Die Titration ist eine Methode der quantitativen analytischen Chemie und wird auch als Maßanalyse, Titrimetrie oder Volumetrie bezeichnet.
Darüber hinaus wird der Begriff der Titration auch in der Medizin verwendet und beschreibt dort den Prozess der Dosisanpassung.
Ein Beispiel für eine Titration in der Chemie ist die Bestimmung von Salzsäure durch eine Säure-Base-Titration mit Natronlauge:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
Inhaltsverzeichnis
Ziel einer Titration
Das Ziel einer Titration in der analytischen Chemie ist die Gehaltsbestimmung, es soll also die Menge eines gesuchten Stoffes in einer vorliegenden Probe bestimmt werden.
Prinzip der Titration
Das Prinzip der Titration besteht dain, einer Probelösung eine als Maßlösung bezeichnete Lösung zuzusetzen, die den zu analysierenden Stoff in einer bekannten chemischen Reaktion umsetzt.
Wenn die Konzentration der Maßlösung bekannt ist und von ihr exakt so viel zugegeben wird, dass die Umsetzung des gesuchten Stoffes gerade vollständig abläuft, kann dessen Masse und damit auch die Substanzmenge in der Probe berechnet werden.
Äquivalenzpunkt
Der Punkt, an dem gerade so viel Maßlösung zugegeben wurde, wie für die vollständige Reaktion des gesuchten Stoffes erforderlich ist, wird als Äquivalenzpunkt, theoretischer Endpunkt oder stöchiometrischer Endpunkt bezeichnet. An diesem Punkt befinden sich äquivalente Stoffmengen in der titrierten Lösung.
Voraussetzungen für eine Titration
Damit eine Titration durchgeführt werden kann, müssen prinzipiell drei Voraussetzungen erfüllt sein:
- Die chemische Reaktion, auf der die Titration basiert, muss schnell, quantitativ und eindeutig verlaufen.
- Es muss eine Maßlösung mit definierter Konzentration hergestellt oder die Konzentration muss mit einer Urtitersubstanz exakt bestimmt werden können.
- Es muss ein deutlich erkennbarer Endpunkt vorliegen, der mit dem Äquivalenzpunkt zusammenfällt oder zumindest sehr nahe am Äquivalenzpunkt liegt.
Indikationsmethoden für die Titration
Bei klassischen Titrationen beruht die Endpunkterkennung auf einem Farbwechsel, es handelt sich also um eine chemische Indikation.
Dafür wird die Probelösung in der Regel mit einem Farbindikator versetzt, der am Endpunkt der Titration seine Farbe ändert. Beispiele für Farbindikatoren sind pH-Indikatoren, Redoxindikatoren und Metallindikatoren.
In manchen Fällen kann der Endpunkt aber auch ohne Indikator erkannt werden, beispielsweise bei der Manganometrie.
Chemisch indizierte Titrationen sind zwar verhältnismäßig einfach durchzuführen und bequem anzuwenden, weisen aber eine Reihe von Nachteilen auf:
- Farbindikatoren müssen oftmals sehr spezielle und anspruchsvolle Bedingungen erfüllen.
- Da der zugesetzte Indikator immer mittitriert wird, verfälscht er das Ergebnis und verringert die Genauigkeit der Titration. Das ist insbesondere dann kritisch, wenn eine große Indikatormenge benötigt oder eine sehr kleine Probenmenge titriert wird.
- Farbige oder trübe Probelösungen erschweren oder verhindern die Erkennung des Endpunkts.
- Die Erkennung des Farbwechsels ist von der subjektiven Wahrnehmung des Analytikers abhängig.
Diese Nachteile können mit physikalisch indizierten Methoden vermieden werden. Für Routineanalysen werden in der analytischen Praxis die folgenden Methoden verwendet:
- Photometrische Titration
- Leitfähigkeitstitration
- Potentiometrische Titration
- Voltametrische Titration
- Amperometrische Titration
- Dead-Stop-Titration
- Coulometrische Titration
Um eine Methode mit physikalischer Indikation durchzuführen, wird in der Regel ein Titrator verwendet.
Die Elektrode wird je nach Reaktionstyp ausgewählt und misst eine spezifische Eigenschaft der Probelösung, beispielsweise deren pH-Wert. Anhand der vom Titrator aufgezeichneten Titrationskurve lässt sich dann der Äquivalenzpunkt der Titration bestimmen.
Einteilung von Titrationen nach dem Reaktionstyp
Wenn die zahlreichen bekannten Titrationen anhand des Reaktionstyps untergliedert werden, ergeben sich vier verschiedene Typen:
Eine Redoxtitration, die in der industriellen Praxis besonders häufig durchgeführt wird, ist die Karl-Fischer-Titration zur Wasserbestimmung.
Titrationsarten
Erfolgt die Einteilung dagegen nach dem Vorgehen bei der Titration, lassen sich folgende Titrationsarten unterscheiden:
Direkte Titration
Bei einer direkten Titration werden die Probelösung und die Reagenzlösung direkt miteinander umgesetzt.
Inverse Titration
Eine inverse Titration erfolgt, indem ein bekanntes Volumen der Reagenzlösung vorgelegt und mit der Probelösung titriert wird.
Indirekte Titration
Bei einer indirekten Titration erfolgt vor der eigentlichen Titration eine chemische Umsetzung des zu bestimmenden Stoffes.
Rücktitration
Die Rücktitration ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem zur Probelösung zunächst im Überschuss ein bekanntes Volumen an Reagenzlösung gegeben wird, woraufhin in der Titrationslösung die zugrundeliegende chemische Reaktion abläuft. Im zweiten Schritt wird der nicht umgesetzte Teil der ersten Reagenzlösung dann mit einer weiteren Reagenzlösung titriert.
Substitutionstitration
Der erste Schritt einer Substitutionstitration besteht darin, die Probelösung mit einer Substanz zu versetzen, die mit dem zu analysierenden Stoff reagiert. Dabei spaltet diese Substanz einen Bestandteil ab, der dann in einem zweiten Schritt direkt titriert wird. Die Substitutionstitration setzt voraus, dass die Stöchiometrie der Freisetzung bekannt ist.
Durchführung von Titrationen
Beim Titrieren, also der Durchführung einer Titration, stellt sich zunächst die Frage, ob auf klassische Weise manuell titriert oder eine automatische Titration mit einem Titrator durchgeführt werden soll.
Manuelles Titrieren bietet sich insbesondere in der chemischen Ausbildung und im Unterricht in der Schule an, da der apparative Aufwand gering ist und die manuellen Fertigkeiten der Auszubildenden, Schüler oder Studenten geschult werden.
Prinzipiell erfolgt eine manuelle Titration, indem einer Probenlösung über eine Glasbürette so lange Maßlösung zugesetzt wird, bis der Endpunkt erreicht ist.
In industriellen Laboratorien werden wegen ihrer zahlreichen Vorteile dagegen hauptsächlich automatische Titrationen mit Titratoren durchgeführt.
Berechnung des Ergebnisses einer Titration
Nach Abschluss einer direkten Titration lässt sich deren Ergebnis R mit der folgenden Formel berechnen:
R = (VEQ ∙ c ∙ t ∙ C) / m
R: Ergebnis
VEQ: Verbrauch an Maßlösung bis zum Äquivalenz- oder Endpunkt (in mL)
c: Konzentration der Maßlösung (in mol/L)
t: Titer der Maßlösung (dimensionslos)
m: Probengröße (in g oder mL)
C: Konstante
Für die Berechnung sind außerdem die molare Masse des Analyts und die Äquivalentzahl relevant:
M: Molare Masse des Analyts (in g/mol)
z: Äquivalentzahl (dimensionslos)
Wenn die Größe der Probe in g angegeben ist, können für die Konstante C die folgenden Quotienten eingesetzt werden, um das Ergebnis in der gewünschten Einheit zu erhalten:
| Gewünschte Einheit des Ergebnisses | Kontante C |
| % | C = M / (10 ∙ z) |
| mg/g | C = M / z |
| ppm | C = (M ∙ 1000) / z |
| mmol/kg | C = 1000 / z |
| mol/kg | C = 1 / z |
Wenn die Größe der Probe dagegen in mL angegeben ist, können für die Konstante C folgende Quotienten eingesetzt werden:
| Gewünschte Einheit des Ergebnisses | Kontante C |
| g/L | C = M / z |
| mg/L | C = (M ∙ 1000) / z |
| mmol/L | C = 1000 / z |
| mol/L | C = 1 / z |
Verwendung von Titrationen
Titrationen werden für zahlreiche verschiedene Zwecke und in diversen Branchen eingesetzt, beispielsweise zur:
- Bestimmung des Säuregehalts in Wein
- Bestimmung des Natriumchloridgehalts in Kartoffelchips
- Bestimmung der Wasserhärte
- Bestimmung des Goldgehalts in Legierungen
- Analyse der Tenside in Waschmitteln
Potentiometrische Titrationen spielen auch in der pharmazeutischen Analytik eine wichtige Rolle.
Weiterführende Quellen
Jander, G. / Jahr, K. F. (2017): Maßanalyse – Titrationen mit chemischen und physikalischen Indikationen, 19. Auflage, Berlin / Boston