Кондуктометрия (Tku;rtmkbymjnx)
Кондуктометри́я (от англ. conductivity — электропроводность и метрия) — совокупность электрохимических методов анализа, основанных на измерении электропроводности растворов[1].
Электропроводность раствора характеризует суммарное содержание всех ионов, а также некоторых органических соединений. Чистые растворители практически не проводят электрический ток, и их электрическая проводимость стремится к нулю. Заряд в растворе переносят ионы или вещества с сильнополярными связями. При растворении твердых полярных веществ в воде происходит электролитическая диссоциация, то есть распад молекул на катионы и анионы. По степени распада на ионы различают сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты диссоциируют полностью с образованием ионов. Слабые электролиты диссоциируют частично с образованием ионов и сохранением не ионной молекулы. Способностью проводить ток обладают только ионы, недиссоциированные молекулы не участвуют в электрической проводимости. Вклад иона в проводимость раствора можно описать функцией от его концентрации, заряда и подвижности иона.
Кондуктометрия применяется для определения концентрации однокомпонентных растворов солей, кислот, оснований, контроля состава некоторых промышленных растворов, а также различных типов вод.
Кондуктометрический анализ основан на изменении сопротивления среды в межэлектродном пространстве, он не связан с электрохимическим потенциалом электродов датчика, который обычно близок к равновесному значению.
Кондуктометрия включает:
- Прямые методы анализа (например, в солемерах, когда измеряется электропроводность морской воды)
- Косвенные (например, в газовом анализе, когда измеряется электропроводность поглотительного раствора, который селективно поглощает один из компонентов газовой смеси).
Устройство кондуктометра
[править | править код]Для измерения электропроводности используют специальные приборы - кондуктометры.
Электропроводность - это величина обратно пропорциональная сопротивлению. Согласно закону Ома, сопротивление рассчитывается как отношение силы тока к напряжению. Таким образом, измерив силу тока и зная напряжение, можно рассчитать электропроводность. Кондуктометры измеряют силу тока, проходящую между электродами через раствор при известном напряжении. Различные производители, исследователи и инженеры разрабатывают и используют электроды различной геометрической формы и конфигурации. Чтобы полученные на разных приборах значения можно было сравнивать между собой, прибор автоматически преобразует измеренную фактическую электропроводность в удельную электропроводность. Удельная электропроводность раствора – это электропроводность слоя раствора длинной 1 см между электродами площадью 1 см2.
Чувствительный элемент кондуктометра - кондуктометрический датчик представляет с собой два электрода (иногда четыре), на которые подаёте напряжение, а измерительный прибор (кондуктометр) измеряет силу тока и рассчитывает удельную электропроводность.
Зависимость электропроводности раствора от температуры
[править | править код]Электропроводность растворов сильно зависит от температуры. С увеличением температуры жидкости, уменьшается его вязкость и как следствие увеличиваться подвижность ионов. Подвижные ионы активнее передают заряд, увеличивая электрическую проводимость жидкости. Поэтому при измерении электропроводности растворов необходимо указывать температуру выполнения измерений.
Температура, ℃ | Электропроводность µСм/см |
10 | 1020 |
15 | 1147 |
20 | 1278 |
25 | 1413 |
30 | 1552 |
Наглядно зависимость удельной электропроводности раствора от температуры иллюстрирует таблица температурной зависимости калибровочного стандарта 0,01М KCl. При увеличении температуры стандартного раствора на 20 градусов, его электрическая проводимость возрастает на 50%.
Современные кондуктометры имеют функцию термокомпенсации, то есть приведения измеренной удельной электропроводности раствора к стандартной температуре (обычно 25 ℃), этот пересчет осуществляется по встроенным зависимостям использованных калибровочных стандартов.
Кондуктометрическое титрование
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dc/Leitf%C3%A4higkeitstitration-ru.svg/220px-Leitf%C3%A4higkeitstitration-ru.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Konduktometrie-ru.svg/220px-Konduktometrie-ru.svg.png)
Кондуктометрическое титрование — это разновидность метода титрования, при котором измеряется удельная электрическая проводимость анализируемого раствора на переменном токе, при этом в анализируемый раствор постепенно, малыми порциями добавляется определённый титрующий реагент.
В процессе титрования ионы в растворе, обладающие высокой подвижностью (например, ионы гидроксония) нейтрализуются добавлением ионов с противоположным зарядом, находящихся в титрующем реагенте. При этом ионы гидроксония превращаются в воду и образуется также натриевая соль титруемой кислоты при взаимодействии, например с ионами натрия при титровании раствором гидроксида натрия. Вода и образованная натриевая соль меньше диссоциированы на ионы и эти ионы имеют меньшую подвижность, поэтому проводимость раствора падает, причём минимальная проводимость соответствуют нейтральному раствору. Дальнейшее добавление раствора щёлочи снова увеличивает проводимость, так как в растворе появляется избыток подвижных гидроксид-ионов. Определяя количество стандартного титрующего раствора, необходимого для достижения минимальной проводимости, определяют кислотность анализируемого раствора.
Аналогично с помощью этого же метода можно определять щёлочность анализируемого раствора применяя в качестве титранта стандартный раствор некоторой подходящей кислоты.
При титровании исследуемый раствор помещают в кювету, снабжённую магнитной мешалкой, с погружённым в жидкость датчиком проводимости. Титрант добавляют по каплям из градуированной по объёму бюретки, ка показано на рисунке. Результаты измерения наносят на график по осям которого откладывают объём добавленного титранта — проводимость. Точки измерения, особенно вблизи точки эквивалентности часто не ложатся на прямую линию, поэтому точка эквивалентности определяется экстраполяцией.
Возможно совместное титрование смеси более слабой и более сильной кислоты, при этом на графике наблюдается два или несколько локальных минимумов проводимости.
Анализ значений молярной подвижности ионов позволяет сформулировать следующие правила:
- При равных концентрациях электрическая проводимость растворов сильной кислоты или сильного основания больше электрической проводимости растворов их солей.
- При равных концентрациях электрическая проводимость раствора слабой кислоты меньше электрической проводимости её соли.
Примечания
[править | править код]Литература
[править | править код]- Современный словарь иностранных слов: Ок. 20 000 слов. — СПб.: Дуэт, 1994. — С. 752. — ISBN 5-7116-0022-2.
- Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. + 4. Auflage, Stichwort: Elektrochemische Analysenverfahren.
- Udo R. Kunze: Grundlagen der quantitativen Analyse, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1980, S. 179–181, ISBN 3-13-585801-4.
Ссылки
[править | править код]- Статья «Кондуктометрия» в Химической энциклопедии.
- Измерение электропроводности растворов
- Кондуктометрическое титрование
В статье есть список источников, но не хватает сносок. |