Was ist der Äquivalenzpunkt?

Der Äquivalenzpunkt ist der Punkt bei einer chemischen Titration – also einem Prozess der Konzentrationsbestimmung einer gelösten Substanz durch eine induzierte Reaktion –, an dem die zu titrierende Substanzmenge gerade groß genug ist, um vollständig mit der Probe zu reagieren. Er wird manchmal auch als stöchiometrischer Punkt bezeichnet. Der Äquivalenzpunkt kann auf verschiedene Weise anhand von Zeichen wie pH-Indikatoren, Farbumschlag, Leitfähigkeit oder Niederschlag 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.

Beim Titrationsaufbau wird ein langes, zylindrisches Glasstück, eine sogenannte Bürette, mit einem bestimmten Volumen des Titriermittels oder der zu titrierenden Lösung bis zu einer kalibrierten Marke gefüllt. Ein spezifisches Volumen des Analyten oder der Lösung, in die das Titriermittel tropft, wird unten eingestellt. Die Konzentration des Titriermittels ist bekannt, während die Konzentration des Analyten unbekannt ist. Nach und nach wird die Bürette in die Analytlösung entleert, bis die erwartete Veränderung des Analyten eintritt, die den Äquivalenzpunkt signalisiert. Am Äquivalenzpunkt hat die zugesetzte Titriermittelmenge vollständig mit dem Edukt 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, aber bei hohem pH-Wert hellrosa wird. Der Äquivalenzpunkt bei einer Säure-Base-Titration mit Phenolphthalein würde durch einen schnellen Farbumschlag zu rosa signalisiert. Verschiedene pH-Indikatoren werden verwendet, um bei Bedarf Änderungen über verschiedene pH-Bereiche anzuzeigen.

Manchmal ändert sich die Farbe des Analyten während der Titration ohne Verwendung eines Indikators. Auf diese Weise können Äquivalenzpunkte von Redox-Reaktionen bestimmt werden, da die Oxidationsstufen von Produkt und Edukt unterschiedliche Farben ergeben. Es ist auch möglich, dass sich bei der Titrationsreaktion ein Niederschlag oder Feststoff bildet. Niederschlag kann daher als Äquivalenzpunktindikator verwendet werden, obwohl der genaue Niederschlagspunkt schwierig zu bestimmen sein kann.

Andere Methoden, die verwendet werden können, um den Äquivalenzpunkt zu bestimmen, 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 ist als thermometrische Titrimetrie bekannt. Die thermometrische Titrimetrie nutzt die Tatsache, dass die chemische Reaktion zwischen dem Titriermittel und dem Analyten entweder exotherm – Wärmeabgabe – oder endotherm – Wärmeaufnahme ist. Je nach Art der Reaktion wird die Temperatur entweder steigen oder fallen. Die Spitzengeschwindigkeit der Temperaturänderung in der Reaktion ist der Äquivalenzpunkt.