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Manganometrie

Manganometrie ist ein abgeleitetes Kunstwort aus den Begriffen Mangan für das Element Mangan sowie Metrie, ein Suffix, aus dem griechischen mit der Bedeutung: „Maß“. Der Buchstabe „o“ bedeutet im griechischen „das“.

Was ist die Manganometrie?

Die Manganometrie oder Permanganometrie stellt eine Methode der quantitativen chemischen Analyse dar, bei der die speziellen Eigenschaften von Kaliumpermanganat es zulassen, das eine Redoxtitration ohne weiteren Indikator möglich ist.

Permanganation MnO₄^- ist ein sehr starkes Oxidationsmittel, das sogar das Chlorid aus Salzsäure zu Chlor oxidieren lässt. Kommt es in Kontakt mit oxidierbaren Substanzen wird es in einer sauren Lösung zu Mn²⁺-Ion reduziert.

Die starke pH-Abhängigkeit der Reaktion ergibt sich aus der Anzahl der benötigten Protonen. Die Besonderheit der Manganometrie besteht darin, dass kein Indikator hinzugefügt werden muss, da Lösungen, die Permanganat enthalten, eine intensive rotviolette Färbung aufweisen, während hingegen Mn²⁺-Ionen farblos sind. Üblicherweise wird Kaliumpermanganat als Standardlösung für die Titration verwendet. Das Permanganat wird entfärbt und solange reduziert, bis das Ziel, der Titrationsendpunkt, erreicht ist. Werden dann weitere MnO₄^--Ionen hinzugefügt, lassen sich diese nicht mehr reduziert und die Lösung hat dann aufgrund der darin enthaltenen Permanganationen dauerhaft eine rotviolette Farbe.

Die Maß- oder Standardlösung

Eine verdünnte Kaliumpermanganatlösung wird als Standardlösung, auch Maßlösung genannt, verwendet. Der Permanganatgehalt der Lösung wird üblicherweise unter Einsatz von Natriumoxalat oder Oxalsäure als Urtitersubstanz bestimmt (Urtitersubstanz ist eine gut wägbare Reinsubstanz). Da die Reaktion durch Mn²⁺-Ionen katalytisch beschleunigt wird, kann eine kleine Menge davon zugesetzt werden. Ansonsten ist die Reaktion zu Beginn langsam und wird nur durch Autokatalyse aufgrund des gebildeten Mn²⁺ schneller. Alternativ dazu kann die Lösung erwärmt und die Standardlösung zu der noch heißen Lösung zugegeben werden. Die Zugabe eines Katalysators ist also nicht erforderlich.

Identifizierbare oder bestimmbare Substanzen

Zu den Substanzen, die mit Hilfe der Manganometrie bestimmt werden können, gehören Eisensalze, in denen Eisen (II) -Ionen zu Eisen (III) -Ionen oxidieren, Wasserstoffperoxid, aus dem Sauerstoff aufgrund der Reaktion mit Permanganat entsteht sowie Lösungen, die Mangan enthalten ( II) wobei aus zweiwertigem Mangan Mangan (IV) -oxid sowie Oxalate oxidiert werden. Die Reaktion von Oxalat und Permanganat kann ebenso verwendet werden, um Calcium zu bestimmen, indem zuerst schwerlösliches Calciumoxalat aus Calcium ausgefällt und nach der Auflösung in Schwefelsäure der Oxalatgehalt manganometrisch bestimmbar ist.

Bei der Wasseranalyse werden mithilfe der Manganometrie oxidierbare anorganische und organische Substanzen im Wasser bestimmt. Diese Summenbestimmung wird verwendet, um den Verschmutzungsgrad abzuschätzen. Die Wasserprobe wird mit einer Kaliumpermanganatlösung gekocht und der Verbrauch an KMnO₄ wird entweder photometrisch oder mittels Rücktitration mit einer Oxalsäurelösung bestimmt. Der KMnO₄-Verbrauch liegt in sauberen Gewässern bei 1 bis 8 mg/L. In verschmutzten Gewässern sind es 20 bis 150 mg/L oder sogar mehr (Abwasser).

Störungen in der Manganometrie

Alle gleichermaßen oxidierbare Substanzen, beispielsweise Chlorid oder andere organische Verbindungen), sind Störfaktoren in der Reaktion.

Quizfragen zum Thema Manganometrie

1. Ist die Manganometrie eine qualitative oder eine quantitative Analyse?

   Sie ist eine quantitative Analyse, aufbauend auf einer Redoxtitration zur Konzentration oxidierbarer Stoffe.

2. Was bedeutet Titration?

   Bei einer Titration wird eine sogenannte Titrierflüssigkeit zu einer Probe hinzugetropft, bis die in der Probe befindlichen Ionen aufgrund der Reaktion mit den Ionen der Titrierflüssigkeit aufgebraucht sind. Üblicherweise wird dies durch einen Farbumschlag der Probe angezeigt.

3. In welche Kategorie im Periodensystem gehört Mangan?

   Es ist ein Übergangsmetall der Gruppe 7

4. Die Manganometrie wird sehr oft zur Untersuchung von Gewässern eingesetzt. Welches ist die wichtigste Kennzahl, die dabei bestimmt wird?

   Über die Manganometrie wird als Sauerstoffkennzahl der CSB-Wert ermittelt. Das ist der chemische Sauerstoffbedarf eines Gewässers.

5. Nenne mindestens 3 Beispiele, in denen die Manganometrie eingesetzt wird:

   1) Bestimmung von Eisen(II) bei der Stahl-Analyse (Oxidation zu Eisen(III))
   2) Bestimmung von Mangan als störendes Stahlbegleitmetall (Mn wird zu Mn(IV) oxidiert, mit Oxalat reduziert, nicht verbrauchtes Oxalat wird mit KMnO₄ zurücktitriert)
   3) Bestimmung von Ca²⁺ durch Rücktitration des überschüssigen freien Oxalats nach Abtrennen des gebildeten Ca-oxalats
   4) Bestimmung von Nitrit (Oxidation zu Nitrat)
   5) Bestimmung des CSB/COD chemischer Sauerstoffbedarf von Wasser) durch Titration mit Lösungen von Kaliumpermanganat. Dabei werden alle oxidierbaren Stoffe erfasst.
   6) Bestimmung von Eisen(II) bei der Wasseranalyse (Oxidation zu Eisen(III))

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