Konduktometri

Konduktometri är ett mått på elektrolytisk konduktivitet för att övervaka en kemisk reaktions framsteg. Konduktometri har anmärkningsvärd tillämpning inom analytisk kemi , där konduktometrisk titrering är en standardteknik. I vanlig analytisk kemipraxis används termen konduktometri som en synonym för konduktometrisk titrering medan termen konduktimetri används för att beskriva icke-titrativa tillämpningar. Konduktometri används ofta för att bestämma den totala konduktansen för en lösning eller för att analysera slutpunkten för titreringar som inkluderar joner.

Historia

Konduktiva mätningar började redan på 1700-talet, då Andreas Baumgartner märkte att salt- och mineralvatten från Bad Gastein i Österrike ledde elektricitet. Som sådan började användningen av konduktometri för att bestämma vattenrenheten, som ofta används idag för att testa effektiviteten hos vattenreningssystem, 1776. Friedrich Kohlrausch utvecklade konduktometrin ytterligare på 1860-talet när han applicerade växelström på vatten, syror och andra lösningar. Det var också vid denna tidpunkt när Willis Whitney, som studerade växelverkan mellan svavelsyra- och kromsulfatkomplex, hittade den första konduktometriska slutpunkten. Dessa fynd kulminerade i potentiometriska titreringar och det första instrumentet för volymetrisk analys av Robert Behrend 1883 samtidigt som klorid och bromid titrerades med _HgNO3 . Denna utveckling gjorde det möjligt att testa lösligheten av salter och vätejonkoncentration, såväl som syra/bas- och redoxtitrering. Konduktometrin förbättrades ytterligare med utvecklingen av glaselektroden, som började 1909.

Titrering

Konduktometrisk titrering är en typ av titrering där den elektrolytiska konduktiviteten hos reaktionsblandningen kontinuerligt övervakas när en reaktant tillsätts. Ekvivalenspunkten är den punkt där konduktiviteten genomgår en plötslig förändring . Markant ökning eller minskning av konduktansen är förknippad med de förändrade koncentrationerna av de två högst ledande jonerna - väte- och hydroxyljonerna. Metoden kan användas för titrering av färgade lösningar eller homogen suspension (t.ex. trämassasuspension), som inte kan användas med normala indikatorer .

Syra-bastitrering och redoxtitrering utförs ofta där vanliga indikatorer används för att lokalisera slutpunkten, t.ex. metylorange, fenolftalein för syrabastitrering och stärkelselösningar för redoxprocesser av jodometrisk typ. Mätningar av elektrisk konduktans kan dock också användas som ett verktyg för att lokalisera slutpunkten.

Exempel: titrering av en HCl-lösning med den starka basen NaOH. När titreringen fortskrider neutraliseras protonerna för att bilda vatten genom tillsats av NaOH. För varje tillsatt mängd NaOH avlägsnas ekvivalent mängd vätejoner. ersätts den mobila H ^{+ -katjonen med den mindre rörliga Na +} -jonen, och konduktiviteten hos den titrerade lösningen såväl som den uppmätta konduktansen hos cellen faller. Detta fortsätter tills ekvivalenspunkten uppnås, vid vilken man får en lösning av natriumklorid, NaCl. Om mer bas tillsätts, observeras en ökning i konduktivitet eller konduktans, eftersom fler joner Na ⁺ och OH ^- tillsätts och neutralisationsreaktionen inte längre tar bort en märkbar mängd H ⁺ . Följaktligen, vid titrering av en stark syra med en stark bas, har konduktansen ett minimum vid ekvivalenspunkten. Detta minimum kan användas, istället för ett indikatorfärgämne, för att bestämma slutpunkten för titreringen. Den konduktometriska titreringskurvan är en kurva över de uppmätta konduktans- eller konduktivitetsvärdena som en funktion av volymen av den tillsatta NaOH-lösningen. Titreringskurvan kan användas för att grafiskt bestämma ekvivalenspunkten.

För reaktion mellan en svag syra och en svag bas i början minskar konduktiviteten lite då de få tillgängliga H ⁺ -jonerna förbrukas. Sedan ökar konduktiviteten något upp till ekvivalenspunktsvolymen, på grund av bidraget från saltkatjonen och anjonen.(Detta bidrag vid en stark syrastark bas är försumbart och beaktas inte där.) Efter att ekvivalenspunkten har uppnåtts konduktiviteten ökar snabbt på grund av överskottet av OH ^- joner.