Permanganometrie

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.

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⁺ 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
C₂O₄^2– 2 CO₂ + 2e^- | · 5

Reaktionsgleichung: 2 MnO₄^- + 5 C₂O₄^2– + 16 H⁺ 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)

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

ΔOZ(Oxidationsmittel) · c(Oxidationsmittel ) · V(Oxidationsmittel )	=	ΔOZ(Reduktionsmittel) · c(Reduktionsmittel) · V(Reduktionsmittel )

Berechnungsbeipiel

• Titration einer Oxalsäurelösung, in: Elemente Chemie 2, Seite 232, Versuch 1

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 und Umstellung:
  

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

• Für die unbekannte Konzentration der Oxalsäurelösung gilt also:

		5 · c(P) · V(P)
c(O)	=	──────────
		2 · V(O)

• Einsetzen in die allg. Lösungsformel:

		5 · 0,01 mol · 102 mL
c(O)	=	──────────────
		L · 2 · 50 mL

• Ergebnis: c(O) = 0,051 mol/L

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

Experimente

• Bestimmung des Permanganat-Verbrauchs einer Wasserprobe, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 153, Versuch 1
• Bestimmung des Permanganat-Verbrauchs einer Wasserprobe, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 396, Versuch 1
• Mineralisches Chamäleon - schrittweise Reduktion von Permanganat-Ionen, in: Chemie? - Aber sicher!, Seite 13-5
• Oxidation von Alkoholen durch Permanganat-Ionen, in: Chemie? - Aber sicher!, Seite 15-6
• Oxidationsstufen des Mangans - Reduktion von Permanganat-Ionen in Abhängigkeit vom pH-Wert, in: Chemie? - Aber sicher!, Seite 13-7
• Permanganat-Ionen als Oxidationsmittel, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 136, Versuch 1
• Titration einer Oxalsäurelösung, in: Elemente Chemie 2, Seite 232, Versuch 1 mit Kaliumpermanganat
• Veranschaulichung der verschiedenen Oxidationsstufen von Mangan durch oxidierende Wirkung der Permanganat-Ionen in Abhängigkeit vom pH-Wert (Hinweis), in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 136, Versuch 2
• Redoxreaktionen: Permanganat-Ionen als Oxidationsmittel, in: Chemie heute SII, Seite 180, Versuch 1
• Redoxreaktionen: Oxidierende Wirkung von Permanganat-Ionen in Abhängigkeit vom pH-Wert, in: Chemie heute SII, Seite 180, Versuch 2
• Stufenweise Reduktion von Kaliumpermanganat im alkalischen Milieu, in: Chemische Kabinettstücke, S. 65.
• Umweltanalytik: Permanganat-Verbrauch eine Wasserprobe, in: Chemie heute SII, Seite 192, Versuch 1

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

• Permanganometrie als Google-Suchbegriff
• Permanganometrie in der Wikipedia
• Permanganometrie hier in bs-wiki.de mit Google
• Permanganometrie als Youtube-Video
• Klaus Benz: Sammlung von Abituraufgaben zum Thema mit Lösungen

Versuchsanleitungen

• Prof. Rüdiger Blumes umfangreiche Themenseite mit Experimenten und weitergehenden Infos
• Prof. Dr. Heinrich Lang, TU Chemnitz: Skript Analytisches Praktikum, Quantitative Analysen
  Die nachfolgend gelisteten Analysen entsprechen den Seitenzahlen im Skript:

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

• Kaliumpermanganat-Verbrauch, in: Merck (Hrsg.): Die Untersuchung von Wasser. S. 87
• Prof. Dr. Bernd Stephan, HS Bremerhaven: Einführung in Labortechnik und Analytische Chemie: Versuch 6.2: Manganometrische Gehaltsbestimmung einer Wasserstoffperoxid-Lösung