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A titulação condutométrica, também chamada de titulação de condutividade, é um método analítico baseado na mudança de condutividade durante a adição de um titulante. A mudança na condutividade da solução é medida após cada adição de titulante. Isso é feito com um sensor de condutividade. Princípios, vantagens e alguns exemplos de titulação condutométrica são fornecidos neste artigo do blog.
Introdução
Várias indústrias, incluindo os setores alimentício e petroquímico, utilizam titulações de condutividade. Este método permite a determinação de parâmetros em amostras que muitas vezes são difíceis de quantificar com outras abordagens de titulação. A titulação condutométrica oferece uma solução valiosa para esses desafios analíticos.
A titulação condutométrica pode ser usada nas seguintes situações:
- Titulações ácido-base: aquosas e não aquosas
- Titulações de precipitação: Cl-, irmão-, EU-, ENTÃO42-, R–S–R, R–SH
- Titulações complexométricas
O que é titulação condutométrica?
O método analítico que se baseia na mudança de condutividade em uma solução ao adicionar um titulante é denominado titulação condutométrica.
A condutividade geral de uma amostra é igual à soma das condutividades dos íons dissociados individuais na solução de medição. Durante a titulação, a condutividade muda com a adição do titulante e a reação entre o titulante e o analito. O ponto final da titulação é indicado por uma quebra na curva de titulação. Exemplos disso são mostrados posteriormente neste artigo.
Para obter mais informações sobre a determinação de endpoints, leia nossa postagem no blog aqui.
Qual é o processo de uma titulação condutométrica?
A titulação de condutividade é uma titulação de ponto final monotônica. Isto significa que o titulante é adicionado em incrementos de volume fixos.
A execução desta tarefa envolve o emprego de um agitador magnético ou suspenso, uma ponta de dosagem e o sensor de condutividade. Uma consideração importante ao realizar titulações de condutividade é um tempo de resposta rápido do sensor (consulte a seção sobre sensores para titulações de condutividade Para maiores informações).
Para todos os sensores com capa removível, as capas são retiradas. Além disso, a agitação é ajustada para uma taxa elevada. A limitação da velocidade de agitação é que não deve haver entrada de ar na amostra. Bolhas de ar no sensor resultam em um sinal instável.
O Software Omnis da Metrohm avalia as curvas típicas de titulação de condutividade medidas pelo sensor de condutividade na solução.
A condutividade varia para cada espécie iônica
Os íons H+ e OH- ambos exibem alta condutividade iônica. Os próprios íons não se movem, mas transportam um próton ou uma lacuna de próton através da ligação de hidrogênio (figura 1). Portanto, os íons oxônio e os íons hidróxido têm uma condutividade iônica muito maior do que a maioria dos outros íons.
Contando os íons
Considere o exemplo de uma titulação condutométrica de ácido clorídrico com hidróxido de sódio. A equação da reação química é a seguinte:
O ácido clorídrico, sendo um ácido forte, dissocia-se completamente em água. O hidróxido de sódio, uma base forte, também se dissocia completamente em água. Como afirmado anteriormente, a condutividade medida é a soma de todos os íons dissociados nas soluções. Para obter o valor de condutividade de uma amostra, calcule a concentração de íons e suas constantes de dissociação usando o condutividade molar de cada íon.
Como mostrado em Figura 2, muitos H+ e Cl- íons estão presentes no início da titulação (à esquerda). A concentração do Cl- os íons não mudam ao longo da titulação. A presença dos íons cloreto contribui para a condutividade geral, mas permanece inalterada durante a titulação.
Em seguida, o hidróxido de sódio é adicionado à amostra. Isso apresenta Na+ íons para a amostra, aumentando sua condutividade. A quantidade de íons sódio aumenta continuamente ao longo da titulação. Os íons hidróxido do NaOH também têm efeito. O OH- os íons neutralizam os íons hidrônio, formando água conforme mostrado na equação acima.
O valor da condutividade diminui significativamente quando os íons hidrônio são excluídos da condutividade total. A condutividade mais baixa é encontrada no ponto final da titulação, onde nenhum íon hidrônio ou hidróxido está presente (Figura 2, Centro).
Imediatamente após o ponto final, a condutividade aumenta acentuadamente novamente. Quando mais hidróxido de sódio é adicionado, OH- estão presentes íons que não reagem mais com os íons hidrônio (porque não sobrou nenhum).
Os três exemplos a seguir explicam diferentes situações que são comumente encontradas ao realizar titulações ácido-base condutométricas: titulação de um ácido forte com uma base forte, titulação de um ácido forte com uma base fraca, e titulação de um ácido fraco com uma base forte.
Esta é uma curva de titulação condutométrica típica de um ácido forte titulado com uma base forte. A diminuição da condutividade como H+ íons são neutralizados segue a explicação dada na seção anterior. Após o ponto final ser atingido (condutividade mínima), o OH- os íons da base em excesso contribuem para a condutividade geral, fazendo a curva subir novamente.
Titulação condutométrica de um ácido forte com uma base fraca
Neste exemplo, um ácido forte (por exemplo, ácido clorídrico, HCl) é titulado com uma base fraca (por exemplo, amônia, NH3).
Inicialmente, a condutividade da solução é alta porque o ácido forte está totalmente dissociado. Ao adicionar a base fraca, é desencadeada uma reação que forma íons amônio (NH4+). À medida que a base fraca continua a reagir com o H+ íons, a condutividade da solução diminui gradualmente. Isso acontece porque a condutividade molar do NH4+ é muito inferior ao de H+.
O ponto de equivalência ocorre quando todos os íons de hidrogênio livres são neutralizados. Depois disso, a condutividade aumenta gradualmente novamente à medida que o o titulante de base fraca sofre apenas dissociação parcial.
Titulação da condutividade de um ácido fraco com uma base forte
Neste caso, a titulação de um ácido fraco (por exemplo, ácido acético, CH3COOH) é realizada com uma base forte (por exemplo, hidróxido de sódio, NaOH).
No início da titulação, a condutividade da solução é baixa. Isso ocorre porque o ácido fraco não se dissocia totalmente. Quando uma base forte como o hidróxido de sódio é adicionada, ocorre uma reação com o ácido acético não dissociado para formar água. A liberação de íons sódio e acetato aumenta a condutividade.
O ponto de equivalência é alcançado quando o ácido acético reagiu completamente com o hidróxido de sódio. Quando isso acontece, a condutividade aumenta consideravelmente dos íons hidróxido (contribuição principal) e dos íons sódio (contribuição menor) após a adição de mais hidróxido de sódio.
A condutividade molar é a condutividade elétrica de um íon totalmente dissociado em relação à molaridade. Como cada tipo de íon conduz eletricidade de maneira diferente, a condutividade molar é uma característica única de cada um (tabela 1).
Tabela 1. Condutividade molar de diferentes íons em diluição infinita.
Sensores para titulações de condutividade
O parâmetro mais importante a considerar ao selecionar um sensor para titulação de condutividade é o seu tempo de resposta. Como estamos interessados na mudança na condutividade, o valor absoluto da medição não importa tanto.
Por esta razão, o Célula de medição de condutividade de 4 fios c = 0,5 cm-1 com Pt1000 (Figura 3, esquerda) e o Célula de medição de condutividade de 5 anéis c = 0,7 cm-1 com Pt1000 (Figura 3, à direita) da Metrohm são os mais adequados. A capa do sensor de 5 anéis é retirada antes da medição.
Ambos os sensores são ideais para titulação condutométrica – são altamente duráveis e excepcionalmente robustos.
Vantagens da titulação condutométrica
A titulação da condutividade tem diversas vantagens. Primeiro, não é necessário nenhum indicador de cor e, portanto, é possível titular amostras coloridas e turvas. Segundo, um único sensor pode ser usado para todas as titulações. Terceiro, mesmo ácidos fracos podem ser titulados, uma vez que este método fornece pontos finais nítidos para estes tipos de amostras, como mostrado no exemplo acima.
Vantagens de usar titulação condutométrica
- Easy handling
- Maintenance-free electrode
- No reference electrode needed
- No indicator required
- Possibility to titrate very dilute solutions down to 0.001 mol/L
A titulação condutométrica no OMNIS é simples de executar. Dependendo da reação, o usuário pode ajustar facilmente os parâmetros de titulação para obter resultados confiáveis.
Se uma curva for difícil de avaliar, o OMNIS oferece aos usuários uma caixa de ferramentas abrangente. O software permite a adição de tangentes ótimas (linhas retas) à curva. Além disso, os usuários podem estabelecer uma janela de medição para identificar a área específica onde o endpoint deve ser identificado. Isto pode ser ajustado de forma flexível tanto para a condutividade quanto para o volume.
Conclusão
No geral, a titulação da condutividade é um método analítico valioso para determinar a concentração de compostos iônicos em soluções. Ele oferece uma alternativa rápida e precisa aos métodos convencionais de titulação e permite o exame de muitas amostras quanto ao seu conteúdo iônico.
Também oferece algumas vantagens sobre a titulação potenciométrica clássica. O sensor de condutividade exibe alta durabilidade, requer sem pré-condicionamento, e pode ser limpo sem esforço com um pano. O sensor requer sem manutenção. Como os íons envolvidos na reação são medidos diretamente, não há necessidade de indicador.
O software OMNIS da Metrohm melhora a eficiência e a precisão da titulação condutométrica.
O usuário tem controle e precisão máximos sobre a análise com funções como suavização, definição de faixa linear, ajuste de fatores de ponderação e avaliação flexível de endpoints. Esse recurso garante desempenho confiável de titulações de condutividade e aquisição de resultados precisos. O software OMNIS é, portanto, uma solução valiosa para laboratórios que desejam realizar titulações condutométricas.
