Säure-Base-Titrationen

Mehrstufige Titrationskurven mehrbasiger Säuren und Basen

Wie man pH-Werte an den Äquivalenzpunkten mehrprotoniger Säuren und Basen berechnet und aus den Stufen einer Titrationskurve Verbräuche und Gehalte abliest.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze6 Punkte
  • Eine mehrstufige Titrationskurve zeigt die schrittweise Protolyse mehrbasiger Säuren oder Basen, mit getrennten Sprüngen bei ausreichendem pK-Abstand.
  • Am ersten Äquivalenzpunkt liegt ein Ampholyt vor: \(\mathrm{pH} \approx \frac{1}{2}(\mathrm{p}K_{a1}+\mathrm{p}K_{a2})\), konzentrationsunabhängig und ohne Einfluss von \(\mathrm{p}K_{a3}\).
  • Der pH am zweiten Äquivalenzpunkt einer zweiprotonigen Säure hängt von der Konzentration ab.
  • Glycinhydrochlorid: Bei τ = 1 liegt das Zwitterion bei pH 6,1 vor, bei τ = 1,5 gilt pH = \(\mathrm{p}K_{a2}\).
  • Stufen trennen sich bei etwa 6 pK-Einheiten Abstand. Bei Weinsäure und Citronensäure verschmelzen sie.
  • Ungleich lange Stufen zeigen ein Gemisch; der Gehalt folgt aus Volumendifferenzen, nicht aus pH-Differenzen.

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. ❤️

Zugang freischalten

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.

Zum Konto

Worum es geht

Phosphorsäure, Aminosäuren und Diamine wie Piperazin geben mehrere Protonen ab oder nehmen sie auf. Ihre Titrationskurven haben deshalb mehrere Stufen. Wer diese Stufen deuten kann, bestimmt Gehalte und Gemische sicher.

Ampholyt-pH und Zwischenäquivalenzpunkte

Eine mehrstufige Titrationskurve entsteht, wenn ein Protolyt seine Protonen nacheinander abgibt oder aufnimmt. Liegen die pK-Werte weit genug auseinander, zeigt die Kurve mehrere Sprünge. Am ersten Äquivalenzpunkt liegt dann ein Ampholyt vor. Er kann ein Proton abgeben oder aufnehmen.

🧮 Formelauswendig können

\[\mathrm{pH} \approx \tfrac{1}{2}(\mathrm{p}K_{a1}+\mathrm{p}K_{a2})\]

Der pH einer Ampholytlösung ist der Mittelwert der beiden pK-Werte, die den Ampholyten einrahmen. Die Konzentration kommt nicht vor.

Am ersten Äquivalenzpunkt zählen also nur \(\mathrm{p}K_{a1}\) und \(\mathrm{p}K_{a2}\), \(\mathrm{p}K_{a3}\) spielt keine Rolle. Am zweiten Äquivalenzpunkt einer dreibasigen Säure gilt analog der Mittelwert aus \(\mathrm{p}K_{a2}\) und \(\mathrm{p}K_{a3}\). Bei Phosphorsäure (\(\mathrm{p}K_a\) 2,1; 7,2; 12,3) liegt zuerst Dihydrogenphosphat bei pH ≈ 4,7 vor, danach Hydrogenphosphat bei pH ≈ 9,8.

pH-Kurve mit zwei Stufen; erster Sprung um pH 4,7 mit Dihydrogenphosphat, zweiter um pH 9,8 mit Hydrogenphosphat, danach flacher Verlauf ohne dritten Sprung.

Phosphorsäure mit Natronlauge: zwei Sprünge, an beiden Äquivalenzpunkten liegt ein Ampholyt vor.

Für Basen gilt dasselbe. Titriert man Piperazin mit Salzsäure (\(\mathrm{p}K_a\) 5,4 und 9,7), liegt der erste Äquivalenzpunkt bei pH = ½ · (5,4 + 9,7) ≈ 7,6.

Zweiprotonige Säuren und Aminosäuren

Am zweiten Äquivalenzpunkt einer zweiprotonigen Säure liegt nur noch die Base \(\ce{A^2-}\) vor. Ihr pH folgt der Formel für schwache Basen und hängt von der Konzentration ab. Bei \(\mathrm{p}K_{a2} = 8\) liegt er klar im Alkalischen.

Glycinhydrochlorid zeigt alle Punkte. Das Kation \(\ce{H3N+-CH2-COOH}\) hat \(\mathrm{p}K_{a1} = 2{,}35\) (Carboxylgruppe) und \(\mathrm{p}K_{a2} = 9{,}8\) (Ammoniumgruppe). Die Werte zwischen den Äquivalenzpunkten liefert die Henderson-Hasselbalch-Gleichung.

Titrationsgrad τ Hauptspezies pH
0,5 Kation und Zwitterion ≈ \(\mathrm{p}K_{a1}\)
1 Zwitterion 6,1, nicht 7
1,5 Zwitterion und Anion = \(\mathrm{p}K_{a2}\)

Kurve mit zwei Pufferbereichen um pH 2,35 und 9,8, dazwischen Sprung mit Markierung pH 6,1 und der Strukturformel des Glycin-Zwitterions.

Glycinhydrochlorid: Zwitterion am ersten Äquivalenzpunkt bei pH 6,1, Halbäquivalenzpunkte bei den beiden pK-Werten.

Bei mehrbasigen Carbonsäuren liegt der Endpunkt im Schwachalkalischen. Für etwa \(10^{-2}\) mol/L Weinsäure liegt er bei pH 7,5 bis 8,5, bei Citronensäure ebenfalls schwach alkalisch.

Auswertung mehrstufiger Kurven

Der Verbrauch zwischen zwei aufeinanderfolgenden Äquivalenzpunkten entspricht je einer Protolysestufe. Bei einer zweibasigen Säure sind beide Stufen deshalb gleich lang. Vom ersten bis zum dritten Äquivalenzpunkt einer dreibasigen Säure werden zwei Protonen titriert.

Getrennte Stufen setzen einen großen pK-Abstand voraus. Bei etwa 6 Einheiten sind beide Äquivalenzpunkte klar erkennbar. Bei Weinsäure und Citronensäure liegen die pK-Werte zu dicht. Die Protonen werden gemeinsam erfasst, und die sichtbare Stufe umfasst alle zugleich.

Links Kurve mit zwei deutlichen Sprüngen, rechts Kurve mit durchgehendem Anstieg und nur einem Sprung am Ende.

Großer pK-Abstand trennt die Stufen, kleiner Abstand lässt sie verschmelzen.

Ungleich lange Stufen können nicht von einer einzigen zweibasigen Säure stammen. Sie verraten ein Gemisch. Bei Salzsäure mit Phosphorsäure enthält die erste Stufe die HCl und das erste Phosphorsäureproton. Die zweite Stufe gehört allein der Phosphorsäure. Mit Äquivalenzpunkten bei 14 mL und 20 mL entfallen 6 mL auf jedes Phosphorsäureproton und 14 − 6 = 8 mL auf die Salzsäure.

pH-Kurve mit zwei Sprüngen bei 14 und 20 mL; Klammern markieren die Strecken für Salzsäure und Phosphorsäure.

Gemisch aus Salzsäure und Phosphorsäure: Die zweite Stufe gehört allein der Phosphorsäure.

Den Gehalt berechnet man immer aus diesen Volumina der Maßlösung, nie aus pH-Differenzen. Den Rechenweg zeigt die Gehaltsberechnung.

Quiz

Teste dich mit 3 Karten
richtig oder falsch iWarum nur Aussagen? Fragen mit fünf Antworten löst man am sichersten, indem man jede Aussage einzeln bewertet: ✓✓ sicher richtig, ✓ eher richtig, 0 unsicher, ✗ eher falsch, ✗✗ sicher falsch. Mit dem Ausschlussprinzip ergibt sich daraus die Lösung. Dieses einzelne Bewerten ist der wichtigste Handgriff fürs Examen, und genau den übst du hier.

Aussage 1

Bei der Titration eines Gemischs aus Salzsäure und Phosphorsäure entspricht der Verbrauch zwischen erstem und zweitem Äquivalenzpunkt allein der Phosphorsäure.

Die erste Stufe enthält HCl und das erste Phosphorsäureproton. In der zweiten Stufe wird nur das zweite Phosphorsäureproton titriert. Den HCl-Anteil erhält man, indem man diese Strecke vom ersten Verbrauch abzieht.

Aussage 2

Titriert man Glycinhydrochlorid mit Natronlauge, liegt am ersten Äquivalenzpunkt das Zwitterion bei einem pH von etwa 6,1 vor.

Der pH ergibt sich als Mittelwert von \(\mathrm{p}K_{a1} = 2{,}35\) und \(\mathrm{p}K_{a2} = 9{,}8\). Er liegt bei 6,1 und nicht bei 7.

Aussage 3

Der pH-Wert am ersten Äquivalenzpunkt der Titration von Phosphorsäure mit Natronlauge wird maßgeblich von \(\mathrm{p}K_{a3}\) mitbestimmt.

Am ersten Äquivalenzpunkt liegt der Ampholyt Dihydrogenphosphat vor. Sein pH ist der Mittelwert aus \(\mathrm{p}K_{a1}\) und \(\mathrm{p}K_{a2}\), also etwa 4,7. \(\mathrm{p}K_{a3}\) spielt erst am zweiten Äquivalenzpunkt eine Rolle.

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.

Zurück nach oben