Berthelot-Reaktion

Die Berthelot-Reaktion benannt nach dem französischen Chemiker Marcelin Berthelot ist die Reaktion von Ammoniak zum blaugefärbten Indophenol-Ion. Die Reaktion wird beim quantitativen Nachweis von Ammoniak bzw. Ammonium in wässriger Lösung verwendet.

Reagenzien

Für die Reaktion werden folgende Reagenzien benötigt:^[1]

Base:
Die Reaktion findet im alkalischen Medium statt. Deswegen muss vorher die Ammoniaklösung auf einen pH-Wert von ca 13 gebracht werden
Chlorierungsmittel:
Hier hat sich Hypochlorit (OCl⁻) als brauchbar herausgestellt. Nach DIN ist allerdings Dichlorisocyanursäure zu verwenden.
Phenol:
Für den Mechanismus ist es egal, welche Phenolverbindung verwendet wird. In der Praxis hat sich Thymol (2-Isopropyl-5-methylphenol) wegen seiner höheren Stabilität und Geschwindigkeit bewährt. Hier verlangt die DIN Natriumsalicylat.
Katalysator:
Zur Katalyse der Reaktion wird meistens der Komplex Nitroprussid verwendet. Es ist möglich, Mn(II)-Ionen als weniger giftige Alternative einzusetzen.^[2]

Mechanismus

Da die Reaktion im alkalischen Medium (pH = 13) stattfindet, liegt sämtliches Ammoniak als NH₃ vor, weil sich das Gleichgewicht der Reaktion nach dem Prinzip von Le Chatelier stark auf die Seite von Ammoniak verlagert:

\mathrm {NH_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons NH_{4}^{+}+OH^{-}}

Ammoniak reagiert im zweiten Schritt mit Hypochlorit zu Monochloramin:

\mathrm {NH_{3}+OCl^{-}\longrightarrow NH_{2}Cl+OH^{-}}

Im dritten Schritt reagiert das Monochloramin mit Thymol zu N-Chlor-2-isopropyl-5-methylchinon-monoimin. (Diese Reaktion wird vom Nitroprussid katalysiert.)

Im vierten Schritt reagiert N-Chlor-2-isopropyl-5-methylchinon-monoimin mit einem weiteren Thymolmolekül zum entsprechenden Indophenol. Im alkalischen Medium liegt das entstandene Indophenolmolekül in seiner blauen Basenform vor:

Konzentrationsbestimmung

Die Konzentration kann photometrisch bestimmt werden. Die Bestimmungsgrenzen für dieses Verfahren liegen bei ca. 0,01 mg/l und bei ca. 3,5 mg/l Ammonium/Ammoniak

Einzelnachweise

↑ B. Känel, K. Mez, Microbial Ecology Group der Universität Zürich, Laboratory Methods, Ammonia colorimetric
↑ Tsuboi, T.; Hirano, Y.; Shibata, Y.; Motomizu, S.: Sensitivity Improvement of Ammonia Determination Based on Flow-Injection Indophenol Spectrophotometry with Manganese(II) Ion as a Catalyst and Analysis of Exhaust Gas auf Thermal Power Plant, Analytical Sciences, October 2002, Vol. 18, S. 1141/4.

[nh4c-1] B. Känel, K. Mez, Microbial Ecology Group der Universität Zürich, Laboratory Methods, Ammonia colorimetric

[AmmoniaMn-2] Tsuboi, T.; Hirano, Y.; Shibata, Y.; Motomizu, S.: Sensitivity Improvement of Ammonia Determination Based on Flow-Injection Indophenol Spectrophotometry with Manganese(II) Ion as a Catalyst and Analysis of Exhaust Gas auf Thermal Power Plant, Analytical Sciences, October 2002, Vol. 18, S. 1141/4.

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