De werking van een redoxindicator

De werking van een redoxindicator Om het equivalentiepunt bij een redoxtitratie met kleurloze of weinig gekleurde oplossingen te kunnen zien, dient een redoxindicator te worden toegevoegd. Een redoxindicator behoort zelf ook tot een redoxkoppel en kan dus voorkomen als oxidator of als reductor, afhankelijk van het reactiemilieu waarin de redoxindicator zich bevindt. Een redoxindicator heeft als eigenschap dat zijn geoxideerde en gereduceerde vorm sterk van kleur verschillen.

Redoxtitraties

Een titratie in het algemeen is een volumetrische methode om de concentratie van een bepaalde opgeloste stof te bepalen. Er bestaan zuur-basetitraties, neerslagtitraties, complexometrische titraties en redoxtitraties. Een redoxtitratie is een titratie die gebaseerd is op een redoxreactie.

Een rechtstreekse redoxtitraties is alleen mogelijk indien de betrokken redoxreactie een snelle en aflopende reactie is. Bij een redoxreactie zijn steeds twee redoxkoppels betrokken ox1/red1 en ox2/red2. Beide oxidatoren (ox1 en ox2) kunnen door de opname van elektronen worden omgezet in hun respectievelijke reductoren (red1 en red2). Een aflopende reactie is slechts mogelijk indien het ene koppel een veel sterker oxiderend of reducerend vermogen heeft dan het andere koppel.

Bepaling van de concentratie van een oxidator

Stel je wil de concentratie van een ox1-oplossing kennen. Je kan hiervoor een gekend volume van ox1 (Vox1) in een erlenmeyer doen en deze titreren met een reductor (red2). Red2 wordt hiervoor in een buret gedaan en wordt toegevoegd aan de ox1-oplossing tot alle ox1 is weggereageerd (Vred2) d.i. het equivalentiepunt.

  • Tijdens de titratie gaat volgende reactie op:
    • a Ox1 + b red2 → c red1 + d ox2
  • De concentratie van de ox1-oplossing kan dan berekend worden met:
    • cox1 = ((cred2 . Vred2)/b).a)/Vox1

Deze titratie is alleen mogelijk indien ox1 een sterkere oxidator is dan ox2 en red2 een sterkere reductor is dan red1. De normpotentiaal E°(ox1/red1) moet dus in de eerste plaats groter zijn dan de normpotentiaal E°(ox2/red2). Daar het om een aflopende reactie moet gaan, moet bovendien E°(ox1/red1) - E°(ox2/red2) > 0.25V.

Voorbeeld 1: Bepaling van de concentratie van een permanganaat(MnO4-)-oplossing met een oxaalzuur((COOH)2)-oplossing
De redoxreactie die hierbij opgaat:
2 MnO4- + 5 (COOH)2 + 6H+ → 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O

De voorwaarden voor een aflopende reactie zijn voldaan daar:
  • E°( MnO4-/Mn2+) = 1.507V
  • E°(CO2/(COOH)2) = -0.490V

Bepaling van de concentratie van een reductor

Een analoge afleiding kan hiervoor worden gedaan. Stel je wil de concentratie van een red1-oplossing kennen. Je kan hiervoor een gekend volume van red1 (Vred1) in de erlenmeyer doen en deze titreren met een oxidator (ox2). De Ox2-oplossing wordt in de buret gedaan en wordt toegevoegd aan de red1-oplossing tot het equivalentiepunt wordt bereikt (Vox2).

  • Tijdens de titratie gaat dan volgende reactie op:
    • a Red1 + b ox2 → c ox1 + d red2
  • De concentratie van de red1-oplossing kan dan berekend worden met:
    • cred1 = ((cox2 . Vox2)/b).a)/Vred1

Deze titratie is alleen mogelijk indien red1 een sterkere reductor is dan red2 en ox2 een sterkere oxidator is dan ox1. De normpotentiaal van ox1/red1 moet dus in de eerste plaats lager zijn dan de normpotentiaal van ox2/red2. Daar het om een aflopende reactie moet gaan, moet bovendien E°(ox2/red2) - E°(ox1/red1) > 0.25V.

Voorbeeld 2: Bepaling van de concentratie van een thiosulfaat(S2O32-)-oplossing met een dijood(I2)-oplossing
De redoxreactie die hierbij opgaat:
2 S2O32- + I2 → S4O62- + 2I-

De voorwaarden voor een aflopende reactie zijn voldaan daar:
  • E°(S4O62-/S2O32-) = 0.080V
  • E°(I2/I-)= 0.535V

Vaststellen van het equivalentiepunt

Bij de voorbeelden hierboven kan het equivalentiepunt gemakkelijk worden vastgesteld door de kleurverandering van de deelnemende stoffen zelf.
Voor voorbeeld 1 zal de oplossing bij het equivalentiepunt ontkleuren. MnO4- is immers een sterk paarse stof. Bij het equivalentiepunt is alle MnO4- weggereageerd en zal de paarse kleur dus verdwijnen.

In voorbeeld 2 zal de oplossing bij het equivalentiepunt bruin kleuren. I2 heeft een bruine kleur maar het reageert tijdens de titratie weg met S2O32-. Bij het equivalentiepunt is het S2O32- weggereageerd en zal het verder toegevoegde I2 dus niet meer kunnen reageren wat de oplossing bruin zal doen kleuren.

Maar wat als de betrokken stoffen niet of weinig gekleurd zijn.

Voorbeeld 3: de bepaling van een Ce4+-oplossing met Fe2+
Stel de bepaling van de concentratie van een Ce4+-oplossing door een titratie met een Fe2+-oplossing.
Ce4+ + Fe2+ → Ce3+ + Fe3+
  • E°(Fe3+/Fe2+) = 0.771V
  • E° (Ce4+/Ce3+) = 1.610V

Op basis van de normpotentialen is deze titratie perfect mogelijk. Het equivalentiepunt is hier echter niet visueel waarneembaar. Om het equivalentiepunt waarneembaar te maken, moet een redoxindicator worden toegevoegd.

De werking van een redoxindicator

Een redoxindicator is zelf een redoxsysteem, waarvan de reductor en de oxidator een verschillende kleur hebben. Van een redoxindicator gebruikt men altijd maar een kleine hoeveelheid. Bij toevoeging van een te grote hoeveelheid van de redoxindicator zal de redoxreactie van de indicator immers de titratiereactie beïnvloeden. De kleur die de indicator aanneemt is afhankelijk van de potentiaal van de oplossing waaraan hij is toegevoegd. De normpotentiaal van het indicatorkoppel dient een waarde te hebben gelegen tussen de normpotentialen van de betrokken titratiekoppels.

Voor de titratie tussen Ce4+ en Fe2+ dient dus een redoxindicator te worden gebruikt met een normpotentiaal gelegen tussen 0.771V en 1.610V. Een geschikte redoxindicator voor deze titratie is bijvoorbeeld ferroïne met een normpotentiaal van 1.06V. De geoxideerde vorm van ferroïne heeft een blauwe kleur en de gereduceerde vorm is rood.

Uitgewerkt voorbeeld: de bepaling van een Ce4+-oplossing met Fe2+-oplossing

Ce4+ + Fe2+ → Ce3+ + Fe3+

Voor het EP
In de erlenmeyer bevinden zich Ce4+-, Fe2+- en Ce3+-ionen. Er zijn geen Fe3+-ionen aanwezig omdat deze wegreageren bij toevoeging. Het koppel dat de potentiaal van de oplossing bepaald, is dus Ce4+/Ce3+.

  • E°(Ce4+/Ce3+) = 1.610V
  • E°(ferroïnegeoxideerd/ferroïnegereduceerd) = 1.06V

Daar de normpotentiaal van het ceriumkoppel groter is dan die van het indicatorkoppel zal de redoxindicator in de geoxideerde vorm voorkomen en dus een blauwe kleur hebben.

Na het EP
In de erlenmeyer bevinden zich Fe3+-, Fe2+- en Ce3+-ionen. Er zijn geen Ce4+-ionen meer aanwezig daar die bij het EP allemaal zijn weggereageerd. Er zijn nu dus wel Fe3+-ionen in overmaat aanwezig. Het koppel dat de potentiaal van de oplossing bepaald is nu dus Fe3+/Fe2+.

  • E°(Fe3+/Fe2+) = 0.771V
  • E°(ferroïnegeoxideerd/ferroïnegereduceerd) = 1.06V

Daar de normpotentiaal van het ijzerkoppel kleiner is dan dat van het indicatorkoppel zal de redoxindicator in de gereduceerde vorm voorkomen en dus een rode kleur hebben.

Bij het EP
Bij het EP zal ferroïne dus omzetten van de geoxideerde vorm naar de gereduceerde vorm, en dus omslaan van blauw naar rood.

Voorbeelden van redoxindicatoren

Redoxindicatorgeoxideerde vormgereduceerde vorm
Phenosafranineroodkleurloos0.280V
Indigo tetrasulfonaatblauwkleurloos0.360V
Methyleenblauwblauwkleurloos0.530V
Diphenylaminevioletkleurloos0.750V
4-ethoxy-2,4-diaminoazobenzeengeelrood0.760V
Diphenylaminesulfonzuurrood-violetkleurloos0.85V
Diphenylbenzidinesulfonzuurvioletkleurloos0.87V
Ferroïneblauwrood1.147V
© 2020 Guust2016, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Bepaling van normpotentialenBepaling van normpotentialenElke redoxkoppel wordt gekenmerkt door een normpotentiaal, ook standaard redoxpotentiaal genoemd. De normpotentiaal is e…
Bleekwater en zure ontkalker, een gevaarlijke chloorcocktailBleekwater en zure ontkalker, een gevaarlijke chloorcocktailBleekwater (of javel) bevat hypochlorietionen (ClO-) die als sterke oxidator fungeren t.o.v. kleurstoffen (bleekwater) e…
Natrium en dichloor uit keukenzout, theoretisch bekekenNatrium en dichloor uit keukenzout, theoretisch bekekenWanneer je ooit de reactie tussen natriummetaal en water hebt gezien, weet je dat die vrij explosief is. De elektrolytis…
Jodo-jodimetrie, een veelzijdige techniekJodo-jodimetrie, een veelzijdige techniekJodo-jodimetrie is een redoxmethode gebaseerd op titrimetrie. De methode kan worden gebruikt voor tal van toepassingen w…

De alkaline batterij, chemisch uitgelegdDe alkaline batterij, chemisch uitgelegdEen batterij is een galvanische cel of een groep galvanische cellen die in serie verbonden zijn en die in een zodanige v…
De werking van een autobatterijDe werking van een autobatterijDe batterij in een auto is een lood-accu. Deze batterij is nodig om de wagen te starten en om alles wat elektrische ener…
Bronnen en referenties

Reageer op het artikel "De werking van een redoxindicator"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Guust2016
Gepubliceerd: 21-04-2020
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Scheikunde
Bronnen en referenties: 2
Schrijf mee!