Konduktometrická titrácia funguje tam, kde iné metódy začínajú zlyhávať

12. 2. 2024

Produkt

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-, SO₄^2-, 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.

Rozpoznanie koncových bodov (EP)

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.

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..

Konduktometrická titrácia silnej 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.

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.

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.