Titration von Phosphorsäure

Für die Aufnahme einer Titrationskurve wird hier als Beispiel die mehrprotonige Phosphorsäure behandelt. Grundlegende Informationen zu dem beschriebenen Verfahren werden im Artikel Säure-Base-Titration beschrieben.

Geräte:

Stativ, Bürette, Meßkolben, Vollpipette, geeichtes pH-Meter

Chemikalien:

Phosphorsäure (C)


Natronlauge (C)


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Methylorange (T)


Thymolphthalein

Phenolphthalein (Xn)


Calciumchlorid (Xi)



Durchführung:

Zur Aufnahme der Titrationskurve wird eine Apparatur wie in Bild 1 aufgebaut. Es werden eine Bürette, ein Magnetrührer sowie ein in die Lösung eintauchendes pH-Meter befestigt (die längliche Messsonde im Bild muss nicht beachtet werden, diese dient der Konduktometrie). Titriert wird wie ohne Messsystem, nach jeder zugegebenen Volumeneinheit Natronlauge wird der angezeigte pH-Wert notiert; es sollte jedoch einige Sekunden gewartet werden (besonders bei älteren Geräten) bis sich das Gleichgewicht in der Messelektrode wieder eingestellt hat. Bei zu schnellem Arbeiten könnte man verfälschte Werte bekommen. Man erhält die so genannte "Titrationskurve" indem man den Titer-Verbrauch (X-Achse) gegen den pH-Wert (Y-Achse) graphisch aufträgt und bei Bedarf interpoliert.

Besteht kein Zugang zu einem pH-Meter oder entsprechenden Elektroden können die einzelnen Stufen der mehrbasigen Phosphorsäure auch auf herkömmliche Weise gegen verschiedene Indikatoren titriert werden. Die Titration der ersten Stufe erfolgt mit 0,1 M NaOH gegen Methylorange bis zu einer kräftigen Orangefärbung. Bei der Bestimmung der zweiten Stufe verwendet man Thymolphthalein als Indikator; möchte man die dritte Stufe titrieren (ungenau) so behandelt man die Probe zuerst mit Calciumchlorid, wobei Calciumphosphat ausfällt, und titriert anschließend gegen Phenolphthalein.

Entsorgung:

Reste werden neutralisiert und verdünnt über den Abfluss entsorgt.

Erklärung:

Die Protolyse von mehrbasigen Säuren erfolgt Stufenweise, bei der Orthophosphorsäure entsteht nacheinander Dihydrogenphosphat, Hydrogenphosphat und schließlich Phosphat:

H₃PO₄ + OH^- ---> H₂O + H₂PO₄^-
H₂PO₄^- + OH^- ---> H₂O + HPO₄^2-
HPO₄^2- + OH^- ---> H₂O + PO₄^3-



Zu Beginn der Titration liegt der pH der reinen Säure zwischen 1 und 2. Die Lösung enthält zu diesem Zeitpunkt Phosphorsäure und H₂PO₄^-. Durch Zugabe der NaOH-Maßlösung werden die Phosphorsäure-Moleküle in Dihydrogenphosphat-Ionen überführt, solange bis fast nur noch diese vorliegen - dies geschieht am 1. Äquivalenzpunkt (ÄP). Beim 2. ÄP liegen nur noch Hydrogenphosphat-Ionen vor, und beim 3. ÄP nur Phosphat-Ionen, wobei die letzte Stufe keine markante Steigung mehr aufweist. Im Bereich der 2.Stufe liegt ein Hydrogen-Dihydrogenphosphat-Puffer vor, der den pKs-Wert 7,2 besitzt und die Natronlauge entsprechend "abbremst".

Bilder:


Aufbau zur Titration


Detailaufnahme


Ansicht des pH-Meters