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Manganometrie

Die Manganometrie ist eine Methode der chemischen quantitativen Analyse, bei der die besonderen Eigenschaften des Kaliumpermanganats eine Redoxtitration ohne weiteren Indikator ermöglichen.

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Eigenschaften

Das Permanganation MnO₄^- ist zum einen ein starkes Oxidationsmittel, das selbst Chlorwasserstoffsäure zu Chlorgas oxidiert. Die Manganometrie eignet sich so zur Konzentrationsbestimmung einer Vielfalt von Stoffen, sofern sich diese oxidieren lassen.

Zum anderen färbt gelöstes MnO₄^- (Oxidationsstufe +7) Wasser intensiv dunkelviolett, während eine reduzierte Form, das Mn²⁺-Ion (Oxidationsstufe +2), nur ganz schwach rosa gefärbt ist. Bei der manganometrischen Konzentrationsbestimmung handelt es sich also um eine Redoxtitration mit einer Kaliumpermanganatlösung als Maßlösung.

Der Endpunkt der Titration lässt sich sehr gut erkennen: Sobald der zu untersuchende Stoff vollständig oxidiert ist und das zuletzt zugegebene MnO₄^- nicht mehr reduziert wird, färbt sich die Lösung dauerhaft deutlich sichtbar violett - selbst kleine Mengen reichen wegen der intensiven Farbe dafür aus.

Durchführung einer Titration

An dieser Stelle soll kurz und vereinfacht die Konzentrationsbestimmung einer vorliegenden Eisen(II)-Lösung besprochen werden.

Die Konzentration einer Permanganatlösung verändert sich unter Lichteinfluss. Daher muss die Titrierlösung zeitnah mithilfe einer anderen Lösung bekannter Konzentration neu eingestellt werden (das heißt ihre Konzentration muss bestimmt werden). Dafür kann man zum Beispiel eine Natriumthiosulfatlösung oder eine Natriumoxalatlösung (Salz der Oxalsäure) nehmen. Die Reaktionsgleichung letzterer soll hier als das erste Beispiel für eine Redoxgleichung mit Kaliumpermanganat dienen. Die Anwesenheit von Schwefelsäure ist nötig, weil das Permanganat in einer nicht ausreichend sauren Umgebung zu Braunstein (Mangandioxid, MnO₂) reduziert wird. Chlorwasserstoffsäure darf dabei nicht verwendet werden, da das Cl^--Ion wie schon erwähnt oxidiert werden würde. Die Reaktionsgleichung lautet:

$\mathrm{ \begin{matrix} &Ox.: &(COO^-)_2 & \rightarrow & 2CO_2 + 2e^- \\ &Red.: &MnO_4^- + 8H_3O^+ + 5e^- & \rightarrow & Mn^{2+} + 12 H_2O \\ &Redox:&5(COO^-)_2 + 2MnO_4^- + 16H_3O^+ & \rightarrow & 2Mn^{2+} + 10CO_2 + 24H_2O \end{matrix} }$

Aus den erzielten Resultaten lässt sich stöchiometrisch die Konzentration der Titrierlösung berechnen (siehe letzter Abschnitt).

Mit dieser Kaliumpermanganatlösung bekannter Konzentration kann nun eine Titration des zu untersuchenden Stoffes durchgeführt werden. Die gesuchte Konzentration lässt sich dann wie im nächsten Abschnitt gezeigt auf einfache Weise bestimmen. Ein Beispiel ist die Redoxreaktion mit einer Eisen(II)-Lösung:

$\mathrm{ \begin{matrix} &Ox.: &Fe^{2+} & \rightarrow & Fe^{3+} + e^- \\ &Red.: &MnO_4^- + 8H_3O^+ + 5e^- & \rightarrow & Mn^{2+} + 12 H_2O \\ &Redox:&MnO_4^- + 8H_3O^+ + 5Fe^{2+} & \rightarrow & Mn^{2+} + 12 H_2O + 5Fe^{3+} \end{matrix} }$

Konzentrationsberechnung

Für die Konzentration c, Stoffmenge n und das Volumen V gilt allgemein

$c={n \over V}$ .

Man betrachte eine Lösung des Stoffes A mit der gesuchten Konzentration c_A, bekanntem Volumen V_A, Stoffmenge n_A, und eine Kaliumpermanganatlösung mit c_MnO4, V_MnO4 und n_MnO4. Es gilt:

$c_A = {n_A \over V_A}$

Das Verhältnis von n_A zu n_MnO4, das sich aus der Reaktionsgleichung ergibt, sei a. ( $a={n_A \over n_{MnO_4}}$ ) Für n_MnO4 findet man dann

$c_{MnO_4} = {n_{MnO_4} \over V_{MnO_4}} \Leftrightarrow n_{MnO_4} = c_{MnO_4} V_{MnO_4} = ({1 \over a}) n_A \Leftrightarrow n_A = a c_{MnO_4} V_{MnO_4}$

wodurch sich für die gesuchte Konzentration ergibt

$c_A = {a c_{MnO_4}V_{MnO_4} \over V_a}$ .

Die Volumina und die Stoffmenge des MnO₄^- waren bekannt beziehungsweise Ergebnis des Experiments.

Kategorie: Chemisches Analyseverfahren

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