Was ist der Äquivalenzpunkt?
Der Äquivalenzpunkt ist der Punkt bei einer chemischen Titration - dh einem Prozess zur Bestimmung der Konzentration einer gelösten Substanz durch eine induzierte Reaktion -, bei dem die Menge der zu titrierenden Substanz gerade groß genug ist, um vollständig mit der Probe zu reagieren. Sie wird manchmal auch als stöchiometrischer Punkt bezeichnet. Der Äquivalenzpunkt kann auf verschiedene Arten unter Verwendung von Zeichen wie pH-Indikatoren, Farbänderung, Leitfähigkeit oder Ausfällung bestimmt werden. Die Konzentration eines gegebenen Reaktanten kann abgeleitet werden, indem eine bekannte Substanz in die Reaktantenprobe titriert und der Äquivalenzpunkt der Reaktion ermittelt wird.
In der Titrationsanordnung wird ein langes, zylindrisches Stück Glas, das als Bürette bekannt ist, bis zu einer kalibrierten Markierung mit einem bestimmten Volumen des Titriermittels oder der zu titrierenden Lösung gefüllt. Ein bestimmtes Volumen des Analyten oder der Lösung, in die das Titriermittel tropfen wird, wird unten eingestellt. Die Konzentration des Titriermittels ist bekannt, während die Konzentration des Analyten unbekannt ist. Allmählich wird die Bürette in die Analytlösung entleert, bis die erwartete Änderung des Analyten eintritt, die den Äquivalenzpunkt anzeigt. Am Äquivalenzpunkt hat die Menge des zugesetzten Titriermittels vollständig mit dem Reaktanten im Analyten reagiert und die Konzentration der Analytlösung kann nun bestimmt werden.
Bei Säure-Base-Titrationen, bei denen eine Säure in eine Base titriert wird oder umgekehrt, wird der Analytlösung häufig eine pH-Indikatorverbindung zugesetzt, damit der Äquivalenzpunkt visuell bestimmt werden kann. Phenolphthalein ist ein häufig verwendeter pH-Indikator, der bei niedrigen pH-Werten farblos ist, bei hohen pH-Werten jedoch hellrosa wird. Der Äquivalenzpunkt bei einer Säure-Base-Titration mit Phenolphthalein würde durch einen raschen Farbwechsel nach Rosa angezeigt. Bei Bedarf werden verschiedene pH-Indikatoren verwendet, um Änderungen in verschiedenen pH-Bereichen anzuzeigen.
Manchmal ändert sich die Farbe des Analyten während der Titration ohne Verwendung eines Indikators. Auf diese Weise können Äquivalenzpunkte von Oxidations-Reduktions- (Redox-) Reaktionen bestimmt werden, da die Oxidationszustände von Produkt und Reaktant unterschiedliche Farben ergeben. Es ist auch möglich, dass sich durch die Titrationsreaktion ein Niederschlag oder Feststoff bildet. Niederschlag kann daher als ein Äquivalenzpunktindikator verwendet werden, obwohl der genaue Niederschlagspunkt schwierig zu bestimmen sein kann.
Andere Methoden, die zur Bestimmung des Äquivalenzpunkts verwendet werden können, umfassen die Messung der Leitfähigkeit der Lösung, die direkte Messung des pH-Werts durch ein pH-Meter und die Messung der Temperaturänderungsrate. Dieser letzte Vorgang wird als thermometrische Titrimetrie bezeichnet. Die thermometrische Titrimetrie nutzt die Tatsache, dass die chemische Reaktion zwischen dem Titriermittel und dem Analyten entweder exotherm ist - Wärme freisetzt - oder endotherm Wärme absorbiert. Je nach Art der Reaktion steigt oder fällt die Temperatur. Die Spitzenrate der Temperaturänderung in der Reaktion ist der Äquivalenzpunkt.