Кондуктометрическое титрование

Кондуктометрическое титрование основывается на измерении электрической проводимости раствора в процессе химической реакции между титрантом и анализируемым веществом. Метод позволяет количественно определять ионные соединения, при этом характер изменения проводимости зависит от природы реагирующих веществ. Измеряемая величина — удельная электропроводность раствора, которая изменяется в ходе титрования по мере образования или исчезновения ионов.

Для анализа ионов, участвующих в реакции, наблюдается изменение проводимости, которое можно отразить графически в виде кондуктограмм — зависимость проводимости от объема добавленного титранта. Точка перегиба на графике соответствует эквивалентной точке, где количество титранта точно соответствует количеству вещества в образце.

Виды реакций и их проводимостные особенности

1. Кислоты и основания (прямое кислотно-щелочное титрование) При титровании сильной кислоты сильным основанием проводимость снижается с самого начала реакции, так как высокоподвижные ионы H⁺ заменяются менее подвижными ионами Na⁺ или K⁺. Для слабой кислоты проводимость сначала может слегка возрастать, а затем уменьшаться при достижении эквивалентной точки. Для слабого основания ситуация аналогична, но с обратной кривой.

2. Осадительные реакции Примеры: титрование ионов Ag⁺ с Cl⁻. Образование малорастворимого осадка приводит к уменьшению числа подвижных ионов в растворе, что сопровождается снижением проводимости. Кривая изменения проводимости обычно имеет отчетливый излом в точке эквивалентности.

3. Комплексообразующие реакции Титрование, сопровождающееся образованием комплексных ионов, может проявлять как снижение, так и рост проводимости в зависимости от степени диссоциации ионов в растворе.

Экспериментальная аппаратура

Кондуктометрическое титрование требует точного контроля электропроводности раствора и объема титранта. Основные элементы:

• Кондуктометрическая ячейка, состоящая из двух электродов, обычно платиновых, помещенных в раствор. Геометрия ячейки влияет на коэффициент ячейки, который учитывается при расчете удельной проводимости.
• Кондуктометр, регистрирующий изменения сопротивления между электродами и преобразующий его в показания проводимости.
• Титратор — бюретка с раствором титранта, обеспечивающая точное дозирование.
• Мешалка для равномерного распределения добавляемого титранта в анализируемом растворе.

Для корректного измерения необходимо поддерживать постоянную температуру, так как электропроводность сильно зависит от температуры раствора.

Обработка данных

Построение кондуктограммы позволяет определить точку эквивалентности графически. Методы обработки:

• Графический метод: соединение линий участков кривой до и после резкого изменения проводимости; пересечение этих линий указывает на эквивалентную точку.
• Дифференциальный метод: нахождение максимума первой производной кривой проводимости по объему титранта.

Расчеты концентрации анализируемого вещества ведутся по формуле стехиометрии реакции, учитывая эквивалентное количество титранта.

Преимущества и ограничения метода

Преимущества:

• Высокая точность для ионных соединений.
• Возможность титрования мутных или окрашенных растворов, где визуальные индикаторы неприменимы.
• Автоматизация процесса и регистрация данных в реальном времени.

Ограничения:

• Непригодность для реакций с малым изменением числа подвижных ионов.
• Необходимость тщательной калибровки кондуктометрической ячейки.
• Чувствительность к присутствию посторонних ионов и изменению температуры.

Практические примеры применения

1. Титрование соляной кислоты гидроксидом натрия: график кондуктометрии показывает линейное снижение проводимости до эквивалентной точки, после которой она растет за счет избытка OH⁻.
2. Определение хлоридов и серебра: реакция Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl сопровождается резким падением проводимости, что позволяет точно определить содержание хлоридов в растворе.
3. Комплексное титрование ионов металлов: например, с использованием EDTA для определения жесткости воды; изменение проводимости отражает образование малоподвижных комплексных ионов.

Кондуктометрическое титрование представляет собой универсальный метод количественного анализа, особенно эффективный для ионных и осадительных систем, позволяя получать точные результаты в автоматическом режиме без использования индикаторов.