Chemiepraktikum für Physiker
1. Versuch: pH-Messungen und Farbindikatoren am 28.11.2006
Volker Ziesing, Dipl. Physik

 Musterlösung

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Aufgabenstellung:

1. Bestimmung des pH-Werts zweier Analysenlösungen mit dem pH-Meter

2. Herstellung eines Universalindikators

Vom Dozenten empfohlene Begleitliteratur:

Aufgabe 1:

Die chemischen Grundlagen:

Die Nernst'sche-Gleichung beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotenzials eines Redox-Paares (Ox + $n \cdot e^-\xrightleftharpoons{}$ Red). Die Potentialdifferenz an der Glasmembran kann durch die Gleichung

$\dfrac{\bigtriangleup E}{V}=0,059 \cdot (pH_{außen} - pH_{innen})$

beschrieben werden.

Zum Versuchsaufbau

Man sucht sich ein sauberes Becherglas und füllt eine der beiden unbekannten Analyselösungen ein. Behandelt anschließend die Glaselektrode erneut, um mit der zweiten Messung fortfahren zu können.

Der Versuchsvorgang

Zuerst prüfen wir die Kalibrierung des pH-Meters mit mindestens zwei vordefinierten Pufferlösungen. Allerdings ist dabei zu beachten, dass man nicht zwei zu sehr im pH-Wert auseinander liegende Pufferlösungen wählt, wie z.B. pH 2 und pH 12, da das Gerät sehr lange benötigt, um zwischen beiden weit auseinanderliegenden Werten zu wechseln. Wichtig ist das vorherige Abtupfen der Glaselektrode und während dem Messvorgang wirkt ein lechtes Rühren im Becherglas beschleunigend auf das Einstellen des Endwerts.

Meine Messwerte waren:

Lösung A: 5.8 pH
Lösung B: 9.3 pH

Diskussion der Messergebnisse

Neben Verunreinigungen der Gefäße und der Pufferlösungen, können Messfehler durch verschiedene Temperaturwerte auftreten. Die Folgen wäre eine Volumenänderung, ein anderes Lösungsverhalten (Löslichkeit) und mit größter Auswirkung auf den pH-Wert eine andere Gleichgewichtskonstante. Da aber alle Gefäße vor dem Versuchstermin auf dem Sammeltisch in Raumtemperatur standen, ist diese thermodynamische Fehlerquelle auszuschließen.

Aufgabe 2:

Die chemischen Grundlagen:

Ziel ist es mit möglichst wenigen Einzelindikatoren auszukommen, die sich gegenseitig im Umschlagbereich nicht überlagern dürfen und zweitens sich in den Farbtönen so verhalten müssen, dass auf der gesamten Skala unterschiedliche Farben auftreten. Ein breites Spektrum an Farbumschlägen ist empfehlenswert. Das Protolyse-Gleichgewicht für die Abgabe beziehungsweise Aufnahme eines Protons bei einer wässrigen Indikator-Lösung lautet:

$HInd_{(aq)}+H_2O_{(l)} \xrightleftharpoons{\qquad} Ind_{(aq)}^{-}+H_3O_{(aq)}^{+}$

Zum Versuchsaufbau

mindestens 10 Mikroreagenzgläser für den Universalindikator und 2 Mikroreagenzgläser für die Pufferlösungen, 1 Ständer der 30 Mikroreagenzgläser aufnehmen kann , 1 Pasteur-Pippette, 2 Bechergläser.

Der Versuchsvorgang

Als erstes tröpfeln wir jeweils 10 bis 15 Tropfen der drei verschiedenen Indikatorlösungen in zwölf Mikroreagenzgläser und schütteln jedes Glas einzeln. Die zwei zu testenden Pufferlösungen kommen in zwei Mikroreagenzgläser und werden getestet, ob ein deutlicher Farbunterschied zu beobachten ist. Dies war bei uns aber der Fall und wir konnten somit unsere Farbreihe mit den 10 anderen Reagenzgläser anfertigen. Die Ergebnisse stehen weiter unten. Unsere Mischung gleicher Mengen an Indikatorsubstanz war:

Thymolblau + Bromthylmolblau + Methylorange

Um noch bessere Ergebnisse zu erhalten, könnte man mit unterschiedlichen Mengen an Einzelsubstanzen experimentieren. Aber das hätte den Rahmen der Veranstaltung gesprengt.

pH-Wert und die daraus resultierenden Farbtöne

2         hellrot
3         orange
4         gelb-orange
5         gelb
6         gelb-grün
7         hellgrün
8         grün
9         dunkelgrün
10        blaugrün
12        dunkelblau

Hinweis: Die Pufferlösung für den pH-Wert 11 durfte nicht genommen werden, weil sie fehlerhaft war. Die Pufferlösung für den pH-Wert 1 war generell nicht vorhanden.

Probe A: gelb bis hellgrün (ca. 5.5 pH)
Probe B: leicht dunkelgrün (ca. 8.5 pH)