Einleitung
Bei diesem Experiment werden die unterschiedlichen Färbungen von Mangan- bzw. Manganat-Ionen gezeigt.
Verwendete Chemikalien
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Gefahr |
0.2 g Kaliumpermanganat, KMnO4 – 158.03 g/mol Kaliumoxido(trioxo)mangan (IUPAC), Permangansäure Kaliumsalz CAS-Nr.: 7722-64-7 – EG-Nr.: 231-760-3 Ox. Sol. 2, Acute Tox. 4 (oral), Skin Corr. 1, Eye Dam. 1, Repr. 2, STOT RE 2 (Gehirn), Aquatic Acute/Chronic 1, WGK 3 H272 Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H361d Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen. H373 Kann die Organe schädigen (Gehirn) bei längerer oder wiederholter Exposition durch Einatmen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P260 Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sigma-Aldrich, 223468, SDB vom 18.12.2020 |
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1 g Natriumsulfit, Na2SO3 – 126.04 g/mol Dinatriumsulfit (IUPAC), Schwefligsaures Natrium, E 221 CAS-Nr.: 7757-83-7 – EG-Nr.: 231-821-4 WGK 1 EUH031 Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase. Sigma-Aldrich, 31454, SDB vom 27.09.2020 |
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Achtung |
1 Spatelspitze Zink (Staub), Zn – 65.39 g/mol CAS-Nr.: 7440-66-6 – EG-Nr.: 231-175-3 Aquatic Acute/Chronic 1, WGK 2 H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P391 Verschüttete Mengen aufnehmen. P501 Inhalt/Behälter einer anerkannten Abfallentsorgungsanlage zuführen. Sigma-Aldrich, 209988, SDB vom 18.04.2021 |
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Gefahr |
3 Tropfen Schwefelsäure 95–97 %, H2SO4 – 98.08 g/mol Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure, E 513, Vitriolöl (veraltet) CAS-Nr.: 7664-93-9 – EG-Nr.: 231-639-5 Met. Corr. 1, Skin Corr. 1A, Eye Dam. 1, WGK 1 H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P363 Kontaminierte Kleidung vor erneutem Tragen waschen. Sigma-Aldrich, 258105, SDB vom 12.08.2021 |
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Gefahr |
5 Tropfen bzw. 10 mL Natronlauge 30 %, NaOH – 40.00 g/mol Natriumhydroxidlösung 30 % CAS-Nr.: 1310-73-2 – EG-Nr.: 215-185-5 Met. Corr. 1, Skin Corr. 1A, Eye Dam. 1, WGK 1 H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P301 + P330 + P331 BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sigma-Aldrich, 72068, SDB vom 18.12.2020 |
Verwendete Geräte, Versuchsaufbau
2 × 250-ml-Becherglas, 2 × Glasstab, 5 × Reagenzglas, Reagenzglasständer, Kältemischung (Eis/Kochsalz), 2 × Thermometer (−30 °C), Waage, Pipetten, Messzylinder
Versuchsdurchführung
In einem 250-ml-Becherglas werden 0.2 g Kaliumpermanganat in 199.8 g dest. Wasser gelöst. 1 g Natriumsulfit wird in einem 250-ml-Becherglas in 99 g dest. Wasser aufgelöst. In den Reagenzglasständer werden vier Reagenzgläser gestellt und mit jeweils 5 mL Kaliumpermanganatlösung gefüllt.
Reagenzglas 1: Hier gibt man drei Tropfen Schwefelsäure 96 % hinzu und schwenkt kurz um. Nun wird eine Spatelspitze Zinkstaub zugegeben. Es gibt eine Gasentwicklung und die Lösung entfärbt sich allmählich.
Reagenzglas 2: Hier werden 3 mL Natriumsulfitlösung zugegeben. Die Lösung verfärbt sich braun und es bilden sich braune Flocken, die aus Braunstein bestehen.
Reagenzglas 3: Man gibt hier fünf Tropfen Natronlauge 30 % hinzu, schwenkt kurz um und fügt ebenfalls 3 mL Natriumsulfitlösung hinzu. Es zeigt sich eine grüne Färbung der Lösung.
Reagenzglas 4: Zu dieser Lösung werden 10 mL Natronlauge 30 % gegeben, kurz umgeschwenkt und in einer Kältemischung auf −5 °C abgekühlt. In ein weiteres Reagenzglas werden 3 mL der Natriumsulfitlösung eingefüllt und in der Kältemischung auf 0 °C abgekühlt. Nach Erreichen der jeweiligen Temperatur wird die Natriumsulfitlösung in die Kaliumpermanganatlösung gegossen. Die Mischung färbt sich blau.
Reaktionsgleichung
Bei Anwesenheit von Säure:
MnO4−(aq) + 8 H3O+ + 5 e− → Mn2+(aq) + 12 H2O
In neutralem Medium:
MnO4−(aq) + 4 H3O+ + 3 e− → MnO2↓ + 6 H2O
Bei Anwesenheit von Lauge:
MnO4−(aq) + e− → MnO42−(aq)
Unter Kühlung und bei Anwesenheit von Lauge:
MnO4−(aq) + 2 e− → MnO43−(aq)
Die Reduktionsfähigkeit von Permanganaten ist stark abhängig von der Wasserstoffionenkonzentration (H+ bzw. H3O+), also dem pH-Wert. In saurem Medium erfolgt eine Reduktion von +VII (Mn7+) zu +II (Mn2+). Lösungen die Mangan(II)-Ionen enthalten sind fleischfarben. In neutraler Lösung stoppt die Reduktion bei der Oxidationsstufe +IV. Es fällt Mangan(IV)-oxid (Braunstein) aus, welches der Lösung eine braune Färbung verleiht. Im basischen Milieu endet die Reduktion, bei der Oxidationsstufe +VI. Manganat(VI)-Ionen (MnO42−) färben die Flüssigkeit grün. Wird Lauge im Überschuss verwendet und die Lösung zusätzlich gekühlt, dann erhält man Hypomanganat-Ionen (MnO43−), welche die Lösung blau färben. Das Mangan hat also seine Oxidationsstufe von +VII auf +V verändert. Es handelt sich also wieder um eine Reduktion.
Quellenangaben
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