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Bestimmung des Ca2+ Gehalts in einer Wasserprobe mittels komplexometrischer Titration

von Kristina Breithaupt

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Ziel des Versuchs In diesem Versuch wird der Calcium-Gehalt in einer Wasserprobe mithilfe einer komplexometrischen Titration ermittelt. Für diesen Versuch sollten die Grundlagen der Titration als Vorwissen bei den Schülerinnen und Schülern präsent sein. Didaktisch reduziert wird hier, dass nicht auf die besonderen Eigenschaften des EDTA, dass es Chelatkomplexe ausbilden kann, eingegangen wird. Des Weiteren wird auch nicht auf die Komplexstruktur eingegangen, da dies für die Schülerinnen und Schüler schwer zu begreifen ist.

Vorbemerkung

In diesem Versuch wird der Calcium-Gehalt in einer Wasserprobe mithilfe einer komplexometrischen Titration ermittelt. Für diesen Versuch sollten die Grundlagen der Titration als Vorwissen bei den Schülerinnen und Schülern präsent sein. Didaktisch reduziert wird hier, dass nicht auf die besonderen Eigenschaften des EDTA, Chelatkomplexe auszubilden, eingegangen wird. Des Weiteren wird auch nicht auf die Komplexstruktur eingegangen, da dies für die Schülerinnen und Schüler an diesem Punkt schwer greifbar ist.

Materialien

Bürette, Trichter,, Magnetrührer, Pipette, Peleusball, Bergerglas (250 mL), Stativ, Muffe, weiße Unterlage

Chemikalien

EDTA-Lösung ( 0,01 M), konzentrierter Ammoniak, Wasserprobe, Indikator-Puffertablette

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Ammoniaklösung konz. 25% H314, H400, H335 – GHS05 GHS09 GHS07

Durchführung

Die zu untersuchende Wasserprobe (100 mL) wird in ein Becherglas gefüllt und mit einer Indikator-Puffer-Tablette versetzt. Dazu wird 1 mL konzentrierter Ammoniaklösung gegeben. Die Bürette wird mithilfe des Trichters mit EDTA-Lösung befüllt. Nun wird die Wasserprobe bis zum Farbumschlag titriert.

Beobachtung

Bei Zugabe der Indikator-Puffer-Tablette zur Wasserprobe färbt sich die Lösung gelblich. Wird der konz. Ammoniak zugefügt, so färbt sich die gelbliche Lösung rot. Der Umschlagspunkt ist erreicht, wenn sich die Lösung grau-grün färbt (siehe Abb. 3).

Abbildungen

  • Abb. 1: Nährwerttabelle der verwendeten Wasserprobe
  • Abb. 2: Wasserprobe mit Indikator-Puffertablette und Ammoniak zu beginn der Titration
  • Abb. 3: Wasserprobe nach beendeter Titration

Deutung

Die rote Färbung der Lösung zeigt den Diammincalcium-Komplex an. Bei der Zugabe von EDTA findet eine Ligandenaustauschreaktion zwischen dem Ammoniak und dem EDTA statt. Der Calcium-EDTA-Komplex zeigt die grün-graue Färbung. Hier muss für die Schülerinnen und Schüler didaktisch reduziert werden, da die Vorgänge bei einer Ligandenaustauschreaktion und einer Komplexbildung zu kompliziert für diese Klassenstufe sind. Die Reaktion wird als normale Bildung eines Produktes aus zwei Edukten behandelt. Dies ist für die Schülerinnen und Schüler einfacher, da sie mit dieser Art der Erklärung vertraut sind. Die Färbung wird nach einer EDTA-Zugabe von 30 mL erreicht. Es laufen folgende Reaktionen ab:

[Ca(H2O)4]2+(aq) + H2EDTA2-(aq) ⇌ [Ca(EDTA)]2-(aq) + 4 H2O(l)

Für die Berechnung gilt:

1 mL EDTA (0,01 M) = 0,5608 °dH = 0,1 mmol Ca2+/L

Da 30 mL verbraucht wurden, liegen in der Wasserprobe 3 mmol Ca2+/L vor. Dies entspricht einem Härtegrad von 16,824 °dH. Somit liegt eine harte Wasserprobe vor.[1]

Fehlerbetrachtung:

Für die Fehlerbetrachtung muss der in Abb. 1 zu entnehmende Wert für das Caclium umgerechnet werden. So wird eine Konzentration von 11,5 mmol/L erhalten.

xabs =   | xMesswert - xLiteratur |   =   | 3 mmol/L - 11,5 mmol/L |   =   8,5 mmol/L

xrel =  
xabs  
xLiteratur
   · 100   =  
8,5 mmol/L  
11,5 mmol/L
  · 100   =   73,91 %

Entsorgung

Die Lösung wird im Abfall für organische Lösungsmittel entsorgt.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Dieser Versuch zeigt eine weitere Möglichkeit, Titrationen zur Bestimmung eines Stoffes vorzunehmen. Für diesen Versuch ist es wichtig, dass eine EDTA-Konzentration von 0,01 M verwendet wird, da sonst die oben dargestellte Gesetzmäßigkeit nicht gültig ist. Da im Vergleich zu einer 0,1 M Lösung diese um das zehnfache verdünnt ist, hebt sich dies bei derTitrationsauswertung auf und die Gesetzmäßigkeit gilt. Die Schülerinnen und Schüler sollten im Vorfeld auf die Gefahren bei der Ammoniak-Verwendung hingewiesen werden, damit eine sichere und keine fahrlässige Handhabung erfolgt. Eine Alternative wäre, dass verschiedene Wasserproben untersucht werden. In der Auswertung können diese untereinander verglichen werden. Oft bieten sich auch Leitungswasserproben aus verschiedenen Regionen an. Dafür müssen aber die Wasserbestandteile mit den entsprechenden Werten bekannt sein.

Literatur

[1] A. Klaas, http://www.wasser.de/inhalt.pl?tin=-0856901140223307709843806547241-1469974930-79.247.250.195&achtung=&kategorie=1000009, 31.07.16 (Zuletzt abgerufen am 31.07.16 um 16:24 Uhr).