. Das bei Raumtemperatur gasförmige Molekül reagiert in Wasser sofort und bildet ein Chloridion und ein Oxoniumion. Diese sind ebenfalls als einzelne Ionen hydratisiert.
Gleichgewicht und Äquivalenzpunkt
ExkursAlles im Gleichgewicht?
Moleküle, Atome, Teilchen, Materie. Wie auch immer wir die betrachteten Teilchen nennen, eines ist ihnen gemeinsam: Sie haben keinen Willen. Und doch sind sie bestrebt oder geneigt, einen bestimmten Zustand zu erreichen. Damit ist meistens eine energetisch günstige Elektronenanordnung gemeint.
Stoffe, die bereits einen günstigen Energiezustand haben, sind weniger reaktionsfreudig.
Je kleiner die Energiedifferenz zum Ausgangszustand, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Stoffe auch wieder zurück reagieren.
Durch ständige Hin- und Rückreaktion entsteht ein Reaktionsgleichgewicht. Je reaktionsfreudiger die Edukte, desto mehr Produkte bilden sich. Bei starken Säuren oder Basen nimmt die Gleichgewichtskonstante K Werte grösser als 1 an.
Der pKs-Wert ist dann auch ein Mass für die Säurestärke, sozusagen eine Kennzahl. Er ermöglicht den direkten Vergleich der Säurestärken verschiedener Säuren. Je grösser der pKs-Wert, desto stärker die Säure. In vielen Dokumenten ist er tabellarisch gelistet. Das Video oben zeigt dir, wie du von der Gleichgewichtskonstante zum pKs-Wert kommst.
Du willst noch mehr erfahren? Eine letzte Vertiefung zur Reaktionsfreudigkeit findest auf der nächsten Seite.
Stoffe, die bereits einen günstigen Energiezustand haben, sind weniger reaktionsfreudig.
Je kleiner die Energiedifferenz zum Ausgangszustand, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Stoffe auch wieder zurück reagieren.
Durch ständige Hin- und Rückreaktion entsteht ein Reaktionsgleichgewicht. Je reaktionsfreudiger die Edukte, desto mehr Produkte bilden sich. Bei starken Säuren oder Basen nimmt die Gleichgewichtskonstante K Werte grösser als 1 an.
Der pKs-Wert ist dann auch ein Mass für die Säurestärke, sozusagen eine Kennzahl. Er ermöglicht den direkten Vergleich der Säurestärken verschiedener Säuren. Je grösser der pKs-Wert, desto stärker die Säure. In vielen Dokumenten ist er tabellarisch gelistet. Das Video oben zeigt dir, wie du von der Gleichgewichtskonstante zum pKs-Wert kommst.
Du willst noch mehr erfahren? Eine letzte Vertiefung zur Reaktionsfreudigkeit findest auf der nächsten Seite.
Bodenatmung
Mehr als eine Hand voll DreckDas Bodenökosystem
«
Auf gutem Boden stehen
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« Eine bodenlose Frechheit »
« Ins bodenlose Fallen »
Nicht bodenlos aber fast schon zahllos sind die Stoffe und Lebewesen im Boden. Boden ist alles andere als ein Stück Dreck. Er bildet neben Wasser und Luft das dritte Umweltkompartiment. Der antike griechische Naturphilosoph und Dichter Xenophanes von Kolophon (560–478 v.d.Z.) betrachtete die Erde (den Boden) als grundlegenden Urstoff (archē), aus dem alles entsteht und in den alles zurückkehrt. Der griechische Philosoph Aristoteles (384–322 v.d.Z) zählte die Erde sogar als eines der vier Elemente (neben Wasser, Luft und Feuer). Naheliegend. Auch in vielen anderen Kulturen ist der Boden das Material aus dem wir gemacht sind und in das wir zurückkehren. Der Boden ist mineralischer Untergrund, erodiert und abgelagert und nach und nach besiedelt von Moosen, Pilzen, Bakterien, Insekten, Würmern etc. Sie bilden ein einzigartiges Gemisch aus Steinen, Sand, Lehm, Luftlöchern, wässrigen Lösungen und organischem Material.
Der Boden ist der Schauplatz für unzählige physikalische, chemische und biologische Prozesse. Wir unterscheiden zwischen fruchtbarem und unfruchtbarem Boden. Er ist Wurzelgrund, Wasserspeicher und Nährstofflieferant. Nicht zuletzt betrachtet die moderne Wissenschaft den Boden als einzigartigen Lebensraum, ein komplexes System aus Biosphäre, Atmosphäre, Lithosphäre und Hydrosphäre. Die Wissenschaft, die sich mit der Entstehung, Zusammensetzung, Struktur und Funktion von Böden beschäftigt ist die Bodenkunde, auch Pedologie genannt.
Und die Bodenatmung? Sie ist ein Mass für die biologische Aktivität in einem Boden. Wurzeln und heterotrophe Organismen setzen durch ihre Stoffwechselaktivität Kohlenstoffdioxid frei. Rund 70 % des freigesetzten Kohlenstoffdioxids entsteht in Folge der Aktivität von Mikroorganismen. Sie erledigen die Hauptarbeit des Zersetzungsprozesses, der für ein intaktes Bodenökosystem von zentraler Bedeutung ist. Fachleute sprechen hier von der Bodenaktivität. Diese lässt sich aber nicht so gut messen, weil man den Mikroben schlecht bei der Arbeit zuschauen kann.
Aber über die Bodenatmung lässt sich die Aktivität bestimmen. Das bei den Prozessen entstehende Kohlenstoffdioxid lässt sich recht einfach messen. Wir zeigen dir wie. Aber zuerst schauen wir noch kurz auf die Lebensvielfalt unter unseren Füssen.
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Nicht bodenlos aber fast schon zahllos sind die Stoffe und Lebewesen im Boden. Boden ist alles andere als ein Stück Dreck. Er bildet neben Wasser und Luft das dritte Umweltkompartiment. Der antike griechische Naturphilosoph und Dichter Xenophanes von Kolophon (560–478 v.d.Z.) betrachtete die Erde (den Boden) als grundlegenden Urstoff (archē), aus dem alles entsteht und in den alles zurückkehrt. Der griechische Philosoph Aristoteles (384–322 v.d.Z) zählte die Erde sogar als eines der vier Elemente (neben Wasser, Luft und Feuer). Naheliegend. Auch in vielen anderen Kulturen ist der Boden das Material aus dem wir gemacht sind und in das wir zurückkehren. Der Boden ist mineralischer Untergrund, erodiert und abgelagert und nach und nach besiedelt von Moosen, Pilzen, Bakterien, Insekten, Würmern etc. Sie bilden ein einzigartiges Gemisch aus Steinen, Sand, Lehm, Luftlöchern, wässrigen Lösungen und organischem Material.
Der Boden ist der Schauplatz für unzählige physikalische, chemische und biologische Prozesse. Wir unterscheiden zwischen fruchtbarem und unfruchtbarem Boden. Er ist Wurzelgrund, Wasserspeicher und Nährstofflieferant. Nicht zuletzt betrachtet die moderne Wissenschaft den Boden als einzigartigen Lebensraum, ein komplexes System aus Biosphäre, Atmosphäre, Lithosphäre und Hydrosphäre. Die Wissenschaft, die sich mit der Entstehung, Zusammensetzung, Struktur und Funktion von Böden beschäftigt ist die Bodenkunde, auch Pedologie genannt.
Und die Bodenatmung? Sie ist ein Mass für die biologische Aktivität in einem Boden. Wurzeln und heterotrophe Organismen setzen durch ihre Stoffwechselaktivität Kohlenstoffdioxid frei. Rund 70 % des freigesetzten Kohlenstoffdioxids entsteht in Folge der Aktivität von Mikroorganismen. Sie erledigen die Hauptarbeit des Zersetzungsprozesses, der für ein intaktes Bodenökosystem von zentraler Bedeutung ist. Fachleute sprechen hier von der Bodenaktivität. Diese lässt sich aber nicht so gut messen, weil man den Mikroben schlecht bei der Arbeit zuschauen kann.
Aber über die Bodenatmung lässt sich die Aktivität bestimmen. Das bei den Prozessen entstehende Kohlenstoffdioxid lässt sich recht einfach messen. Wir zeigen dir wie. Aber zuerst schauen wir noch kurz auf die Lebensvielfalt unter unseren Füssen.
Da ist Leben unter unsBis zu 100 000 000 Bakterienin einem Gramm Boden
Dazu kommen unzählige Organismen wie Würmer, Tausendfüssler, Springschwänze, Pilze und auch Pflanzenwurzeln. Sie alle nutzen vorwiegend totes organisches Material als Nahrung und zersetzen es zu kleinen, anorganischen Molekülen. Kohlenstoffdioxid ist ein solches kleines anorganisches Molekül. Es entsteht bei verschiedensten Dissimilationsprozessen (Abbauprozessen) und ist ein guter Marker dafür, wie gross der Umsatz der organischen Materie im Boden ist. Dieser ist wiederum abhängig von vielen abiotischen Faktoren, wie der Bodentemperatur, der Bodenfeuchtigkeit oder der Bodenstruktur. Ein Summenparameter also, der Rückschlüsse auf das Leben im Bodenökosystem zulässt.
Interessant ist der Vergleich verschiedener Böden. In welchem Bodentyp erwartest du die grösste biologische Aktivität? Wie unterscheiden sich Waldboden vom Sandstrand, Blumenbeet vom Kiesplatz?
Interessant ist der Vergleich verschiedener Böden. In welchem Bodentyp erwartest du die grösste biologische Aktivität? Wie unterscheiden sich Waldboden vom Sandstrand, Blumenbeet vom Kiesplatz?
Kohlenstoffdioxid einfangenLauge als Falle
Falls du das Escape-Rätsel zum Drachenatem gemacht hast, weisst du, dass Elara Kohlenstoffdioxid mit Natronlauge eingefangen hatte. Kohlenstoffdioxid löst sich gut in Wasser – denn Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser zu Kohlensäure H₂CO₃ –, aber noch besser in Natron- oder Kalilauge.
Kohlensäure ist ein instabiles Molekül – es reagiert zurück oder deprotoniert. Im letzteren Fall entstehen Hydrogencarbonationen HCO₃⁻ und Oxoniumionen H₃O⁺.
CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃
H₂CO₃ + H₂O ⇄ H₃O⁺ + HCO₃⁻
Kohlensäurehaltiges Wasser ist also leicht sauer. Das Reaktionsgleichgewicht liegt auf der rechten Seite.
In Natron- oder Kalilauge reagieren nun die enthaltenen Hydroxidionen OH⁻ mit den entstehenden Oxoniumionen zu Wasser. Das Produkt reagiert also weiter H₃O⁺. Somit können mehr CO₂-Moleküle zu Kohlensäure reagieren. Die Lauge wird zur regelrechten Kohlenstoffdioxidfalle. In basischer Lösung findet eine weitere Deprotonierung statt:
HCO₃⁻ + OH⁻ ⇄ CO₃²⁻ + H₂O
Damit möglichst nur Kohlendioxid aus der Atmungsaktivität der Bodenorganismen den Weg ins Becherglas findet, stülpen wir einen luftdichten Plastikeimer über das Becherglas.
Für die Analyse, wie viel CO₂ in die Natronlauge diffundieren konnte, spielt nun der Titrino seine volle Stärke aus. Denn als Titiermittel verwendest du Salzsäure. Es sind also zwei Säuren und eine Lauge im Spiel. Wobei die Kohlensäure auch gleich eine zweiprotonige Säure ist.
In der manuellen Titration könntest du dank eines Mischindikators zwei Umschlagspunkte erkennen.
Der Titrino erkennt mehrere Umschlagspunkte automatisch.
Kohlensäure ist ein instabiles Molekül – es reagiert zurück oder deprotoniert. Im letzteren Fall entstehen Hydrogencarbonationen HCO₃⁻ und Oxoniumionen H₃O⁺.
CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃
H₂CO₃ + H₂O ⇄ H₃O⁺ + HCO₃⁻
Kohlensäurehaltiges Wasser ist also leicht sauer. Das Reaktionsgleichgewicht liegt auf der rechten Seite.
In Natron- oder Kalilauge reagieren nun die enthaltenen Hydroxidionen OH⁻ mit den entstehenden Oxoniumionen zu Wasser. Das Produkt reagiert also weiter H₃O⁺. Somit können mehr CO₂-Moleküle zu Kohlensäure reagieren. Die Lauge wird zur regelrechten Kohlenstoffdioxidfalle. In basischer Lösung findet eine weitere Deprotonierung statt:
HCO₃⁻ + OH⁻ ⇄ CO₃²⁻ + H₂O
Damit möglichst nur Kohlendioxid aus der Atmungsaktivität der Bodenorganismen den Weg ins Becherglas findet, stülpen wir einen luftdichten Plastikeimer über das Becherglas.
Für die Analyse, wie viel CO₂ in die Natronlauge diffundieren konnte, spielt nun der Titrino seine volle Stärke aus. Denn als Titiermittel verwendest du Salzsäure. Es sind also zwei Säuren und eine Lauge im Spiel. Wobei die Kohlensäure auch gleich eine zweiprotonige Säure ist.
In der manuellen Titration könntest du dank eines Mischindikators zwei Umschlagspunkte erkennen.
Der Titrino erkennt mehrere Umschlagspunkte automatisch.
Bodenatmungin verschiedenen Ökosystemen messen
Du brauchst:
Vorgehen (nach Gigon et al.):
«An einer für das Ökosystem typischen, ungestörten Bodenstelle werden die oberirdischen Pflanzenteile und bei Waldböden die lose und unzersetzte Streu entfernt.
Falls nötig, wird der Boden mit dem Brotmesser entsprechend dem Durchmesser der Atmungsglocke ca. 5 cm tief eingestochen. Ein mit 10 ml 0.5 mol/l Lauge gefülltes Joghurtglas (Absorptionsgefäss) wird auf das Drahtnetz aufgesetzt und im Zentrum der von Vegetation befreiten Bodenstelle platziert.
Dann wird die Atmungsglocke mit offenem Loch möglichst rasch über das CO₂-Absorptionsgefäss gestülpt und rund 2 cm tief in den Boden eingedrückt.
Das Loch wird geschlossen (z. B. mit Plastilin). Um den CO₂-Gehalt der Luft, die in die Atmungsglocke eingeschlossen wird, zu ermitteln, wird eine Blindprobe angelegt. Dazu wird der Eimer nicht in den Boden getrieben, sondern mit dem Deckel verschlossen. In jedem Ökosystem sind mindestens 3 Atmungsglocken (besser 6) an mikrostandörtlich möglichst ähnlichen Stellen zu platzieren. Um zu
prüfen, wie gross die Temperaturdifferenz zur Umgebungsluft ist, wird neben und unter einer Glocke je ein Bodenthermometer installiert.
Nach exakt 6 h Exposition wird die Glocke entfernt und das Joghurtglas schnell verschlossen. Durch Titration bestimmt man die Menge des freigesetzten CO₂.»
Die Methode ist auf dem Berzelius-Titrino gespeichert.
Auswertung:
Die Differenz ΔHCI zwischen erstem und zweiten Äquivalenzpunkt entspricht der Menge absorbierten Kohlenstoffdioxids. Zunächst neutralisiert die Salzsäure nämlich die noch vorhandenen Hydroxidionen. Anschliessend reagiert die Salzsäure mit den Carbonat-/Hydrogencarbonationen.
Um nur das Kohlenstoffdioxid aus der Bodenatmung zu berücksichtigen, wird die Differenz der Blindprobe ΔHCI subtrahiert.
ΔHCI (Probe) [ml] - ΔHCI (Blindprobe) [ml ] • 4.4 [mg/ml] = CO₂ absorbiert [mg]
Quelle:
Gigon et al. (2004). Kurzpraktikum Terrestrisches Ökologie. vdf Hochschulverlag. ISBN: 978-3-7281-2924-6
- 7 Lebensmittel-Kunststoffeimer mit einem Volumen zwischen 10 und 15 Litern
- 1 passender Deckel zum Kunststoffeimer
- 7 Gläser mit laugeresistentem Deckel, ca. 100 ml Fassvermögen
- 7 Bodenthermometer
- 1 Pipette 10 ml
- 1 Brotmesser
- 1 Pack Plastilin
- 0.5 mol/l NaOH oder KOH
- 0.1 mol/l Salzsäure
- Titrino mit pH-Elektrode
Vorgehen (nach Gigon et al.):
«An einer für das Ökosystem typischen, ungestörten Bodenstelle werden die oberirdischen Pflanzenteile und bei Waldböden die lose und unzersetzte Streu entfernt.
Falls nötig, wird der Boden mit dem Brotmesser entsprechend dem Durchmesser der Atmungsglocke ca. 5 cm tief eingestochen. Ein mit 10 ml 0.5 mol/l Lauge gefülltes Joghurtglas (Absorptionsgefäss) wird auf das Drahtnetz aufgesetzt und im Zentrum der von Vegetation befreiten Bodenstelle platziert.
Dann wird die Atmungsglocke mit offenem Loch möglichst rasch über das CO₂-Absorptionsgefäss gestülpt und rund 2 cm tief in den Boden eingedrückt.
Das Loch wird geschlossen (z. B. mit Plastilin). Um den CO₂-Gehalt der Luft, die in die Atmungsglocke eingeschlossen wird, zu ermitteln, wird eine Blindprobe angelegt. Dazu wird der Eimer nicht in den Boden getrieben, sondern mit dem Deckel verschlossen. In jedem Ökosystem sind mindestens 3 Atmungsglocken (besser 6) an mikrostandörtlich möglichst ähnlichen Stellen zu platzieren. Um zu
prüfen, wie gross die Temperaturdifferenz zur Umgebungsluft ist, wird neben und unter einer Glocke je ein Bodenthermometer installiert.
Nach exakt 6 h Exposition wird die Glocke entfernt und das Joghurtglas schnell verschlossen. Durch Titration bestimmt man die Menge des freigesetzten CO₂.»
Die Methode ist auf dem Berzelius-Titrino gespeichert.
Auswertung:
Die Differenz ΔHCI zwischen erstem und zweiten Äquivalenzpunkt entspricht der Menge absorbierten Kohlenstoffdioxids. Zunächst neutralisiert die Salzsäure nämlich die noch vorhandenen Hydroxidionen. Anschliessend reagiert die Salzsäure mit den Carbonat-/Hydrogencarbonationen.
Um nur das Kohlenstoffdioxid aus der Bodenatmung zu berücksichtigen, wird die Differenz der Blindprobe ΔHCI subtrahiert.
ΔHCI (Probe) [ml] - ΔHCI (Blindprobe) [ml ] • 4.4 [mg/ml] = CO₂ absorbiert [mg]
Quelle:
Gigon et al. (2004). Kurzpraktikum Terrestrisches Ökologie. vdf Hochschulverlag. ISBN: 978-3-7281-2924-6
Redoxreaktionen
Ein Elektronenhandel: ein Nehmen und GebenRedoxreaktionenAufnehmen, abgeben und teilen von Elektronen
Flammen, Explosionen,
Rauch und Knall,
Korrosion, Zellatmung, Strom aus der Batterie, ...
So spektakulär oder unscheinbar chemische Reaktionen auch sind, aus der Sicht der reagierenden Atome geht's oft nur um eins: einen Elektronenhandel!
Die Atome teilen bzw. tauschen Elektronen, damit sie eine stabile Elektronenkonfiguration erreichen. Stabil bedeutet für die meisten Atome acht Elektronen in der äusseren Schale, der Valenzschale. Die Aussenelektronen nennt man daher auch Valenzelektronen. Sie bestimmen die chemischen Eigenschaften eines Elements, wie z. B. Reaktivität und die Art der Bindungen, die es eingehen kann. Helium ist eine Ausnahme, da es nur zwei (Valenz-)Elektronen besitzt. Teilen sich die Atome die Elektronen liegt eine Elektronenpaarbindung, eine sogenannte kovalente Bindung vor. Teilen sich zwei oder mehrere Atome Elektronen, dann bilden sie über eine Atombindung ein Molekül. Werden Elektronen aufgenommen, dann liegt ein Anion vor. Werden Elektronen abgegeben, dann bildet sich ein Kation. Neben dem Helium gibt es noch eine weitere Ausnahme: Elemente in der dritten Periode, z. B. Phosphor und Schwefel und darüber können mehr als acht Elektronen aufnehmen. Diese sogenannte Oktettregel ist ein einfaches Modell, um die Bindungen in Molekülen zu verstehen.
Hier die Oktettregel kurz und klar in einem Video
Dann noch einige Begriffe, die wir für die Redoxreaktionen brauchen:
Oxidationszahl: Sie ist eine formale Zahl für die Beschreibung von Redoxreaktionen und zeigt die Elektronenverteilungen in Molekülen an. Sie gibt an, wie viele Elektronen ein Atom in einer Verbindung formal aufgenommen oder abgegeben hat, wenn man die Bindungselektronen nach festen Regeln auf die Bindungspartner aufteilt.
Oxidation: Ein Atom gibt Elektronen ab. Es wird dabei «positiver» und seine Oxidationszahl erhöht sich.
Reduktion – Ein anderes Atom nimmt diese Elektronen auf und wird dadurch «negativer». Die Oxidationszahl wird kleiner.
Redoxreaktion– Oxidation und Reduktion treten immer im Doppelpack auf! Das eine Atom gibt Elektronen ab, das andere nimmt sie auf. Ohne Partner keine Reaktion.
Reduktionsmittel: Gibt Elektronen ab und wird dabei selbst oxidiert. (Elektronendonator)
Oxidationsmittel: Nimmt Elektronen auf und wird reduziert (Elektronenakzeptor).
Schnell und unterhaltsam erklärt das alles Mae in der Reihe "musste wissen". Film ab!
Auf der nächsten Seite erwartet dich eine andere, sehr verspielte Einführung in die Redoxtitration: Der ewige Kampf zwischen Gut und Böse.
So spektakulär oder unscheinbar chemische Reaktionen auch sind, aus der Sicht der reagierenden Atome geht's oft nur um eins: einen Elektronenhandel!
Die Atome teilen bzw. tauschen Elektronen, damit sie eine stabile Elektronenkonfiguration erreichen. Stabil bedeutet für die meisten Atome acht Elektronen in der äusseren Schale, der Valenzschale. Die Aussenelektronen nennt man daher auch Valenzelektronen. Sie bestimmen die chemischen Eigenschaften eines Elements, wie z. B. Reaktivität und die Art der Bindungen, die es eingehen kann. Helium ist eine Ausnahme, da es nur zwei (Valenz-)Elektronen besitzt. Teilen sich die Atome die Elektronen liegt eine Elektronenpaarbindung, eine sogenannte kovalente Bindung vor. Teilen sich zwei oder mehrere Atome Elektronen, dann bilden sie über eine Atombindung ein Molekül. Werden Elektronen aufgenommen, dann liegt ein Anion vor. Werden Elektronen abgegeben, dann bildet sich ein Kation. Neben dem Helium gibt es noch eine weitere Ausnahme: Elemente in der dritten Periode, z. B. Phosphor und Schwefel und darüber können mehr als acht Elektronen aufnehmen. Diese sogenannte Oktettregel ist ein einfaches Modell, um die Bindungen in Molekülen zu verstehen.
Hier die Oktettregel kurz und klar in einem Video
Dann noch einige Begriffe, die wir für die Redoxreaktionen brauchen:
Oxidationszahl: Sie ist eine formale Zahl für die Beschreibung von Redoxreaktionen und zeigt die Elektronenverteilungen in Molekülen an. Sie gibt an, wie viele Elektronen ein Atom in einer Verbindung formal aufgenommen oder abgegeben hat, wenn man die Bindungselektronen nach festen Regeln auf die Bindungspartner aufteilt.
Oxidation: Ein Atom gibt Elektronen ab. Es wird dabei «positiver» und seine Oxidationszahl erhöht sich.
Reduktion – Ein anderes Atom nimmt diese Elektronen auf und wird dadurch «negativer». Die Oxidationszahl wird kleiner.
Redoxreaktion– Oxidation und Reduktion treten immer im Doppelpack auf! Das eine Atom gibt Elektronen ab, das andere nimmt sie auf. Ohne Partner keine Reaktion.
Reduktionsmittel: Gibt Elektronen ab und wird dabei selbst oxidiert. (Elektronendonator)
Oxidationsmittel: Nimmt Elektronen auf und wird reduziert (Elektronenakzeptor).
Schnell und unterhaltsam erklärt das alles Mae in der Reihe "musste wissen". Film ab!
Auf der nächsten Seite erwartet dich eine andere, sehr verspielte Einführung in die Redoxtitration: Der ewige Kampf zwischen Gut und Böse.
Frag ChatGPTDie RedoxtitrationVom Schurkenkampf
Wir haben ChatGPT gebeten, uns eine unterhaltsame Einführung zur Redoxtitration zu schreiben.
Viel Spass beim Redox-Battle im Superheldenkostüm.
«Hallo, werte Freunde der faszinierenden Welt der Chemie! Heute tauchen wir ein in die aufregende Welt der Redoxtitration – einer Methode, die so aufregend ist, dass sie die Chemie auf Speed versetzt!
Aber Moment mal, was ist eine Redoxtitration überhaupt? Nun, Redoxtitration ist eine Methode in der Chemie, bei der wir die Reaktionen zwischen Oxidations- und Reduktionsmitteln messen, um die Konzentration eines Stoffes in einer Lösung zu bestimmen.
Klingt kompliziert? Keine Sorge, wir werden das Ganze auf unterhaltsame Weise erkunden. Stellt euch vor, ihr seid in einem epischen Kampf zwischen Superhelden und Superschurken. Die Superhelden sind die Oxidationsmittel, die die bösen Superschurken (die Reduktionsmittel) bekämpfen. Die Superschurken können Elektronen stehlen, während die Superhelden diese Elektronen zurückerlangen und somit die Welt retten.
In der Welt der Redoxtitration messen wir, wie viele Elektronen die Superschurken stehlen und wie viele die Superhelden zurückerlangen, um das Gleichgewicht in der Lösung zu bestimmen. Jetzt, um die Sache noch spannender zu machen, benötigen wir einen Indikator – unseren unerschrockenen Sidekick der Chemie! Dieser Indikator verändert seine Farbe, um uns anzuzeigen, wann alle gesuchten Teilchen reagiert haben.
Er ist wie unser Bat-Signal, das uns zeigt, dass die Arbeit getan ist. Und wie geht das nun vonstatten?
Nun, wir fügen unsere Superhelden (Oxidationsmittel) in die Lösung der Superschurken (Reduktionsmittel) hinzu und lassen sie kämpfen. Dabei verwenden wir eine Bürette, die wie ein superschlauer Pip-Boy aussieht und die Menge der Oxidationsmittel anzeigt, die wir verwenden. Während die Schlacht tobt, beobachten wir den Indikator. Wenn er seine Farbe ändert, wissen wir, dass das Gleichgewicht erreicht ist, und wir können aufhören zu kämpfen. Dann schauen wir auf unsere Bürette und notieren, wie viel Oxidationsmittel wir verwenden mussten, um die Superschurken zu besiegen. Jetzt kommt die große Mathematik ins Spiel. Wir berechnen, wie viele Elektronen die Oxidationsmittel zurückerobert haben, um die Reduktionsmittel zu besiegen. Das gibt uns die Konzentration des Stoffes, den wir messen wollten. So einfach ist das!
Redoxtitration ist also wie ein actiongeladener Superheldenkampf in einem Chemielabor. Es ist spannend, aufregend und vor allem äußerst nützlich, um die Konzentration von Substanzen in Lösungen zu bestimmen.
Also, falls ihr jemals das Gefühl habt, dass die Chemie langweilig ist, denkt daran, dass sie auch auf Speed gehen kann – dank der aufregenden Welt der Redoxtitration!»
So weit die Geschichte.
Natürlich sind Oxidationsmittel nicht gut und Reduktionsmittel nicht böse. Das gibt's so nur im Film – oder als Antwort eines computerlinguistischen Wahrscheinlichkeitsmodells.
Der Prompt für die Geschichte war ziemlich unspektakulär.
«Verfasse einen unterhaltsamen Text zur Methode der Redoxtitration». Et voilà!
Weiter geht's zur Ascorbinsäure, besser bekannt unter dem Namen Vitamin C. Danach zeigen wir, wie ihr Vitamin C in Fruchtsaft und Wein mit der Titration bestimmen könnt.
Viel Spass beim Redox-Battle im Superheldenkostüm.
«Hallo, werte Freunde der faszinierenden Welt der Chemie! Heute tauchen wir ein in die aufregende Welt der Redoxtitration – einer Methode, die so aufregend ist, dass sie die Chemie auf Speed versetzt!
Aber Moment mal, was ist eine Redoxtitration überhaupt? Nun, Redoxtitration ist eine Methode in der Chemie, bei der wir die Reaktionen zwischen Oxidations- und Reduktionsmitteln messen, um die Konzentration eines Stoffes in einer Lösung zu bestimmen.
Klingt kompliziert? Keine Sorge, wir werden das Ganze auf unterhaltsame Weise erkunden. Stellt euch vor, ihr seid in einem epischen Kampf zwischen Superhelden und Superschurken. Die Superhelden sind die Oxidationsmittel, die die bösen Superschurken (die Reduktionsmittel) bekämpfen. Die Superschurken können Elektronen stehlen, während die Superhelden diese Elektronen zurückerlangen und somit die Welt retten.
In der Welt der Redoxtitration messen wir, wie viele Elektronen die Superschurken stehlen und wie viele die Superhelden zurückerlangen, um das Gleichgewicht in der Lösung zu bestimmen. Jetzt, um die Sache noch spannender zu machen, benötigen wir einen Indikator – unseren unerschrockenen Sidekick der Chemie! Dieser Indikator verändert seine Farbe, um uns anzuzeigen, wann alle gesuchten Teilchen reagiert haben.
Er ist wie unser Bat-Signal, das uns zeigt, dass die Arbeit getan ist. Und wie geht das nun vonstatten?
Nun, wir fügen unsere Superhelden (Oxidationsmittel) in die Lösung der Superschurken (Reduktionsmittel) hinzu und lassen sie kämpfen. Dabei verwenden wir eine Bürette, die wie ein superschlauer Pip-Boy aussieht und die Menge der Oxidationsmittel anzeigt, die wir verwenden. Während die Schlacht tobt, beobachten wir den Indikator. Wenn er seine Farbe ändert, wissen wir, dass das Gleichgewicht erreicht ist, und wir können aufhören zu kämpfen. Dann schauen wir auf unsere Bürette und notieren, wie viel Oxidationsmittel wir verwenden mussten, um die Superschurken zu besiegen. Jetzt kommt die große Mathematik ins Spiel. Wir berechnen, wie viele Elektronen die Oxidationsmittel zurückerobert haben, um die Reduktionsmittel zu besiegen. Das gibt uns die Konzentration des Stoffes, den wir messen wollten. So einfach ist das!
Redoxtitration ist also wie ein actiongeladener Superheldenkampf in einem Chemielabor. Es ist spannend, aufregend und vor allem äußerst nützlich, um die Konzentration von Substanzen in Lösungen zu bestimmen.
Also, falls ihr jemals das Gefühl habt, dass die Chemie langweilig ist, denkt daran, dass sie auch auf Speed gehen kann – dank der aufregenden Welt der Redoxtitration!»
So weit die Geschichte.
Natürlich sind Oxidationsmittel nicht gut und Reduktionsmittel nicht böse. Das gibt's so nur im Film – oder als Antwort eines computerlinguistischen Wahrscheinlichkeitsmodells.
Der Prompt für die Geschichte war ziemlich unspektakulär.
«Verfasse einen unterhaltsamen Text zur Methode der Redoxtitration». Et voilà!
Weiter geht's zur Ascorbinsäure, besser bekannt unter dem Namen Vitamin C. Danach zeigen wir, wie ihr Vitamin C in Fruchtsaft und Wein mit der Titration bestimmen könnt.
Ascorbinsäure (Vitamin C)Vitamine als Milliardengeschäft
Hast du deine Vitamine heute schon gehabt? Der gesunden Ernährung mit Pülverchen und Pillen nachzuhelfen ist ein Trend, ist ein Milliardengeschäft. Das war nicht immer so.
Am Anfang dieser Erfolgsgeschichte steht das Vitamin C. In der Fachsprache heisst es auch Ascorbinsäure. Hier steckt der Begriff Skorbut (lat. scorbutus) drin, eine durch Vitaminmangel auftretende Mundfäule. Auch davon erzählen wir im gleich folgenden Seemannsgarn mehr.
Chemisch betrachtet, ist Ascorbinsäure ein guter Elektronendonator. Das ist praktisch, denn in Gegenwart eines Oxidationsmittels ist die Ascorbinsäure oft der bessere Elektronendonator als andere Moleküle. Somit schützt es andere Stoffe vor Oxidation. Im Zellstoffwechsel fungiert es als Coenzym. Fehlt Vitamin C, kommt es zu Mangelerscheinungen.
Der Umkehrschluss, dass zusätzliches Vitamin C gesundheitsfördernd ist, ist jedoch umstritten. Der Glaube an die präventive Wirkung hält sich indes fast so hartnäckig wie die Erzählung, dass Spinat viel Eisen enthalte.
Nahrungsmittel auf ihren Vitamin-C-Gehalt zu untersuchen, ist eine nicht ganz einfache Aufgabe. Denn Nahrungsmittel wie beispielsweise Fruchtsaft enthalten eine Vielzahl verschiedenster oxidierbarer Stoffe. Ein Oxidationsmittel aus der Bürette muss also nicht zwingend nur mit dem Vitamin C reagieren. Mit geschickt durchgeführter Probenvorbereitung und passender Methodenwahl bekommst du aber plausible Werte.
Übrigens: Ascorbinsäure ist als Reinstoff ein weisses kristallines Pulver. Im Hintergrund siehst du eine mikroskopische Aufnahme dieser Kristalle.
Am Anfang dieser Erfolgsgeschichte steht das Vitamin C. In der Fachsprache heisst es auch Ascorbinsäure. Hier steckt der Begriff Skorbut (lat. scorbutus) drin, eine durch Vitaminmangel auftretende Mundfäule. Auch davon erzählen wir im gleich folgenden Seemannsgarn mehr.
Chemisch betrachtet, ist Ascorbinsäure ein guter Elektronendonator. Das ist praktisch, denn in Gegenwart eines Oxidationsmittels ist die Ascorbinsäure oft der bessere Elektronendonator als andere Moleküle. Somit schützt es andere Stoffe vor Oxidation. Im Zellstoffwechsel fungiert es als Coenzym. Fehlt Vitamin C, kommt es zu Mangelerscheinungen.
Der Umkehrschluss, dass zusätzliches Vitamin C gesundheitsfördernd ist, ist jedoch umstritten. Der Glaube an die präventive Wirkung hält sich indes fast so hartnäckig wie die Erzählung, dass Spinat viel Eisen enthalte.
Nahrungsmittel auf ihren Vitamin-C-Gehalt zu untersuchen, ist eine nicht ganz einfache Aufgabe. Denn Nahrungsmittel wie beispielsweise Fruchtsaft enthalten eine Vielzahl verschiedenster oxidierbarer Stoffe. Ein Oxidationsmittel aus der Bürette muss also nicht zwingend nur mit dem Vitamin C reagieren. Mit geschickt durchgeführter Probenvorbereitung und passender Methodenwahl bekommst du aber plausible Werte.
Übrigens: Ascorbinsäure ist als Reinstoff ein weisses kristallines Pulver. Im Hintergrund siehst du eine mikroskopische Aufnahme dieser Kristalle.
Ascorbinsäure, E300 oderSeemannsgarn und MarketingSkorbut und Gesundheitsbegriff
Seemannsgarn? Das sind doch diese übertriebenen Geschichten, von denen man nie genau weiss, was stimmt …
Kurzum: Als Hoffmann La Roche in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts die industrielle Synthese von Vitamin C gelang, war der ökonomische Nutzen gering. Wozu sollte man das Pulver kaufen?
Der Schweizer Medizinhistoriker Beat Bächi ist der Geschichte der Synthese und Vermarktung von Vitamin C nachgegangen und lässt uns mit anderen Augen auf das wohl am häufigsten geschluckte Nahrungsergänzungsmittel blicken. Er schreibt von gewagten Anpreisungen des Vitamin C als Bravmacher oder als Doping der Schweizer Fussballmannschaft beim «Wunder von Bern». Seemannsgarn also. Das passt ganz gut, denn die Geschichte rund um die Wirkung von Vitamin C beginnt auf hoher See.
Dass der mangelhafte Konsum an frischem Obst und Gemüse zur Seefahrerkrankheit Skorbut führt, war bereits im 16. Jahrhundert bekannt. Deshalb durften lagerfähige Früchte auf der Langen Seereise nicht fehlen. Vom Wirkstoff in diesen Früchten war die Menschheit jedoch noch Jahrhunderte entfernt.
Erst nach der Isolation und Strukturaufklärung im 20. Jahrhundert war es möglich, Ascorbinsäure industriell zu synthetisieren. Nur, wer sollte diesen Wirkstoff – zur Skorbutprophylaxe mal abgesehen – warum und wozu kaufen? Die Förderung der Gesundheit bei Gesunden war zu dieser Zeit noch kein Thema. Es gab dringendere Probleme. Der Schweizer Chemiker Beat Bächi beschreibt in seinem Aufsatz, wie Hoffmann La Roche den Absatz des neuen Stoffes ankurbelte:
«Aber einmal mit der Produktion von Ascorbinsäure begonnen, schossen auch schon die Krankheiten, die man den Patientinnen und Patienten, wie es in einem internen Rapport von Roche heißt, „andichten“ konnte, wie Pilze aus dem Boden. Dazu waren nicht nur neue Diagnosevorrichtungen zur Objektivierung eines möglichen, latenten Vitamin C-Mangels (sic) notwendig, sondern die Gesellschaft musste dazu kommen, zwischen Gesundheit und Krankheit keine absolute Differenz mehr zu sehen. Gesundheit – auf eine statistische Basis gestellt – war immer noch steigerbar; zum Beispiel durch Vitamin C».
Nach diesen Hintergrundinfos geht's zur Bestimmung des Vitamin C in Fruchtsaft. Da kommt Farbe ins Spiel.
Zitat aus:
Bächi, B. (2007). Chemiegeschichte als Kulturgeschichte: Ascorbinsäure und die "Abwehrlage" des "Volkswirtschaftskörpers", 1933-1953. Mitteilung, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie Bd 19, Frankfurt/Main.
Kurzum: Als Hoffmann La Roche in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts die industrielle Synthese von Vitamin C gelang, war der ökonomische Nutzen gering. Wozu sollte man das Pulver kaufen?
Der Schweizer Medizinhistoriker Beat Bächi ist der Geschichte der Synthese und Vermarktung von Vitamin C nachgegangen und lässt uns mit anderen Augen auf das wohl am häufigsten geschluckte Nahrungsergänzungsmittel blicken. Er schreibt von gewagten Anpreisungen des Vitamin C als Bravmacher oder als Doping der Schweizer Fussballmannschaft beim «Wunder von Bern». Seemannsgarn also. Das passt ganz gut, denn die Geschichte rund um die Wirkung von Vitamin C beginnt auf hoher See.
Dass der mangelhafte Konsum an frischem Obst und Gemüse zur Seefahrerkrankheit Skorbut führt, war bereits im 16. Jahrhundert bekannt. Deshalb durften lagerfähige Früchte auf der Langen Seereise nicht fehlen. Vom Wirkstoff in diesen Früchten war die Menschheit jedoch noch Jahrhunderte entfernt.
Erst nach der Isolation und Strukturaufklärung im 20. Jahrhundert war es möglich, Ascorbinsäure industriell zu synthetisieren. Nur, wer sollte diesen Wirkstoff – zur Skorbutprophylaxe mal abgesehen – warum und wozu kaufen? Die Förderung der Gesundheit bei Gesunden war zu dieser Zeit noch kein Thema. Es gab dringendere Probleme. Der Schweizer Chemiker Beat Bächi beschreibt in seinem Aufsatz, wie Hoffmann La Roche den Absatz des neuen Stoffes ankurbelte:
«Aber einmal mit der Produktion von Ascorbinsäure begonnen, schossen auch schon die Krankheiten, die man den Patientinnen und Patienten, wie es in einem internen Rapport von Roche heißt, „andichten“ konnte, wie Pilze aus dem Boden. Dazu waren nicht nur neue Diagnosevorrichtungen zur Objektivierung eines möglichen, latenten Vitamin C-Mangels (sic) notwendig, sondern die Gesellschaft musste dazu kommen, zwischen Gesundheit und Krankheit keine absolute Differenz mehr zu sehen. Gesundheit – auf eine statistische Basis gestellt – war immer noch steigerbar; zum Beispiel durch Vitamin C».
Nach diesen Hintergrundinfos geht's zur Bestimmung des Vitamin C in Fruchtsaft. Da kommt Farbe ins Spiel.
Zitat aus:
Bächi, B. (2007). Chemiegeschichte als Kulturgeschichte: Ascorbinsäure und die "Abwehrlage" des "Volkswirtschaftskörpers", 1933-1953. Mitteilung, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie Bd 19, Frankfurt/Main.
Die iodometrische Titration zur Bestimmung vonVitamin C in FruchtsaftEin Klassiker der Redoxtitration
Der Fruchtsaft ist die Probe, die sogenannte Matrix, Vitamin C der Analyt.
Wir brauchen eine Masslösung mit einem geeigneten Titranten. Im Falle des Vitamin C verwenden wir eine Iodmasslösung. Durch Reduktion bilden sich farblose Iodidionen.
Haben alle vorhandenen Vitamin-C-Moleküle reagiert, bleiben Iod-Moleküle in Lösung. Das zeigt sich an einer Braunfärbung.
Verwendest du dazu noch eine Stärkesuspension als Indikator, verfärbt sich nun deine Lösung violett-blau. Die Farbe schlägt um, der Umschlagspunkt ist erreicht.
Ein Ascorbinsäuremolekül reduziert ein Iodmolekül. Das Reaktionsverhältnis ist also 1:1.
Diese Methode ist auf dem Berzelius-Titrino gespeichert. Die genaue Beschreibung der Anwendung liefern wir dir mit dem Gerät mit. In Kürze ergänzen wir diese Seite um eine umfangreiche Beschreibung zur Probenvorbereitung und Messgenauigkeit.
Wir brauchen eine Masslösung mit einem geeigneten Titranten. Im Falle des Vitamin C verwenden wir eine Iodmasslösung. Durch Reduktion bilden sich farblose Iodidionen.
Haben alle vorhandenen Vitamin-C-Moleküle reagiert, bleiben Iod-Moleküle in Lösung. Das zeigt sich an einer Braunfärbung.
Verwendest du dazu noch eine Stärkesuspension als Indikator, verfärbt sich nun deine Lösung violett-blau. Die Farbe schlägt um, der Umschlagspunkt ist erreicht.
Ein Ascorbinsäuremolekül reduziert ein Iodmolekül. Das Reaktionsverhältnis ist also 1:1.
Diese Methode ist auf dem Berzelius-Titrino gespeichert. Die genaue Beschreibung der Anwendung liefern wir dir mit dem Gerät mit. In Kürze ergänzen wir diese Seite um eine umfangreiche Beschreibung zur Probenvorbereitung und Messgenauigkeit.
Dasselbe in GrünIodatometrische Bestimmungvon Vitamin C
Der Analyt bleibt die Ascorbinsäure.
Titrant sind die Iodationen einer Kaliumiodatlösung. Die Ascorbinsäure überträgt Elektronen an das Iodat. In anderen Worten: Es reduziert Iodationen zu den Iodidionen.
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Kleiner Exkurs zur Benennung (Nomenklatur)
Obwohl sehr verbreitet, sind die letzten beiden Begriffe eine überflüssige Wiederholung, eine sogenannte Tautologie. wie der weisse Schimmel oder der runde Kreis. So wie der Schimmel immer weiss ist und der Kreis immer rund, sind Iodat und Iodid immer ein Ion. Per Definition. Die Endungen -at und -id haben in der Chemie spezifische Bedeutungen und geben Aufschluss über die Zusammensetzung und Ladung eines Stoffes:
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Zurück zur iodatometrischen Titration: Sind alle Ascorbinsäuremoleküle oxidiert, so oxidieren die überschüssigen Iodationen die Iodidionen zu Iodmolekülen, wobei auch Wasser entsteht.. Ein Iodatmolekül oxidiert drei Ascorbinsäuremoleküle. Das Reaktionsverhältnis liegt also bei 3:1.
Eine sehr detaillierte Darstellung und Beschreibung des Vorgehens und der Reaktion findest du hier:
Quantitativer Nachweis von Vitamin C (Ascorbinsäure) mit Kaliumiodat | LEIFIchemie
Titrant sind die Iodationen einer Kaliumiodatlösung. Die Ascorbinsäure überträgt Elektronen an das Iodat. In anderen Worten: Es reduziert Iodationen zu den Iodidionen.
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Kleiner Exkurs zur Benennung (Nomenklatur)
Obwohl sehr verbreitet, sind die letzten beiden Begriffe eine überflüssige Wiederholung, eine sogenannte Tautologie. wie der weisse Schimmel oder der runde Kreis. So wie der Schimmel immer weiss ist und der Kreis immer rund, sind Iodat und Iodid immer ein Ion. Per Definition. Die Endungen -at und -id haben in der Chemie spezifische Bedeutungen und geben Aufschluss über die Zusammensetzung und Ladung eines Stoffes:
- -at steht für komplexere Ionen mit Sauerstoff, z. B. Nitrat, Phosphat,
Sulfat,
Chlorat
- -id steht für einfache Ionen aus einem Element, wie z. B. Sulfid, Chlorid – immer ohne Sauerstoff!
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Zurück zur iodatometrischen Titration: Sind alle Ascorbinsäuremoleküle oxidiert, so oxidieren die überschüssigen Iodationen die Iodidionen zu Iodmolekülen, wobei auch Wasser entsteht.. Ein Iodatmolekül oxidiert drei Ascorbinsäuremoleküle. Das Reaktionsverhältnis liegt also bei 3:1.
Eine sehr detaillierte Darstellung und Beschreibung des Vorgehens und der Reaktion findest du hier:
Quantitativer Nachweis von Vitamin C (Ascorbinsäure) mit Kaliumiodat | LEIFIchemie
Weitere ReduktoneBestimmung der ReduktoneQualitätsprüfung von Wein
Vitamin C gehört zur Gruppe der Reduktone.
Reduktone sind Endiole mit einer benachbarten Carbonylgruppe. Wie das Vitamin C wirken sie stark reduzierend, geben also Elektronen ab. Reduktone können daher ebenfalls über die iodometrische Titration bestimmt werden.
Bei ihrer Bestimmung im Wein stören jedoch einige Additive wie die Sulfite, weshalb der Titration ein Probenvorbereitungsschritt vorgeschaltet ist.
Auf dem Weinetiquett steht oft «enthält Sulfite». Sie besitzen eine antimikrobielle Wirkung. Zudem wirken sie reduzierend und werden zu Sulfat oxidiert. Sie binden so Sauerstoff und verhindern die Oxidation empfindlicher, geschmacksrelevanter Inhaltsstoffe im Wein. Sulfite reduzieren wie die Reduktone, wobei sie selbst oxidiert werden. Sie lassen sich ideal mit Iod und Iodat reduzieren.
Enthält der Wein nun Sulfite, erfasste die iodometrische Titration auch diese. Aus diesem Grund gibt man als Probenvorbereitung daher Glyoxal als Reagens zur Probe. Glyoxal reagiert mit den Sulfitionen, so dass diese nicht durch Iod bzw. Iodat titriert werden.
Titriert man einmal mit zugegebenem und das andere Mal ohne Glyoxal, kann man durch Differenzbildung auch die Menge an Sulfit errechnen.
Mehr Infos:
Schweflige Säure und Reduktone - Infodienst - LVWO Weinsberg
Bei ihrer Bestimmung im Wein stören jedoch einige Additive wie die Sulfite, weshalb der Titration ein Probenvorbereitungsschritt vorgeschaltet ist.
Auf dem Weinetiquett steht oft «enthält Sulfite». Sie besitzen eine antimikrobielle Wirkung. Zudem wirken sie reduzierend und werden zu Sulfat oxidiert. Sie binden so Sauerstoff und verhindern die Oxidation empfindlicher, geschmacksrelevanter Inhaltsstoffe im Wein. Sulfite reduzieren wie die Reduktone, wobei sie selbst oxidiert werden. Sie lassen sich ideal mit Iod und Iodat reduzieren.
Enthält der Wein nun Sulfite, erfasste die iodometrische Titration auch diese. Aus diesem Grund gibt man als Probenvorbereitung daher Glyoxal als Reagens zur Probe. Glyoxal reagiert mit den Sulfitionen, so dass diese nicht durch Iod bzw. Iodat titriert werden.
Titriert man einmal mit zugegebenem und das andere Mal ohne Glyoxal, kann man durch Differenzbildung auch die Menge an Sulfit errechnen.
Mehr Infos:
Schweflige Säure und Reduktone - Infodienst - LVWO Weinsberg
Der Molbegriff
Knacknuss Teilchen zählenDas MolDas Unzählbare zählbar machen
Das Mol ist eine weiche Knacknuss, was nichts daran ändert, dass man sie erst mal knacken muss.
Knacken heisst hier: Sich ein Konzept eröffnen, das jenseits des gängigen Vorstellungsvermögens liegt. Und wer die Nuss mal geschält hat, kann sich meist nicht mehr erklären, weshalb man sich beim Knacken so abgemüht hat. Denn Kern der Sache ist simpel:
Das Mol ist eine Mengenangabe. Ja, eine Mengenangabe wie Dutzend.
Sie hilft dabei, die unzählbare Mengen an Teilchen, Atomen, Moleküle in einer handlichen Grösse auszudrücken.
Stell dir vor, du müsstest die Anzahl Wassermoleküle in einem Glas Wasser zählen. Wie sollst du das machen, wenn du die winzig kleinen Wassermoleküle nicht einmal sehen kannst?
Hier kommt der Trick: Zählen durch wägen!
Wenn du weisst, welche Masse ein einzelnes Wassermolekül hat, kannst du aus der gewogenen Masse die Anzahl Teilchen berechnen. Die Masse eines Wassermolekül zu ermitteln, ist heute ganz einfach. Vor allem, wenn man den Kniff mit der molaren Masse kennt.
Et voilà! Da hätten wir die Knacknuss. Weisst du wie lange die Herren Chemiker des 19. Jahrhunderts, an der Knacknuss die Zähne ausgebissen haben? Eins können wir hier verraten: Das Mol war eine Zangengeburt. Und auch heute wird an der Technologie gefeilt, mit der man die sogenannte Avogadro-Konstante vermessen kann. (xxx2xNebenerzählstrang Molbegriff und einer für Avogadro)
In einem Mol eines Stoffes befinden sich immer 6.023 ⋅ 10²³ Teilchen, egal welcher Stoff. Denn ein Mol ist eine Mengenangabe. So wie mit einem Dutzend auch immer zwölf Stück gemeint sind. Egal ob Haselnüsse, Personen, Äpfel, Autos... ABER: Ein Dutzend Eier hat eine ganz andere Masse als ein Dutzend Äpfel. Wenn du weisst, wie schwer ein einzelner Apfel im Durchschnitt ist, weisst du auch, wie schwer ein Dutzend ist. Oder du kannst für einen Sack mit 100kg Äpfeln drin berechnen, wie viele Äpfel da drin sind.
Das heisst für unser Mol gleichermassen: Ein Mol Wasser hat eine andere Masse als ein Mol Traubenzucker. Wenn du aber die Masse eine einzelnen Wasserteilchen kennst, dann kannst du berechnen, wie viele Moleküle in einem Liter Wasser enthalten sind. Das zeigen wir dir auf der nächsten Seite.
Knacken heisst hier: Sich ein Konzept eröffnen, das jenseits des gängigen Vorstellungsvermögens liegt. Und wer die Nuss mal geschält hat, kann sich meist nicht mehr erklären, weshalb man sich beim Knacken so abgemüht hat. Denn Kern der Sache ist simpel:
Das Mol ist eine Mengenangabe. Ja, eine Mengenangabe wie Dutzend.
Sie hilft dabei, die unzählbare Mengen an Teilchen, Atomen, Moleküle in einer handlichen Grösse auszudrücken.
Stell dir vor, du müsstest die Anzahl Wassermoleküle in einem Glas Wasser zählen. Wie sollst du das machen, wenn du die winzig kleinen Wassermoleküle nicht einmal sehen kannst?
Hier kommt der Trick: Zählen durch wägen!
Wenn du weisst, welche Masse ein einzelnes Wassermolekül hat, kannst du aus der gewogenen Masse die Anzahl Teilchen berechnen. Die Masse eines Wassermolekül zu ermitteln, ist heute ganz einfach. Vor allem, wenn man den Kniff mit der molaren Masse kennt.
Et voilà! Da hätten wir die Knacknuss. Weisst du wie lange die Herren Chemiker des 19. Jahrhunderts, an der Knacknuss die Zähne ausgebissen haben? Eins können wir hier verraten: Das Mol war eine Zangengeburt. Und auch heute wird an der Technologie gefeilt, mit der man die sogenannte Avogadro-Konstante vermessen kann. (xxx2xNebenerzählstrang Molbegriff und einer für Avogadro)
In einem Mol eines Stoffes befinden sich immer 6.023 ⋅ 10²³ Teilchen, egal welcher Stoff. Denn ein Mol ist eine Mengenangabe. So wie mit einem Dutzend auch immer zwölf Stück gemeint sind. Egal ob Haselnüsse, Personen, Äpfel, Autos... ABER: Ein Dutzend Eier hat eine ganz andere Masse als ein Dutzend Äpfel. Wenn du weisst, wie schwer ein einzelner Apfel im Durchschnitt ist, weisst du auch, wie schwer ein Dutzend ist. Oder du kannst für einen Sack mit 100kg Äpfeln drin berechnen, wie viele Äpfel da drin sind.
Das heisst für unser Mol gleichermassen: Ein Mol Wasser hat eine andere Masse als ein Mol Traubenzucker. Wenn du aber die Masse eine einzelnen Wasserteilchen kennst, dann kannst du berechnen, wie viele Moleküle in einem Liter Wasser enthalten sind. Das zeigen wir dir auf der nächsten Seite.
Harte Schale, weicher KernMolare Masse & Co.Wie viele Wassermoleküle befinden sich in einem Liter Wasser?
Vorhin haben wir beschrieben, dass man nur die Masse der einzelnen Teilchen kennen muss, um das zu berechnen.
Also Ärmeln hochkrempeln und fragen:
"Wie schwer ist ein Wassermolekül?"
Hier hilft das Periodensystem der Elemente weiter. Da sind die Atommassen in der Einheit unit (u) vermerkt.
Ein Wasserstoffatom wiegt gerundet 1 unit. Unit ist also ein Masseinheit für eine Masse, ähnlich wie eine Tonne oder das Gramm.
Ein Sauerstoffatom wiegt gerundet 16 unit. Für H₂O ergibt sich somit eine Masse von 18 unit.
Die Laborwaage misst aber in Gramm.
Da müssten wir jetzt unit in Gramm (g) umrechnen. Der Umrechnungsfaktor dafür ist:
1 u = 1.6605 ⋅ 10⁻²⁴ g
oder umgekehrt
1 g = 6.023 ⋅ 10²³ u
*Knack* - die Zahl hatten wir schon mal. Genau: Ein Mol bezeichnet die Teilchenmenge von 6.023 ⋅ 10²³ Stück. Da bleiben wir ganz kurz dran.
Wenn also ein Wasserstoffatom 1 unit wiegt, dann wiegt also ein Mol davon 1 Gramm! Beweis? easy!
1 H-Atom wiegt 1u
1 Mol (= 6.023 ⋅ 10²³ ) H-Atome wiegen 6.023 ⋅ 10²³ u
Jetzt schliesst sich der Kreis, denn:
6.023 ⋅ 10²³ u = 1 g
Du ahnst es: Wenn das so einfach ist, dann ist es das auch für das Wasser:
1 Wassermolekül wiegt 18 u
1 Mol Wassermoleküle wiegen 18 g
*Knack* zum Zweiten: Das Menge Teilchen, welche ein Mol enthält wurde so gewählt, dass die Massenzahl im Periodensystem gleich zweimal genutzt werden kann. Einerseits als Atommasse in unit, andererseits als molare Masse in Gramm. Die molare Masse wird mit M bezeichnet und trägt die Einheit g/mol.
Damit die Nuss für immer geknackt bleibt: Die meisten Lernenden können Mol und molare Masse nicht unterscheiden. Du aber weisst jetzt:
1. Mol ist eine fixe Anzahl Teilchen. Die ist wirklich fix - immer gleich viel, immer 6.023 ⋅ 10²³ Stück.
2. Die molare Masse ist die Masse, die ein Mol eines bestimmten Stoffes wiegt.
Bleibt uns die Berechnung der Anzahl n (=Stoffmenge) Wassermoleküle in einem Liter Wasser. Wir messen in Gramm, also ist Mol unsere handliche Grösse für die Stoffmenge.
n = Stoffmenge in Mol
m = gemessene Masse in Gramm
M = molare Masse in Gramm pro Mol
es gilt: m (g)=M (g/mol)⋅ n (mol)
Gegebene Werte:
m: 1 Liter Wasser wiegt 1000g
M: 18g/mol
n = m/M
n = 1000 g : 18 g/mol = 55.5555... mol
Und weil wir wissen, dass 1 Mol 6.023 ⋅ 10²³ Teilchen entsprechen, können wir tatsächlich die Anzahl Wassermoleküle in einem Liter Wasser berechnen:
1 mol enthält 6.023 ⋅ 10²³ Wassermoleküle
55.55 mol enthalten 3.35 ⋅ 10²⁵ Wassermoleküle!
Also Ärmeln hochkrempeln und fragen:
"Wie schwer ist ein Wassermolekül?"
Hier hilft das Periodensystem der Elemente weiter. Da sind die Atommassen in der Einheit unit (u) vermerkt.
Ein Wasserstoffatom wiegt gerundet 1 unit. Unit ist also ein Masseinheit für eine Masse, ähnlich wie eine Tonne oder das Gramm.
Ein Sauerstoffatom wiegt gerundet 16 unit. Für H₂O ergibt sich somit eine Masse von 18 unit.
Die Laborwaage misst aber in Gramm.
Da müssten wir jetzt unit in Gramm (g) umrechnen. Der Umrechnungsfaktor dafür ist:
1 u = 1.6605 ⋅ 10⁻²⁴ g
oder umgekehrt
1 g = 6.023 ⋅ 10²³ u
*Knack* - die Zahl hatten wir schon mal. Genau: Ein Mol bezeichnet die Teilchenmenge von 6.023 ⋅ 10²³ Stück. Da bleiben wir ganz kurz dran.
Wenn also ein Wasserstoffatom 1 unit wiegt, dann wiegt also ein Mol davon 1 Gramm! Beweis? easy!
1 H-Atom wiegt 1u
1 Mol (= 6.023 ⋅ 10²³ ) H-Atome wiegen 6.023 ⋅ 10²³ u
Jetzt schliesst sich der Kreis, denn:
6.023 ⋅ 10²³ u = 1 g
Du ahnst es: Wenn das so einfach ist, dann ist es das auch für das Wasser:
1 Wassermolekül wiegt 18 u
1 Mol Wassermoleküle wiegen 18 g
*Knack* zum Zweiten: Das Menge Teilchen, welche ein Mol enthält wurde so gewählt, dass die Massenzahl im Periodensystem gleich zweimal genutzt werden kann. Einerseits als Atommasse in unit, andererseits als molare Masse in Gramm. Die molare Masse wird mit M bezeichnet und trägt die Einheit g/mol.
Damit die Nuss für immer geknackt bleibt: Die meisten Lernenden können Mol und molare Masse nicht unterscheiden. Du aber weisst jetzt:
1. Mol ist eine fixe Anzahl Teilchen. Die ist wirklich fix - immer gleich viel, immer 6.023 ⋅ 10²³ Stück.
2. Die molare Masse ist die Masse, die ein Mol eines bestimmten Stoffes wiegt.
Bleibt uns die Berechnung der Anzahl n (=Stoffmenge) Wassermoleküle in einem Liter Wasser. Wir messen in Gramm, also ist Mol unsere handliche Grösse für die Stoffmenge.
n = Stoffmenge in Mol
m = gemessene Masse in Gramm
M = molare Masse in Gramm pro Mol
es gilt: m (g)=M (g/mol)⋅ n (mol)
Gegebene Werte:
m: 1 Liter Wasser wiegt 1000g
M: 18g/mol
n = m/M
n = 1000 g : 18 g/mol = 55.5555... mol
Und weil wir wissen, dass 1 Mol 6.023 ⋅ 10²³ Teilchen entsprechen, können wir tatsächlich die Anzahl Wassermoleküle in einem Liter Wasser berechnen:
1 mol enthält 6.023 ⋅ 10²³ Wassermoleküle
55.55 mol enthalten 3.35 ⋅ 10²⁵ Wassermoleküle!
Geschichten (er)zählenAvogadro und Co.De Unterrichtslektion zum Mol aus der Sicht einer Chemielehrerin
Zum x-ten Mal höre ich mich sagen: «Die molare Masse ist die Masse eines Mol eines Stoffes!»
Und Tschüss, da sind die meisten Lernenden wieder weg… Und he, kann ich es ihnen verübeln? Wenn ich da auf die Herren Chemiker des 19. Jahrhunderts zurückschaue, ist und war das Mol eine Zangengeburt. Ich komme ins Nachdenken und Recherchieren und frage:
«Ist es das nicht bis heute?»
Für die Neudefinition der SI-Einheiten 2019 wurde die Avogadro-Konstante neu vermessen und diese Erkenntnis gleichzeitig auch für eine alternative Definition des Kilogramms genutzt. Mit der XRCD-Methode wird dafür die Anzahl Siliziumatome in einer sogenannten Elementarzelle eines homogenen Siliziumkristalls gemessen.
Aber erstmal der Reihe nach:
Avogadro erkannte, dass einige Gase aus zweiatomigen Molekülen bestanden, welche bei gleicher Temperatur und gleichem Druck und gleichem Volumen gleiche viele Teilchen enthalten.
Da zu jener Zeit noch kein einheitliches System zu den Atommassen oder dem Atombegriff bestand, führten verschiedene Arbeiten verschiedener Wissenschafter, darunter auch Berzelius zu unklaren Vorstellungen über die Teilchen und deren Masse. (Hier Verweis auf BLJ zu Berzelius).
Die Hypothese von Avogadro geriet in Vergessenheit. Erst Cannizzaro gelang es, die Unterscheidung zwischen Atomgewicht und Molekulargewicht herauszuarbeiten und somit auch Avogadros Hypothese den Durchbruch zu verschaffen.
Die Anzahl der Teilchen einem Gasvolumen eines idealen Gases bestimmte jedoch erst 1865 Josef Loschmidt. Da diese Anzahl stoffunabhängig ist, ist sie als Loschmidt'sche Zahl oder Konstante bekannt. Später schlug Jean-Baptiste Perrin vor, die Teilchenzahl nicht pro Volumen anzugeben, sondern pro Mol. Hä? Moment mal, ein Mol ist doch eine Stoffmenge. Stoffmenge pro Stoffmenge?
Und schon wieder haben wir den Salat. Verwirrungen rund um den Molbegriff haben also eine längere Geschichte.
Handelt es sich beim Mol um eine Masseneinheit oder eine Stoffmengeneinheit? Der von Wilhelm Ostwald geprägte Begriff wurde zunächst als Masseneinheit verstanden, nämlich als Masseneinheit für ein Atom oder ein Molekül. Synonym für «Mol» verwendete man auch die Begriffe Grammatom oder Grammmolekül. Kein Wunder also höre ich meine Lernenden sagen: «Kohlenstoff wiegt zwölf Mol»
Hören möchte ich aber:
«Ein Mol Kohlenstoff wiegt 12 Gramm»
oder
«Die molare Masse von Kohlenstoff ist 12 Gramm pro Mol»
Ihr seht, die Geschichte rund um die Entstehung des Begriffs, schlägt uns hier ein Schnippchen. Zum Glück sind diese Verwirrungen seit geraumer Zeit passé. Das Mol hat sich zur SI-Basiseinheit gemausert. Dazu erfährst du auf der nächsten Seite mehr.
Und Tschüss, da sind die meisten Lernenden wieder weg… Und he, kann ich es ihnen verübeln? Wenn ich da auf die Herren Chemiker des 19. Jahrhunderts zurückschaue, ist und war das Mol eine Zangengeburt. Ich komme ins Nachdenken und Recherchieren und frage:
«Ist es das nicht bis heute?»
Für die Neudefinition der SI-Einheiten 2019 wurde die Avogadro-Konstante neu vermessen und diese Erkenntnis gleichzeitig auch für eine alternative Definition des Kilogramms genutzt. Mit der XRCD-Methode wird dafür die Anzahl Siliziumatome in einer sogenannten Elementarzelle eines homogenen Siliziumkristalls gemessen.
Aber erstmal der Reihe nach:
Avogadro erkannte, dass einige Gase aus zweiatomigen Molekülen bestanden, welche bei gleicher Temperatur und gleichem Druck und gleichem Volumen gleiche viele Teilchen enthalten.
Da zu jener Zeit noch kein einheitliches System zu den Atommassen oder dem Atombegriff bestand, führten verschiedene Arbeiten verschiedener Wissenschafter, darunter auch Berzelius zu unklaren Vorstellungen über die Teilchen und deren Masse. (Hier Verweis auf BLJ zu Berzelius).
Die Hypothese von Avogadro geriet in Vergessenheit. Erst Cannizzaro gelang es, die Unterscheidung zwischen Atomgewicht und Molekulargewicht herauszuarbeiten und somit auch Avogadros Hypothese den Durchbruch zu verschaffen.
Die Anzahl der Teilchen einem Gasvolumen eines idealen Gases bestimmte jedoch erst 1865 Josef Loschmidt. Da diese Anzahl stoffunabhängig ist, ist sie als Loschmidt'sche Zahl oder Konstante bekannt. Später schlug Jean-Baptiste Perrin vor, die Teilchenzahl nicht pro Volumen anzugeben, sondern pro Mol. Hä? Moment mal, ein Mol ist doch eine Stoffmenge. Stoffmenge pro Stoffmenge?
Und schon wieder haben wir den Salat. Verwirrungen rund um den Molbegriff haben also eine längere Geschichte.
Handelt es sich beim Mol um eine Masseneinheit oder eine Stoffmengeneinheit? Der von Wilhelm Ostwald geprägte Begriff wurde zunächst als Masseneinheit verstanden, nämlich als Masseneinheit für ein Atom oder ein Molekül. Synonym für «Mol» verwendete man auch die Begriffe Grammatom oder Grammmolekül. Kein Wunder also höre ich meine Lernenden sagen: «Kohlenstoff wiegt zwölf Mol»
Hören möchte ich aber:
«Ein Mol Kohlenstoff wiegt 12 Gramm»
oder
«Die molare Masse von Kohlenstoff ist 12 Gramm pro Mol»
Ihr seht, die Geschichte rund um die Entstehung des Begriffs, schlägt uns hier ein Schnippchen. Zum Glück sind diese Verwirrungen seit geraumer Zeit passé. Das Mol hat sich zur SI-Basiseinheit gemausert. Dazu erfährst du auf der nächsten Seite mehr.
Lösung Escape-Rätsel
Geschafft!Wir gratulieren
Elara hat also Natronlauge verwendet, um Nyra's Atem zu konservieren.
Dieser bestand aus Kohlenstoffdioxid. Dieses bildet in wässriger Lösung Kohlensäure.
Hier siehst du, wie Nyras Atem im Salz Natrium(hydrogen)carbonat, auch bekannt als Natron bzw. Soda wieder frei gesetzt werden kann. Dann nämlich, wenn du ein Feuer löschen möchtest.
Einfach mit wenig Essig oder Zitronensäure vermischen und schon entsteht Kohlenstoffdioxid. Der Stoff, aus welchem Nyras Atem bestand.
Und falls du die Escape-Box öffnen konntest, findest du genau dieses Versuchsmaterial.
Viel Spass beim Feuerlöschen!
Dieser bestand aus Kohlenstoffdioxid. Dieses bildet in wässriger Lösung Kohlensäure.
Hier siehst du, wie Nyras Atem im Salz Natrium(hydrogen)carbonat, auch bekannt als Natron bzw. Soda wieder frei gesetzt werden kann. Dann nämlich, wenn du ein Feuer löschen möchtest.
Einfach mit wenig Essig oder Zitronensäure vermischen und schon entsteht Kohlenstoffdioxid. Der Stoff, aus welchem Nyras Atem bestand.
Und falls du die Escape-Box öffnen konntest, findest du genau dieses Versuchsmaterial.
Viel Spass beim Feuerlöschen!
Wundersame Kohlensäure
Im Atem der DrachenkönigeHightech-Escape-Rätsel
Wenn ChatGPT über das Geheimnis von Feuer und Nebel fabuliert und dabei eine packende Geschichte über die mutige Alchemistin Elara erfindet, stehst du im Nullkommanichts am Anfang eines packenden Escape-Rätsels.
Natürlich ist auch das Bild von Oridis ein Produkt der künstlichen Intelligenz.
Auf den kommenden Seiten lernst du dank der Drachenstory viel über Kohlensäure. Wie war das nochmals mit dem Klimawandel und der Meeresversauerung ...?
Hoppla! Da haben wir schon etwas zu viel geplaudert. Rätsle selbst!
Mit dem Play-Symbol unten links startest du in die Geschichte. Hör gut zu, denn die Geschichte verrät dir schon einiges über die Beschaffenheit der beiden Atem. Der Countdown läuft. Finde heraus, wie man den Atem der Drachenkönigin Nyra konservieren kann.
Die letzte Stunde schlägt ...
Natürlich ist auch das Bild von Oridis ein Produkt der künstlichen Intelligenz.
Auf den kommenden Seiten lernst du dank der Drachenstory viel über Kohlensäure. Wie war das nochmals mit dem Klimawandel und der Meeresversauerung ...?
Hoppla! Da haben wir schon etwas zu viel geplaudert. Rätsle selbst!
Mit dem Play-Symbol unten links startest du in die Geschichte. Hör gut zu, denn die Geschichte verrät dir schon einiges über die Beschaffenheit der beiden Atem. Der Countdown läuft. Finde heraus, wie man den Atem der Drachenkönigin Nyra konservieren kann.
Die letzte Stunde schlägt ...
Die Atem eingefangen
In im verstaubten Labormaterial von Elara fand man zwei Flaschen mit Elixiren und zwei fast leere Ballone...
Damit also hatte Elara die Atem der beiden Drachen eingefangen. Wie sie das gemacht hat, kannst aus Kritzeleien in ihrem Laborjournal herleiten.
Wenn du dir die Geschichte vorhin genau angehört hast, hast du bestimmt eine Vermutung, aus welchen Stoffen die beiden Atem bestehen.
Nyras Atem verschwindet in Wasser oder Nebel und verwandelt diesen in eine ätzende Wolke.
Oridis Atem verbindet sich mit Metallen und entfacht Feuer.
Notiere deine Vermutung.
Die Tabelle im Hintergrund scheint geheimnisvoll. Sie führt sich zur Lösung.
Damit also hatte Elara die Atem der beiden Drachen eingefangen. Wie sie das gemacht hat, kannst aus Kritzeleien in ihrem Laborjournal herleiten.
Wenn du dir die Geschichte vorhin genau angehört hast, hast du bestimmt eine Vermutung, aus welchen Stoffen die beiden Atem bestehen.
Nyras Atem verschwindet in Wasser oder Nebel und verwandelt diesen in eine ätzende Wolke.
Oridis Atem verbindet sich mit Metallen und entfacht Feuer.
Notiere deine Vermutung.
Die Tabelle im Hintergrund scheint geheimnisvoll. Sie führt sich zur Lösung.
Elixire und Atem mixenDen Atem auf der SpurBeobachte genau!
Zwei verschiedene Elixire also. Und zweimal letzte Resten der Drachenatem. Der Atem von Nyra soll nun konserviert werden, bevor er sich ein für alle Mal verflüchtigt. Na dann, an die Arbeit.
Welcher Ballon enthält Nyras Atem? Und wie soll aus einer Lösung ein Salz entstehen?
Nun ja, das klingt vielleicht nach alchemistischen Hexereien – ist es aber nicht.
Systematisches Vorgehen führt auch hier zum Ziel. Die Tabelle auf der vorherigen Seite hilft dir dabei. Sie gibt dir den Hinweis, dass jedes Elixir mit je einem Drachenatem gemischt werden soll.
Schau dir zuerst das Video an (Startknopf unten links drücken). Es zeigt, dir wir du die Spritzen füllst.
Dann folgst du dieser Anweisung:
Welcher Ballon enthält Nyras Atem? Und wie soll aus einer Lösung ein Salz entstehen?
Nun ja, das klingt vielleicht nach alchemistischen Hexereien – ist es aber nicht.
Systematisches Vorgehen führt auch hier zum Ziel. Die Tabelle auf der vorherigen Seite hilft dir dabei. Sie gibt dir den Hinweis, dass jedes Elixir mit je einem Drachenatem gemischt werden soll.
Schau dir zuerst das Video an (Startknopf unten links drücken). Es zeigt, dir wir du die Spritzen füllst.
Dann folgst du dieser Anweisung:
- 30ml des Elixirs in die Spritze füllen. Gib dafür das Elixir in ein Becherglas und füge einige Tropfen Mischindikator dazu. Die Lösung sollte nun giftgrün erscheinen.
- Danach wird der Ballon auf die Spritze aufgeschraubt und das 3-Weg-Ventil entsprechend gedreht, so dass 30ml Gas in die Spritze aufgenommen werden kann.
- Sobald der Ballon wieder abgeschraubt ist, die Spritze mit der Verschlusskappe gut verschliessen.
- Den Spritzenstempel hin und her bewegen und die Spritze schütteln. Beobachten!
Atem-Elixir-Gemisch analysierenEinen Titrino hatte Elara nicht
Vielleicht war ihr auch die Titration nicht bekannt. Das war auch nicht nötig. Sie wusste im Gegensatz zu dir, welcher Atem welcher war. Dafür weisst du wahrscheinlich mit deinem heutigen Chemiewissen jetzt schon mehr über die beiden Atem, als Elara je wusste.
Die Frage nach dem Elixir, welches Elara zur Konservierung des Atems verwendet hat, hast du wahrscheinlich noch nicht geknackt.
Hier hilft dir die Titration auf die Sprünge. Wie das genau geht, erfährst du auf der nächsten Seite.
Die Frage nach dem Elixir, welches Elara zur Konservierung des Atems verwendet hat, hast du wahrscheinlich noch nicht geknackt.
Hier hilft dir die Titration auf die Sprünge. Wie das genau geht, erfährst du auf der nächsten Seite.
Elaras KauderwelschKryptische Treppen
Sie schrieb:
Die Lösung liegt in der Lösung. Des Elixirs geheime Eigenschaft sich durch das Gegenelixir enthüllt.
Der Nyra-Atem einer Treppe gleicht, wenn das Alkalische dem Sauren weicht.
Des Oridis Atem nur eine Wende erfuhr.
Die gesuchte zweite Zahl für das Escape Rätsel findest du in der Tabelle, die dir beim Ordnen geholfen hat.
Die Lösung liegt in der Lösung. Des Elixirs geheime Eigenschaft sich durch das Gegenelixir enthüllt.
Der Nyra-Atem einer Treppe gleicht, wenn das Alkalische dem Sauren weicht.
Des Oridis Atem nur eine Wende erfuhr.
Die gesuchte zweite Zahl für das Escape Rätsel findest du in der Tabelle, die dir beim Ordnen geholfen hat.
Die unvollständigen Gleichungen
Die dritte Zahl liegt in der Reaktionsgleichung.
Finde den fehlenden Stoff...
Finde den fehlenden Stoff...
Die letzten KritzeleienAlchemie und Salzehilfreiche Wortfetzen
Des Salz'
Summenformel
letzten
Quersumme
beiden
ergeben
die
des
Codes
den Wert
der
Ordnungszahlen
Ziffern
nutze
Es war ein Rennen gegen die Zeit. Die Drachen nahten, die letzten Kritzeleien aus dem Tagebuch von Elara sind knapp zu entziffern.
Übersetzung? Fehlanzeige. Aber du findest die alchemistischen Symbole auf entsprechenden Tafeln auf Wikipedia oder auf der nächsten Seite.
Summenformel
letzten
Quersumme
beiden
ergeben
die
des
Codes
den Wert
der
Ordnungszahlen
Ziffern
nutze
Es war ein Rennen gegen die Zeit. Die Drachen nahten, die letzten Kritzeleien aus dem Tagebuch von Elara sind knapp zu entziffern.
Übersetzung? Fehlanzeige. Aber du findest die alchemistischen Symbole auf entsprechenden Tafeln auf Wikipedia oder auf der nächsten Seite.
Alchemistische Symbole
Periodensystem
Escape Rätsel falsch
Leider nein!
Da stimmt etwas noch nicht. Euer Code ist falsch.
Theoretische Tiefblicke
ExkursReaktionsfreudigkeitVon Superkräften und Quanten
Das Reaktionsgleichgewicht hängt von der Reaktionsfreudigkeit ab. Der Donator hat die Tendenz ein Elektron
e⁻
oder ein
H⁺
-Ion auf den Akzeptor zu übertragen.
Das funktioniert nicht immer. Es funktioniert dann, wenn Donator und Akzeptor an der passenden Stelle und mit ausreichender Geschwindigkeit aufeinandertreffen.
Wenn diese beiden mechanischen Punkte erfüllt sind, kommen elektrostatische Wechselwirkungen und der innere Aufbau der Stoffe ins Spiel.
Negativ geladene Elektronen können besonders gut von Teilchen mit positiver (Teil-)Ladung angezogen werden. Die Anziehungskraft, welche ein Atomkern auf Aussenelektronen ausüben, hat in der Fachsprache einen Namen: Elektronegativität EN. In einer Redoxreaktion besitzt der Akzeptor oft eine höhere Elektronegativität und zieht Elektronen des Reaktionspartners stärker an als dieser selbst.
Das allein reicht noch nicht ganz aus, um den Verlauf einer Reaktion zu begründen.
Die Quantenmechanik ist intuitiv schwer zu fassen. Sie beschreibt u.a. Energiezustände und den Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen. Für unsere Betrachtungen vereinfachen wir hier stark. Kurzum:
Elektronen gehen an den Akzeptor über, wenn die Stoffe dadurch insgesamt günstigere Energiezustände erreichen.
Die Protonenübertragung funktioniert ähnlich. Der Donator übergibt ein H⁺ -Ion an den Akzeptor, wenn dieser über ein freies Elektronenpaar verfügt und mit negativer (Teil-)Ladung eine Anziehung auf das polar gebundene Wasserstoffatom des Donators ausübt.
Schliesslich lässt sich die Reaktionsfreudigkeit experimentell bestimmen. So entstanden die elektrochemische Spannungsreihe oder Einreihung der Stoffe nach Säurestärke.
Schwache Säuren sind weniger reaktionsfreudig. Sie spenden das H⁺ -Ion vor allem in Gegenwart eines starken Akzeptors, also einer starken Base. Und sie sind geneigt, durchaus auch wieder ein Proton aufzunehmen.
In der Titration nutzen wir dieses Wissen. Nur durch geschickte Kombination von Donator und Akzeptor, kann die Konzentration des Analyts genau bestimmt werden. Also: Augen auf bei der Partnerwahl!
Das funktioniert nicht immer. Es funktioniert dann, wenn Donator und Akzeptor an der passenden Stelle und mit ausreichender Geschwindigkeit aufeinandertreffen.
Wenn diese beiden mechanischen Punkte erfüllt sind, kommen elektrostatische Wechselwirkungen und der innere Aufbau der Stoffe ins Spiel.
Negativ geladene Elektronen können besonders gut von Teilchen mit positiver (Teil-)Ladung angezogen werden. Die Anziehungskraft, welche ein Atomkern auf Aussenelektronen ausüben, hat in der Fachsprache einen Namen: Elektronegativität EN. In einer Redoxreaktion besitzt der Akzeptor oft eine höhere Elektronegativität und zieht Elektronen des Reaktionspartners stärker an als dieser selbst.
Das allein reicht noch nicht ganz aus, um den Verlauf einer Reaktion zu begründen.
Die Quantenmechanik ist intuitiv schwer zu fassen. Sie beschreibt u.a. Energiezustände und den Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen. Für unsere Betrachtungen vereinfachen wir hier stark. Kurzum:
Elektronen gehen an den Akzeptor über, wenn die Stoffe dadurch insgesamt günstigere Energiezustände erreichen.
Die Protonenübertragung funktioniert ähnlich. Der Donator übergibt ein H⁺ -Ion an den Akzeptor, wenn dieser über ein freies Elektronenpaar verfügt und mit negativer (Teil-)Ladung eine Anziehung auf das polar gebundene Wasserstoffatom des Donators ausübt.
Schliesslich lässt sich die Reaktionsfreudigkeit experimentell bestimmen. So entstanden die elektrochemische Spannungsreihe oder Einreihung der Stoffe nach Säurestärke.
Schwache Säuren sind weniger reaktionsfreudig. Sie spenden das H⁺ -Ion vor allem in Gegenwart eines starken Akzeptors, also einer starken Base. Und sie sind geneigt, durchaus auch wieder ein Proton aufzunehmen.
In der Titration nutzen wir dieses Wissen. Nur durch geschickte Kombination von Donator und Akzeptor, kann die Konzentration des Analyts genau bestimmt werden. Also: Augen auf bei der Partnerwahl!
Der Umschlagspunkt
Am Umschlagspunkt stoppst du die Titration und liest auf der Bürette das verbrauchte (zugetropfte) Volumen ab. Den Wert brauchst du für die Berechnung der Konzentration des Analyten in der Probelösung.
Weshalb genau jetzt?
Der Indikator oder die Elektrode zeigen an, dass alle Analyten mit dem Titranten in der Masslösung reagiert haben.
Wenn Titrant und Analyt im Verhältnis 1:1 miteinander reagieren, so sind am Umschlagspunkt gleich viele Teilchen von beiden vorhanden. Zumindest fast genau. Denn auf das einzelne Teilchen kann das die Titration nicht bestimmen. Der Punkt heisst auch Äquivalenzpunkt. Reagieren Titrant und Analyt im Verhältnis 1:2, dann brauchen wir nur die Hälfte zuzutropfen. Das Reaktionsverhältnis zwischen Titrant und Analyt entnehmen wir der Reaktionsgleichung.
Mehr zum Äquivalenzpunkt erfährst du hier.
Weitere Informationen findest du auch hier:
Was ist Titration? – Definition und Grundlagen | Metrohm
Weshalb genau jetzt?
Der Indikator oder die Elektrode zeigen an, dass alle Analyten mit dem Titranten in der Masslösung reagiert haben.
Wenn Titrant und Analyt im Verhältnis 1:1 miteinander reagieren, so sind am Umschlagspunkt gleich viele Teilchen von beiden vorhanden. Zumindest fast genau. Denn auf das einzelne Teilchen kann das die Titration nicht bestimmen. Der Punkt heisst auch Äquivalenzpunkt. Reagieren Titrant und Analyt im Verhältnis 1:2, dann brauchen wir nur die Hälfte zuzutropfen. Das Reaktionsverhältnis zwischen Titrant und Analyt entnehmen wir der Reaktionsgleichung.
Mehr zum Äquivalenzpunkt erfährst du hier.
Weitere Informationen findest du auch hier:
Was ist Titration? – Definition und Grundlagen | Metrohm
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TITRATION – oder Teilchen (er)zählen
Vorwort
Die Lösung ist die Lösung
Wir verstehen nur, …
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Titrino
Titrino vs. manuelle Titration
Titrino aufbauen
Dosieren vorbereiten
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Kurvendiskussion
Die Berechnung
Messungen beenden
Geben und Nehmen
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Tropfen für Tropfen
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Indikatoren ...
Die Reaktionsgleichung
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Der Umschlagspunkt