3.11: Zusammensetzung polyprotonischer Säurelösungen als Funktion des pH-Werts

Polyprotonische Säuren vom Typ H2M bilden zwei ionisierbare Protonen. Dadurch weisen sie bei der Titration mit einer Base zwei Äquivalenzpunkte in der Titrationskurve auf. Während der Titration sind die Spezies H2M, HM− und  M2− zu verschiedenen Zeitpunkten in der Lösung vorhanden. Die Anteile von H2M, HM− und M2−, die zu den verschiedenen Zeitpunkten der Titration vorhanden sind, werden mit α0, α1, bzw. α2 bezeichnet. 

Ein Diagramm mit den Alpha-Werten wird gegen das Volumen der während der Titration zugegebenen Base aufgetragen. Ein Wert von 0,7 für α0 zu Beginn der Titration deutet darauf hin, dass 70 % der Lösung aus H2M, und die restlichen 30 % aus HM- bestehen. Bei Zugabe der Base sinkt der Anteil von H2M, α0, am ersten Äquivalenzpunkt auf nahezu Null. Gleichzeitig steigt α1, der Anteil von HM−, an und nähert sich dem Wert Eins. Mit zunehmender Zugabe von Base nimmt der Anteil von HM−ab und erreicht am zweiten Äquivalenzpunkt Null, während der Anteil von M2−, dargestellt durch  α2 sich der Einheit nähert.

Bei der Titration mit Natriumhydroxid weisen polyprotische Säuren wie Maleinsäure mit zwei ionisierbaren Protonen zwei Äquivalenzpunkte auf der Titrationskurve auf.

Während der Titration sind die verschiedenen Spezies in der Lösung H₂M, ^HM− und M²⁻, deren relative Konzentration durch Alpha-Knoten, Alpha-Eins bzw. Alpha-Zwei dargestellt wird.

Die Konzentrationsänderung der Spezies ergibt sich, indem die Alpha-Werte in Abhängigkeit vom Basenvolumen aufgetragen werden.

Anfangs beträgt der Alpha-Knoten 0,7 und Alpha-Eins 0,3, was auf 70 % H₂M und 30 % HM⁻ hindeutet. Wenn die Base hinzugefügt wird, steigt der pH-Wert, wobei der Alpha-Knoten am ersten Äquivalenzpunkt auf nahezu Null abnimmt. Gleichzeitig nimmt der Bruch von ^HM− zu und nähert sich der Einheit.

Bei weiterer Hinzufügung der Basis, während das Alpha-Eins auf nahe Null abnimmt, steigt der Anteil von M²⁻, Alpha-Zwei, am zweiten Äquivalenzpunkt auf etwa Eins.

Der Anteil der verschiedenen Spezies hängt nur vom pH-Wert ab und ist unabhängig von der Gesamtkonzentration der Lösung.

• Polyprotic Acid - Type of acid with more than one ionizable proton, leading to multiple equivalence points.
• Polyprotic Base - Type of base that can accept more than one proton.
• Function of pH - Descriptor of the degree of acidity or alkalinity in a solution.
• Equivalence Point - Point in titration when the added titrant is equivalent to the analyte in the solution.
• Second Equivalence Point - Specific equivalence point in a polyprotic acid titration where the second proton has been fully neutralized.

• Define Polyprotic Acid – A type of acid with multiple protons that can be ionized (e.g., polyprotic acid).
• Contrast Monoprotic vs Polyprotic Acids - Show the differences in number of ionizable protons and titration points (e.g., single vs multiple equivalence points).
• Explore Titration of Polyprotic Acids - Explain the titration process and how the fractions of molecules change (e.g., H₂M, HM^-, M^2-).
• Explain Equivalence Points - Describe understanding of when the amount of titrant equals the amount of analyte in the solution.
• Apply Second Equivalence Point in Context - Discuss its specific role in polyprotic acid titration.

• What is a polyprotic acid and how does it exhibit multiple equivalence points?
• What role does the second equivalence point play in polyprotic acid titration?
• How do the fractions of molecules in a solution change during titration?

• Chemistry Students - Gain clearer understanding of polyprotic acid titration dynamics.
• Chemistry Educators - Reinforce teaching of acidity, pH function and titration theory.
• Chemical Researchers - Enhance understanding of practical scenarios of polyprotic acid titration.
• Science Enthusiasts - Increase knowledge and curiosity in the area of chemical titration and pH dynamics.