Leitfähigkeitstitrationen

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1 . Leitfähigkeitstitration. Leitfähigkeitstitrationen Einführung Übicherweise werden bei Säure-Base-Titrationen zur Erkennung des Äquivaenzpunktes Farbindikatoren eingesetzt. Wenn aerdings die Lösungen sebst farbig sind, wird dieses Verfahren kaum mögich sein. Dann muss man eine kompette Titrationskurve mithife eines ph-meters ersteen, um die Wendepunkte und damit den Äquivaenzpunkt festzuegen. Dieses Verfahren heißt potentiometrische Titration. Man aber auch zur Bestimmung des Äquivaenzpunktes die Änderung der eektrischen Leitfähigkeit der Probeösung im Verauf der Titration heranziehen. Man spricht dann von einer Leitfähigkeitstitration. Leitfähigkeit von Ionenösungen Saure und akaische Lösungen eiten ebenso wie Sazösungen den eektrischen Strom (Eektroytösungen). Dieser Stromfuss beruht auf der Wanderung frei bewegicher Ionen unter dem Einfuss der Spannung U. Die eektrische Leitfähigkeit äußert sich in der gemessenen Stromstärke I. Die aus dem Physikunterricht bekannten Gesetzmäßigkeiten assen sich anaog auf Eektroytösungen übertragen: Stromeitung in metaischen Leitern Stromeitung in Eektroytösungen Ladungstransport durch wandernde Eektronen. Der Widerstand hängt von der Leiteränge ab. Der Widerstand hängt von dem Leiterquerschnitt ab. Der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu (Zunahme der Behinderung durch schwingende tomrümpfe). Ladungstransport durch wandernde Ionen. Kationen und nionen tragen beide zur Stromeitung bei. Der Widerstand hängt vom bstand der E- ektroden ab. Der Widerstand hängt vom Eektrodenquerschnitt ab. Der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab (bnahme der Viskosität der Lösung)

2 . Leitfähigkeitstitration.2 Wichtige Größen Größe Festegung Einheit Kommentar Widerstand R (Spannung U, Stromstärke I) Leitwert G Spezifischer Widerstand ρ (Eektrodenoberfäche, Eektrodenabstand ) U V Ohmsches Gesetz R Ω (Ohm) I I G S (Siemens) R U Ω Ω cm ρ R Hereitung am Beispie eines Drahtes:. Der Widerstand eines Drahtes ist proportiona zu seiner Länge : R~ 2. Der Widerstand eines Drahtes ist proportiona zum Kehrwert seiner Querschnittsfäche: R~/ 3. Der Widerstand eines Drahtes hängt von seiner Stoffart ab. e drei einzenen Beziehungen assen sich durch einer einzigen Forme beschreiben: R ρ Eektrische Leitfähigkeit oder spezifische Leitfähigkeit κ (sprich: Kappa) (Zekonstante /) Äquivaenteitfähigkeit Λeq (Betrag der Ionenadung z, Stoffmengenkonzentration c) Ionenäquivaenteitfähigkeit λ+, λ- κ ρ κ G R κ Λ eq z c λ+ + λ- Λeq I U S cm Ω cm 2 2 S cm cm mo Ω mo 2 2 S cm cm mo Ω mo Diese Größe wird von Leitfähigkeitsmessgeräten angezeigt! Um Werte der eektrischen Leitfähigkeit verschiedener Eektroyte miteinander vergeichen zu können, muss man:. Die spezifische Leitfähigkeit auf eine bestimmte Konzentration normieren, d.h. man muss κ durch die Konzentration c der Lösung teien. 2. Berücksichtigen, dass wandernde Ionen gemäß ihrer unterschiedichen Ladung auch unterschiediche Ladungen transportieren (z.b. Na + und Cu 2+ ), d.h. man muss κdurch die Ionenadung z teien. 3. Die neue Größe nennt man Äquivaenteitfähigkeit Λeq. κ 4. us., 2. und 3. fogt: Λ eq z c Für verdünnte Lösungen setzt sich die Äquivaenteitfähigkeit additiv aus den Beiträgen von Kationen und nionen zusammen:

3 . Leitfähigkeitstitration.3 Man teit die Eektroysezee in drei Berreiche auf: nodenraum, Mitteraum und Kathodenraum: Entsprechend ihrer Ionenäquivaenteitfähigkeit wandern pro Zeiteinheit 2 Kationen von inks nach rechts. In demseben Zeitraum wandern 3 nionen von rechts nach inks. In Summe werden 5 nionen und 5 Kationen zur bscheidung kommen. Zur Leitfähigkeit haben die schneeren nionen reativ gesehen mehr beigetragen. Die Gesamteitfähigkeit ist durch die Summe beider Ionenäquivaenteitfähigkeiten gegeben. Ionenäquivaenteitfähigkeiten einiger Ionen Beim Vergeich der Ionenäquivaenteitfähigkeiten ist zu beachten, dass Ionen in wässriger Lösung hydratisiert voriegen. Keine sowie mehrfach geadene Ionen sind aufgrund der größeren Ladungsdichte stärker hydratisiert und deshab weniger bewegich. Besonders große Ionenbewegichkeiten und damit auch Ionenäquivaenteitfähigkeiten weisen Oxoniumionen sowie Hydroxidionen auf. Diese Sondersteung hängt mit der Nahordnungsstruktur des Wassers zusammen (entsprechend große Unterschiede bestehen in nicht wässrigen Lösungsmitten nicht). Im Wasser wird durch den uf- und bbau von Wasserstoffbrückenbindungen ein rascher Ladungstransport ermögicht, ohne dass dazu die eigentiche Wanderung" von Oxoniumionen oder Hydroxidionen erforderich ist (Leitungsmechanismus nach (Grotthus 805). Leitfähigkeitstitrationen Sazsäure mit Natronauge Der Verauf der eektrischen Leitfähigkeit bei einer konduktometrischen Titration so an den Säure-Base Titrationen von Saz- und Essigsäure mit Natronauge sowie Bariumhydroxid mit Schwefesäure und an der Fäungstitration von Chorid-Ionen mit Sibernitrat dargestet werden. Bei der Titration von Sazsäure mit Natronauge nimmt die Leitfähigkeit zunächst ab, da die

4 . Leitfähigkeitstitration.4 Oxonium-Ionen mit den Hydroxid-Ionen reagieren (Neutraisation) und durch die weniger bewegichen Natrium-Ionen ersetzt werden. H3O + (aq) + C - (aq) + Na + (aq) + OH - (aq) 2 H 2O() + Na + (aq) + C - (aq) Sazsäure Natronauge m Äquivaenzpunkt iegen nur noch Natrium- und Chorid-Ionen vor, die Leitfähigkeit hat fogich ein Minimum erreicht, obwoh sich im Vergeich zur ursprüngichen Sazsäure in diesem Stadium der Titration die nzah der Ionen nicht verändert hat. Bei weiterer Zugabe von Natronauge steigt die Leitfähigkeit der Lösung wegen der Zunahme der Hydroxid-Ionen wieder an. Die Konzentrationsverminderung durch Erhöhung des Gesamtvoumens ist dabei vernachässigbar kein. Titration von Sazsäure mit Natronauge. Der Äquivaenzpunkt wird graphisch ermittet. Man trägt die Stromstärke, die bei konstanter Spannung der Leitfähigkeit proportiona ist, gegen das Voumen der zugesetzten Natronauge auf. Den Äquivaenzpunkt erhät man durch Extrapoation der Kurvenäste bis zum Schnittpunkt. Titrationskurve der Titration von Sazsäure mit Natronauge. Konstruktion des Leitfähigkeitsgraphen aus den Leitfähigkeiten der einzenen Ionen: (nach Bume dc2.uni-bieefed.de) Dieses Bid können wir auch aus den Äquivaenzeitfähigkeiten der einzenen Ionen konstruieren. Dazu zeichnen wir für jede Ionenart den Verauf ihres Beitrags zur Gesamteitfähigkeit ein. Wir erha-

5 . Leitfähigkeitstitration.5 ten somit vier Geraden. nschießend werden für jeden m-wert die Ordinatenabschnitte addiert. Daraus ergibt sich der bekannte Verauf der beiden Äste der Titrationskurve. Essigsäure mit Natronauge Die Titration der Essigsäure-Lösung zeigt einen anderen Kurvenverauf. Die Leitfähigkeit steigt bei Zugabe von Natronauge bis zum Äquivaenzpunkt eicht, dann stark an. s schwache Säure ist Essigsäure nur geringfügig protoysiert. Mit den zugesetzten Hydroxid-Ionen reagieren die Essigsäure-Moeküe unter Bidung von cetat-ionen: CH 3COOH(aq) + Na + (aq) + OH - (aq) CH 3COO - (aq) + Na + (aq) + H 2O() Die Ionenkonzentration nimmt demnach während der Titration zu. Nach Überschreiten des Äquivaenzpunktes steigt die Leitfähigkeit durch die Zunahme der Hydroxid-Ionen stärker an. Titration von Essigsäure mit Natronauge. Bariumhydroxid mit Schwefesäure Bei der Titration der Bariumhydroxid-Lösung sinkt die Leitfähigkeit bis zum Äquivaenzpunktes fast bis auf Nu ab; denn zusätzich zur Neutraisation der Hydroxid-Ionen fät schwer ösiches Bariumsufat aus, so dass die Ionenkonzentration fast auf Nu absinkt: Ba 2+ (aq) + 2 OH - (aq) + 2 H 3O + 2- (aq) + SO 4 (aq) BaSO4(s) + 4 H2O()

6 . Leitfähigkeitstitration.6 Titration von Bariumhydroxid mit Schwefesäure, ein Beispie für eine kombinierte Fäungs- und Säure-Base- Titration. Natriumchoridösung mit Sibernitratösung Konduktometrische Titrationen können sowoh bei Säure-Base- as auch bei Fäungstitrationen eingesetzt werden. Ein Beispie einer Fäungstitration ist die Titration einer Natriumchorid-Lösung mit Sibernitrat-Lösung. Die Chorid-Ionen reagieren mit den zugesetzten Siber-Ionen zu sehr schwer ösichem Siberchorid: Na + (aq) + C - (aq) + g + (aq) + NO 3- (aq) gc(s) + Na + (aq) + NO 3- (aq) In der Lösung werden die Chorid-Ionen durch Nitrat-Ionen ersetzt, deren Bewegichkeit nur geringfügig keiner ist. Daher nimmt die Leitfähigkeit bis zum Äquivaenzpunkt auch nur wenig ab und steigt dann aber wegen der Zunahme der Ionenkonzentration stark an. Fäungstitration von Kochsaz-Lösung mit Sibernitrat-Lösung.

7 . Leitfähigkeitstitration.7 Leitfähigkeitstitration 8 Geräte: Messpipette (0 ml) 20 ml-spritze Sikonschauchadapter Rorandgas 2 ktenkammern (5cm) Magnetrührer Rührfisch Messschnüre 2 Miniaturkrokokemmen mit Messschnur mperemeter (30 m) Spannungsquee (2V ~) Chemikaien: Sazsäure c(hc) 0, mo/l Natronauge c(naoh) 0, mo/l (Xi) Sicherheit: Durchführung: Die pparatur zur Bestimmung der Leitfähigkeit wird gemäß der bbidung zusammengebaut. Im Rorandgas befinden sich 5 ml Sazsäure. Es werden jeweis ml Natronaugeportionen hinzugefügt und die Stromstärke gemessen I / m Leitfähigkeitstitration HC(aq) + NaOH(aq) Bürokammer 0 c(hc) 0, mo/l V(HC) 5 ml c(naoh) 0, mo/l U 2 V ~ U 2 V ~ N LaboBib 00 0 U/min US V(NaOH) / ml Messergebnisse: Zugabe an NaOH V(NaOH)/mL Stromstärke I/m 29,7 27,8 25 2,

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