Кондуктометрическое титрование

Принципы кондуктометрического титрования

Кондуктометрическое титрование основано на измерении изменения электрической проводимости раствора при последовательном добавлении титранта к анализируемому раствору. Электропроводность зависит от концентрации и подвижности ионов, поэтому изменение состава раствора в ходе химической реакции сопровождается характерным изменением проводимости. Фиксируя эти изменения, можно определить точку эквивалентности, то есть момент полного завершения реакции между титруемым веществом и титрантом.

Теоретические основы метода

Электропроводность раствора обусловлена движением катионов и анионов в электрическом поле. При титровании в раствор постепенно вводятся ионы титранта, которые реагируют с ионами анализируемого вещества. Вблизи точки эквивалентности концентрации исходных ионов уменьшаются, а их место занимают другие ионы, отличающиеся по подвижности и влиянию на общую проводимость. Изменение электропроводности имеет закономерный характер, который позволяет построить график зависимости удельной или молярной проводимости от объёма добавленного титранта.

Форма кривых кондуктометрического титрования

Вид получаемой кривой зависит от природы реагирующих веществ.

• Титрование сильной кислоты сильным основанием. В начале титрования раствор содержит высокоподвижные ионы H⁺, обеспечивающие значительную проводимость. При добавлении основания они замещаются менее подвижными ионами Na⁺ или K⁺, в результате чего проводимость постепенно уменьшается. После точки эквивалентности избыток гидроксид-ионов увеличивает проводимость, и кривая меняет направление.

• Титрование слабой кислоты сильным основанием. В растворе слабой кислоты начальная проводимость относительно невелика. При добавлении щёлочи образуется соль, которая диссоциирует лучше исходной кислоты, поэтому проводимость возрастает до точки эквивалентности. После её достижения добавление OH⁻ вновь приводит к резкому росту проводимости.

• Титрование сильной кислоты слабым основанием. Проводимость снижается до точки эквивалентности вследствие замещения ионов H⁺ менее подвижными ионами основания. После эквивалентности избыток слабого основания диссоциирует слабо, и проводимость изменяется незначительно.

• Титрование осадительными реакциями. При взаимодействии ионов, образующих малорастворимые соли, из раствора удаляются высокоподвижные ионы. Это вызывает резкое падение проводимости до точки эквивалентности. После неё в растворе накапливаются ионы титранта, что снова увеличивает проводимость.

Преимущества метода

1. Отсутствие необходимости в использовании индикаторов, что особенно важно при окрашенных или мутных растворах.
2. Возможность точного определения точки эквивалентности даже при слабовыраженных изменениях кислотности или при реакциях, не сопровождающихся изменением окраски.
3. Применимость к системам, где присутствуют слабые электролиты или осадкообразующие процессы.
4. Высокая точность и воспроизводимость при использовании современной аппаратуры.

Аппаратура и техника измерений

Основным элементом установки является кондуктометр, позволяющий фиксировать изменения удельной электропроводности раствора. Измерительная ячейка содержит электроды, покрытые платиновым чёрным для снижения поляризационных эффектов. Раствор титруемого вещества помещается в термостатированную ёмкость, так как температура оказывает сильное влияние на подвижность ионов. Титрант вводится с помощью бюретки малыми порциями при постоянном перемешивании. После каждой добавки фиксируется значение проводимости.

Обработка результатов

Полученные данные наносятся на график, где по оси абсцисс откладывают объём добавленного титранта, а по оси ординат — значения проводимости. В точке эквивалентности кривая имеет излом или пересечение двух прямых участков. Геометрическая интерполяция этих отрезков позволяет точно определить эквивалентный объём титранта.

Применение кондуктометрического титрования

Метод используется для анализа:

• сильных и слабых кислот и оснований;
• многоосновных кислот и многоосновных оснований;
• солей при осадительных реакциях (например, определение хлоридов с помощью нитрата серебра);
• смесей электролитов, отличающихся по силе или природе;
• веществ, не позволяющих использовать традиционные индикаторы.

Факторы, влияющие на точность

Точность метода зависит от ряда условий:

• температуры раствора;
• концентрации электролита (слишком разбавленные растворы дают слабый сигнал, слишком концентрированные — искажают результаты из-за межионных взаимодействий);
• правильности калибровки измерительной ячейки;
• чистоты реагентов и отсутствия посторонних ионов.

Значение метода в аналитической химии

Кондуктометрическое титрование занимает важное место в ряду физико-химических методов анализа. Оно позволяет проводить исследования в тех случаях, когда другие способы затруднены или дают неточные результаты. Методика отличается универсальностью, простотой и высокой чувствительностью к изменениям состава растворов, что делает её незаменимой в практической аналитике и учебных лабораторных работах.