Redoxititrálás

Azt már láttuk, hogyan kell sav-bázis titrálást végezni. Most foglalkozzunk a redoxititrálással! Legyen egy oldatunk, amely Fe²⁺-kationokat tartalmaz. Nem tudjuk a Fe²⁺-ionok koncentrációját, de egy redoxititrálás segítségével meg tudjuk azt határozni. Legyen az oldatunk savas, térfogata pedig 10 ml. Lehet benne pl. egy kis kénsav. Az oldatban vannak Fe²⁺-ionok, a sav pedig protonforrásként szolgálhat. Ehhez a Fe²⁺-oldathoz adunk majd kálium-permanganát (KMnO₄) oldatot a titrálás során. Legyen a titráló kálium-permanganát oldat koncentrációja 0,02 mol/dm³. Ez a kiindulási koncentráció. A kálium-permanganátból származnak a permanganátionok, mivel az K⁺-ból és MnO₄⁻-ból áll. Elkezdjük csöpögtetni a Fe²⁺-oldathoz a kálium-permanganát-oldatot. Eközben egy redoxireakció játszódik le. Itt a rendezett redoxireakció. Ha bizonytalan lennél a redoxiegyenletek rendezésében, nézd meg a videót arról, hogyan lehet azokat savas közegben rendezni. Nézzük meg gyorsan az oxidációs számokat, hogy belássuk, ez egy redoxireakció! Az oxigén oxidációs száma -2. Négy oxigén van, -2 · 4 = -8. Mivel az összegnek -1-nek kell lennie, a mangán oxidációs számára +7-et kapunk, mert +7 és -8 összege -1-et eredményez. A mangán oxidációs száma tehát +7. Ha megnézzük a termékeket, látjuk, hogy Mn²⁺ keletkezik. Oldott Mn²⁺-ion, aminek az oxidációs száma +2. A mangán oxidációs száma tehát +7-ről +2-re változik. Csökken az oxidációs szám, azaz a mangán a redoxireakció során redukálódik. Nézzük a Fe²⁺-t! A Fe²⁺ a reagensek között szerepel, oxidációs száma pedig +2. A termékek közt Fe³⁺ jelenik meg, aminek az oxidációs száma +3. A vas oxidációs száma +2-ről +3-ra változik. Az oxidációs szám nő, tehát a Fe²⁺ oxidálódik a reakció során. Ahogy csöpögtetjük a Fe²⁺ oldatba a kálium-permanganát oldatot, keletkeznek a termékek. A termékek ionjai az oldatban színtelenek. Ahogy a permanganát elreagál, a lila szín eltűnik, színtelen oldatot kapunk. Mondjuk, hogy már adtunk bele elég sok permanganátot, de az oldat még színtelen. Adunk még egy cseppet, és az oldatban ezt követően marad egy halvány lila szín. Színtelen volt az oldat, de egyetlen csepp permanganát hatására a színe halványlilára változott. Ez jelzi a titrálás végpontját. Azért ez a végpont, mert a termékek színtelenek. Ha lila színt kapunk, az azt jelenti, hogy feleslegben, elreagálatlanul maradt valamennyi permanganátion az oldatban. Tehát akkorra már az összes Fe²⁺ elreagált, ami eredetileg jelen volt. Itt fejezzük be a titrálást. Elértük a végpontot. Egy bizonyos mennyiségű kálium-permanganát-oldatot használtunk fel. Mondjuk, ennél a jelnél volt a végpont. Ha kb. ettől a jeltől indultunk, látjuk, hogy mekkora térfogatot használtunk fel az oldatból. Tegyük fel, hogy ez 20 ml. 20 ml KMnO₄-oldatot használtunk arra, hogy teljesen megtitráljuk a Fe²⁺-t. Célunk a Fe²⁺ koncentrációjának meghatározása. Ha a Fe²⁺ koncentrációját akarjuk meghatározni, először számítsuk ki, hány mol permanganátra volt szükség ahhoz, hogy a Fe²⁺ maradéktalanul elreagáljon. Az anyagmennyiséget a koncentrációból és a térfogatból kaphatjuk meg. Tudjuk, hogy a koncentráció mól osztva literrel. A permanganát koncentrációja 0,02 mol/liter. Ebből kell anyagmennyiséget (mólt) számítani. 20 ml-t használtunk a titráláshoz, ami literre átszámítva a 20-nak ezredrésze, azaz 0,02 liter. Számoljuk ki ebből a mólokat! 0,02 szorozva 0,02-del az 0,0004. Ennyi mol permanganátra volt szükség, hogy teljesen elreagáljon a Fe²⁺, ami az eredeti oldatban volt. Tehát 0,0004 mol permanganátra volt szükség, hogy teljesen elreagáljon a Fe²⁺. Ebből kell kiszámítani, hány mól Fe²⁺ volt a kiindulási oldatban. Ehhez a rendezett redoxiegyenletet kell felhasználnunk. Nézzük meg az együtthatókat, amik megadják a mólarányokat! A permanganátion együtthatója 1, a Fe²⁺-é 5. A mólarányuk így 1 : 5. 1 osztva 5-tel egyenlő... a permanganátion a számlálóban szerepel. Hány mol permanganátion kellett, hogy reagáljon a teljes Fe²⁺ mennyiséggel? 0,0004 mol permanganátion. Jelöljük x-szel azt, ahány mol Fe²⁺ volt a kiindulási oldatban! Ezt kiszámíthatjuk a következő szorzással: 5・0,0004 = 0,002, azaz x = 0,002. x azt jelenti, hány mol Fe²⁺ volt az eredeti oldatban. Majdnem kész is vagyunk, mivel a Fe²⁺ koncentrációjának meghatározása volt az eredeti feladat. Az anyagmennyiség már megvan, ismerjük az eredeti térfogatot is, ami 10 ml. A Fe²⁺ koncentrációjának számításához felhasználjuk annak mólszámát, ami 0,002. Ez pedig 10 ml térfogatban volt, ami 0,01 liter. 0,002 osztva 0,01-dal 0,2-et eredményez. Az eredmény tehát 0,2 mol/dm³. Ez volt a Fe²⁺ koncentrációja az eredeti oldatban. Lehetett volna a cV = c V egyenletet is használni, némi módosítással, mivel a mólarány itt nem 1 : 1. Így is meg lehetne oldani. Én azonban jobban szeretem, ha leülünk és elvégezzük a részletes számításokat, végiggondolva, hogy mi is történik titrálás közben.