Permanganometrie

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Permanganometrie
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Titration quantitative Analyse

Die Per-man-ga-no-me-trie (bzw. Permanganatometrie oder Manganometrie) ist eine Methode der quantitativen Analyse, bei der mittels Redoxtitration die Konzentration eines oxidierbaren Stoffes bestimmt wird, z. B. Ca2+, Fe2+, Oxalsäure, Wasserstoffperoxid, Nitrit oder Phosphat.

Redoxtitration mit Kaliumpermanganat-Maßlösung

Praxis: Durchführung und Beobachtung

Ähnlich wie bei der Säure-Base-Titration tropft man die Maßlösung mittels Bürette in die Probe, bei der Permanganometrie titriert man die zu bestimmende Probelösung gegen eine violette Kaliumpermanganat-Maßlösung. Der Fortschritt der Reaktion lässt sich an der Farbe im Becherglas beobachten:
Während die zutropfende Kaliumpermanganat-Lösung zunächst vollständig entfärbt wird (andernfalls warten und erst nach Entfärbung weitertitrieren, ggf. das Reaktionsgemisch erwärmen), bleibt die Probe nach dem "entscheidenden Tropfen" schwach rosa. Mit der Protokollierung des Verbrauchs bis zu diesem Punkt ist der experimentelle Teil der Titration abgeschlossen.

Theorie: Welche chemischen Reaktionen spielen hierbei eine Rolle?

Während bei der Säure-Base-Titration ein Indikator mit Farbwechsel das Ende der Titration anzeigt, nutzt man bei der Permanganometrie die Farbänderung der Manganionen in Abhängigkeit von ihrer Oxidationsstufe: Die violetten Permanganat-Ionen MnO4- sind hierbei das Oxidationsmittel, d. h. der Reaktionspartner aus der Probelösung wird oxidiert und das Mangan im Permanganat-Ion wird durch Elektronenaufnahme reduziert. Bis zur vollständigen Entfärbung nimmt jedes Permanganat-Ion 5 Elektronen auf, d. h. die Oxidationszahl des Mangans sinkt hierbei von +7 auf +2:

Reduktion: es werden 10 Elektronen aufgenommen
 VII                                             II
MnO4- + 5e- + 8H+ Pfeil.gif Mn2+ + 4H2O | · 2

violett                                                                              farblos

Die o. a. Reaktion muss in saurer Lösung stattfinden, üblicherweise in Anwesenheit von Schwefelsäure. Liegt der pH-Wert zu hoch, würde lediglich Mangandioxid ("Braunstein") mit der Mn-Oxidationszahl +4 gebildet werden.

Ist der Reaktionspartner z. B. Oxalsäure, wird diese zeitgleich oxidiert, die Oxidationszahl des Kohlenstoffs steigt hierbei von +3 auf +4:

Oxidation: es werden 10 Elektronen abgegeben
III                         IV
C2O42– Pfeil.gif 2 CO2 + 2e-· 5

Reaktionsgleichung: 2 MnO4- + 5 C2O42– + 16 H+ Pfeil.gif 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O

Vergleich mit Säure-Base-Reaktionen

Analog zur Neutralisationsformel bei Säure-Base-Reaktionen, bei denen im Neutralpunkt die Anzahl der H+- und der OH--Ionen ausgeglichen ist:

     
  s · c(S) · V(S)  =  b · c(B) · V(B)  
     
   Neutralisationsformel bei Säure-Base-Reaktionen

... gilt bei der Redoxtitration, dass im Äquivalenzpunkt die Anzahl der Elektronen, die das Oxidationsmittel (Ox.) aufnimmt, der Anzahl der Elektronen, die das Reduktionsmittel (Red.) abgibt, gleich ist.
Die Elektronenzahl lässt sich aus der Veränderung der Oxidationszahl ΔOZ ableiten:

     
  ΔOZ(Oxi.) · c(Oxi.) · V(Oxi. )  =  ΔOZ(Red.) · c(Red.) · V(Red.)  
     
   Äquivalenzformel für Redoxtitrationen

Berechnungsbeipiel

Die unbekannte Konzentration einer Oxalsäure-Lösung soll bestimmt werden. Bei der Titration gegen Kaliumpermanganatlösung (c(P) = 0,01 mol/L) wurden 50 mL der Oxalsäure vorgelegt. Nach Zutropfen von 102 mL Kaliumpermanganat-Lösung bleibt die Probe schwach rosa. Zusammenfassend:

  • Gegeben: c(P) = 0,01 mol/L; V(P) = 102 mL; V(O) = 50 mL
  • Gesucht: c(O)

Wie kann die Stoffmengenkonzentration errechnet werden?

Die Konzentration der Oxalsäure lässt sich aus dem Verbrauch an Permanganat-Lösung berechnen. Am Äquivalenzpunkt, also bei Farbwechsel gilt:

  • Anzahl der aufgenommenen Elektronen = Anzahl der abgegebenen Elektronen.
  • Aus den o. a. Redoxgleichungen geht unter Berücksichtigung der zu übertragenden 10 Elektronen hervor, dass zur Entfärbung von 2 mol Permanganat-Lösung 5 mol Oxalsäure benötigt werden, das Stoffmengenverhältnis beträgt 5 zu 2:
  n(Oxalsäure) 5  
  ───────────  =  ──  
  n(Permanganat) 2  
  • Die Stoffmenge n ist das Produkt aus Volumen und Stoffmengenkonzentration c, kurz: n = V · c. Daraus folgt nach Einsetzen in die Äquivalenzformel für Redoxtitrationen (s. o.):


· c(Permanganat-Lsg.) · V(Permanganat-Lsg.) = 2 · c(Oxalsäure) · V(Oxals.)

  • Für die unbekannte Konzentration der Oxalsäurelösung gilt also:
   · c(P) · V(P)  
  c(O)  =  ──────────  
   · V(O)  
  • Einsetzen in die allg. Lösungsformel:
   · 0,01 mol · 102 mL  
  c(O)  =  ──────────────  
   · 2 · 50 mL  


  • Ergebnis: c(O) = 0,051 mol/L


  • Antwort: Die Konzentration der Oxalsäure-Lösung beträgt 0,051 mol/L.

Experimente

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen
zum Thema Permanganometrie:
Chemie FOS-T

auf Seite
-

Chemie heute

auf Seite
152, 168

Elemente Chemie

auf Seite
232

Weblinks

Versuchsanleitungen

  1. S. 6: Einstellung des Korrekturfaktors einer Kaliumpermanganatlösung mit Natriumoxalat
  2. S. 6: Bestimmung von Eisen(II) mit Kaliumpermanganat
  3. S. 9 Bestimmung von Nitrit mit Kaliumpermanganat