Titration einer schwachen Säure: pK_a bei Halbäquivalenz
Schwache Säure + starke Base. Bestimmen Sie V_eq am pH-Sprung, lesen Sie dann den pH bei V_b = V_eq/2 ab. Dieser pH ist pK_a.
Ziel des Versuchs
pK_a aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung bestimmen: bei Halbäquivalenz gilt [A⁻]=[HA], also pH = pK_a.
Geräte
- Bürette (bekanntes C_b)
- Kolben (bekanntes V_a, unbekannte HA)
- pH-Meter
- Universalindikator
Versuch
Theorie
Für eine einprotonige schwache Säure mit starker Lauge gilt im Pufferbereich pH = pK_a + log₁₀([A⁻]/[HA]). Auf halbem Weg zum Äquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure neutralisiert, das Verhältnis ist 1 und pH = pK_a. Der Äquivalenzpunkt selbst ist basisch (Hydrolyse der konjugierten Base) — dort liest man pK_a nicht ab. Der Aufbau gibt weder pK_a noch V_eq noch einen Hinweis auf Henderson-Hasselbalch aus.
Durchführung
- Das vorgelegte Volumen V_a und C_b der Lauge sind fest und bekannt. Säurekonzentration und pK_a bleiben verborgen. Ändern Sie nur das Bürettenvolumen V_b.
- Beobachten Sie das laufende pH-Meter und den Indikator. Finden Sie den Sprung (Äquivalenzpunkt), merken Sie sich V_eq und stellen Sie dann V_b = V_eq/2 ein.
- Notieren Sie. In die Zeile kommen V_b und der pH. Es wird ein kleines Messgeräterauschen addiert. Der Aufbau markiert die Halbäquivalenz nicht selbst.
- Wiederholen Sie die Ablesung bei Halbäquivalenz mindestens 6-mal (den Sprung dürfen Sie erneut suchen).
- Bilden Sie den Mittelwert der pH-Spalte und vergleichen Sie ihn mit dem Referenz-pK_a.
Schlussfolgerung
Der mittlere pH bei Halbäquivalenz stimmt mit dem verborgenen pK_a überein. Wesentliche Unsicherheiten: visuelle Bestimmung von V_eq, Rauschen des pH-Meters und die Idealisierung des Henderson-Hasselbalch-Puffers.