Anforderungen an Urtitersubstanzen
Welche Eigenschaften eine Urtitersubstanz braucht und warum Stoffe wie Natriumhydroxid oder Kaliumpermanganat diese Anforderungen nicht erfüllen.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine Urtitersubstanz ist ein genau einwägbarer, reiner Stoff, gegen den man den Faktor einer Maßlösung bestimmt.
- Sie muss rein, stöchiometrisch definiert, lagerstabil und gut trockenbar sein und quantitativ mit der Maßlösung reagieren.
- Eine hohe molare Masse erlaubt größere Einwaagen und senkt so den relativen Wägefehler.
- Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid sind ungeeignet, weil sie hygroskopisch sind und \(\ce{CO2}\) zu Carbonat binden.
- Kaliumpermanganat, Natriumhypochlorit, Ammoniumcarbonat und Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat scheitern an Zersetzung oder schwankender Zusammensetzung.
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Worum es geht
Jede Maßlösung braucht einen genau bekannten Faktor. Diesen bestimmt man gegen eine Urtitersubstanz, deren Einwaage die Bezugsgröße liefert. Welche Stoffe dafür taugen, entscheidet über die Richtigkeit jeder späteren Gehaltsbestimmung im Arzneibuch.
Eigenschaften eines Urtiters
Eine Urtitersubstanz dient dazu, den Faktor einer Maßlösung zu bestimmen (Faktor und Einstellung von Maßlösungen). Man wägt sie genau ein und titriert sie mit der Maßlösung. Das Ergebnis ist nur so genau wie die Stoffmenge, die tatsächlich in der Einwaage steckt. Daraus ergeben sich die Anforderungen:
- hohe Reinheit und eine definierte stöchiometrische Zusammensetzung, auch beim Kristallwasser
- Lagerstabilität: nicht hygroskopisch, unempfindlich gegen Luftsauerstoff und \(\ce{CO2}\)
- leicht zu reinigen (etwa durch Umkristallisieren) und bei definierter Temperatur bis zur Massekonstanz zu trocknen
- eine schnelle, eindeutige und stöchiometrische Reaktion mit der Maßlösung
- eine möglichst hohe molare Masse
Der letzte Punkt betrifft den Wägefehler. Eine Analysenwaage hat eine feste Unsicherheit von etwa 0,1 mg. Je größer die Einwaage, desto kleiner fällt dieser Fehler relativ zur Masse aus. Bei 40 mg macht er 0,25 % aus, bei 400 mg nur noch 0,025 %. Eine hohe Molmasse erlaubt für dieselbe Stoffmenge eine größere Einwaage.
Ungeeignete Substanzen
Viele bekannte Reagenzien scheitern an genau diesen Kriterien. Die Gründe lassen sich in drei Gruppen ordnen: Feuchtigkeit und \(\ce{CO2}\), Zersetzung oder schwankende Zusammensetzung sowie fehlende definierte Reaktion.
| Stoff | Warum ungeeignet |
|---|---|
| Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid | stark hygroskopisch, binden \(\ce{CO2}\) aus der Luft als Carbonat |
| Kaliummethanolat | hydrolysiert mit Luftfeuchte zu \(\ce{KOH}\) und Methanol |
| Ammoniumcarbonat | gibt \(\ce{NH3}\) und \(\ce{CO2}\) ab, Handelsware ist ein Gemisch mit Hydrogencarbonat und Carbamat |
| Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat | zerfließlich, Wassergehalt schwankt, hydrolysiert |
| Kaliumpermanganat | enthält stets etwas \(\ce{MnO2}\) und zersetzt sich weiter |
| Natriumhypochlorit (\(\ce{NaOCl}\)) | nur als Lösung haltbar, Gehalt sinkt ständig |
| Kaliumperchlorat (\(\ce{KClO4}\)) | zwar lagerstabil, reagiert aber träge und mit keiner gängigen Maßlösung rasch und stöchiometrisch |
Bei den Laugen wirkt das Problem doppelt. Ein NaOH-Plätzchen wird schon auf der Waage schwerer, weil es Wasser anzieht. Gleichzeitig wandelt \(\ce{CO2}\) einen Teil in Carbonat um:
\[\ce{2 NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O}\]
Deshalb sind Laugen immer die Lösung, die eingestellt wird, nie der Urtiter (Urtiter für Natronlauge und Kalilauge). Ebenso stellt man Permanganat-Maßlösung selbst gegen einen geeigneten Stoff ein (Urtiter für Redoxmaßlösungen).
Was Wasser oder \(\ce{CO2}\) zieht, sich zersetzt oder nur als Lösung existiert, taugt nicht als Urtiter.
Quiz
Aussage 1
Eine hohe molare Masse ist bei einer Urtitersubstanz erwünscht, weil sie bei gleicher Stoffmenge eine größere Einwaage und damit einen kleineren relativen Wägefehler ermöglicht.
Die absolute Waagenunsicherheit bleibt gleich, ihr Anteil an einer größeren Einwaage wird kleiner.
Aussage 2
Kaliumpermanganat ist als Urtitersubstanz ungeeignet, weil es stets etwas \(\ce{MnO2}\) enthält und sich weiter zersetzt.
Die Zusammensetzung ist nicht definiert und nicht stabil. Permanganat-Maßlösung wird deshalb gegen einen anderen Urtiter eingestellt.
Aussage 3
Kaliumhydroxid eignet sich als Urtitersubstanz, weil es als fester Stoff in hoher Reinheit erhältlich ist.
Kaliumhydroxid ist hygroskopisch und bindet \(\ce{CO2}\) aus der Luft. Seine Einwaage entspricht daher keiner definierten Stoffmenge, Kalilauge muss selbst eingestellt werden.
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