Кондуктометрическое титрование работает там, где другие методы не справляются

Кондуктометрическое титрование, также называемое титрованием по проводимости, – это аналитический метод, основанный на изменении проводимости при добавлении титранта. Изменение проводимости раствора измеряется после каждого добавления титранта с помощью кондуктометрического датчика. В этой статье изложены принципы, преимущества и приведены некоторые примеры кондуктометрического титрования.

Введение

В различных отраслях промышленности, включая пищевую и нефтехимическую, применяется титрование по проводимости (кондуктометрическое). Этот метод позволяет определять параметры в образцах, которые часто трудно количественно оценить с помощью других методов титрования. Кондуктометрическое титрование предлагает ценное решение этих аналитических задач.

Кондуктометрическое титрование может применяться в следующих ситуациях:

• Кислотно-основное титрование: как в водных, так и в неводных средах.
• Титрование осаждением: Cl^-, Br^-, I^-, SO₄^2-, R–S–R, R–SH
• Комплексометрическое титрование

Что такое кондуктометрическое титрование?

Аналитический метод, основанный на изменении проводимости раствора при добавлении титранта, называется кондуктометрическое титрование. 

Общая проводимость образца равна сумме проводимостей отдельных диссоциированных ионов в измерительном растворе. В процессе титрования проводимость изменяется в результате добавления титранта и реакции между титрантом и аналитом. Конечная точка титрования определяется изломом на кривой титрования. Примеры этого приводятся далее в статье.

Для получения более подробной информации об определении конечных точек, ознакомьтесь с нашей статьей здесь:

Распознавание конечных точек (КП)

Что представляет собой процесс кондуктометрического титрования?

Титрование по проводимости – это монотонное титрование до достижения конечной точки. Это означает, что титрант добавляется с фиксированными приращениями объёма.

Для выполнения этой задачи необходимо использовать магнитную или верхнеприводную мешалку, дозирующий наконечник и датчик проводимости. Важным фактором при проведении титрования проводимости является быстрое время отклика датчика (см. раздел о датчики для титрования проводимости).

Для всех датчиков со съемным кожухом. Кроме того, скорость перемешивания устанавливается на высокий уровень. Ограничением скорости перемешивания является отсутствие попадания воздуха в образец. Пузырьки воздуха на датчике приводят к нестабильности сигнала.

Программное обеспечение OMNIS от Metrohm позволяет оценить типичные кривые титрования проводимости, измеренные датчиком проводимости в растворе.

Проводимость различается для каждого вида ионов

Ионы H⁺ и ОH^- обладают высокой ионной проводимостью. Сами ионы не движутся, а лишь переносят протон или протонный разрыв посредством водородной связи, Рис. 1. Следовательно, ионы оксониея и гидроксид-ионы обладают гораздо более высокой ионной проводимостью, чем большинство других ионов.

Подсчет ионов

Рассмотрим пример кондуктометрического титрования соляной кислоты гидроксидом натрия. Уравнение химической реакции выглядит следующим образом:

Соляная кислота, будучи сильной кислотой, полностью диссоциирует в воде. Гидроксид натрия, являющийся сильным основанием, также полностью диссоциирует в воде. Как указывалось ранее, измеренная проводимость представляет собой сумму всех диссоциированных ионов в растворах. Для определения значения электропроводности образца необходимо рассчитать концентрацию ионов и их константы диссоциации, используя формулу: молярная проводимость каждого иона.

Следующие три примера иллюстрируют различные ситуации, которые часто встречаются при проведении кондуктометрического кислотно-щелочного титрования:

• Титрование сильной кислоты сильным основанием
• Титрование сильной кислоты слабым основанием
• Титрование слабой кислоты сильным основанием

Кондуктометрическое титрование сильной кислоты сильным основанием

Это типичная кривая кондуктометрического титрования сильной кислоты сильным основанием. Снижение проводимости по мере нейтрализациии ионов H⁺ в соответствии с объяснением, данным в предыдущем разделе. После достижения конечной точки (минимума проводимости), ионы OH^-  из избытка основания вносят вклад в общую проводимость, заставляя кривую снова подниматься.

Кондуктометрическое титрование сильной кислоты слабым основанием

В этом примере сильная кислота (например, соляная кислота, HCl) титруется слабым основанием (например, аммиаком, NH₃).

Первоначально проводимость раствора высока, поскольку сильная кислота полностью диссоциировала. При добавлении слабого основания запускается реакция, в результате которой образуются ионы аммония (NH₄⁺). Поскольку слабое основание продолжает реагировать с ионами H⁺, проводимость раствора постепенно снижается. Это происходит из-за молярной проводимости NH.₄⁺ значительно ниже, чем у H⁺

Точка эквивалентности достигается, когда все свободные ионы водорода нейтрализованы. Впоследствии проводимость постепенно снова возрастает, посокльку слабощелочной титрант подвергается лишь частичной диссоциации.

Кондуктометрическое титрование слабой кислоты сильным основанием

В данном случае проводится титрование слабой кислоты (например, уксусной кислоты, CH₃COOH) сильным основанием (например, гидроксид натрия, NaOH).

В начале титрования проводимость раствора низкая. Это происходит потому, что слабая кислота не диссоциирует полностью. При добавлении сильного основания, такого как гидроксид натрия, происходит реакция с недиссоциированной уксусной кислотой с образованием воды. Высвобождение ионов натрия и ацетата повышает проводимость.

Точка эквивалентности достигается, когда уксусная кислота полностью прореагировала с гидроксидом натрия. После этого проводимость значительно возрастает за счет гидроксид-ионов (основной вклад) и ионов натрия (незначительный вклад) после добавления большего количества гидроксида натрия.

Молярная проводимость – это электрическая проводимость полностью диссоциированного иона в зависимости от молярности. Поскольку каждый тип иона проводит электричество по-разному, молярная проводимость является уникальной характеристикой каждого из них, таблица 1).

Таблица 1. Молярная проводимость различных ионов при бесконечном разбавлении.

Преимущества кондуктометрического титрования

Кондутометрическое титрование имеет ряд преимуществ. Во-первых, не требуется цветовой индикатор, поэтому возможно титрование окрашенных и мутных образцов. Во-вторых, для всех титрований можно использовать один и тот же датчик. Во-третьих, титрованию поддаются даже слабые кислоты, поскольку этот метод позволяет получить четкие конечные точки для таких образцов, как показано в приведенном выше примере.

Проведение кондуктометрического титрования на платформе OMNIS очень просто. В зависимости от протекающей реакции пользователь может легко скорректировать параметры титрования для получения надежных результатов.

Если оценить кривую сложно, OMNIS предлагает пользователям обширный набор инструментов. Программное обеспечение позволяет добавлять к кривой оптимальные касательные (прямые линии). Кроме того, пользователи могут установить измерительное окно, чтобы точно определить область, где должна быть идентифицирована конечная точка. Это позволяет гибко регулировать как проводимость, так и объем.

Заключение

В целом, кондуктометрическое титрование является ценным аналитическим методом для определения концентрации ионных соединений в растворах. Этот метод предлагает быструю и точную альтернативу традиционным методам титрования и позволяет исследовать ионный состав многих образцов.

Этот метод также обладает некоторыми преимуществами по сравнению с классическим потенциометрическим титрованием. Датчик проводимости демонстрирует высокую прочность, не требует редварительной подготовки и легко очищается с помощью тканевых салфеток. Для работы датчика не требуется техническое обслуживание. Поскольку ионы, участвующие в реакции, измеряются непосредственно, использование индикатора не требуется.

Программное обеспечение OMNIS от компании Metrohm повышает эффективность и точность кондуктометрического титрования.

Пользователь обладает полным контролем в ходе анализа с такими функциями, как сглаживание, определение линейного диапазона, настройка весовых коэффициентов и гибкая оценка конечной точки. Эта возможность обеспечивает надежное проведение титрования проводимости и получение точных результатов. Таким образом, ПО OMNIS представляет собой ценное решение для лабораторий, желающих проводить кондуктометрическое титрование.

Узнайте больше Application Note

Application Note: Общее базовое число согласно методу испытаний IP 400 – Базовое число нефтепродуктов, определяемое в соответствии с IP 400

Application Note: Определение альфа-кислот в хмеле согласно EBC 7.4 – Кондуктометрическое титрование для определения содержания альфа-кислот в хмеле

Application Note: Определение общего кислотного числа методом кондуктометрического титрования – определение общего кислотного числа нефтепродуктов

Application Bulletin: Титриметрическое определение сульфатов
Метод 6: Кондуктометрическое титрование ацетатом бария в соответствии с DIN 53127