Jegyzőkönyv CS_DU_e 2014.11.27. Konduktometria Ungvárainé Dr. Nagy Zsuzsanna Margócsy Ádám Mihálka Éva Zsuzsanna Róth Csaba Varga Bence I. A mérés elve A konduktometria az oldatok elektromos vezetésének mérésén alapuló analitikai módszer. Az elektromos vezetést a rendszerre kapcsolt elektromos tér nyomán meginduló ionvándorlás okozza. A vezetés értékéhez az oldatban található minden ion ad valamekkora járulékot. Ezek nem választhatók el egymástól, így a konduktometria nem alkalmas egyes ionok szelektív mérésére (nem ionspecifikus módszer). A vezetőképesség definíció szerint az ellenállás reciproka: γ = 1 R = κ A l Az egyenletben γ a vezetőképesség ([γ] = S = Ω 1 ), R az ellenállás ([R] = Ω), A az elektródok felülete ([A] = m 2 ), l az elektródok távolsága ([l] = m), κ a fajlagos vezetőképesség ([κ] = Sm 1 ). A fajlagos vezetőképesség additív az oldat komponenseire (oldószer és oldott anyagok) nézve: N κ = κ i A gyakorlatban gyakran használják az ekvivalens vezetőképességet (Λ, [Λ] = Scm 2 g(ekv. ) 1 SIegységekben), amivel az egyes ionok vezetőképessége már külön-külön jellemezhető: i=1 Λ = 1000κ c Végtelen híg oldatok esetén a teljes ekvivalens vezetőképesség közelítőleg az egyes ionok ekvivalens vezetőképességeinek az összege (ennek oka, hogy ilyen oldatokban a disszociáció teljesnek tekinthető, az anionok és kationok egymástól függetlenül mozognak). Kétféle konduktometriás mérést különböztethetünk meg: a direkt konduktometria során az ionok koncentrációját az oldat mért elektromos vezetéséből számítjuk ki, az indirekt konduktometria (konduktometriás titrálás) során a vezetőképesség változását mérjük a mérőoldat fogyásának függvényében, a koncentráció így a titrálás végpontjából határozható meg (a görbének a végpontban törése van). Utóbbi módszer mindenféle titrálásra alkalmazható, amelyben a lejátszódó reakció a vezetőképesség megváltozását vonja maga után. A titráláshoz használt konduktométer (Radelkis OK-102/1) egy harangelektródot tartalmaz, a titrálás során az ezen létrejövő feszültségesést mérjük.
II. A mérés menete, kiértékelése A mérések során az általános eljárás a következő volt: a törzsoldatok bizonyos térfogatát bemértük a titrálóedénybe, ezt vízzel hígítottuk addig, amíg az oldat teljesen el nem lepte a harangelektródot, beindítottuk a mágneses kevertetést és megkezdtük a titrálást. A mérések közötti eltéréseket a kissé eltérő mértékű hígítás okozta. Az illesztett egyenesek egyenleteiben az 1, vagy 2 index a töréspont előtti/utáni szakaszra utal. II.A. Ismert összetételű rendszerek mérése II.A.1 HCl-oldat (c névleges =0.1 M; f=1.007) titrálása NaOH-oldattal (c névleges =0.1 M; f=0.999) Bemérés: V be =5 cm 3 Tényleges koncentrációk: c HCl =0.1007 M; c NaOH =0.0999 M V mérő / cm 3 κ / µscm -1 1. mérés 2. mérés 0 1571 1525 1 1315 1268 2 1051 1018 3 800 770 4 581 564 5 439 422 6 561 546 7 704 682 8 860 834 9 1004 976 10 1145 1115 11 1289 1252 12 1426 1387 13 1555 1512
1. mérés: κ 1 μscm 1 = 1562.600 249.500(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 278.989 + 141.900(V mérő cm 3 ) 2. mérés: κ 1 μscm 1 = 1513.000 242.000(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 276.044 + 138.400(V mérő cm 3 ) Elméleti fogyás (a bemérési térfogatból és a koncentrációkból számítva): V elm =5.040 cm 3 Tényleges fogyások (az egyenesek egyenleteiből számítva): V 1. mérés =4.705 cm 3 ; V 2. mérés =4.703 cm 3 Átlagos fogyás: V=4.704 cm 3
II.A.2. HOAc-oldat (c névleges =0.1 M; f=1.072) titrálása NaOH-oldattal (c névleges =0.1 M; f=0.999) V be =5 cm 3 c HOAc =0.1072 M; c NaOH =0.0999 M V mérő / cm 3 κ / µscm -1 1. mérés 2. mérés 0 81.5 77.1 0.1 74.5 70.9 0.2 70.2 66.6 0.3 68.0 64.4 0.4 67.5 64.0 0.5 69.1-0.6 71.2 67.2 0.7 75.1 70.1 0.8 79.1 73.6 0.9 83.6 77.6 1 88.8 81.6 2 146.3 131.0 3 207 186.1 4 261 238 5 315 288 6 424 376 7 571 511 8 726 652 9 872 790 10 1019 923 11 1156 1053 12 1295 1183
13 1437 1316 14 1564 1437 1. mérés: κ 1 μscm 1 = 33.490 + 56.710(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 422.889 + 143.000(V mérő cm 3 ) 2. mérés: κ 1 μscm 1 = 29.000 + 51.980(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 415.000 + 133.067(V mérő cm 3 ) V elm =5.365 cm 3 V 1. mérés =5.289 cm 3 ; V 2. mérés =5.476 cm 3 V=5.383 cm 3
II.A.3. HOAc-oldat (c névleges =0.1 M; f=1.072) titrálása NH 3 -oldattal (c névleges =0.1 M; f=0.979) V be =5 cm 3 c HOAc =0.1072 M; c NH3=0.0979 M V mérő / cm 3 κ / µscm -1 0 103.7 1 115.1 2 184.8 3 261 4 332 5 404 6 455 7 457 8 458 9 458 10 458 11 458 12 457
κ 1 μscm 1 = 41.880 + 72.500(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 454.714 + 0.286(V mérő cm 3 ) V elm =5.475 cm 3 V=5.717 cm 3
A három mérés eredményét egy grafikonon ábrázolva: II.B. Ismeretlen összetételű rendszerek mérése II.B.1. Ismeretlen NaOAc-oldat titrálása HCl-oldattal (c névleges =0.1 M; f=1.007) V be =10 cm 3 c HCl =0.1007 M V mérő / cm 3 κ / µscm -1 1. mérés 2. mérés 0 234 224 0.1-226 0.2-230 0.3-231 0.4-235
0.5-238 0.6-241 0.7-244 0.8-247 0.9-251 1.0 254 254 1.1-257 1.5-270 2.0 292 291 2.5-317 3.0 367 383 3.5-503 4.0 639 654 5.0 981 983 6.0 1317 1321 7.0 1632 1641 8.0 1954 1952 9.0 2260 2250
1. mérés: κ 1 μscm 1 = 231.000 + 29.000(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 612.857 + 320.000(V mérő cm 3 ) 2. mérés κ 1 μscm 1 = 220.181 + 35.975(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 594.627 + 317.451(V mérő cm 3 ) V 1. mérés =2.900 cm 3 ; V 2. mérés =2.895 cm 3 V=2.898 cm 3 V c NaOAc 3H2 O = c HCl = 0.0292 M V be M NaOAc 3H2O =136.1 gmol -1 A nátriumacetát-tartalom 100 cm 3 -re vonatkoztatva: c=0.397 g(100 cm 3 ) -1
II.5. Vörösbor titrálása NH 3 -oldattal (c névleges =0.1 M; f=0.979) V be =10 cm 3 c NH3=0.0979 M V mérő / cm 3 κ / µscm -1 0 425 1 451 2 500 3 560 4 624 5 691 6 758 7 825 8 891 9 955 10 1028 11 1092 12 1145 13 1164 14 1167 15 1167 16 1165 17 1162 18 1159
A titrálás során a bor színe bordóból egyre sötétebb zöldesbarna lett. V=12.199 cm 3 κ 1 μscm 1 = 360.643 + 66.179(V mérő cm 3 ) μscm 1 = 1182.600 1.200(V mérő cm 3 ) A bor savtartalmát borkősavban fejezzük ki (M=150.1 gmol -1, kétértékű sav). c borkősav = c NH3 V 2V be =0.060 M 100 cm 3 oldatra vonatkoztatva: c =0.901 g(100 cm 3 ) -1 Ez az érték nagyobb, mint a korábban potenciometriás titrálással kapott érték (0.161 g(100 cm 3 ) -1 ). Ennek oka az, hogy míg potenciometria esetén (alkalmasan megválasztott indikátorelektróddal) el tudtuk érni, hogy csak csak a hidrogénionokat mérjük, addig konduktometria esetén ehhez hozzámérjük a borban lévő összes többi iont is. Ez alapján a bor savtartalmának mérésére a potenciometria használhatóbb módszernek bizonyul.
III. Konduktometriás titrálási görbék értelmezése Ismertek az alábbi titrálási görbék: 1. NaCl + AgNO 3 = AgCl + NaNO 3 2. NaCl + AgOAc = AgCl + NaOAc 3. HCl + AgNO 3 = AgCl + HNO 3 4. HCl + AgOAc = AgCl + HOAc Ion Λ Scm 2 (g(ekv. )) 1 H + 350 Na + 50.1 Ag + 61.9 Cl - 76.4 NO 3-71.5 OAc - 40.9
1. görbe: a vezetés alig változik a végpontig, mivel a kloridionok fogyását kompenzálja a titrálás során ekvivalens mennyiségben hozzáadódó, hasonló vezetőképességű nitrátion. A végpont után továbbhaladva a növekvő ezüst- és nitrátion-koncentráció miatt a vezetés folyamatosan nő. 2. görbe: a vezetés a végpont felé haladva kissé csökken, mivel a kisebb vezetőképességű acetátionok nem tudják eléggé ellensúlyozni a kloridionok fogyását. A végpont után az egyre nagyobb ezüst- és acetátion-koncentráció miatt a vezetés nő, bár az 1. görbéhez képest kisebb mértékben. 3. görbe: ugyanaz az értelmezése, mint az 1. görbének, csak magasabbról indul a hidrogénion nagy vezetőképessége miatt. 4. görbe: a vezetés a végpontig folyamatosan csökken, mivel a kloridion mellett a hidrogénionkoncentráció is csökken (az 1. reakcióban szereplő salétromsavtól eltérően az ecetsav gyenge sav, így nem disszociál teljesen). A végpont után a vezetés nő a növekvő ezüst- és acetátion-koncentráció miatt.