Konduktometrie

Konduktometrie

Konduktometrie se využívá pro kontrolu čistoty vody, určení množství rozpuštěných solí, pro určení bodu ekvivalence při titraci.

Předpoklady:

•    Proud napětí, odpor, vodivost
•    Elektrolyty
•    Koncentrace
•    Neutralizace, srážecí reakce

Rozlišujeme konduktometrii přímou a nepřímou
Konduktometrie přímá je používaná pro:

•    indikace čistoty destilované či deionizované vody
•    kontrola kvality technologických vod, vody pitné či mořské
•    stanovení celkového obsahu iontů v roztocích
•    stanovení obsahu solí, kyselin či zásad v jednosložkových technologických roztocích
•    určování obsahu anorg. látek v roztocích neelektrolytů
•    detekce v separačních metodách (IC, CZE, HPLC)
•    stanovování některých fyzikálně-chemických konstant (disoc. konstanta, produkt rozpustnosti, ...)

Nepřímá konduktometrie – konduktometrická titrace
•    Jedná se o titraci s konduktometrickým určením bodu ekvivalence.

 Princip konduktometrie

Konduktometrie(OBR)  je elektrochemická metoda, která měří vodivost roztoků. Vodivost je způsobena migrací iontů v roztoku. Velikost přeneseného náboje závisí na koncentraci iontů, na teplotě roztoku, na typu iontu. Některé ionty jsou v roztoku pohyblivější, některé přenáší více nábojů. V konduktometrii se pracuje se střídavým proudem, vlastnosti roztoku se tedy nemění v důsledku elektro-redukčních procesů.
Molární vodivosti iontů
Vodivost je veličina, která lze vyjádřit jako převrácená hodnota k odporu. Závisí na měrné vodivosti roztoku (ta je dána druhem iontů, jejich koncentrací, teplotou roztoku), ploše a vzdálenosti elektrod. Plocha a vzdálenost elektrod se během měření nemění, vodivost tak závisí na měrné vodivosti.
 
G – vodivost[S-siemens]
R – odpor [Ω]
κ – měrná vodivost [S.cm-1]
A – plocha elektrod [cm2]
l – vzdálenost mezi elektrodami [cm]
Měrná vodivost je charakteristickou vlastností roztoku, závisí na koncentraci všech iontů v roztoku:
κ = GѲ
κ = Σ|zi|.ci.λi 
κ (roztoku) = κ(H₂O) + κ(1.iont) + κ(2.iont) + κ(3.iont)… κ(n-tý iont)
   
Ѳ = l/A = tzv. konstanta vodivostní nádobky, cm^-1
zi = náboj i-tého iontu
ci = koncentrace i-tého iontu, mol.cm^-3
i = iontová vodivost i-tého iontu, S.cm².mol^-1

Zařízení pro měření vodivosti (fotky)

Zařízení pro měření vodivosti se skládá ze dvou částí. První částí je vlastní konduktometr , který obsahuje jak zdroj střídavého napětí, tak část pro vlastní měření a zobrazení naměřených hodnot.
Druhou částí je konduktometrická cela , která je propojena s konduktometrem. Cela slouží k ponoření do měřeného roztoku. Na cele jsou terčíky či pásky zhotovené z platiny pokryté platinovou černí, na které je přivedeno střídavé napětí.

Přímá konduktometrie

•    Voda pro analytické účely, dle lékopisu, má hodnotu měrné vodivosti do hodnoty 4,3 μS.cm-1.
•    Pitná voda má v ČR vodivost stanovenou na max. 1000 μS.cm-1
•    Konduktometrický detektor v chromatografických analyzátorech.

Tabulka hodnot měrných vodivostí vybraných roztoků při 20°C

Nepřímá konduktometrie - Konduktometrická titrace

Metoda sleduje závislost vodivosti roztoku na objemu přidaného odměrného roztoku. Titrace s konduktometrickou identifikací bodu ekvivalence  se nejčastěji používá u titrací acidobazických a srážecích.
Acidobazické titrace se používají pro určení koncentrace kyseliny, zásady, soli, která reaguje acidobazicky se silnou kyselinou nebo silnou zásadou. Během titrace se mění vodivost roztoku, tak jak ubývají nebo přibývají ionty H₃O⁺ či OH^- .  Z hodnot v tabulce  vyplývá, že mezi „nejlépe vodivé“ ionty patří ionty oxoniové a hydroxidové. Samozřejmě, že se v roztoku nacházejí i jiné ionty a voda, které celkovou vodivost zvyšují. Přesto z grafického vyjádření závislosti  vodivosti na objemu titračního činidla je zřejmý zlom křivky, který leží právě v bodu ekvivalence.

Titrace silné kyseliny silnou zásadou:

Silná kyselina (např. HCl) je plně disociovaná. V roztoku se tedy nachází velké množství H₃O⁺ iontů a aniontů Cl^-. Postupným přidáváním hydroxidu dochází k úbytku H₃O⁺ iontů. Iontů Cl^- je stále stejné množství (koncentrace klesá jen pozvolna přidáváním činidla). Sodné ionty v roztoku přibývají, ale jejich příspěvek k vodivosti je mnohem nižší než příspěvek iontů H₃O⁺. Trend křivky je klesající až k bodu ekvivalence. Od bodu ekvivalence již nedochází k úbytku H₃O⁺ iontů (prakticky všechny zreagovaly) ale přibývá OH^- iontů. Od bodu ekvivalence je trend konduktometrické křivky stoupající.

Titrace slabé kyseliny silnou zásadou:

Slabá kyselina (např. CH₃COOH) je v roztoku velmi málo disociovaná. Koncentrace H₃O⁺ je nízká, koncentrace aniontů CH₃COO^- také. Postupným přidáváním hydroxidu sodného roste koncentrace iontů Na+ a CH₃COO^-.
 
Od bodu ekvivalence již OH^- ionty neubývají. Jejich vodivost je vyšší než vodivost iontů CH₃COO^-. Křivka od bodu ekvivalence roste strměji a tvoří charakteristický tvar obráceného písmene L. Bod ekvivalence leží právě v jeho vrcholu.

Srážecí titrace

Srážecí titrace s konduktometrickou identifikací bodu ekvivalence jsou založeny na úbytku iontů, které po zreagování vytvoří nerozpustnou sraženinu. Před bodem ekvivalence klesá koncentrace srážených iontů. V bodě ekvivalence již ionty rozpuštěné ionty po přidání činidla neubývají, proto se směr konduktometrické křivky změní a strměji stoupá.
Konduktometrie se využívá pro kontrolu čistoty vody, určení množství rozpuštěných solí, pro určení bodu ekvivalence při titraci.