Лабораторная работа №6 Кондуктометрическое титрование.
Под кондуктометрическим титрованием понимают такой метод количественного электрообъемного анализа, при котором точку эквивалентности определяют по электропроводности раствора.
Такой метод титрования позволяют довольно точно определить малые концентрации вещества, так как именно для них электропроводность сильно зависит от концентрации.
Электропроводность – величина, обратная сопротивлению – пропорциональна общей концентрации катионов и анионов, их валентности и их подвижности.
Подвижность иона зависит главным образом от его размера (от диаметра гидратированного иона) и от вязкости растворителя. Для большинства ионов подвижности мало различаются и в водных растворах равны около 50; от этой величины значительно отличаются подвижность ионов ОН- - 180 и Н+ - 320.
Растворы электролитов являются проводниками второго рода: электрический ток в них переносится ионами, образующимися в растворе в результате диссоциации растворенного вещества. Способность растворов проводить электрический ток характеризуется обычно сопротивлением или электропроводностью.
Электропроводностью проводника (L) называется величина, обратная сопротивлению (R):
Сопротивление проводника (r) зависит то его длины ( ) и площади поперечного сечения (s):
(Ом)
где - удельное сопротивление.
Отсюда
(Ом-1)
(1)
Величина
называется удельной электропроводностью
проводника. Ее можно представить как
электропроводность 1 см3
материала проводника, имеющего площадь
поперечного сечения 1 см2.
Размерность величины
Ом-1, см-1.
Величина удельной электропроводности зависит от числа ионов в единице объема (концентрации), скорости их перемещения и переносимого каждым ионом заряда. Эта зависимость выражается уравнением:
,
где а – степень диссоциации; С –
концентрация (г.экв/л); F-
число Фарадея (количество электричества,
необходимое для выделения 1 г-эквивалента
вещества);
и
- абсолютные скорости перемещения ионов.
Изменение электропроводности раствора при его титровании происходит как за счет изменения концентрации ионов, так и за счет замены ионов, имеющих одну подвижность, ионами с другой подвижностью.
Таким способом можно титровать щелочь кислотой (например, NaOH соляной кислотой)
(Na+ + OH-) + (H+ + Cl-) = Na+ + Cl- + H2O.
При этой реакции ион гидроксила связывается ионом водорода в практически недиссоциированную воду. Едкий натр, кроме катионов Na+, остающихся при реакции неизменными, содержит подвижные ионы гидроксила.
Гидроксильные ионы при прибавлении соляной кислоты постепенно исчезают, соединяясь с водородными катионами, и замещаются медленно передвигающимися анионами Cl-, вследствие чего электропроводность постепенно уменьшается. Как только количества щелочи и кислоты станут эквивалентными, прибавляемая в дальнейшем кислота перестанет нейтрализоваться, и быстро движущиеся катионы водорода, увеличиваясь в концентрации, будут увеличивать электропроводность. В нейтральной точке, поэтому величина электропроводности имеет минимум, следовательно, последний как раз и показывает конец титрования.
Если титруется малодиссоциированное соединение, то электропроводность раствора возрастает с самого начала. Обычно изменения электропроводности выражается двумя прямыми, пересекающимися в точке эквивалентности.
При кондуктометрическом титровании точка эквивалентности определяется обычно с точностью в 0,5 – 1 %.
Изменение температуры сильно влияет на электропроводность (25% на 10), поэтому во время титрования необходимо поддерживать постоянную температуру.
Метод измерения электропроводности нашел применение в объемном анализе, так называемом кондуктометрическом титровании. Он с успехом применяется в том случае, когда исследуемые растворы являются окрашенными, мутными или содержат взвешенные частицы, когда между анализируемым и титрующим растворами могут протекать обменные ионные или окислительно-восстановительные реакции, в результате которых изменяется проводящая способность раствора. Своеобразным индикатором в этом методе является изменение электропроводности титрования. Таким образом, эквивалентную точку при кондуктометрическом титровании определяют по изменению электропроводности. Обычно изменение электропроводности в зависимости от количества прибавляемого реагента наносят на график и по точке резкого излома кривой определяют эквивалентную точку. Титрование проводят в сосуде различной конструкции, в которой погружены электроды. В случае изучения реакции нейтрализации для титрования берется 10 мл кислоты (сильной или слабой, или смесь сильной и слабой кислот), которая разбавляется таким количеством воды, чтобы электроды были полностью погружены в раствор. Щелочь из бюретки приливается постепенно, сначала по 1 мл (до 6-7 мл), затем 0,5, 0,1 мл; каждый раз содержимое сосуда перемешивается, и с помощью кондуктометра марки ОК 102/1 измеряется электропроводность раствора. Для более наглядной картины конца титрования приливается некоторое избыточное количество щелочи.