Manganometrie

Grundprinzip und Reaktionsende

Manganometrie, auch Permanganometrie genannt, ist eine Methode der chemischen quantitativen Analyse. Sie nutzt die besonderen Eigenschaften von Kaliumpermanganat für eine Redoxtitration, also eine quantitative Bestimmung über eine Reaktion mit Elektronenübertragung. Ein zusätzlicher Indikator ist nicht erforderlich.

Das Permanganation MnO₄⁻ ist ein starkes Oxidationsmittel. In saurer Lösung wird es bei Kontakt mit oxidierbaren Stoffen zu Mn²⁺-Ionen reduziert:

MnO₄⁻ + 8 H₃O⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 12 H₂O

Weil für die Reaktion viele Protonen benötigt werden, hängt sie stark vom pH-Wert ab. Permanganathaltige Lösungen sind intensiv rotviolett gefärbt, während Mn²⁺-Ionen farblos sind. Während der Titration wird das Permanganat reduziert und die Lösung entfärbt. Sobald der Titrationsendpunkt erreicht ist, wird weiteres MnO₄⁻ nicht mehr reduziert. Die Lösung bleibt dann durch die überschüssigen Permanganationen dauerhaft rotviolett.

Herstellung und Einstellung der Maßlösung

Als Maßlösung dient eine verdünnte Kaliumpermanganatlösung. Ihr genauer Permanganatgehalt wird normalerweise mit Oxalsäure oder Natriumoxalat als Urtitersubstanz bestimmt. Eine Urtitersubstanz ist ein Stoff, mit dem die Konzentration einer Maßlösung zuverlässig festgelegt werden kann.

Die Reaktion mit Oxalat ist am Anfang langsam. Mn²⁺-Ionen beschleunigen sie katalytisch. Deshalb kann eine kleine Menge Mn²⁺ zugesetzt werden. Ohne Zusatz wird die Reaktion durch das während der Reaktion entstehende Mn²⁺ im Verlauf schneller; dieser Vorgang heißt Autokatalyse. Alternativ kann die Lösung erhitzt und die Maßlösung in die noch heiße Lösung gegeben werden. Dann ist kein Katalysator erforderlich.

Bestimmbare Stoffe und Anwendungen

Mit der Manganometrie lassen sich unter anderem folgende Stoffe bestimmen:

• Eisensalze: Eisen(II)-Ionen werden zu Eisen(III)-Ionen oxidiert.
• Wasserstoffperoxid: Bei der Reaktion mit Permanganat entsteht Sauerstoff.
• Mangan(II)-haltige Lösungen: Zweiwertiges Mangan wird zu Mangan(IV)-oxid oxidiert.
• Oxalate.

Die Reaktion von Permanganat mit Oxalat kann auch zur Calcium-Bestimmung verwendet werden. Dazu wird Calcium zunächst als schwerlösliches Calciumoxalat gefällt. Nach dem Lösen des Niederschlags mit Schwefelsäure wird der Oxalatgehalt manganometrisch bestimmt.

In der Wasseranalytik dient die Manganometrie zur Summenbestimmung oxidierbarer anorganischer und organischer Stoffe in Gewässern. Daraus lässt sich der Verschmutzungsgrad einschätzen. Die Wasserprobe wird mit einer Kaliumpermanganatlösung gekocht. Der Verbrauch an KMnO₄ wird anschließend entweder durch Rücktitration mit einer Oxalsäurelösung oder fotometrisch bestimmt. In sauberen Gewässern beträgt der KMnO₄-Verbrauch 1 bis 8 mg/L, in verschmutzten Gewässern 20 bis 150 mg/L oder noch mehr, etwa bei Abwasser.

Störungen und Grenzen

Alle Stoffe, die ebenfalls oxidierbar sind, können die Bestimmung stören. Dazu gehören beispielsweise Chlorid und organische Verbindungen. Sie reagieren ebenfalls mit dem Permanganat und beeinflussen dadurch den gemessenen Verbrauch.