Rotkohl als Indikator
AFB I–IIRotkohlsaft enthält Anthocyane — Farbstoffe, die ähnlich wie Indikatorsäuren ihre Form und damit ihre Farbe mit dem pH-Wert ändern (M1). In einer Küche werden Proben mit Rotkohlsaft versetzt (M2).
| pH-Bereich | 1–3 | 4–6 | 7 | 8–9 | 10–12 | 13–14 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Farbe von Rotkohlsaft | rot | violett | blauviolett | blau | grün | gelb |
| Probe | Farbe mit Rotkohlsaft |
|---|---|
| Essigreiniger | rot |
| Natron-Lösung (Natriumhydrogencarbonat) | blau |
| Seifenlauge | grün |
| Abflussreiniger-Lösung | gelb |
- Beschreiben Sie die Wirkungsweise eines Säure-Base-Indikators mithilfe einer allgemeinen Gleichung.
- Ordnen Sie den Proben aus M2 pH-Bereiche zu.
- Begründen Sie, weshalb Rotkohlsaft für die Endpunktbestimmung einer Titration kaum geeignet ist.
- Vergleichen Sie Rotkohlsaft mit Bromthymolblau (6,0–7,6, gelb → blau) hinsichtlich ihrer Verwendung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\ce{HInd + H2O <=> Ind- + H3O+}\); HInd und \(\ce{Ind-}\) haben verschiedene Farben. Viele Oxonium-Ionen verschieben das Gleichgewicht nach links (saure Farbe), wenige nach rechts (basische Farbe). Im Umschlagsbereich (etwa \(\mathrm{p}K_S \pm 1\)) liegen beide Formen in vergleichbaren Mengen vor, man sieht eine Mischfarbe.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Essigreiniger pH 1–3; Natron-Lösung pH 8–9; Seifenlauge pH 10–12; Abflussreiniger-Lösung pH 13–14.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Rotkohlsaft ist ein Gemisch mehrerer Farbstoffe bzw. Farbstoffformen und ändert seine Farbe über den ganzen pH-Bereich in vielen kleinen Stufen. Es gibt keinen scharfen Farbwechsel innerhalb weniger pH-Einheiten; der Endpunkt ist beim Tropfen nicht eindeutig zu erkennen. Zudem ist die Eigenfarbe intensiv und von der Konzentration abhängig.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Gemeinsam: Beide sind schwache Säuren mit pH-abhängiger Farbe. Rotkohlsaft wirkt wie ein Universalindikator: gut zur groben pH-Einschätzung über den ganzen Bereich, schlecht für Titrationen. Bromthymolblau hat einen einzigen, schmalen Umschlagsbereich um pH 7 mit deutlichem Farbwechsel gelb → blau — ungeeignet für eine pH-Übersicht, aber gut geeignet als Titrationsindikator für starke Säuren mit starken Basen.
Milchsäure in der Molke
AFB II–IIIIn einer Molkerei wird der Milchsäuregehalt von Sauermolke durch Titration bestimmt. Eine Modelllösung aus 25,0 mL Milchsäure (\(c = 0{,}020\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), \(\mathrm{p}K_S = 3{,}90\)) wird mit Natronlauge (\(c = 0{,}050\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert (M3). Zur Auswahl stehen die Indikatoren Methylorange (3,1–4,4), Phenolphthalein (8,2–10,0) und Thymolphthalein (9,3–10,5).
- Entnehmen Sie M3 das Volumen und den pH-Wert am Äquivalenzpunkt.
- Entscheiden Sie begründet, welcher der drei Indikatoren am besten geeignet ist.
- Erläutern Sie mithilfe von M3, welches Ergebnis man mit Methylorange erhielte.
- Bewerten Sie den Vorschlag, wegen der weißen Farbe echter Molke Thymolphthalein statt Phenolphthalein einzusetzen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
ÄP bei 10,0 mL (Kontrolle: \(0{,}020\cdot25{,}0/0{,}050 = 10{,}0\)), pH ≈ 8,0 (Wendepunkt in der Mitte des Sprungs).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Phenolphthalein: 8,2–10,0 liegt vollständig im Sprungbereich 5,9–10,2 — geeignet. Methylorange (3,1–4,4) schlägt lange vor dem Sprung um. Thymolphthalein (9,3–10,5) ragt über den Sprung hinaus. Am besten geeignet ist Phenolphthalein.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Laut M3 wird pH 4,4 schon bei etwa 7,5 mL erreicht; Methylorange ist dann bereits vollständig gelborange, obwohl erst drei Viertel der Säure neutralisiert sind. Der Farbwechsel zieht sich außerdem schleichend über mehrere Milliliter. Der Milchsäuregehalt ergäbe sich um etwa 25 % zu klein.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Pro: In einer weißen, trüben Probe ist ein kräftiges Blau leichter zu erkennen als ein blasses Pink. Contra: Der Umschlagsbereich 9,3–10,5 endet oberhalb des Sprungbereichs (10,2); die volle Blaufärbung erscheint erst nach einem kleinen Überschuss an Lauge, das Ergebnis fällt geringfügig zu groß aus (Größenordnung 1 %). Fazit: bedingt geeignet — wenn man auf den ersten bleibenden Blauschimmer titriert, ist der Fehler tolerierbar; für genaue Werte bleibt Phenolphthalein (oder eine pH-Elektrode) die bessere Wahl.