Beschreibung
Die Karl-Fischer-Titration ist eine Methode zur quantitativen Bestimmung von Wasser. Als Maßlösung wird gelöstes Iod verwendet. Durch eine Redoxreaktion wird das Iod reduziert und verliert seine Färbung. Bleibt die Entfärbung aus, so ist der Endpunkt der Titration erreicht. Die Stöchiometrie zwischen I2 und H2O beträgt 1:1
Der deutsche Chemiker Karl (Albert Otto Franz) Fischer (1901-1958) entwickelt das Karl-Fischer Verfahren im Jahr 1935 während seiner Tätigkeit bei der Lazăr Edeleanu GmbH [4]. Modere coulometrische Geräte können eine Wassergehaltsbestimmung mit einer Genauigkeit von (0,001 bis 1%) durchführen.
Chemische Reaktion
Die Karl-Fischer-Titration ist eine Methode zur quantitativen Bestimmung von Wasser. Sie beruht auf einer Redoxreaktion von Iod mit Schwefeldioxid unter Wasserverbrauch:
SO2 + I2 + 2 H2O ↔ H2SO4 + 2 HI (1)
Die in Gleichung (1) dargestellte Reaktion wird auch als „Bunsen-Reaktion“ bezeichnet. Die tatsächlich ablaufende Reaktion wird durch die Gleichung (1) nicht dargestellt. Die eigentliche reaktive Komponente ist nicht das Schwefeldioxid, sondern das Monomethylsulfit-Ion (SO3CH3–). Dieses wird in methanolischer Lösung gebildet:
2 CH3OH + SO2 ↔ CH3OH2+ + SO3CH3– (2)
Durch Zugabe von stickstoffhaltigen Basen wie Imidazol und 2-Methylimidazol (RN) kann eine Verschiebung der Reaktion (2) hin zur rechten Seite erfolgen. Dadurch stehen mehr Monomethylsulfit-Ionen (SO3CH3–) zur Verfügung:
CH3OH + SO2 + RN ↔ [RNH]SO3CH3
Bei der Titration, bei der als Maßlösung Iod in Methanol eingesetzt wird, wird das Methylsulfit-Anion in Anwesenheit von Wasser durch das Iod zu Methylsulfat-Anion oxidiert.
H2O + I2 + [RNH]SO3CH3 + 2 RN → [RNH]SO4CH3 + 2 [RNH]I
Dabei wird folgende Stöchiometrie eingehalten:
H2O : I2 : SO2 : RN : CH3OH = 1 : 1 : 1 : 3 : 1
Verfahren
Es gibt zwei Verschiedene Varianten des Karl-Fischer-Verfahren:
- Volumetrisch
- Coulometisch
Volumetrische Bestimmung
Diese Art des Karl-Fischer-Verfahrens ist gut geeignet für Proben mit hohem Wassergehalt. Untersucht werden können Flüssigkeiten und Feststoffe
Coulometrische Bestimmung
Diese Methode beruht auf dem Prinzip der Coulometrie. Hierbei können nur Flüssigkeiten untersucht werden. Strom erzeugt Iod. Der Stromverbrauch ermöglich die Bestimmung des Wassergehalts. Ein Vorteil ist, das keine Pumpensysteme zur Bestimmung benötigt werden.
Endpunkts-Bestimmung
Die Bestimmung des Endpunkt der Karl-Fischer-Titration kann sowohl durch eine Farbveränderung, als auch durch eine biamperometrische Messung erfolgen. Bei der erstgenannten Methode wird die durch freies Iod (I2) auftretende Braunfärbung detektiert. Bei der biamperometrischen Bestimung handelt es ich um eine „Dead-stop-Indikation“. Wir der Äquivalenzpunkt der Titration überschritten entsteht freies reduzierbares Iod (I2), welches an der Katode reduziert wird. An der Anode wird I– oxidiert. Somit kann nun zwischen den Platinelektroden erstmals Strom fließen und es kommt zu einem detektierbaren steilen Stromanstieg.
Videos Karl-Fischer-Titration
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Für die die es ganz genau wissen wollen
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Literatur & Quellen
- Deutsche Metrohm GmbH LINK
- Klauck M. (2009) „Untersuchung der Phasengleichgewichte in Systemen mit assoziierenden Komponenten“ von der Fakultät Maschinenwesen
der Technischen Universität Dresden zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) LINK - Wikipedia „Karl-Fischer-Verfahren“ Stand 12/2016 LINK
- K. Fischer: Neues Verfahren zur maßanalytischen Bestimmung des Wassergehaltes von Flüssigkeiten und festen Körpern, in: Angewandte Chemie 1935, 48, 394–396; doi:10.1002/ange.19350482605.