La titulación conductimétrica funciona donde otros métodos tienen dificultades
12 feb. 2024
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La titulación conductimétrica, también llamada titulación de conductividad, es un método analítico basado en el cambio de conductividad mientras se agrega un titulante. El cambio de conductividad de la solución se mide después de cada adición de titulante. Esto se hace con un sensor de conductividad. En este artículo de blog se ofrecen los principios, las ventajas y algunos ejemplos de titulación conductimétrica.
Introducción
Varias industrias, incluidos los sectores alimentario y petroquímico, utilizan titulaciones de conductividad. Este método permite la determinación de parámetros en muestras que a menudo son difíciles de cuantificar con otros enfoques de titulación. La titulación conductimétrica ofrece una solución valiosa a estos desafíos analíticos.
La titulación conductimétrica se puede utilizar en las siguientes situaciones:
- Titulaciones ácido-base: tanto acuosas como no acuosas.
- Titulaciones de precipitación: Cl-, Br-, I-, SO42-, R–S–R, R–SH
- Titulaciones complexométricas
¿Qué es la titulación conductimétrica?
El método analítico que se basa en el cambio de conductividad en una solución al agregar un titulante se llama titulación conductimétrica.
La conductividad total de una muestra es igual a la suma de las conductividades de los iones disociados individuales en la solución de medición. Durante la titulación, la conductividad cambia debido a la adición del titulante y la reacción entre el titulante y el analito. El punto final de la titulación se indica mediante una interrupción en la curva de titulación. Más adelante en el artículo se muestran ejemplos de esto.
Para obtener más información sobre la determinación de puntos finales, lea nuestra publicación de blog aquí.
¿Cuál es el proceso de una titulación conductimétrica?
La titulación de conductividad es una titulación de punto final monótona. Esto significa que el titulante se agrega en incrementos de volumen fijos.
La ejecución de esta tarea implica emplear un agitador magnético o suspendido, una punta dosificadora y el sensor de conductividad. Una consideración importante al realizar titulaciones de conductividad es el rápido tiempo de respuesta del sensor (consulte la sección sobre sensores para titulaciones de conductividad para más información).
Para todos los sensores con funda extraíble, las fundas se quitan. Además, la agitación se ajusta a una velocidad elevada. La limitación de la velocidad de agitación es que no debe haber entrada de aire en la muestra. Las burbujas de aire en el sensor provocan una señal inestable.
El Software Omnis de Metrohm evalúa las curvas típicas de titulación de conductividad medidas por el sensor de conductividad en la solución.
La conductividad varía para cada especie iónica
Los iones H+ y OH- ambos exhiben una alta conductividad iónica. Los iones en sí no se mueven, sino que transportan un protón o una brecha de protones a través del enlace de hidrógeno (Figura 1). Por lo tanto, los iones oxonio y los iones hidróxido tienen una conductividad iónica mucho mayor que la mayoría de los demás iones.
Contando los iones
Considere el ejemplo de una titulación conductimétrica de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio. La ecuación de la reacción química es la siguiente:
El ácido clorhídrico, al ser un ácido fuerte, se disocia completamente en agua. El hidróxido de sodio, una base fuerte, también se disocia completamente en agua. Como se indicó anteriormente, la conductividad medida es la suma de todos los iones disociados en las soluciones. Para obtener el valor de conductividad de una muestra, calcule la concentración de iones y sus constantes de disociación utilizando el conductividad molar de cada ion.
Como se muestra en Figura 2, muchos H+ y Cl- están presentes al comienzo de la titulación (a la izquierda). La concentración de Cl- no cambian durante la duración de la titulación. La presencia de iones cloruro contribuye a la conductividad general pero permanece sin cambios durante la titulación.
Luego se agrega hidróxido de sodio a la muestra. Esto presenta Na+ iones a la muestra, mejorando su conductividad. La cantidad de iones de sodio aumenta continuamente a lo largo de la titulación. Los iones de hidróxido del NaOH también tienen efecto. Los OH- neutralizan los iones hidronio, formando agua como se muestra en la ecuación anterior.
El valor de conductividad disminuye significativamente cuando los iones hidronio se excluyen de la conductividad total. La conductividad más baja se encuentra en el punto final de la titulación donde no hay presentes iones hidronio o hidróxido (Figura 2, centro).
Inmediatamente después del punto final la conductividad vuelve a aumentar bruscamente. Cuando se agrega más hidróxido de sodio, hay OH- presentes que ya no reaccionan con los iones de hidronio (porque no queda ninguno).
Los siguientes tres ejemplos explican diferentes situaciones que se encuentran comúnmente al realizar titulaciones ácido-base conductimétricas: titulación de un ácido fuerte con una base fuerte, titulación de un ácido fuerte con una base débil, y titulación de un ácido débil con una base fuerte.
Ésta es una curva de titulación conductimétrica típica de un ácido fuerte titulado con una base fuerte. La disminución de la conductividad como H+ Los iones se neutralizan siguiendo la explicación dada en el apartado anterior. Una vez alcanzado el punto final (mínimo de conductividad), los OH- del exceso de base contribuyen a la conductividad general, haciendo que la curva vuelva a subir.
Titulación conductimétrica de un ácido fuerte con una base débil
En este ejemplo, un ácido fuerte (p. ej., ácido clorhídrico, HCl) se titula con una base débil (p. ej., amoníaco, NH3).
Inicialmente, la conductividad de la solución es alta porque el ácido fuerte está completamente disociado. Al añadir la base débil se desencadena una reacción que forma iones amonio (NH4+). A medida que la base débil continúa reaccionando con el H+ iones, la conductividad de la solución disminuye gradualmente. Esto sucede porque la conductividad molar del NH4+ es mucho menor que el de H+.
El punto de equivalencia se produce cuando todos los iones de hidrógeno libres se neutralizan. Después, la conductividad vuelve a aumentar gradualmente a medida que El titulante de base débil sólo sufre una disociación parcial.
Titulación de conductividad de un ácido débil con una base fuerte
En este caso, la titulación de un ácido débil (p. ej., ácido acético, CH3COOH) se realiza con una base fuerte (p. ej., hidróxido de sodio, NaOH).
Al inicio de la titulación, la conductividad de la solución es baja. Esto se debe a que el ácido débil no se disocia por completo. Cuando se agrega una base fuerte como el hidróxido de sodio, se produce una reacción con el ácido acético no disociado para formar agua. La liberación de iones de sodio y acetato aumenta la conductividad.
El punto de equivalencia se alcanza cuando el ácido acético ha reaccionado completamente con el hidróxido de sodio. Una vez que esto sucede, la conductividad aumenta considerablemente desde los iones hidróxido (aporte principal) y los iones sodio (aporte menor) luego de agregar más hidróxido de sodio.
La conductividad molar es la conductividad eléctrica de un ion completamente disociado en relación con la molaridad. Como cada tipo de ion conduce la electricidad de manera diferente, la conductividad molar es una característica única de cada uno (tabla 1).
Tabla 1. Conductividad molar de diferentes iones en dilución infinita.
Sensores para titulaciones de conductividad
El parámetro más importante a considerar al seleccionar un sensor para la titulación de conductividad es su tiempo de respuesta. Como nos interesa el cambio en la conductividad, el valor absoluto de la medición no importa tanto.
Por esta razón, el Celda de medición de conductividad de 4 hilos c = 0,5 cm-1 con Pt1000 (figura 3, izquierda) y el Celda de medición de conductividad de 5 anillos c = 0,7 cm-1 con Pt1000 (figura 3, derecha) de Metrohm son los más adecuados. Antes de realizar la medición se retira el manguito del sensor de 5 anillos.
Ambos sensores son ideales para la titulación conductimétrica: son muy duraderos y excepcionalmente robustos.
Ventajas de la titulación conductimétrica
La titulación de conductividad tiene varias ventajas. En primer lugar, no se necesita ningún indicador de color y, por lo tanto, es posible titular muestras coloreadas y turbias. En segundo lugar, se puede utilizar un único sensor para todas las titulaciones. En tercer lugar, incluso los ácidos débiles pueden titularse, ya que este método proporciona puntos finales precisos para este tipo de muestras, como se muestra en el ejemplo anterior.
Ventajas de utilizar la titulación conductimétrica
- Fácil de manejar
- Electrodo sin mantenimiento
- No se necesita electrodo de referencia
- No se requiere indicador
- Posibilidad de titular soluciones muy diluidas hasta 0.001 mol/L
La titulación conductimétrica en OMNIS es sencilla de ejecutar. Dependiendo de la reacción, el usuario puede ajustar fácilmente los parámetros de titulación para lograr resultados confiables.
Si una curva es difícil de evaluar, OMNIS ofrece a los usuarios una completa caja de herramientas. El software permite agregar tangentes óptimas (líneas rectas) a la curva. Además, los usuarios pueden establecer una ventana de medición para señalar el área específica donde se debe identificar el punto final. Éste se puede ajustar de forma flexible tanto para la conductividad como para el volumen.
Conclusión
En general, la titulación de conductividad es un método analítico valioso para determinar la concentración de compuestos iónicos en soluciones. Ofrece una alternativa rápida y precisa a los métodos de titulación convencionales y permite examinar muchas muestras para determinar su contenido iónico.
También ofrece algunas ventajas sobre la titulación potenciométrica clásica. El sensor de conductividad muestra alta durabilidad, requiere sin precondicionamiento, y puede ser limpiado sin esfuerzo con un paño. El sensor requiere sin mantenimiento. Dado que los iones implicados en la reacción se miden directamente, no es necesario ningún indicador.
El software OMNIS de Metrohm mejora la eficiencia y precisión de la titulación conductimétrica.
El usuario tiene el máximo control y precisión sobre el análisis con funciones como suavizado, definición de rango lineal, ajuste de factores de ponderación y evaluación flexible de puntos finales. Esta capacidad garantiza un rendimiento confiable de las titulaciones de conductividad y la adquisición de resultados precisos. Por lo tanto, el software OMNIS es una solución valiosa para los laboratorios que desean realizar titulaciones conductimétricas.
