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 25 o C ruchliwość jonów niewiele się róŝni od siebie i wynosi: ~5 10-4 Ruchliwość jonów OH - i H 3 O + : OH - = 20,5 10-4 ; H 3 O + = 36,2 10-4 Ruchliwość jonów moŝna zapisać w szeregu: dowolny jon < OH - < H 3 O + Miarą przewodnictwa elektrolitu jest przewodnictwo właściwe, które definiujemy jako przewodnictwo 1 cm 3 roztworu. Większość konduktometrów mierzy przewodnictwo właściwe, które moŝna obliczyć ze wzoru:,gdzie: σ konduktywność (przewodność właściwa), R opór elektrolitu [Ω] o przekroju S [m 2 ] 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 - H 2 O + K + + Cl - Krzywa miareczkowania mocnego kwasu przy uŝyciu mocnej zasady Podczas miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą ruchliwe jony hydroniowe (H 3 O + ) 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. CH 3 COOH + Na + + OH - CH 3 COO - + Na + + H 2 O 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. CH 3 COOH + NH 4 OH NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O 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 (NH 4 + ), a po przekroczeniu PK ustala się na pewnym poziomie gdyŝ przewodność trudno dysocjującego NH 4 OH jest niewielka.
d) Miareczkowanie mocnego kwasu słabą zasadą. Przykład: Reakcja kwasu solnego z wodorotlenkiem amonu. H + + Cl - + NH 4 OH NH 4 + + Cl - + H 2 O Krzywa miareczkowania mocnego kwasu przy uŝyciu słabej zasady Podczas miareczkowania mocnego kwasu słabą zasadą ruchliwe jony hydroniowe (H 3 O + ) zostają związane w niezdysocjowane cząsteczki wody. Po neutralizacji kwasu przewodność właściwa ustala się na pewnym poziomie gdyŝ przewodność trudno dysocjującego NH 4 OH 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 - + CH 3 COOH + 2Na + + 2OH - Na + + CH 3 COO - + Na + +Cl - + 2H 2 O 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. Znając stęŝenie molowe trójetanoloaminy (0,5000 mol dm 3 ) oraz objętość jaka została zuŝyta do zobojętnienia (estryfikacji) kwasu jabłkowego, moŝemy napisać proporcję: 0,5000 mola trójetanoloaminy 1000 cm 3 roztworu x mola trójetanoloaminy 5 cm 3 roztworu x = 0,0025 mola trójetanoloaminy czyli w 5 cm 3 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-CH 2 -CH(OH)-COOH Masy molowe poszczególnych pierwiastków wynoszą: M C = 12, M O = 16, M H = 1, a zatem masa cząsteczkowa kwasu jabłkowego wynosi: M kw. 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: Odpowiedź: w 10 g soku 0,5025 g kwasów w 100g soku x g kwasów x = 5,025 g zawartość kwasów w 100g soku W badanym soku zawartość kwasów w przeliczeniu na kwas jabłkowy stanowi ~5% wagowych produktu (soku).
Imię i nazwisko: Data wykonania ćwiczenia: Grupa: Ocena: Data oddania sprawozdania: 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.