Manganometrie

Manganometrie je odměrná analytická metoda, která využívá silných oxidačních účinků manganistanu draselného.

Manganistan draselný se může redukovat v kyselém nebo neutrálním (resp. slabě kyselém nebo slabě alkalickém) prostředí.

V prostředí silných minerálních kyselin probíhá dokonalá redukce manganistanu draselného, oxidační číslo manganu se snižuje z hodnoty VII na hodnotu II. Manganistan draselný tedy přijme 5 elektronů a při reakci vzniká manganatá sůl. Reakce je popsána rovnicí:

K okyselení se používá buď kyselina chlorovodíková, nebo kyselina sírová. Při použití kyseliny chlorovodíkové vzniká chlorid manganatý, použije-li se kyselina sírová, vzniká síran manganatý.

V neutrálním (nebo slabě kyselém, popř. slabě alkalickém) prostředí dochází pouze k částečné redukci manganistanu draselného, manganistan přijme pouze 3 elektrony a oxidační číslo manganu se mění z hodnoty VII na hodnotu IV. Při reakci se tvoří tmavě hnědý, nerozpustný oxid manganičitý. Uvedený děj popisuje rovnice:

Z výše uvedeného popisu je zřejmé, že při manganometrických titracích je důležité pracovat v silně kyselém prostředí, aby nedocházelo ke vzniku tmavě hnědé sraženiny, která by rušila určení bodu ekvivalence.

Indikace bodu ekvivalence

Manganistan draselný tvoří i při nízkých koncentracích intenzivně zbarvený roztok, který se při reakci v silně kyselém prostředí odbarvuje, protože vznikající manganatá sůl je v roztoku zpravidla bezbarvá. Proto při manganometrii není obvykle nutné používat k indikaci konce titrace žádné vizuální indikátory. Po kvantitativním zreagování manganistanu se stanovovanou látkou dochází první nadbytečnou kapkou k zabarvení titrovaného roztoku do růžové barvy.

Pouze při titraci barevných roztoků je možné konec titrace zvýraznit přídavkem některých redoxních indikátorů (např. erioglaucin nebo ferroin).

Odměrný roztok

Odměrným roztokem v manganometrii je roztok manganistanu draselného o nízké koncentraci. Nejčastěji používaná koncentrace je c=0,02 mol/l.

Roztok se připravuje v přibližné koncentraci a jeho titr se stanoví. Při přípravě odměrného roztoku se odváží vypočítané množství látky na převažovacích vahách, navážka se volí nepatrně vyšší. Je to z toho důvodu, že manganistan má velmi silné oxidační vlastnosti a reaguje se všemi redukujícími nečistotami, se kterými během přípravy roztoku přijde do styku (prašné a organické nečistoty na nádobí, v čištěné vodě, na vážence, na lžičce…). Odvážený manganistan draselný se rozpustí v menším množství čištěné vody a pak se doplní čištěnou vodou na předepsaný objem. Před stanovením titru je nutné ponechat roztok v tmavé lahvi uzavřené skleněnou zátkou tak zvaně „uzrát“. V průběhu zrání roztoku, které trvá asi 10 dnů, dochází k postupné redukci manganistanu. Tento proces je možné poněkud urychlit, použije-li se k přípravě roztoku čištěná voda zahřátá asi na 80 °C. Po 10 dnech se roztok přefiltruje přes skleněný filtr nebo skelnou vatu (ne papírový filtr, protože by se manganistan redukoval), aby se odstranil vytvořený nerozpustný oxid manganičitý.

Při práci s roztokem manganistanu draselného se musí používat pouze skleněné nádobí (nejlépe z tmavého skla), hlavně byrety se skleněným kohoutem (ne s hadičkou), dále skleněné lahve se skleněnými zátkami. Protože se jedná o tmavý roztok, je povoleno nastavovat hladinu k rysce na horní meniskus.

Standardní látky

Ke stanovení titru roztoku manganistanu draselného se používají např. tyto základní látky:

  • Dihydrát kyseliny šťavelové (COOH)2 . 2H2O
  • Šťavelan sodný (COONa)2
  • Mohrova sůl ( = hexahydrát síranu amonnoželeznatého) (NH4)2Fe(SO4)2 . 6H2O
  • Hexakyanoželeznatan draselný K4[Fe(CN)6]

Stanovení titru manganistanu draselného

Nejčastěji se používá standardní látka kyselina šťavelová nebo šťavelan sodný. Při reakci se využívá snadné oxidovatelnosti šťavelanových iontů na oxid uhličitý. Reakce probíhá zpočátku velmi pomalu a je nutné ji urychlit zahřátím titrované směsi nebo přidáním malého množství manganaté soli, která zastává funkci katalyzátoru . Protože tato sůl je jedním z produktů titrace, jedná se o klasický případ autokatalýzy. Děj je charakterizován následující chemickou rovnicí:
 

Výpočet obsahu redukujících látek

Obsah redukující látky se vypočítá na základě chemické reakce této látky s odměrným roztokem manganistanu. Nejdříve je nutné vyjádřit probíhající děj chemickou rovnicí. Pak následuje výpočet, při kterém se využije postup uvedený v předchozích kapitolách.

Využití metody

Manganometrie se dá využít ke stanovení redukujících látek jak anorganických, tak i organických. Běžně se touto metodou stanovuje obsah železa a jeho sloučenin (Fe2+ se stanoví přímo, Fe3+ po předchozí redukci), siřičitanů, dusitanů, jodidů, peroxidů a kyseliny šťavelové, šťavelanů a aldehydů.

V kontrole léčiv se může metoda uplatnit při stanovení obsahu H2O2 v Hydrogenii peroxidum nebo Natrii perboras hydricus.

Pozn. Peroxid vodíku se při reakci s většinou látek v kyselém i alkalickém prostředí chová jako oxidační činidlo. Při reakci s manganistanem v kyselém prostředí však způsobuje redukci manganistanu (manganistan je silnější oxidační činidlo než peroxid vodíku) podle chemické rovnice:

5 H2O2 + 3 H2SO4 + 2 KMnO4 → 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O + 5 O2

Při stanovení obsahu peroxidu vodíku touto metodou je třeba mít na paměti, že přesné výsledky se dosáhnou pouze v případě, že roztok peroxidu vodíku neobsahuje žádné stabilizační přísady, které by mohly být manganistanem oxidovány. V opačném případě bude spotřeba odměrného roztoku manganistanu draselného vyšší, což povede ke zkreslení výsledku analýzy.
 

 
Media