Ph Wert bei Pufferpunkten bei Titration berechnen?

Hallo,

wie löst man folgende Aufgabe?

Citronensäure (C6H8O7) ist eine dreiprotonige Säure. Welche ph-Werte ergeben sich für die verschiedenen Pufferpunkten während einer Titration?

Leider weiß ich gar nicht, wie man diese Aufgabe löst. Normalerweise sind bei den PH-WertAufgaben ja immer Konzentrationen bzw. Pks/pkb Werte angegeben, die man dann einfach in die entsprechenden Formeln eingeben kann.

Danke im Voraus ;)

Answer 1

[indiachinacook]

Das ist nicht einfach. Zitronensäure hat die pKₐ-Werte 3.09, 4.75, 5.41. Die liegen sehr eng zusammen, und daher funktionieren die üblichen Formeln nicht.

Ich zeige Dir die Titrationskurven von je 20 ml Zitronensäure (c=1, 0.1 und 0.01 mol/l) mit gleichstarker NaOH. Die schwarze Kurve ist der pH-Wert, die weiße die erste Ablei­tung davon (gelegentlich ausschnitssweise vergrößert), und die Hintergrund­farben ge­ben die Zusammensetzung der Lösung wieder (rot=Säure, rotviolett=Monoanion etc.).

Ebenfalls eingezeichnet sind die Äquivalenzpunkte (schwarze Kreise). Der bei 20 ml ist zwar ein echter Wendepunkt, aber unendlich schlecht sichtbar, der zweite ist gänzlich unsichtbar (weil pK₂ und pK₃ besonders eng zusammenliegen).

Die echten Pufferpunkte sind diejenigen, bei denen jeweils zwei Spezies (also H₃Cit/H₂Cit⁻, oder H₂Cit⁻/HCit²⁻ oder HCit²⁻/Cit³⁻) in gleicher Konzentration im Gleich­gewicht vorliegen. Sie haben notwendigerweise pH=pKₐ, aber ihre Lage ist kon­zen­tra­tions­abhängig, vor allem beim ersten:

c=1 mol/l;       V = 10.3, 32.6, 47.1 ml
c=0.1 mol/l;   V = 10.1, 32.6, 47.1 ml
c=0.01 mol/l; V = 8.0, 32.5, 47.0 ml

Davon zu unterscheiden sind die Halbäquivalenzpunkte, also bei V=10,30 und 50 ml. Die haben je nach Konzentration etwas verschiedenen pH:

c=1 mol/l;       pH = 3.07, 4.62, 5.57
c=0.1 mol/l;   pH = 3.08, 4.62, 5.57
c=0.01 mol/l; pH = 3.21, 4.62, 5.57

Du siehst also, die Sache ist bei der Zitronensäure etwas komplizierter. Die hat letzt­lich nicht drei getrennte Pufferbereiche, sondern die verschmelzen zu einem einzigen zwi­schen 10 und 50 ml; in diesem Bereich liegen ja immer mindestens zwei Spezies in ver­gleichbaren Konzentrationen vor, also puffert die Lösung.

Das zeigt auch die folgende, ziemlich komplizierte Graphik:

Die Abzisse zeigt hier den pH, und die orange bzw. gelbe Kurve (Unterschied heute ir­relevant) zeigt die Pufferkapazität. Du siehst einen weiten Pufferbereich zwischen grob pH 2 und pH 6 (eine einbasige Säure puffert ja nur in einem Intervall von grob 2 pH-Ein­hei­ten, pKₐ±1), an dem alle vier Spezies (Hintergrundfarben) beteiligt sind. Die schwar­ze Kurve ist eine Art umgekehrter Titrationskurver; sie zeigt an, wieviel Base bzw. Säu­re man zugeben muß, um von einer 1 mol/l Zitronensäure auf den ge­wünsch­ten pH-Wert zu kommen, und die schwarzen Markierungen am unteren Rand sind die pKₐ-Werte.

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

Comments

[PMBDE]

Danke schonmal für die sehr ausführliche Antwort. Das muss ich erstmal richtig verstehen.