Zweiphasentitration ionischer Tenside über Ionenpaare
Wie sich anionische und kationische Tenside zu fettlöslichen Ionenpaaren verbinden, warum diese in die organische Phase wandern und wie man den Endpunkt dieser Zweiphasentitration erkennt.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Tensidtitration ist eine Zweiphasentitration aus Wasser und Dichlormethan, die auf der Bildung und Verteilung von Ionenpaaren beruht.
- Dodecylsulfat-Anion und Benzethonium-Kation bilden ein ungeladenes Ionenpaar im Verhältnis 1 : 1, nicht einen Chelatkomplex.
- Ionenpaare sind in apolaren Lösungsmitteln stabiler als in Wasser, ihre Dissoziationskonstante unterscheidet sich in beiden Phasen.
- Der Dichlormethan/Wasser-Verteilungskoeffizient des Ionenpaars ist größer als 1, deshalb gehen die Ionenpaare fortlaufend in die organische Phase über.
- Den Endpunkt zeigen Farbindikatoren oder potentiometrisch eine tensidsensitive Elektrode an.
Dieses Kapitel ist für Supporter
Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️
Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse
Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.
Worum es geht
Tenside wie Natriumdodecylsulfat oder Benzalkoniumchlorid stecken in vielen Arzneiformen als Emulgatoren oder Konservierungsmittel. Ihren Gehalt bestimmt man maßanalytisch, und zwar nicht in einer einzigen Phase, sondern im Zweiphasensystem aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel. Grundlage ist die Bildung von Ionenpaaren.
Ionische Tenside
Ein Tensid besteht aus einem hydrophilen Kopf und einem langen lipophilen Rest. Bei ionischen Tensiden trägt der Kopf eine Ladung. Anionische Tenside wie Dodecylsulfat besitzen einen negativ geladenen Sulfatkopf. Kationische Tenside sind meist quartäre Ammoniumverbindungen, etwa Benzethonium oder Benzalkonium. Ihr Stickstoff trägt vier organische Reste und damit eine feste positive Ladung.
Treffen ein Tensid-Anion und ein Tensid-Kation aufeinander, ziehen sich die Köpfe elektrostatisch an. Nach außen ragen dann nur noch die lipophilen Reste.
Ein Ionenpaar ist ein Verband aus Kation und Anion, die durch elektrostatische Anziehung zusammengehalten werden, ohne eine kovalente Bindung zu bilden. Nach außen ist es ungeladen.
Prinzip
Die Tensidtitration ist eine Zweiphasentitration. Man titriert in einem Gemisch aus Wasser und einem nicht mischbaren organischen Lösungsmittel wie Dichlormethan. Das Prinzip beruht auf der Bildung und Verteilung von Ionenpaaren.
Titriert man Natriumdodecylsulfat mit Benzethoniumchlorid (Bzt⁺), bildet jedes Dodecylsulfat-Anion mit einem Benzethonium-Kation ein Ionenpaar:
\[\ce{Na+ + C12H25OSO3^- + Bzt+ + Cl- -> [Bzt+ C12H25OSO3^-] + Na+ + Cl-}\]
Die kleinen Gegenionen \(\ce{Na+}\) und \(\ce{Cl-}\) bleiben im Wasser. Die Stöchiometrie ist 1 : 1, denn beide Tensidionen sind einfach geladen. Anders als in der Komplexometrie entstehen hier keine Chelatkomplexe mit Metallionen. Es zählt allein die Anziehung zweier entgegengesetzt geladener Tensidionen. Der Äquivalenzpunkt zeigt sich auch nicht durch das Brechen oder Umschlagen einer Emulsion, sondern über einen Indikator oder eine Elektrode. Die konkrete Gehaltsbestimmung findest du unter Gehaltsbestimmung anionischer und kationischer Tenside.
Stabilität und Verteilung
Ob ein Ionenpaar zusammenhält, hängt vom Lösungsmittel ab. Wasser ist sehr polar und hat eine hohe Dielektrizitätskonstante. Es schirmt die Ladungen ab und umhüllt die einzelnen Ionen mit einer Hydrathülle. Das Ionenpaar dissoziiert deshalb leicht.
In apolaren organischen Lösungsmitteln fehlt diese Abschirmung. Die Ionen bleiben eng beieinander, das Ionenpaar ist dort stabiler. Seine Dissoziationskonstante hat daher in Wasser und im organischen Lösungsmittel verschiedene Werte. In der organischen Phase ist sie deutlich kleiner.
Wie sich das Ionenpaar auf beide Phasen aufteilt, beschreibt sein Verteilungskoeffizient (Grundlagen unter Flüssig-flüssig-Extraktion):
\[K = \frac{c_{\mathrm{org}}}{c_{\mathrm{aq}}}\]
Dabei ist \(c_{\mathrm{org}}\) die Konzentration des Ionenpaars in Dichlormethan und \(c_{\mathrm{aq}}\) die in Wasser, jeweils in mol/L.
Das Ionenpaar der Tensidtitration hat einen Dichlormethan/Wasser-Verteilungskoeffizienten größer als 1. Es reichert sich also in der organischen Phase an.
Phasentransfer
Aus diesen Eigenschaften ergibt sich der Ablauf. Jedes neu gebildete Ionenpaar verlässt das Wasser und geht in die organische Phase über. Dieser Übergang geschieht fortlaufend während der ganzen Titration, nicht erst am Ende. Man kann sich die Dichlormethan-Phase wie einen Sammelbehälter vorstellen, der die Produkte laufend aufnimmt.
- Vorlage: Die wässrige Tensidlösung wird mit Dichlormethan unterschichtet.
- Zutropfen: Benzethoniumchlorid-Maßlösung bildet mit dem anionischen Tensid Ionenpaare.
- Schütteln: Die Ionenpaare wandern in die organische Phase, \(\ce{Na+}\) und \(\ce{Cl-}\) bleiben im Wasser.
- Endpunkt: Ist alles Tensid-Anion gebunden, tritt überschüssiges Titrator-Kation auf und wird angezeigt.
Endpunktindizierung
Klassisch zeigen Farbindikatoren den Endpunkt an. Sie sind selbst ionische Farbstoffe und bilden ebenfalls Ionenpaare. Je nachdem, welches Ion gerade im Überschuss vorliegt, färbt sich die organische Phase unterschiedlich. Ein gebräuchliches Beispiel ist ein Mischindikator aus Dimidiumbromid und Disulfinblau.
Alternativ bestimmt man den Endpunkt potentiometrisch mit einer tensidsensitiven Elektrode. Ihre Membran spricht auf die Aktivität der Tensidionen in der Lösung an. Ändert sich diese am Äquivalenzpunkt sprunghaft, springt auch das Potential. Den Wendepunkt der Kurve wertet man wie bei anderen potentiometrischen Titrationen aus. Zum Bau solcher Membranelektroden siehe Indikatorelektroden.
Quiz
Aussage 1
Die Titration von Natriumdodecylsulfat mit Benzethoniumchlorid beruht auf der Bildung von Chelatkomplexen.
Grundlage ist die Bildung von Ionenpaaren aus Tensid-Anion und Tensid-Kation, die sich zwischen Wasser und organischer Phase verteilen.
Aussage 2
Der Verteilungskoeffizient Dichlormethan/Wasser des Ionenpaars der Tensidtitration liegt unter 1, sodass es überwiegend im Wasser bleibt.
Der Verteilungskoeffizient ist größer als 1. Das Ionenpaar reichert sich in der Dichlormethan-Phase an.
Aussage 3
Der Endpunkt einer Tensidtitration lässt sich potentiometrisch mit einer tensidsensitiven Elektrode bestimmen.
Die Elektrode spricht auf die Tensidionen an, ihr Potential springt am Äquivalenzpunkt.
Aussage 4
Ein Ionenpaar aus Dodecylsulfat und Benzethonium ist in Dichlormethan stabiler als in Wasser.
Das apolare Lösungsmittel schirmt die Ladungen kaum ab, deshalb dissoziiert das Ionenpaar dort weniger als in Wasser.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.