Zdieľať článok
Konduktometrická titrácia, tiež nazývaná vodivostná titrácia, je analytická metóda založená na zmene vodivosti po pridávaní titrantu. Zmena vodivosti roztoku sa meria po každom prídavku titrantu. To sa vykonáva pomocou konduktomtrického snezora. V tomto blogovom článku ú uvedené princípy, výhody a niektoré príklady konduktometrickej titrácie.
Úvod
Rôzne priemyselné odvetvia, vrátane potravinárskeho a petrochemického sektora, využívajú konduktometrické titrácie. Táto metóda umožňuje stanovenie parametrov vo vzorkách, ktoré sa často ťažko kvantifikujú inými titračnými prístupmi. Konduktometrická titrácia ponúka hodnotné riešenie týchto analytických problémov.
Konduktometrickú titráciu možno použiť v nasledujúcich situáciách:
- Acidobázické titrácie: vodné aj nevodné
- Zrážacie titrácie: Cl-, Br-, I-, SO42-, R–S–R, R–SH
- Komplexometrické titrácie
Čo je to konduktometrická titrácia?
Analytická metóda, ktorá je založená na zmene konduktivity roztoku pri pridávaní titračného činidla, sa nazýva konduktometrická titrácia.
Celková vodivosť vzorky sa rovná súčtu vodivosti jednotlivých disociovaných iónov v meranom roztoku. Počas titrácie sa vodivosť mení pridaním titračného činidla a reakciou medzi titračným činidlom a analytom. Koncový bod titrácie je indikovaný zlomom titračnej krivky. Príklady sú uvedené ďalej v článku.
Viac informácií o určovaní koncových bodov nájdete v našom blogovom príspevku tu.
Aký je proces konduktometrickej titrácie?
Titrácia vodivosti je monotónna titrácia do koncového bodu. To znamená, že titrant sa pridáva v pevne stanovených objemových inkrementoch..
Vykonávanie tejto titrácie vyžaduje použitie magnetického alebo vrtuľového miešadla, dávkovacej špičky a konduktometrickej cely.Dôležitým hľadiskom pri vykonávaní koduktometrických titrácií je rýchla odozva konduktometrickej cely (ďalšie informácie nájdete v časti o senzoroch pre konduktometrické titrácie ).
U všetkých konduktometrických celách s odnímateľným krytom meracej cely sa tento odstráni.. Okrem toho sa miešanie nastaví na vyššiu rýchlosť. Rýchlosti miešania je nastavená tak, aby sa do vzorky nenasával vzduch. Vzduchové bubliny na meracej cely spôsobujú nestabilný signál.
OMNIS Softvér od Metrohm vyhodnocuje typické konduktometrické titračné krivky namerané konduktometrickou celou v roztoku.
Konduktivita je odlišná pre každý druh iónu
H+ a OH- ióny vykazujú vysokú iónovú vodivosť. Samotné ióny sa nepohybujú, ale skôr transportujú protón alebo protónovú medzeru prostredníctvom vodíkovej väzby (obrázok 1). Preto majú oxóniové ióny a hydroxidové ióny oveľa vyššiu iónovú vodivosť ako väčšina ostatných iónov.
Počítanie iónov
Uvažujme o príklade konduktometrickej titrácie kyseliny chlorovodíkovej hydroxidom sodným. Rovnica chemickej reakcie je nasledovná::
Kyselina chlorovodíková, ktorá je silnou kyselinou, je vo vode úplne disociovaná. Hydroxid sodný, silná zásada, tiež úplne disociovaný vo vode. Ako už bolo uvedené, nameraná vodivosť je súčtom vodivostí všetkých disociovaných iónov v roztokoch. Ak chcete získať hodnotu vodivosti vzorky, spočítajte koncentráciu iónov a ich disociačné konštanty pomocou molárnej vodivosti každého iónu.
Ako je znázornené na obrázku 2, veľa iónov H+ a Cl- je prítomných na začiatku titrácie (vľavo). Koncentrácia Cl- iónov sa počas trvania titrácie nemení. Prítomnosť chloridových iónov prispieva k celkovej vodivosti, ale počas titrácie zostáva nezmenená.
Potom sa do vzorky pridá hydroxid sodný. Tým sa do vzorky dostanú ióny Na+, čím sa zvýši jej vodivosť. Množstvo sodíkových iónov sa v priebehu titrácie kontinuálne zvyšuje. Vplyv majú aj hydroxidové ióny z NaOH. OH- ióny neutralizujú hydróniové ióny a vytvárajú vodu, ako je znázornené v rovnici vyššie.
Hodnota vodivosti výrazne klesá, keď sú hydróniové ióny neprispievajú k celkovej vodivosti. Najnižšia vodivosť sa nachádza v koncovom bode titrácie, kde nie sú prítomné žiadne hydróniové ani hydroxidové ióny (obrázok 2, stred).
Bezprostredne po koncovom bode vodivosť opäť rýchlo stúpa. Keď sa pridá viac hydroxidu sodného, sú prítomné OH- ióny, ktoré už nereagujú s hydróniovými iónmi (pretože žiadne nezostali).
Nasledujúce tri príklady vysvetľujú rôzne situácie, ktoré sa bežne vyskytujú pri vykonávaní konduktometrických titrácií v systéme kyselina-zásada: titrácia silnej kyseliny silnou zásadou, titrácia silnej kyseliny slabou zásadou, a titrácia slabej kyseliny silnou zásadou..
Toto je typická konduktometrická titračná krivka silnej kyseliny titrovanej silnou zásadou. Počiatočné znížonie vodivosti, keď sú ióny H+ neutralizované, ako bolo vysvetlé v predchádzajúcej časti, nasleduje dosiahnutie koncového bodu (minimum vodivosti), potom OH- ióny z nadbytku zásady prispievajú k celkovému rastu vodivosti, čím krivka opäť stúpa.
Konduktometrická titrácia silnej kyseliny slabou zásadou
V tomto príklade sa silná kyselina (napr. kyselina chlorovodíková, HCl) titruje slabou zásadou (napr. amoniakom, NH3).
Spočiatku je vodivosť roztoku vysoká, pretože silná kyselina je úplne disociovaná. Pri pridávaní slabej zásady sa spustí reakcia, pri ktorej sa tvoria amónne ióny (NH4+). Ako slabá zásada pokračuje v reakcii s iónmi H+, vodivosť roztoku postupne klesá. Je to spôsobené tým, že mólová vodivosť NH4+ je oveľa nižšia ako mólová vodivosť H+.
Bod ekvivalencie nastáva, keď sú všetky voľné vodíkové ióny neutralizované. Potom sa vodivosť postupne opäť zvyšuje, pretože slabá báza titrantu podlieha len čiastočnej disociácii.
Konduktometrická titrácia slabej kyseliny silnou zásadou.
V tomto prípade sa titrácia slabej kyseliny (napr. kyseliny octovej, CH3COOH) uskutočňuje silnou zásadou (napr. hydroxidom sodným, NaOH).
Na začiatku titrácie je vodivosť roztoku nízka. Je to preto, že slabá kyselina sa úplne nedisociuje. Keď sa pridá silná zásada, ako je hydroxid sodný, dôjde k reakcii s nedisociovanou kyselinou octovou za vzniku vody. Uvoľňovanie sodných a acetátových iónov zvyšuje vodivosť.
Bod ekvivalencie sa dosiahne, keď kyselina octová úplne zreagovala s hydroxidom sodným. Akonáhle sa to stane, vodivosť sa po pridaní ďalšieho hydroxidu sodného značne zvýši z hydroxidových iónov (výrazný príspevok) a sodíkových iónov (malý príspevok).
Molárna vodivosť je elektrická vodivosť plne disociovaného iónu vo vzťahu k molarite. Keďže každý typ iónu vedie elektrický prúd inak, molárna vodivosť je jedinečnou charakteristikou každého z nich (tabuľka 1).
Tabuľka 1. Molárna vodivosť rôznych iónov pri nekonečnom zriedení.
Senzory pre konduktometrické titrácie
Najdôležitejším parametrom, ktorý treba zvážiť pri výbere senzora pre konduktometrickú titráciu, je jeho rýchlosť odozvy. Keďže nás zaujíma zmena vodivosti, na absolútnej hodnote merania až tak nezáleží..
Z tohto dôvodu sú 4-pólová vodivostná meracia cela c = 0,5 cm-1 s Pt1000 termočlánkom (obrázok 3, vľavo) a 5-pólová vodivostná meracia cela c = 0,7 cm-1 s Pt1000 termočlánkom (obrázok 3, vpravo) od Metrohm na titrácie najvhodnejšie. Objímka 5-pólovej meracel cely sa pred meraním sníma.
Oba senzory sú ideálne na konduktometrickú titráciu – sú vysoko odolné a výnimočne robustné.
Výhody konduktometrickej titrácie
Konduktometrická titrácia má niekoľko výhod. Po prvé, nie je potrebný žiadny farebný indikátor a preto je možné titrovať farebné a zakalené vzorky. Po druhé, na všetky titrácie možno použiť jeden senzor. Po tretie, dokonca aj slabé kyseliny možno titrovať, pretože táto metóda poskytuje ostré koncové body aj pre tieto druhy vzoriek, ako bolo uvedené v príkladoch vyššie.
Výhody použitia konduktometrickej titrácie
- Jednoduchá manipulácia
- Bezúdržbová elektróda
- Nie je potrebná referenčná elektróda
- Nie je potrebný žiadny indikátor
- Možnosť titrovania veľmi zriedených roztokov až do 0,001 mol/L
Konduktometrická titrácia v systéme OMNIS je jednoduchá. V závislosti od reakcie môže používateľ ľahko upraviť parametre titrácie na dosiahnutie spoľahlivých výsledkov.
Ak je ťažké vyhodnotiť krivku, OMNIS ponúka používateľom komplexný súbor nástrojov. Softvér umožňuje použitie dotyčnicovú metódu (priesečník priamok) na vyhodnotenie krivky. Používatelia môžu tiež vytvoriť vyhodnocovacie okno na určenie konkrétnej oblasti, kde by sa mal identifikovať koncový bod. To sa dá flexibilne nastaviť pre vodivosť a aj objem.
Záver
Celkovo je konduktometrická titrácia cennou analytickou metódou na stanovenie koncentrácie iónových zlúčenín v roztokoch. Ponúka rýchlu a presnú alternatívu ku konvenčným titračným metódam a umožňuje analýzu iónového obsahu mnohých vzoriek.
Ponúka tiež niektoré výhody oproti klasickej potenciometrickej titrácii. Konduktometrická cela vykazuje vysokú odolnosť, nevyžaduje žiadne kondiciovanie a meracie cely možno bez námahy vyčistiť handričkou. Senzor nevyžaduje žiadnu údržbu. Keďže ióny zapojené do reakcie sa merajú priamo, nie je potrebný indikátor.
Softvér OMNIS od Metrohm zlepšuje efektivitu a presnosť konduktometrických titrácií.
Používateľ má maximálnu kontrolu nad analýzou a jej presnosť pomocou funkcií ako je: vyhladzovanie, definovanie lineárneho rozsahu, úprava váhových faktorov a flexibilné vyhodnotenie koncových bodov. Táto schopnosť zabezpečuje spoľahlivé vykonanie konduktometrických titrácií a získanie presných výsledkov. Softvér OMNIS je preto cenným riešením pre laboratóriá, ktoré chcú vykonávať konduktometrické titrácie.
Poznatky ktoré si môžete zobrať
Aplikačny buletin buletin: Titrimetric sulfate determination
Method 6: Conductometric titration with barium acetate in accordance with DIN 53127
