Mehrprotonige Säure Titrationskurve

Mehrprotonige Säuren können mehrere Protonen abgeben. Je nach Anzahl der Protonen haben sie entprechend viele Äquivalenzpunkte.


typische Merkmale

  • mehrere Äquivalenzpunkte
  • Verlauf in verschiedenen Bereichen wie starke oder schwache Säure

Erklärung

Titrationskurven von mehrprotonigen Säuren (Säuren, die schrittweise ihre Protonen abgeben) erkennt man daran, dass mehrere pH-Sprünge und damit auch mehrere Äquivalenzpunkte zu sehen sind.

Genauer: Es gibt genau so viele Äquivalenzpunkte, wie Protonen abgegeben werden können. Bei 3-protonigen Säuren, wie Phosphorsäure (H₃PO₄), gibt es also 3 Äquivalenzpunkte.

Der Verlauf der Titrationskurve hängt von den pKs-Werten der einzelnen Protolysestufen ab. Je nach pKs-Wert verläuft die Kurve in dem Abschnitt, wie bei einer starken oder schwachen Säure.


Beispiel

Verlauf Titrationskurve Phosphorsäure mit Natronlauge

Der Graph entsteht durch das Eintragen der pH-Werte in Abhängigkeit von dem Volumen der zugegebenen Maßlösung.

Der typische Verlauf einer Titration von Phosphorsäure mit starker Base sieht so aus:

Die Titrationskurve kann in 3 Bereiche eingeteilt werden. Im ersten Bereich verläuft die Kurve wie eine starke Säure. Das heißt erst nur langsamer Anstieg und dann pH-Sprung mit Äquivalenzpunkt. Danach ist der Verlauf, wie bei schwachen Säuren. Das heißt kurzer starker Anstieg, dann Abflachung und danach pH-Sprung mit dem 2. Äquivalenzpunkt. Im dritten Bereich steigt der Graph bis zum pH-Wert der Natronlauge und bleibt dann konstant. Insgesamt sind also 2 pH-Sprünge mit 2 Äquivalenzpunkten zu sehen.

Phosphorsäure ist eine 3-protonige Säure mit folgenden Protolysestufen:

Protolysestufe

Edukt

pKs

Äquivalenzpunkt

\text{H}_{3}\text{PO}_{4}H3PO4\text{H}_{3}\text{PO}_{4}
2,152,152,15
4,24,24,2
\text{H}_{2}\text{PO}_{4}^-H2PO4\text{H}_{2}\text{PO}_{4}^-
7,27,27,2
9,19,19,1
\text{HPO}_{4}^{2-}HPO42\text{HPO}_{4}^{2-}
12,3512,3512,35
>12>12>12

Phosporsäure (H₃PO₄) ist eine starke Säure. Deshalb verläuft die Titrationskurve bis zum 1. Äquivalenzpunkt wie eine starke Säure (erst kaum Anstieg, kurz vor Äquivalenzpunkt starker Anstieg). Am 1. Äquivalenzpunkt ist die komplette Phosphorsäure neutralisiert.

\text{H}_{3}\text{PO}_{4} +\text{NaOH} \xrightarrow{} \text{NaH}_{2}\text{PO}_{4} +\text{H}_{2}\text{O}H3PO4+NaOHNaH2PO4+H2O\text{H}_{3}\text{PO}_{4} +\text{NaOH} \xrightarrow{} \text{NaH}_{2}\text{PO}_{4} +\text{H}_{2}\text{O}

Danach ist das gebildetet Dihydrogenphosphat (H₂PO₄⁻) in der Lösung. Dieses ist eine schwache Säure. Deshalb ist der Verlauf bis zum 2. Äquivalenzpunkt wie der einer schwachen Säure (kurzer starker Anstieg, dann Pufferbereich um pKs-Wert, Anstieg vor Äquivalenzpunkt). Am 2. Äquivalenzpunkt ist das komplette Dihydrogenphosphat neutralisiert.

\text{NaH}_{2}\text{PO}_{4} +\text{NaOH} \xrightarrow{} \text{Na}_{2}\text{HPO}_{4} +\text{H}_{2}\text{O}NaH2PO4+NaOHNa2HPO4+H2O\text{NaH}_{2}\text{PO}_{4} +\text{NaOH} \xrightarrow{} \text{Na}_{2}\text{HPO}_{4} +\text{H}_{2}\text{O}

Danach ist Hydrogenphosphat (HPO₄²⁻) in der Lösung. Dieses ist eine sehr schwache Säure. Hydrogenphosphat reagiert zu Phophat (PO₄³⁻), was eine starke Base ist. Daher ist der 3. Äquivalenzpunkt im stark alkalischen Bereich. Da die Konzentration der Natronlauge nicht ausreicht, ist der Punkt nicht sichtbar.

\text{Na}_{2}\text{HPO}_{4} +\text{NaOH} \xrightarrow{} \text{Na}_{3}\text{PO}_{4} + \text{H}_{2}\text{O}Na2HPO4+NaOHNa3PO4+H2O\text{Na}_{2}\text{HPO}_{4} +\text{NaOH} \xrightarrow{} \text{Na}_{3}\text{PO}_{4} + \text{H}_{2}\text{O}
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