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Schule > Chemie > Säuren und Basen > Komplexometrische Titration / Wasserhärtebestimmung

Komplexometrische Titration 14.03.2006

(Vorüberlegung)

AGr 8
Als Wasserhärte wird die Konzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle bezeichnet. Zu diesen zählen: Calcium, Magnesium, Strontium und Barium. Die Härte natürlicher Wässer wird hauptsächlich von Magnesium und Calcium gebildet, Strontium und Barium spielen eine untergeordnete Rolle.
1. Erläutern Sie am Beispiel des Hexacyanoferrat(II)-Ions den Aufbau einer chemischen Komplexverbindung!
[ Fe (CN) ]
Ladung
Zentralion Ligand Ligandenanzahl (Koordinationszahl)
Ein Komplex (in diesem Fall ist es ein Metallkomplex) ist eine Struktur mit einem Ionen-kristallgitter, bei der ein Zentralion (Fe ), dass in seiner Elektronenkonfiguration Lücken aufweist, von einem oder mehreren Molekülen oder Ionen, den Liganden (CN ), die jeweils mindestens ein freies Elektronenpaar für die Bindung zur Verfügung stellen müssen und regelmäßig angeordnet sind, umgeben ist.
Bei dem Hexacyanoferrat(II)-Ion, welches eine negative Ladung besitzt, beträgt die Koordinationszahl 6, das heißt das sechs Liganden das Eisen(II)-Zentralion umschließen.
Der entsprechende Bindungstyp unterscheidet sich von den anderen Formen der chemischen Bindung, wie zum Beispiel der Metallbindung oder Ionenbindung.
Man spricht stattdessen von einer Komplexbindung oder einer koordinativen Bindung, die eine besondere Form der Atombindung ist, bei der das bindende Elektronenpaar nur von einem der reagierenden Teilchen stammt.
2. Stellen Sie kurz die chemischen Grundlagen der Komplexometrie dar!
Die Komplexometrie ist ein maßanalytisches Verfahren zur Bestimmung von Metall-Ionen unter der Anwendung der Komplexbildung.
Dabei bildet das Zentralion mit dem Liganden einen besonders stabilen Komplex, wenn dieses die Elektronenkonfiguration von Edelgasen besitzt und/oder die Liganden symmetrisch um die Zentralionen angeordnet sind.
Das ist aber nur möglich, wenn die Liganden mehrere, aber mindestens zwei einsame Elektronenpaare / Ligandenstellen besitzen.
So führt die Beteiligung von zwei Elektronenpaaren pro Ligand an der Komplexbildung

zu ringförmigen Strukturen.
Mit der Bildung von Komplexen können außerdem Farbveränderungen und Veränderungen der Löslichkeit auftreten.
3. Erläutern Sie in einer kurzen Übersicht wesentliche Aspekte der Ein- und Auswirkungen der Wasserhärte in den Bereichen Haushalt, Industrie und Umwelt!

Die Wasserhärte wird je nach „Härte“ in verschiedene Gruppen eingeteilt:
Härtebereich (sehr weich): bis 3,0°dH
Härtebereich 1 (weich): 3,1° - 7,0°dH
Härtebereich 2 (mittel): 7,1° - 14,0°dH
Härtebereich 3 (hart): 14,1° - 21,0°dH
Härtebereich 4 (sehr hart): über 21°dH
(Grad der Deutschen Härte = °dH; 1 °dH entsprich der Menge an Ionen pro Liter, die in 10 mg Calciumoxid enthalten sind.)

Haushalt:
In diesem Bereich ist weiches Wasser (unter 7°dH) günstiger für das Wäsche waschen, Geschirrspülen und zum Gießen von Zimmerpflanzen.
Je weicher das Wasser ist, desto weniger Waschmittel wird beim Wäsche waschen benötigt.
Zudem schont es die Geräte (Heizung,…), kann aber das Material von Wasserleitungen angreifen.
Hartes Wasser (über 14°dH) hingegen führt zu einer Verkalkung der Geräte, erhöht den Verbrauch von Spül- und Waschmitteln und eignet sich nicht für Zimmerpflanzen.
Auch beim Kochen sollte man die die Wasserhärte beachten.
So werden Erbsen zum Beispiel in hartem Wasser nicht weich oder das Aroma von Kaffee und Tee wird beeinträchtigt.
Aus gesundheitlichen und technischen Gründen ist daher eine mittlere Wasserhärte (etwa 8 – 12 °dH) am günstigsten für den Verbraucher.

Natur:
Für den Stoffwechsel von Menschen, Pflanzen und Tieren sind Calcium und Magnesium und deshalb auch die entsprechende Wasserhärte sehr wichtig.
Für die Ernährung spielen die Calcium- und Magnesiumanteile in Wässern, gleich welcher Herkunft, gegenüber fester Nahrung nur eine untergeordnete Rolle.
Das Grundwasser nimmt auf seinem mehr oder weniger langen Weg durch die Erde einen Teil der löslichen Bestandteile auf. Die Menge der im Wasser vorhandenen Härtebildner entscheidet dann über die Wasserqualität.
Trinkwasser sollte einen Grad der deutschen Härte zwischen 5 und 20° dH besitzen und auch einen Mindestanteil anderer Mineralstoffe aufweisen.
Außerdem hat härteres Wasser meistens einen besseren Geschmack als weiches.

Industrie:
Warmwasser- oder Heizungsanlagen in der Industrie machen weiches Wasser mit geringem Kalkgehalt erforderlich, da sich sonst Ablagerungen (Kesselstein) in den Rohrleitungen bilden und so der Verschleiß gefördert wird.
Durch eine Einhaltung der weichen Wasserhärte verlängert sich erheblich die Lebensdauer von Warmwassergeräten, Leitungen und Armaturen bei gleichzeitiger Verringerung des Wartungsaufwandes.
Ebenso bedeutend ist die Wasserhärte für die Waschmittel- und Seifenindustrie, da verschiedene Zusatzstoffe (Tenside, …) härteabhängig wirken.
So können die Härtebildner die Waschkraft von Waschmitteln verringern.
Die Auswirkung der Wasserhärte wird deshalb von den meisten Waschmitteln durch Zugabe von Phosphat gemildert.
Entsprechende Dosiervorschriften müssen auf den Waschmittelpackungen angegeben werden. Auch Seife schäumt in hartem Wasser schlecht, weil sie unlösliche Kalzium- und Magnesiumsalze bildet.
Damit Lösung und Ausfällung von Calcium und Magnesium auf dem Transportweg des Trinkwassers nicht auftreten, wird in den Wasserwerken das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht eingestellt.
Seine Einhaltung sorgt zugleich dafür, dass metallische Werkstoffe chemisch nicht angegriffen werden.
Quellen: www.wikipedia.de
ENCARTA 2002
Hefter Klasse 11
Basiswissen für die Schule – Chemie; Corvus Verlag

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