Wie man eine Natronlauge herstellt

Natriumhydroxidlösungen gehören zu den am häufigsten verwendeten in verschiedenen Arten von Labors, von der Chemie über die Biologie bis hin zur Biochemie, um nur einige zu nennen. Lösungen dieses gelösten Stoffes in unterschiedlichen Konzentrationen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die von chemischen Reagenzien für die organische Synthese, Titriermitteln in Säure-Base-Titrationen bis hin zur Herstellung und pH-Einstellung verschiedener Pufferlösungen reichen.

Jede Anwendung erfordert eine andere Konzentrationsstufe. Auch in den Fällen, in denen Lösungen mit ähnlichen Konzentrationen verwendet werden, gibt es Fälle, in denen es wichtig ist, diese Konzentration im Voraus sehr genau zu kennen, während es in anderen Fällen nur notwendig ist, eine ungefähre Konzentration zu kennen.

Das bedeutet, dass die Herstellung einer Natriumhydroxidlösung nicht einfach aus dem Wiegen und Auflösen eines gelösten Stoffes besteht. Je nach Anwendung ist unterschiedliche Pflege erforderlich. Auch können in einigen Fällen Natriumhydroxidlösungen direkt aus dem festen gelösten Stoff hergestellt werden, aber in anderen Fällen ist es bequemer, sie durch Verdünnen einer konzentrierteren Ausgangslösung herzustellen.

Beginnen wir mit der Untersuchung, wie man aus dem festen Reagenz eine Natriumhydroxidlösung herstellt.

Herstellung von Natronlaugen aus dem festen Reagenz

Die gebräuchlichste Methode zur Herstellung einer Natriumhydroxidlösung besteht darin, das Reagenz im festen Zustand aufzulösen und dann auf das gewünschte Endvolumen zu verdünnen. Es gibt zwei verschiedene Situationen, die unterschiedliche Verfahren zum Zeitpunkt der Herstellung der Lösung erfordern.

Ungefähre Konzentrationslösungen

In vielen Situationen müssen wir nur Lösungen mit einer ungefähren Konzentration herstellen. Zum Beispiel, wenn wir eine konzentrierte Lösung benötigen, um sie als Katalysator in einer Hydrolysereaktion zu verwenden, oder wenn wir eine Lösung benötigen, um eine schwache Säure bei der Herstellung einer Pufferlösung zu neutralisieren.

In diesen Fällen ist es nicht erforderlich, beim Wiegen oder Zubereiten der Lösung übermäßige Vorsichtsmaßnahmen oder Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Die Materialien, die für die Vorbereitung benötigt werden, sind:

• Ein Becherglas geeigneter Größe (sollte ein Volumen haben, das mit der Menge der herzustellenden Lösung vergleichbar ist).
• Messkolben.
• Analytische Ausgeglichenheit.
• Spatel.
• Eine Wägesubstanz oder, falls dies nicht möglich ist, Papier zum Wiegen.
• Piseta (Waschkolben).
• Rührstab.
• Trichter.

Herstellung der Lösung

• Schritt 1: Wiegen Sie das Natriumhydroxid.

Wiegen Sie mit der Waage oder einem Blatt Papier und der Analysenwaage die entsprechende Menge Natriumhydroxid ab. Dieses findet sich meist in Form von weißen Perlen mit unterschiedlichen Reinheitsgraden. Wenn es nicht wichtig ist, eine genaue Konzentration zu erhalten, ist beim Wiegen des Reagens keine besondere Sorgfalt erforderlich.

Auch in den Fällen, in denen es notwendig ist, die genaue Konzentration der resultierenden Lösung zu kennen, ist es nicht sinnvoll, Natriumhydroxid besonders sorgfältig abzuwiegen, da dieses Reagenz dazu neigt, mit Kohlendioxid in der Luft zu reagieren und kontaminiert zu werden Natriumcarbonat, daher ist die Masse, die wir von diesem Reagenz wiegen, immer eine Annäherung.

Die einzuwiegende Natronlauge hängt sowohl von der Konzentration der herzustellenden Lösung als auch vom Gesamtvolumen der Endlösung ab. Die folgende Tabelle zeigt die Massen an Natriumhydroxid, die gewogen werden müssen, um verschiedene Volumina an NaOH-Lösung mit verschiedenen Konzentrationen herzustellen, ausgedrückt sowohl in Molarität, Normalität als auch in Prozent m/V.

• Schritt 2: Übertragen Sie das Reagenz in ein Becherglas und lösen Sie es in destilliertem Wasser auf.

Abhängig von der Menge der herzustellenden Lösung und der einzuwiegenden Gesamtmasse an NaOH ist es zweckmäßig, das Reagenz in einem Becherglas aufzulösen, bevor die Lösung in den Messkolben überführt wird, in dem die endgültige Lösung hergestellt wird.

Unabhängig davon, ob eine Waage oder ein Wägepapier verwendet wird, wird das Reagenz in ein Becherglas überführt, das etwa die Hälfte des Volumens der herzustellenden Lösung enthält. Eventuelle Reste, die am Gewicht oder Papier haften bleiben, werden mit Hilfe der Spüle weggezogen.

Dann wird die Lösung unter Verwendung des Rührstabs gerührt, bis der gesamte Feststoff vollständig gelöst ist.

HINWEIS: Die NaOH-Auflösungsreaktion ist sehr exotherm, daher kommt es häufig vor, dass sie sich während des Auflösungsprozesses erheblich erwärmt. Es empfiehlt sich, diesen Vorgang in einem Eisbad durchzuführen, um die freigesetzte Wärme aufzunehmen und so den Lösungsprozess zu erleichtern.

• Schritt 3: Überführung in den Messkolben.

Sobald der gesamte Feststoff gelöst ist, wird der Inhalt des Becherglases durch einen Trichter in den Kolben überführt, wobei die verbleibende Lösung mit Hilfe einer Tülle gezogen wird.

• Schritt 4: Mit destilliertem Wasser verdünnen

Nachdem der gesamte Inhalt des Becherglases umgefüllt wurde, fügen Sie weiter Wasser hinzu, bis der Kolben ein bis zwei Zentimeter unter die Messmarke gefüllt ist. Es ist ratsam, den Kolben einige Minuten stehen zu lassen, um sicherzustellen, dass sowohl der Kolben selbst als auch sein Inhalt ein thermisches Gleichgewicht erreichen. Abschließend wird mit der Piseta bis zur Füllstandsmarke aufgefüllt.

• Schritt 5: Abdecken und schütteln.

Sobald der Kolben erreicht ist, wird der Stopfen aufgesetzt und dann leicht geschüttelt, indem er umgedreht und so gestreckt wird, dass der gesamte Inhalt gut gemischt wird und eine homogene Lösung erhalten wird.

Lösungen mit exakter Konzentration

Unabhängig davon, wie sorgfältig bei der Herstellung einer Lösung unter Verwendung des obigen Verfahrens vorgegangen wird, und unabhängig davon, wie genau das Natriumhydroxid gewogen wird, wird die tatsächliche Konzentration der Lösung niemals genau gleich der herzustellenden Nennkonzentration sein. In vielen Fällen ist es jedoch erforderlich, die genaue Konzentration der frisch hergestellten Lösung zu kennen, beispielsweise wenn diese Lösung als Titriermittel bei einer Säure-Base-Titration verwendet werden soll.

Ist dies der Fall, sollte die frisch hergestellte Lösung durch Säure-Base-Titration eines geeigneten Primärstandards standardisiert bzw. normalisiert werden. Ein Primärstandard ist eine Substanz von hoher Reinheit und Stabilität, die schnell und quantitativ mit einer anderen reagiert und als Standard zur Bestimmung der tatsächlichen Konzentration einer Lösung verwendet werden kann.

Es gibt mehrere Primärstandards, die zur Standardisierung von NaOH-Lösungen verwendet werden können, aber der gebräuchlichste ist Kaliumhydrogenphthalat oder Kaliumbiphthalat.

Standardisierung mit Kaliumbiphthalat

Das hier beschriebene Verfahren besteht in der Standardisierung einer Natronlauge, deren Konzentration etwa 0,1 N (oder molar) beträgt. Um eine andere Lösung zu standardisieren, kann entweder die gewogene Primärstandardmasse angepasst oder das Natriumhydroxid zuerst auf eine Konzentration von 0,1 N verdünnt werden.

Das Verfahren besteht darin, eine Masse von etwa 0,5 g Kaliumbiphthalat genau abzuwiegen und dann in einem Fläschchen oder Erlenmeyerkolben in 25 ml destilliertem Wasser aufzulösen. Nach Zugabe einiger Tropfen Phenolphthalein-Indikator wird die Lösung mit der NaOH-Lösung titriert.

Sobald der Endpunkt erreicht ist, wird das Volumen des Titriermittels notiert und die folgende Formel wird angewendet, um die tatsächliche Konzentration von Natriumhydroxid zu bestimmen:

In die obige Gleichung sollte die Masse an Kaliumbiphthalat in Gramm und das Volumen an Titriermittel (aus NaOH) in Milliliter eingesetzt werden.

Wenn beispielsweise 0,4958 g Kaliumbiphthalat eingewogen wurden und die Titration 24,35 ml NaOH verbrauchte, bedeutet dies, dass die tatsächliche NaOH-Konzentration 0,0997 N beträgt.

Standardisierung mit Benzoesäure

Die Normierung mit Benzoesäure wird genauso durchgeführt wie mit Kaliumbiphthalat, mit dem einzigen Unterschied, dass statt 0,5 g wie bei der Normierung etwa 0,3 g Benzoesäure genau eingewogen werden. In diesem Fall lautet die Formel zur Bestimmung der tatsächlichen NaOH-Konzentration:

Herstellung von Natronlaugen durch Verdünnung

Die andere gebräuchlichste Methode zur Herstellung von NaOH-Lösungen besteht darin, konzentriertere Lösungen zu verdünnen. In einem Labor ist es üblich, eine konzentrierte Stammlösung herzustellen, aus der je nach Bedarf verschiedene Verdünnungen hergestellt werden. Die ursprüngliche Lösung hat normalerweise eine Konzentration von 1 molar oder 1 normal oder eine ähnliche Konzentration.

In den Fällen, in denen viel verdünntere Lösungen wie 0,01 N oder 0,001 N hergestellt werden müssen (was sehr häufig vorkommt), werden normalerweise Reihenverdünnungen hergestellt (d. h. eine erste Verdünnung wird hergestellt, dann wird diese immer weiter verdünnt). der andere wird weiter verdünnt usw.).

Zur Durchführung der Verdünnungen benötigen Sie:

• Eine volumetrische Kugel mit ausreichender Kapazität.
• Ein Becher.
• Eine volumetrische Pipette mit geeigneter Kapazität.
• Ein Fuß.

Das Verfahren ist sehr einfach:

• Schritt 1: Gießen Sie einen Teil der konzentrierten Lösung in ein sauberes, trockenes Becherglas.

Es ist wichtig, niemals direkt aus dem Behälter mit der Stammlösung zu aliquotieren, da dies die gesamte Charge kontaminieren und ruinieren könnte.

• Schritt 2: Mit der Vollpipette das benötigte Volumen der Stammlösung abmessen.

Achten Sie darauf, die Pipette bis zur Markierung zu füllen, indem Sie sie aufrecht halten und sicherstellen, dass keine Luftblasen zurückgeblieben sind.

Die abzumessende Lösungsmenge und die zu verwendende Vollpipette hängen sowohl von der herzustellenden Lösungsmenge als auch von der Anfangs- und Endkonzentration ab.

• Schritt 3: Die konzentrierte Lösung in einen sauberen, trockenen Messkolben umfüllen und bis zur Marke auffüllen.

Dieser Schritt besteht einfach darin, die konzentrierte Lösung in den Ballon zu überführen und die Lösung dann mit reinem Wasser unter Verwendung einer Flasche zu verdünnen.

• Schritt 5: Abdecken und schütteln.

Dieser Schritt ist derselbe wie Schritt 5 des vorherigen Verfahrens.

Verweise

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Skoog, DA, West, DM, Holler, J., & Crouch, SR (2021). Grundlagen der Analytischen Chemie (9. Auflage). Boston, Massachusetts: Cengage Learning.