Méréstechnika 1/15. ML osztály részére 2017. Konduktometriás vizsgálati módszerek A szóbeli vizsga 2. tételéhez http://tp1957.atw.hu/mt_02.ppt

A tétel tartalma Kulcsszavak, fogalmak: Elektro-analitika fogalma Első- és másodrendű vezetők, fémes vezetők, elektrolitok. Konduktometria fogalma. Direkt és indirekt mérési módszer. Titrálási görbék, a titrálás egyenértékpontjának meghatározása Ismertesse a konduktometriás vizsgálati módszereket! Mutassa be az alapfogalmakat (ellenállás, vezetőképesség, fajlagos vezetőképesség, direkt és indirekt módszerek)! Mutassa be a sav – bázis titrálásokat, gyenge és erős elektrolitok esetén! Mutassa be a csapadékos titrálásokat, a meghatároz-hatóság legfontosabb feltételeit! Mutassa be a minőségi és mennyiségi meghatározási lehetőségeket egy konkrét, környezeti analitikai példán keresztül!

Elektromos mennyiségek Az SI rendszerben csak egy elektromos alapmennyiség van: az áramerősség, jele I, mértékegysége amper (A). Az elektromos töltés (Q) az áramerősség és az idő szorzata: Q = I*t mértékegysége a coulomb (A*s) A feszültség (U) az egységnyi töltésre jutó elektromos munka (W): Mértékegysége a volt (V), ami az előbbiek szerint: 1 V = 1 J/(A*s) Az elektromos munka a feszültség, az áramerősség és az idő szorzata: W = U*I*t

A fajlagos ellenállás A vezetők lehetnek elsőfajú vezetők (elektronvezetők: fémek és grafit) másodfajú vezetők (ionvezetők, elektrolitok). Ha a vezetőre feszültséget kapcsolunk, azon áram folyik: U = R*I, illetve ebből ahol U a feszültség, I az áramerősség, R az ellenállás. Az ellenállás függ a vezető méreteitől: ahol A a vezető keresztmetszete, ℓ a vezető hossza,  a fajlagos ellenállás. Az ellenállás és a fajlagos ellenállás hőmérsékletfüggése: elsőfajú vezető esetén nő a hőmérséklettel, másodfajúnál csökken.

A fajlagos vezetés A vezetés az ellenállás reciproka: ahol G a vezetés. A vezetés függ a vezető méreteitől: Így tehát a fajlagos vezetés a fajlagos ellenállás reciproka: A fajlagos vezetés függ az anyagi minőség(ek)től és a hőmérséklettől.

Elektrolitok fajlagos vezetése Az elektrolitok fajlagos vezetése függ az anyagi minőségektől: ionok (ionmozgékonyság) és az oldószer; a koncentráció(k)tól, a hőmérséklettől és a viszkozitástól (idegen anyagok …). Miért függ a viszkozitástól?

Ionok abszolút mozgékonysága Vízben, 25 °C-on ion r u, abszolút ion-mozgékonyság, m2/(s·V) OH– 20,5·10–8 [Fe(CN)6]4– 11,45·10–8 [Fe(CN)6]3– 10,47·10–8 SO42– 8,27·10–8 Br– 196 8,13·10–8 I– 220 7,96·10–8 Cl– 181 7,91·10–8 NO3– 129 7,40·10–8 ClO4– 136 7,05·10–8 F– 133 5,70·10–8 HCO3– 4,61·10–8 CH3COO– 224 4,24·10–8 ion r u, abszolút ion-mozgékonyság, m2/(s·V) H3O+ 100 36,3·10–8 Rb+ 152 7,92·10–8 K+ 138 7,62·10–8 NH4+ 143 7,61·10–8 La3+ 103 7,21·10–8 Ba2+ 135 6,59·10–8 Ag+ 115 6,42·10–8 Ca2+ 6,12·10–8 Cu2+ 73 5,56·10–8 Na+ 102 5,19·10–8 Li+ 76 4,01·10–8 http://patentimages.storage.googleapis.com/WO1991015443A1/imgf000010_0001.png

Konduktometria Az oldat(ok) fajlagos elektromos vezetését (vezetőképesség) mérjük. A méréshez kell: mérő (indikátor) elektródpár (platina), elektrolit – a mérendő anyag, oldat, kalibráló oldat(ok), mérőműszer, ami váltófeszültség- gel méri a létrejövő kis áramerős- séget, ebből számolja az ellen- állást.

A direkt konduktometria alkalmazása Laboratóriumban desztillált vagy ioncserélt víz minőségének ellenőrzése (a teljesen sómentes víz  = 0,055 S/cm), illetve az ioncserélő lezárása nem megfelelés esetén; Környezeti mérésekben felszíni víz minősítése fajlagos vezetés alapján: megfelel-e ivóvíznek ( < 2500 S/cm), milyen halobitás fokozatba tartozik (sótartalom <0,15 g/dm3 → 1, 0,15..0,35 g/dm3 → 2, 0,35..0,6 g/dm3 → 3, 0,6..0,9 g/dm3 → 4, stb.), alkalmas-e öntözővíznek (<0,5 g/dm3 →minden esetben, stb.); talaj sótartalom a kivonat vizsgálata alapján (sótartalom <0,1 % nem sós, 0,1..0,25 % gyengén sós, 0,25..0,5 % közepesen sós, stb.).

Direkt konduktometriás mérés: sótartalom  x leolvasás x x leolvasás x x x NaCl, g/dm3

Az indirekt konduktometria elve A módszer sok reakció (ld. lent) egyenértékpontjának jelzésére megfelelő. Kell hozzá: mérő (indikátor) elektródpár az átfolyó áram függ a mérendő mennyiségtől, elektrolit – a mérendő anyag, oldat, mérőműszer: áramerősség (A) mérő beépített feszültségforrással; keverő (mágneses), büretta a mérőoldat adagolásához (kézi vagy automata). NEM kell kalibrálás, mivel nem az abszolút érték kell, csak a változás! Módszerek: mérhető minden, aminél van vezetés változás sav – bázis, csapadékos, komplexometriás (?) titrálás.

Erős sav – erős bázis konduktometriás titrálás görbéje Vizes oldatban az oxónium- és a hidroxid-ionok vezetése (mozgékonysága) a legnagyobb. HCl + NaOH görbe: H3O+ Na+ Cl– 0 1 titráltsági fok fajlagos vezetés OH–

Gyenge sav – erős bázis konduktom. titrálási görbéje Pl. ecetsav + nátrium-hidroxid A kezdeti csökkenés oka: a sav disszociációját visszaszorítja a só képződése, de a só moláris vezetése kisebb. fajlagos vezetés Na+ + acetát + hidroxid H3O+ + acetát Na+ + acetát 0 1 titráltsági fok

Csapadékos titrálás görbéje Pl. NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 titrálás Ionegyenlet: Na+ + Cl– + Ag + + NO3– → AgCl + Na+ + NO3– minta mérőoldat csapadék oldott ionok fajlagos vezetés Feltétel: fajlagos vezetés változás Ag+ Cl– NO3– Na+ 0 1 titráltsági fok