La titolazione conduttometrica funziona dove altri metodi falliscono
12 feb 2024
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La titolazione conduttimetrica, chiamata anche titolazione di conducibilità, è un metodo analitico basato sulla variazione della conduttività durante l'aggiunta di un titolante. La variazione della conduttività della soluzione viene misurata dopo ogni aggiunta di titolante. Questo viene fatto con un sensore di conducibilità. Principi, vantaggi e alcuni esempi di titolazione conduttimetrica sono forniti in questo articolo del blog.
Introduzione
Varie industrie, compresi i settori alimentare e petrolchimico, utilizzano titolazioni di conducibilità. Questo metodo consente la determinazione di parametri nei campioni che spesso sono difficili da quantificare con altri approcci di titolazione. La titolazione conduttometrica offre una valida soluzione a queste sfide analitiche.
La titolazione conduttometrica può essere utilizzata nelle seguenti situazioni:
- Titolazioni acido-base: sia acquose che non acquose
- Titolazioni delle precipitazioni: Cl-, Br-, I-, SO42-, R–S–R, R–SH
- Titolazioni complessometriche
Cos'è una titolazione conduttimetrica?
Il metodo analitico che si basa sulla variazione di conduttività in una soluzione durante l'aggiunta di un titolante è chiamato titolazione conduttimetrica.
La conduttività complessiva di un campione è uguale alla somma delle conduttività dei singoli ioni dissociati nella soluzione di misurazione. Durante la titolazione, la conduttività cambia a causa dell'aggiunta del titolante e della reazione tra titolante e analita. Il punto finale della titolazione è indicato da un'interruzione nella curva di titolazione. Esempi di ciò sono mostrati più avanti nell'articolo.
Per ulteriori informazioni sulla determinazione degli endpoint, leggi il nostro post sul blog qui.
Come si esegue?
La titolazione della conducibilità è una titolazione del punto finale monotonica. Ciò significa che il titolante viene aggiunto con incrementi di volume fissi.
L'esecuzione di questa attività prevede l'utilizzo di un agitatore magnetico o sopraelevato, una punta di dosaggio e il sensore di conducibilità. Una considerazione importante quando si eseguono titolazioni di conducibilità è un tempo di risposta rapido del sensore (vedi la sezione sensori per la titolazione conduttimetrica per maggiori informazioni).
Per tutti i sensori con guaina rimovibile, le guaine vengono tolte. Inoltre, l'agitazione viene regolata ad una velocità elevata. La limitazione della velocità di agitazione è che non dovrebbe esserci alcuna aspirazione d'aria nel campione. Le bolle d'aria sul sensore provocano un segnale instabile.
Il software OMNIS di Metrohm valuta le tipiche curve di titolazione della conducibilità misurate dal sensore di conducibilità nella soluzione.
La conducibilità varia per ogni specie ionica
Gli ioni H+ e OH- mostrano entrambi un'elevata conduttività ionica. Gli ioni stessi non si muovono, ma trasportano piuttosto un protone o un gap protonico attraverso il legame idrogeno (Figura 1). Pertanto, gli ioni ossonio e gli ioni idrossido hanno una conduttività ionica molto più elevata rispetto alla maggior parte degli altri ioni.
Contare gli ioni
Consideriamo l'esempio di una titolazione conduttimetrica dell'acido cloridrico con idrossido di sodio. L’equazione della reazione chimica è la seguente:
L'acido cloridrico, essendo un acido forte, si dissocia completamente in acqua. Anche l'idrossido di sodio, una base forte, si dissocia completamente in acqua. Come affermato in precedenza, la conduttività misurata è la somma di tutti gli ioni dissociati nelle soluzioni. Per ottenere il valore di conducibilità di un campione, calcolare la concentrazione degli ioni e le loro costanti di dissociazione utilizzando la conducibilità molare di ogni ione.
Come mostrato nella Figura 2, all'inizio della titolazione (a sinistra) sono presenti molti ioni H+ e Cl-. La concentrazione degli ioni Cl- non cambia durante la durata della titolazione. La presenza degli ioni cloruro contribuisce alla conduttività complessiva ma rimane invariata durante la titolazione.
Quindi l'idrossido di sodio viene aggiunto al campione. Ciò introduce ioni Na+ nel campione, migliorandone la conduttività. La quantità di ioni sodio aumenta continuamente nel corso della titolazione. Anche gli ioni idrossido di NaOH hanno un effetto. Gli ioni OH- neutralizzano gli ioni idronio, formando acqua come mostrato nell'equazione sopra.
Il valore di conducibilità diminuisce significativamente quando gli ioni idronio vengono esclusi dalla conducibilità totale. La conduttività più bassa si trova al punto finale della titolazione dove non sono presenti ioni idronio o idrossido (Figura 2, al centro).
Immediatamente dopo il punto finale, la conduttività aumenta nuovamente bruscamente. Quando si aggiunge più idrossido di sodio, sono presenti ioni OH- che non reagiscono più con gli ioni idronio (perché non ne rimangono).
I tre esempi seguenti spiegano le diverse situazioni che si incontrano comunemente quando si eseguono titolazioni acido-base conduttometriche: titolazione di un acido forte con una base forte, titolazione di un acido forte con una base debole, e titolazione di un acido debole con una base forte.
Questa è una tipica curva di titolazione conduttimetrica di un acido forte titolato con una base forte. La diminuzione della conduttività man mano che gli ioni H+ vengono neutralizzati segue la spiegazione fornita nella sezione precedente. Una volta raggiunto il punto finale (conduttività minima), gli ioni OH- della base in eccesso contribuiscono alla conduttività complessiva, facendo risalire la curva.
Titolazione conduttometrica di un acido forte con una base debole
In questo esempio, un acido forte (ad esempio acido cloridrico, HCl) viene titolato con una base debole (ad esempio ammoniaca, NH3).
Inizialmente, la conduttività della soluzione è elevata perché l'acido forte è completamente dissociato. Quando si aggiunge la base debole si innesca una reazione che forma ioni ammonio (NH4+). Poiché la base debole continua a reagire con gli ioni H+, la conduttività della soluzione diminuisce gradualmente. Ciò accade perché la conduttività molare di NH4+ è molto inferiore a quella di H+.
Il punto equivalente si verifica quando tutti gli ioni idrogeno liberi vengono neutralizzati. Successivamente la conduttività aumenta nuovamente gradualmente poiché la base debole del titolante subisce solo una dissociazione parziale.Inizialmente, la conduttività della soluzione è elevata perché l'acido forte è completamente dissociato. Quando si aggiunge la base debole si innesca una reazione che forma ioni ammonio (NH4+). Poiché la base debole continua a reagire con gli ioni H+, la conduttività della soluzione diminuisce gradualmente. Ciò accade perché la conduttività molare di NH4+ è molto inferiore a quella di H+.
Il punto equivalente si verifica quando tutti gli ioni idrogeno liberi vengono neutralizzati. Successivamente la conduttività aumenta nuovamente gradualmente poiché la base debole del titolante subisce solo una dissociazione parziale.
Titolazione della conducibilità di un acido debole con una base forte
In questo caso, la titolazione di un acido debole (ad esempio acido acetico, CH3COOH) viene eseguita con una base forte (ad esempio idrossido di sodio, NaOH).
All'inizio della titolazione la conduttività della soluzione è bassa. Questo perché l'acido debole non si dissocia completamente. Quando viene aggiunta una base forte come l'idrossido di sodio, avviene una reazione con l'acido acetico non dissociato per formare acqua. Il rilascio di ioni sodio e acetato aumenta la conduttività.
Il punto equivalente viene raggiunto quando l'acido acetico ha reagito completamente con l'idrossido di sodio. Una volta che ciò accade, la conduttività aumenta considerevolmente dagli ioni idrossido (contributo principale) e dagli ioni sodio (contributo minore) dopo aver aggiunto più idrossido di sodio.
La conduttività molare è la conduttività elettrica di uno ione completamente dissociato in relazione alla molarità. Poiché ogni tipo di ione conduce l'elettricità in modo diverso, la conduttività molare è una caratteristica unica di ciascuno (Tabella 1).
Tabella 1. Conduttività molare di diversi ioni a diluizione infinita.
Sensori per la titolazione conduttimetrica
Il parametro più importante da considerare quando si seleziona un sensore per la titolazione della conducibilità è il tempo di risposta. Poiché siamo interessati al cambiamento della conduttività, il valore di misurazione assoluto non ha molta importanza.
Per questa ragione la celle di misura della conducibilità c = 0.5 cm-1 con Pt1000 (Figura 3, sinistra) e la cella di misura della conducibilità c = 0.7 cm-1 con Pt1000 (Figura 3, destra) di Metrohm sono le più adatte.
Entrambi i sensori sono ideali per la titolazione conduttometrica: sono estremamente durevoli ed eccezionalmente robusti.
Vantaggi della titolazione conduttimetrica
La titolazione della conduttività presenta numerosi vantaggi. Innanzitutto non è necessario alcun indicatore di colore e quindi è possibile titolare campioni colorati e torbidi. In secondo luogo, è possibile utilizzare un unico sensore per tutte le titolazioni. In terzo luogo, anche gli acidi deboli possono essere titolati poiché questo metodo fornisce punti finali netti per questo tipo di campioni, come mostrato nell'esempio sopra.
Vantaggi della titolazione conduttimetrica
- Semplice
- Nessuna manutenzione degli elettrodi
- Non serve l'elettrodo di riferimento
- Non serve l'indicatore
- Possibilità di titolare soluzioni molto diluite fino a 0,001 mol/L
La titolazione conduttometrica in OMNIS è semplice da eseguire. A seconda della reazione, l'utente può facilmente regolare i parametri di titolazione per ottenere risultati affidabili.
Se una curva è difficile da valutare, OMNIS offre agli utenti una serie di strumenti completi. Il software consente l'aggiunta di tangenti ottimali (linee rette) alla curva. Inoltre, gli utenti possono stabilire una finestra di misurazione per individuare l'area specifica in cui identificare l'endpoint. Questo può essere regolato in modo flessibile sia per la conduttività che per il volume.
Conclusioni
Nel complesso, la titolazione della conduttività è un metodo analitico prezioso per determinare la concentrazione di composti ionici nelle soluzioni. Offre un'alternativa rapida e precisa ai metodi di titolazione convenzionali e consente l'esame del contenuto ionico di molti campioni.
Offre anche alcuni vantaggi rispetto alla titolazione potenziometrica classica. Il sensore di conducibilità presenta un'elevata durata, non richiede precondizionamento e può essere pulito facilmente con un panno. Il sensore non richiede manutenzione. Poiché gli ioni coinvolti nella reazione vengono misurati direttamente, non è necessario un indicatore.
Il software OMNIS di Metrohm migliora l'efficienza e l'accuratezza della titolazione conduttometrica.
L'utente ha il massimo controllo e precisione sull'analisi con funzioni come livellamento, definizione dell'intervallo lineare, regolazione dei fattori di ponderazione e valutazione flessibile degli endpoint. Questa funzionalità garantisce prestazioni affidabili delle titolazioni di conducibilità e l'acquisizione di risultati accurati. Il software OMNIS è quindi una soluzione preziosa per i laboratori che desiderano eseguire titolazioni conduttimetriche.
