KONDUKTOMETRIA

KONDUKTOMETRIA
Konduktometria
Metoda elektroanalityczna oparta na pomiarze przewodnictwa
elektrolitycznego, którego wartość ulega zmianie wraz ze
zmianą stęŜenia jonów zawartych w roztworze.
Przewodnictwo elektrolityczne
Zjawisko skierowanego przenoszenia ładunku elektrycznego
przez dodatnie i ujemne jony znajdujące się w roztworze
elektrolitu pod wpływem przyłoŜonego zewnętrznego pola
elektrycznego.
Przewodnictwo elektrolityczne zaleŜy od:
• ruchliwości jonów – limitowana wielkością i ładunkiem
jonów oraz rodzajem rozpuszczalnika,
• stęŜenia elektrolitu,
• temperatury roztworu,
• obecności innych związków zdysocjowanych.
Przewodnictwo roztworów rozcieńczonych
Przewodnictwo roztworów stęŜonych
Wpływ temperatury na przewodnictwo właściwe roztworu NaCl
W wodnych roztworach o duŜym rozcieńczeniu w temperaturze
25oC ruchliwość jonów niewiele się róŜni od siebie i wynosi:
~5·10-4
-
+
Ruchliwość jonów OH i H3O :
OH- = 20,5·10-4
; H3O+ = 36,2·10-4
Ruchliwość jonów moŜna zapisać w szeregu:
dowolny jon < OH- < H3O+
Miarą przewodnictwa elektrolitu jest przewodnictwo właściwe,
które definiujemy jako przewodnictwo 1 cm3 roztworu.
Większość konduktometrów mierzy przewodnictwo właściwe,
które moŜna obliczyć ze wzoru:
,gdzie: σ – konduktywność (przewodność właściwa), R – opór
elektrolitu [Ω] o przekroju S [m2] i długości l [m]; ρ – opór
właściwy [Ω·m].
Rzadziej stosuje się przewodność elektryczną roztworu (λ):
,gdzie: R – opór roztworu [Ω].
Miareczkowanie konduktometryczne:
Miareczkowanie w układzie kwas – zasada:
a) Miareczkowanie mocnego kwasu HX mocną zasadą MOH lub
odwrotnie.
Przykład: miareczkowanie kwasu solnego za pomocą
wodorotlenku potasu.
H+ + Cl- + K+ + OH- ↔ H2O + K++ Cl-
Krzywa miareczkowania mocnego kwasu przy uŜyciu mocnej zasady
Podczas miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą
ruchliwe jony hydroniowe (H3O+) zostają związane w
niezdysocjowane cząsteczki wody. Na ich miejsce pojawiają
się mniej ruchliwe jony metalu. Po przekroczeniu punktu
końcowego
miareczkowania
(PK)
zaczyna
rosnąć
przewodnictwo ze względu na wzrost stęŜenia jonów
wodorotlenkowych (OH-).
b) Miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą.
Przykład: Reakcja kwasu octowego z wodorotlenkiem sodu.
CH3COOH + Na+ + OH- ↔ CH3COO- + Na+ + H2O
Krzywa miareczkowania słabego kwasu mocną zasadą
Początkowe zmniejszenie przewodnictwa spowodowane jest
wiązaniem
niewielkiej
ilości
jonów
hydroniowych
pochodzących ze słabo dysocjowanego kwasu. Następnie
wzrost przewodności jest wynikiem tworzenia dobrze
dysocjującej soli (octanu sodu). Po przekroczeniu PK
następuje silny wzrost przewodnictwa w wyniku pojawienia się
jonów wodorotlenkowych.
c) Miareczkowanie słabego kwasu słabą zasadą lub odwrotnie.
Przykład: Miareczkowanie kwasu octowego wodorotlenkiem
amonu.
CH3COOH + NH4OH ↔ NH4+ + CH3COO- + H2O
Krzywa miareczkowania kwasu octowego, zasadą amonową
Początkowe zmniejszenie przewodnictwa spowodowane jest
wiązaniem
niewielkiej
ilości
jonów
hydroniowych
pochodzących ze słabo dysocjowanego kwasu. Potem
przewodność rośnie na skutek tworzenia się jonu amonowego
(NH4+), a po przekroczeniu PK ustala się na pewnym poziomie
gdyŜ przewodność trudno dysocjującego NH4OH jest
niewielka.
d) Miareczkowanie mocnego kwasu słabą zasadą.
Przykład: Reakcja kwasu solnego z wodorotlenkiem amonu.
H+ + Cl- + NH4OH ↔ NH4+ + Cl- + H2O
Krzywa miareczkowania mocnego kwasu przy uŜyciu słabej zasady
Podczas miareczkowania mocnego kwasu słabą zasadą
ruchliwe jony hydroniowe (H3O+) zostają związane w
niezdysocjowane cząsteczki wody. Po neutralizacji kwasu
przewodność właściwa ustala się na pewnym poziomie gdyŜ
przewodność trudno dysocjującego NH4OH jest niewielka.
e) Miareczkowanie mieszaniny mocnego i słabego kwasu przy
uŜyciu mocnej zasady.
Przykład: Reakcja kwasu solnego i kwasu octowego z
wodorotlenkiem sodu.
H+ + Cl- + CH3COOH + 2Na+ + 2OH- ↔ Na+ + CH3COO+ Na+ +Cl- + 2H2O
Krzywa miareczkowania mieszaniny kwasu solnego i octowego za
pomocą wodorotlenku sodu
Przed PK1 wykres zachowuję się jak przy miareczkowaniu
mocnego kwasu mocną zasadą. Po punkcie PK1 krzywa
przyjmuje postać miareczkowania słabego kwasu mocną
zasadą.
Najpierw reaguje mocniejszy kwas o większej stałej dysocjacji.
Zadanie: obliczenie całkowitej zawartości kwasów
zawartych w soku owocowym w przeliczeniu na kwas
jabłkowy.
Na
podstawie
wykresu
sporządzonego
z
danych
doświadczalnych wyznacza się objętość trójetanoloaminy,
która odpowiada punktowi PK.
Krzywa miareczkowania kwasu jabłkowego, trójetanoloaminą.
mol
Znając stęŜenie molowe trójetanoloaminy (0,5000 dm3 ) oraz
objętość jaka została zuŜyta do zobojętnienia (estryfikacji)
kwasu jabłkowego, moŜemy napisać proporcję:
0,5000 mola trójetanoloaminy – 1000 cm3 roztworu
x mola trójetanoloaminy – 5 cm3 roztworu
x = 0,0025 mola trójetanoloaminy
czyli w 5 cm3 roztworu trójetanoloaminy, która została zuŜyta
do zmiareczkowania (zobojętnienia) kwasu jabłkowego
znajduje się 0,0025 mola trójetanoloaminy.
Na podstawie równania reakcji moŜna stwierdzić, Ŝe do
zobojętnienia 3 moli kwasu jabłkowego potrzeba 2 moli
trójetanoloaminy. Z tego wynika:
3 mole kw. jabłkowego – 2 mole trójetanoloaminy
x mola kw. jabłkowego – 0,0025 mola trójetanoloaminy
x = 0,00375 mola kw. jabłkowego zostało zobojętnione przez
0,0025 mola trójetanoloaminy
tyle moli kwasu jabłkowego znajduje się w porcji wziętej do
analizy (10g soku), teraz pozostaje obliczyć:
ile gramów kwasu jabłkowego stanowi 0,00375 mola tego
kwasu ?
W tym celu naleŜy obliczyć masę cząsteczkową kwasu
jabłkowego.
Kwas jabłkowy zbudowany jest z 4 atomów C, 5 at. O i 6 at. H.
HOOC-CH2-CH(OH)-COOH
Masy molowe poszczególnych pierwiastków wynoszą:
MC = 12
,
MO = 16
,
MH = 1
,
a zatem masa cząsteczkowa kwasu jabłkowego wynosi:
Mkw. jabłkowego = 4·12+5·16+6·1 = 134
Na podstawie znajomości ilości moli kwasu jabłkowego w 10 g
soku jabłkowego oraz znajomości masy cząsteczkowej tego
kwasu moŜna wyliczyć masę kwasu jabłkowego w 10 g soku
owocowego.
1 mol kw. jabłkowego – 134 g kw. jabłkowego
0,00375 mola kw. jabłkowego – x g kw. jabłkowego
x = 0,5025g kw. jabłkowego
Tyle gram kwasów znajduje się w 10g soku wziętego do analizy
w przeliczeniu na kwas jabłkowy.
Zwykle podaje się zawartość kwasów w przeliczeniu na kwas
jabłkowy w 100g produktu, dlatego uzyskany wynik naleŜy
przeliczyć na 100g soku:
w 10 g soku – 0,5025 g kwasów
w 100g soku – x g kwasów
x = 5,025 g – zawartość kwasów w 100g soku
Odpowiedź:
W badanym soku zawartość kwasów w przeliczeniu na
kwas jabłkowy stanowi ~5% wagowych produktu (soku).
Imię i nazwisko:
Data wykonania ćwiczenia:
Grupa:
Data oddania sprawozdania:
Ocena:
Temat:
1. Wstęp teoretyczny:
Wyjaśnij pojęcia:
• konduktometria (definicja i zastosowanie)
• przewodnictwo elektrolityczne (def. i od czego zaleŜy)
• miareczkowanie
konduktometryczne
(krzywe
miareczkowania
konduktometrycznego
wraz
z
przykładowymi reakcjami chemicznymi)
2. Przebieg ćwiczenia:
Wszystkie etapy po kolei w punktach, jak było wykonywane
ćwiczenie.
3. Opracowanie wyników:
• uzyskane wyniki miareczkowania zanotować w tabeli,
• wykreślić zaleŜność przewodnictwa od objętości
dodawanego titranta,
• na podstawie wykresu zaznaczyć punkt końcowy
miareczkowania,
• obliczyć masę kwasu w badanym roztworze,
• zapisać reakcję zobojętniania.
4. Wnioski:
• ile kwasu (%) znajduję się w badanym roztworze,
• czy pomiar został prawidłowo wykonany – uzasadnij.