Redox-Titration

Prinzip der Redox-Titration

Die Redox-Titration, auch Redoxtitration genannt, ist eine chemische Konzentrationsbestimmung durch Titration. Mit ihr wird der Gehalt von Stoffen bestimmt, die sich oxidieren oder reduzieren lassen. Oxidation bedeutet dabei eine Abgabe, Reduktion eine Aufnahme von Elektronen.

Bei der Oxidimetrie lässt man die zu bestimmende Substanz mit einer oxidierenden oder reduzierenden Maßlösung reagieren. Eine Maßlösung ist eine Lösung bekannter Konzentration, die schrittweise zur Probe gegeben wird. Sobald die Probesubstanz vollständig oxidiert oder reduziert ist, findet der nächste Tropfen der Maßlösung keinen Reaktionspartner mehr vor. Die bis zu diesem Zeitpunkt verbrauchte Menge der Maßlösung ermöglicht die Konzentrationsbestimmung.

Dazu muss der Endpunkt der Reaktion erkannt werden. Er ist erreicht, wenn die Probesubstanz vollständig umgesetzt ist oder die Maßlösung erstmals im Überschuss vorliegt. Für die Erkennung werden Eigenindikationen, Redoxindikatoren oder potentiometrische Messungen eingesetzt.

Wichtige Verfahren und Reaktionen

Zu den häufig angewandten Verfahren gehören:

• Bei der Bromatometrie werden Bromationen als Oxidationsmittel verwendet. Dabei reagieren Bromat- und Bromidionen in saurer Lösung zu Brom: BrO₃⁻ + 5 Br⁻ + 6 H₃O⁺ → 3 Br₂ + 9 H₂O. Es handelt sich um eine Synproportionierung von Bromationen mit der Oxidationsstufe +5 und Bromidionen mit der Oxidationsstufe −1 zu Brom mit der Oxidationsstufe 0.

• Bei der Manganometrie dienen Permanganationen als Oxidationsmittel. Ein Beispiel ist die Reaktion mit Eisen(II)-ionen: MnO₄⁻ + 5 Fe²⁺ + 8 H₃O⁺ → Mn²⁺ + 5 Fe³⁺ + 12 H₂O. Permanganationen besitzen die Oxidationsstufe +7.

• Bei der Cerimetrie werden vierwertige Cerionen zur Oxidation eingesetzt. Eisen(II)-ionen werden durch Cer(IV)-ionen oxidiert: Ce⁴⁺ + Fe²⁺ → Ce³⁺ + Fe³⁺.

• Die Kaliumdichromat-Methode wird inzwischen seltener eingesetzt. Dabei wirken Dichromationen als Oxidationsmittel. Bei der Reaktion mit Eisen(II)-ionen gilt: Cr₂O₇²⁻ + 6 Fe²⁺ + 14 H₃O⁺ → 2 Cr³⁺ + 6 Fe³⁺ + 21 H₂O. Als Redoxindikator kann beispielsweise Diphenylamin verwendet werden.

• Für eine Titration mit Eisen(II)-sulfat wird als Maßlösung das Mohrsche Salz, also Ammonium-Eisen(II)-sulfat, verwendet.

• Bei der Iodometrie wird entweder Iod zu Iodid reduziert, etwa bei der Bestimmung von Zinn(II)-salzen, oder Iodid zu Iod oxidiert, etwa bei der Bestimmung von Wasserstoffperoxid. Die entsprechenden Reaktionen sind: Sn²⁺ + I₂ → Sn⁴⁺ + 2 I⁻ H₂O₂ + 2 I⁻ + 2 H₃O⁺ → I₂ + 4 H₂O.

Endpunkt durch Eigenindikation

Die Eigenindikation wird besonders in der Manganometrie mit Kaliumpermanganat (KMnO₄) und in der Iodometrie genutzt. Kaliumpermanganat- und Iodlösungen sind selbst gefärbt. Bei der Iodometrie wird zusätzlich Stärke zugegeben, weil Iod mit Stärke einen farbigen Komplex bildet.

Während der direkten Titration wird die zugegebene Maßlösung durch die Reaktion mit der Probe fortlaufend entfärbt. Sobald die Probesubstanz vollständig reagiert hat, wird die Maßlösung nicht mehr umgesetzt. Sie bleibt daher in der Titrationslösung sichtbar und färbt diese dauerhaft.

Weitere Möglichkeiten der Endpunkterkennung

Redoxindikatoren sind Stoffe, die selbst oxidiert oder reduziert werden und dabei ihre Farbe ändern. Ein Beispiel ist Ferroin. Auch nicht redoxaktive Stoffe können als Indikatoren dienen. In der Bromatometrie kann beispielsweise die Entfärbung durch die Zerstörung eines Farbstoffs den Reaktionsendpunkt anzeigen.

Bei der potentiometrischen Endpunkterkennung wird die Spannung zwischen der Probelösung und einer Elektrode gemessen. Diese Spannung verändert sich während der Redox-Titration. Man trägt die gemessene Spannung in Abhängigkeit vom zugegebenen Volumen der Maßlösung auf und erhält eine Titrationskurve. Sie kann grafisch oder rechnerisch ausgewertet werden, um den Endpunkt zu bestimmen.