Redoxtitration

Vortrag von Stefanie Springer im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Physikalische Chemie", SS 06

Gliederung:

1. Welche Anwendungsbereiche gibt es?

Die Redoxtitration wird vor allem in der Hydrologie zur Konzentrationsbestimmung verwendet. Mit dieser Analysemethode werden z.B.  Eisen-, Wasserhärte- oder Verunreinigungsbestimmungen vorgenommen.

2. Womit wird gearbeitet?

2.1 Redoxtitrationskurve

Um eine Redoxtitrationskurve zu erhalten wird folgender Versuch durchgeführt:

Versuch: Wasserhärtebestimmung

Versuchsbeschreibung: Calciumionen lassen sich aus schwach ammoniakalischer, NH₄Cl enthaltender Lösung in der Siedehitze mit Ammoniumoxalatlösung quantitativ ausfällen (= CaC₂O₄). Diese Ausfällung löst man z.B. in Schwefelsäure und titriert nun die freiwerdende Oxalsäure mit Kaliumpermanganat-Lösung

Versuchsaufbau:

Abb. 1: Die Messapparatur mit Redoxsonde (Nr. 1) [1]

Die Redoxsonde (1) wird an den Eingang 4 (pH/Spannung)  und der Tropfenzähler (2) an den Ereignis-Eingang 7 der CHEMBOX angeschlossen.

Ergebnis:

Abb. 2: Redoxtitrationskurve mit Tangenten [1]

Bei einer Oxidation verläuft die Titrationskurve vom niedrigeren zum höheren Potential, bei einer Reduktion umgekehrt. Bestimmung der Konzentration :

1. graphisch durch Tangentenmethode Konstruieren von drei geeigneten Tangenten (auch durch Chembox-Programm möglich), Ablesen der Spannung an den beiden Schnittpunkten der Tangenten, Subtraktion der beiden Werte, die Hälfte dieses Wertes entspricht dem Potential des Äquivalenzpunktes.

2. mathematisch (hier nicht durchgeführt).

2.2 Redoxindikatoren

Eine Zugabe ist nicht nötig, wenn ein Redoxpartner farbig ist, z.B. bei Kaliumpermanganat KMnO₄: Mn (+VII) ist rot,  Mn (+II) dagegen farblos.

Im Folgenden soll eine Redoxgleichung bezüglich dieses Beispiels aufgestellt werden.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtgleichung:

KMnO₄ + 8HCl + 5 FeCl₂ -----> 5 FeCl₃ + MnCl₂ + KCl + 4 H₂O

3. Was ist ein Redox-Potential?

Die Fähigkeit eines Teilchens oxidierend oder reduzierend zu wirken (Spannungsreihe). Es wird wie folgt berechnet:

(I)    

Elektrochemisches Potential my*_i = chemisches Potential my_i eines Ions in einem elektrischen Potential phi.

(II)   

z _i = Ladungszahl des Ions; F = Faraday-Konstante (F = 96485.33 C / mol).

Aus (I) mit (II) folgt: 

Elektrodenpotential:

M = Metall, K = Lösung des Kations

Nernst´sche Gleichung: sie beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines Redoxpaares (Ox + zּe^- ----->Red):

E = Elektrodenpotential, E⁰ = Standardpotential, R Gaskonstante (R = 8,31441 J mol^-1 K^-1)
 T in K, z = Anzahl der übertragenen Elektronen, a = Aktivität des jeweiligen Redoxpartners

Allerdings ist E eine elektrische Spannung, also eine Energie pro Ladung, wogegen die Einheit des hier behandelten Potentials Energie / Mol ist.

Abb. 3: Schema einer Redoxtitration (Oxidation) [2]

Die Energie kann zu den unterschiedlichen Zeitpunkten wie folgt berechnet werden, wobei

A: 0% Oxidation (Anfangspunkt)

B: 50% der Oxidation (Analogon zum Pufferpunkt)

C: 100% der Oxidation (Äquivalenzpunkt)

D: 200 % der Oxidation (doppelte stöchiometrische Menge Titrant)

4. Literatur:

1. http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Organische_Chemie/ Didaktik/Keusch/chembox_redox_tit.htm, 18.04.2006

2. Wedler, Gerd: Lehrbuch der physikalischen Chemie, 4., völlig überarb. und erw. Aufl., 1997 Weinheim
3. Kunze, Udo R.: Grundlagen der quantitativen Analyse, 2., neubearb. Aufl., 1986 Stuttgart
4. Jander, Jahr: Maßanalyse, 15.Auflage, 1989 Berlin
5. Seel, Fritz: Grundlagen der analytischen Chemie, 7., überarb. Aufl., 1979 Weinheim
6. www.wikipedia.de , 17.04.2006
7. www.chemgapedia.de , 17.04.2006

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 20.09.10