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Verfasst am 09.03.2008 23:54:00 Uhr
Simulation einer Titration des Indikators Methylorange

Einen ersten Gebrauchstest vom freeware-Programm CurTiPot (Prof.Gutz, Brasilien) habe ich bei der Simulation einer Titration des Indikators Methylorange (Synonyme: Natrium-4-(4'-Dimethyl amino phenyl azo) benzol-1-sulfonsäure, ("methyl orange, Acid Orange 52" (engl.), "méthylorange, hélianthine, Orangé de Méthyle" (frz.), "Helianthin, Tropaeolin, Orange III, Goldorange, MO" (dts.), "metilarancio" (ital.))) vorgenommen. Warum ausgerechnet Methylorange? Der Indikator wird insbesondere verwendet

• zur acidimetrischen Titration von Mineralsäuren (Lit.»)
• zur Bestimmung der Karbonathärte bzw. des Karbonatgehaltes und zur Bestimmung der Basenkapazität bzw. Basizität (Lit.»)
  

Doch nicht in allen Literaturen wird über die gleichen Dissoziationskonstanten von Methylorange berichtet. Nach dem "Handbook of Chemistry and Physics, 66.Edit., Seite D-147" hat dieser "red2yel"-Indikator einen Farbumschlag im Bereich von 3,2 bis 4,4 und wird (weltweit präpariert) in einer Konzentration von 0,01% in Wasser verwendet. Der pK_s-Punkt liegt an jener Stelle der Titration, an welcher die Kurvensteigung am geringsten ist.

Angenommener pK_s-Wert ist 3,39. Die Konzentration von Methylorange (= 0,01M) entspricht der oben zitierten aus meinem CRC-Handbuch.

Nachfolgend erkennt man fast garnichts vom Übergangsbereich, falls man für die Konzentration des Titranten (HCL) ebenfalls 0,01M wählt.

Angenommener pK_s-Wert ist 3,39. Die Konzentration von Methylorange (= 0,01M) entspricht der oben zitierten aus meinem CRC-Handbuch.
Qualitativ vergleichbar wenig würde man sehen (hier nicht dokumentiert), falls man sowohl die Menge des Titranden als auch des Titranten bei gleichen Konzentrationen auf das Zehnfache erhöhte.Auch eine Auschnittsvergrößerung brächte hier keinen visuellen Mehrgewinn an Information.

Leider habe ich Differentiations- oder Integrationsfunktionen noch nicht implementiert und daher mit dem CurTiPot-Programm eine höhere Konzentrationen des Titranden (Methylorange) eingestellt, auch wenn sie evtl. chemisch nicht darstellbar sein sollte (siehe unten: max.Löslichkeit), um die Lage dieses "Sattelpunktes" erahnen zu können.

Angenommener pK_s-Wert ist 3,39 (frz.wikipedia aus "David R. Line, Handbook of Chemistry and Physics 84th edition (2003/2004), CRC Press, 2004", prt.wikipedia).

Natürlich ergäbe sich ein anderer Kurvenverlauf, falls ich einen anderen pK_s-Wert vorausgesetzt hätte. Da existieren auch in Wikipedia unterschiedliche Einträge, z.B. zur Zeit noch auf seiner polnischen Seite für "metylooranż, heliantyna" ein "Kwasowość pK_a=6,5". Eventuell ist hier der pH-Wert der wäßrigen Lösung (0,5% m/V, 20 °C) gemeint (Lit.»)? Aber vielleicht entdeckt mal jemand den wahren Wert.

Es wird außerdem berichtet: von

• einem pKs-Wert = 3,46 (Lit.»)
  
• einem Umschlagspunkt bei pH = 3,5 (Lit.»)
  
• einem pKs-Wert = 3,5 (Lit.»)
  
• einem pKs-Wert = 3,7 (Lit.»)
  
• "... half-way stage where the mixture of red and yellow produces an orange colour happens at pH 3.7 ..." (Lit.»)
  

Es ist auch klar, dass diese Werte temperaturabhängig sind. Nur habe ich hierzu bisher noch keine Angabe gefunden.

Man kann glauben, dass eine zu (meist höherkonzentrierten) Probenlösungen beigefügte geringe Menge Methylorange mit geringer Konzentration den Kurvenverlauf der (simulierten oder tatsächlichen) acidimetrischen Titration nicht wesentlich stört.

Neben dem aus meinem CRC-Handbuch zitierten Literaturwert für die Konzentration c=0,01M werden folgende Konzentrationen oder Löslichkeiten zum Indikator Methylorange berichtet (für die Umrechnung: 1Mol = 327,34 g):

• max. Löslichkeit (bei 20°C) in Wasser, "... Solubilité: 5,2 g/l dans l'eau à 20°C ..." (Lit.»)
  entspricht: c_max.(H₂O)=0,016M;
  
• max. Löslichkeit (bei 20°C) in Wasser: 5g/lit (Lit.»)
  entspricht: c_max.(H₂O)=0,015M; etwa 0,5%
  
• Es werden a: ... ca. 3 Tropfen (d.h. 0,1 ml) einer 0,5%igen (oder 0,05%igen) Methylorange-Lösung mit einer Pipette zugegeben... (Lit.») bzw. b: ... 0,05 g Methylorange in 100 ml dest. Wasser gelöst. (Lit.»)
  entspricht: a: 0,015M bzw. b: 0,0015M
  
• max. Löslichkeit (bei 20°C) in Ethanol: 1g/lit (Lit.»)
  entspricht: c_max.(EtOH)=0,003M; etwa 0,1%
  
• Indikator-Konzentration (in Wasser oder 20%ig.Ethanol): 4g/lit (Lit.»)
  entspricht: c_max.(H₂O)=0,012M; etwa 0,4%
  
• Standardlösungskonzentration ca. 0,1% in Wasser (Lit.»)
  entspricht: ca. 0,003M

Über die Farbigkeit habe ich bereits oben erwähnt, dass bei pH = 3,7 eine Mischfarbe "orange" entsteht, die sich aus Rot- und Gelb-Anteilen zusammensetzt. Die Schwierigkeit bei der Titration allgemein ist, einen Farbunterschied visuell zu erkennen. Hierzu fand ich in einer (Lit.», Seite24 ) erwähnt, dass das menschliche Auge bzw. das nachgeschaltete Hirn erst einen Farbunterschied feststellt, falls die Farbintensität, die wiederum von der Konzentration der Farbsubstanzkomponente abhängt, sich um den Faktor 10 von der vorausgemessenen Farbe unterscheidet. Vielleicht ist dies auch ein historischer Grund dafür, warum man sich für eine logarithmische Skala zur Basis 10 bei den pH-Werten entschieden hat?
Empfindlicher sind da heutzutage die Spektralphotometrischen Analysen. Es wird berichtet:

• Lit.»: lmax = 505 nm
  Absorptionsmaximum l1 (pH 3,1) 501 - 504 nm
  Absorptionsmaximum l2 (pH 4,4) 467 - 471 nm
  Spezifische Extinktion (E 1%/1 cm; l1;pH 3,1) 1100 ± 50
  Spezifische Extinktion (E 1%/1 cm; l2;pH 4,4) 800 ± 50
  Umschlagsbereich / transition interval pH 3,0 (-3,2) bis/to 4,4
  
• Methylorange-Farbtöne durch Fotografie dokumentiert: bei pH 2,3,4,5 (Lit.»)
  
• Indikator-Farben mit Monitorfarben simuliert (Lit.»: Methylorange: dort Seite1)
  

Hier erkennt man sowohl in der Wortwahl "pink", "red" als auch in den Farbdarstellungen qualitative individuelle Nuancen. Daher sollen bei Titrationen mehrere voneinander unabhängige Messungen vorgenommen werden, um den wahrscheinlichsten Wert herausmitteln zu können.
(dp) (5h+(5,5h f.Recherche))

Nachtrag am 10.3.2008 um 17.45Uhr:
Zur Entstehung der Farben fand ich noch eine Literatur. Danach wird beim Ansäuern nicht die Sulfonsäure-Gruppe am negativgeladenen Sauerstoff neutralisiert, nein, das Proton lagert sich im Bereich von Stickstoffatomen an die N=N-Doppelbindung des Moleküls. Dies führt zur Elektronen(wolken)-Delokalisation über weite Bereiche des Moleküls analog zu Lackmus ("lithmus" (engl.)), jedoch mit anderen Farben und bei anderem Farb-Umschlagbereich. (dp)(0,35h)

Linksammler:

• Spezifikationen zu Methylorange(-Na-Salz: C₁₄H₁₄N₃NaO₃S; u= 327,34 g/mol): Umschlagbereich pH 3,0 bis 4,4;
  • pH < 3,0: rosa oder rot (12,5 ml (max.) von 0,01N NaOH für kompletten Farbwechsel)
  • pH 3.2: rosa-orange (12,5 ml (max.) von 0,01N NaOH für kompletten Farbwechsel)
  • pH > 4.4: gelb
• Vorlesung zu Acidimetrie, Alkalimetrie, Indikator, Titration, usw.
  
• Sicherheitsdatenblatt zu Methylorange (Fa. Merck)
  
• Simulation des Farbverlaufes bei der Titration mit Methylorange
  
• Säure-Base-Titration Teil1 (Allgemein)
  
• Säure-Base-Titration Teil2 (z.B.: Alkalimetrie)
  
• Säure-Base-Titration Teil3 (z.B.: Acidimetrie, Methylorange)

archiviert (tbid1997.381): (dp) 18.05.2009 (+0,1h (+flagcounter +home.icon +w3c_LiCh +4navi)), 17.6.2009 (+0,2h (+html-korr.))