AK Computer im Chemieunterricht, Grundkurs Chemie 4.Sem. am Gymnasium Ohmoor, Hamburg, 23. Februar 1999 von Carl-Jürgen Bautsch  

Komplexbildung am Aluminiumion im Basischen

Geräte und Chemikalien: 100ml Bechergläser, 50ml Bürette, Filtriereinrichtung, Magnetrührer, 50ml Messzylinder, Stativ, Experimentierkabel, pH-Meter, Waage, Meßinterface am PC, AlCl3, 0,1m HCl, 1m KOH, dest. Wasser.

Durchführung: In 100ml 0,1m HCl werden 1,34g Aluminiumtrichlorid eingewogen (= 0,1molare Lsg.). Die Lösung wird filtriert. Davon bilden genau 50ml die Vorlage der folgenden Titration mit 1molarer Kalilauge. Die Zugabe erfolgt bis 30ml in 0,5ml Schritten. In der Nähe des Neutralpunktes muß zwischen der Laugenzugabe genügend lange gewartet werden, damit sich die Glaselektrode anpassen kann. Ebenso dauert die Komplexbildung im Basischen etwas, sodass nur etwa im Minutenabstand weitertitriert werden sollte.

Beobachtungen: Bei der Lösung des festen Aluminiumtrichlorids macht sich ein Zischgeräusch bemerkbar und es entweichen stechend riechende Nebel. Anfangs ist die filtrierte Lösung klar. Schon nach 2 ml Laugenzugabe beginnt eine stärker werdende Trübung (Gelbildung), die nach dem Neutralpunkt langsam wieder verschwindet. Die Titrationskurve zeigt einen zweibasischen Verlauf mit einem Halbäquivalenzpunkt bei 10,6ml und einen bei 20,9ml.
 

Deutung und Ergebnisse:

Im Abschnitt 1 des Kuvenverlaufes existieren noch freie Al³⁺-Ionen. Wie die rote Kurve zeigt erfolgt hier zunächst nur eine Neutralisation der Salzsäure zu Kaliumchlorid und Wasser: H30+  +  Cl-          +           K+  +  OH-             ----->           2H2O            +           K+   +   Cl-

Der Äquivalenzpunkt sollte bei 5ml liegen, die Neutralisation der Salzsäure erfolgt jedoch schon bei 3ml. Hier wirkt sich die Tatsache aus, dass vorher, beim Lösen, ein Teil der Säure als gasförmiges HCl entwichen ist (s. Beobachtungen).

Im 2. Abschnitt steigt die Hydroxidionenkonzentration soweit, dass das Löslichkeitsprodukt (1 * 10^-33) überschritten wird und unlösliches Aluminiumhydroxid ausfällt. Theoretisch sollte dieser Prozess bei einer 0,1 molaren Aluminiumionenkonzentration dann einsetzen, wenn die Hydroxidionenkonzentration den Wert 2,15 * 10^-11 erreicht. Das entspricht einem pH-Wert von 3,3. Die Trübung wurde hier aber schon ab etwa pH 2 beobachtet. Al3+   +   3OH-    ----->   [Al(OH)3]

Für die vollständige Fällung des Aluminiums sind 15,3ml Lauge verbraucht worden (Vol. ÄP2 - Vol. ÄP1). Das entspricht etwa 3 Äquivalenten Hydroxid, wie in der Gleichung beschrieben.

Abschnitt 3 zeigt, dass die Kurve nicht dem Verlauf einer einfachen Konzentrationserhöhung der Hydroxidionen infolge der Laugenzugabe entspricht. Stattdessen puffert Aluminium erneut bei pH 11. Dabei bildet sich offensichtlich wieder eine lösliche Verbindung. Nach seiner Stellung im Periodensystem hat das Metall aber seine Bindungsmöglichkeiten erschöpft. Im Basischen muss also eine Komplexbildung, hier zum tetraedrischen, farblosen und gut wasserlöslichen Tetrahydroxoaluminatkomplex abgelaufen sein. Die Differenz ÄP3 und ÄP2 ergibt einen Verbrauch von 5,4ml Lauge also nochmals etwa ein Äquivalent. Die Gleichung kann daher formuliert werden: [Al(OH)3]    +      OH-     ----->    [Al(OH)4]-

Im Abschnitt 4 verläuft die Kurve dann wie so, wie es einer kontinuierlichen Erhöhung der Hydroxidionenkonzentration entspricht.
 

Fehlerhinweis von Herrn Dr. Clade am 28.11.2001, vielen Dank!