Konduktometrie

Konduktometrie oder Leitfähigkeitstitration ist eine physikalische Analysemethode, die die elektrische Leitfähigkeit einer flüssigen Probe zur Bestimmung ihrer Inhaltsstoffe und deren Konzentration ausnutzt. Es können ähnliche Titrationen wie bei der Potentiometrie, aber auch Fällungstitrationen durchgeführt werden.

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Prinzip

  Konduktometrie oder Leitfähigkeitstitration ist eine Methode, bei der nach jedem Reagenzzusatz der Ohmsche Widerstand der Analysenlösung bzw. dessen Kehrwert, der Elektrische Leitwert (in Siemens S = Ω^-1) mittels Wechselstrom gemessen wird. Da die Füllhöhe die Messung beeinträchtigt, werden konzentrierte Maßlösungen verwendet.

Der elektrische Widerstand hängt von der Größe der Elektroden und deren Abstand voneinander ab. Für den Widerstand gilt:
R = ρ * d / A
(wobei ρ der spezifische Widerstand, d der Abstand der Elektroden und A die Fläche der Elektroden ist). Der Quotient des Plattenabstandes d und der Plattenfläche A wird als Zellkonstante C einer Messzelle bezeichnet. Sie kann durch Messung der Leitfähigkeit einer bekannten Lösung (z. B. Kaliumchlorid Lösung) bestimmt werden.

Die Messwerte werden grafisch aufgetragen (Leitfähigkeit: Ordinate gegen Reagenszusatz in ml.) Die Messpunkte in unmittelbarer Nähe des Äquivalenzpunktes liegen oft nicht auf der Geraden, der Titrationspunkt wird daher durch Extrapolation ermittelt. Die Leitfähigkeit einer Elektrolytlösung ist abhängig von der

• Konzentration (linear)
• Ionenladung
• Beweglichkeit

Die Beweglichkeit der Ionen ist eine Funktion des Widerstandes, den das Lösungsmittel den Ionen entgegensetzt. Daher sollte man z. B. vermuten, dass die Beweglichkeit der Alkaliionen mit steigender Ordnungszahl abnimmt (da der Atomradius mit steigender Ordnungszahl zunimmt und somit bei Wanderung im Wasser mehr Wassermoleküle verdrängt werden müssen). Tatsächlich ist aber das Gegenteil der Fall. Die Ursache ist die Hydration, die sich bei kleinen Ionen stärker bemerkbar macht als bei großen. Eine besondere Beweglichkeit haben die Wasserstoffionen und die Hydroxidionen. Man stellt sich vor, dass die Wassermoleküle Ketten bilden. Lagert sich an das eine Ende der Kette ein Wasserstoffion an, dann können die Bindungen der Wassermoleküle "umklappen" und am anderen Ende der Kette wird wieder ein Wasserstoffion ausgestoßen. Dadurch wird praktisch nur die Ladung transportiert, nicht aber das Wasserstoffion selbst (Grotthus-Mechanismus). Es bleibt ihm also ein großer Teil des mit Reibung verbundenen Weges erspart.

Verfahren

Im Wesentlichen wird zwischen zwei verschiedenen Verfahren unterschieden.

• Beim Bestimmungsverfahren wird die Leitfähigkeit gemessen und die Konzentration anhand von Eichkurven bestimmt.
• Beim Indikationsverfahren wird die Leitfähigkeitsänderung während einer Titration gemessen

Versuchsaufbau

  Meist werden zur Messung spezielle Messgeräte verwendet. Typischerweise sind diese mit einem Thermometer versehen und die Messfrequenz ist einstellbar oder zumindest umschaltbar. Die Messgrößen werden in μS/cm (mikroSiemens pro cm) angegeben (Beispiel: hoch reines Wasser 0,1 bis 0,056µS/cm, Meerwasser je nachdem 10µS/cm bis...). Der Innenaufbau der Messgeräte gleicht dem der wheatstonschen Messbrücke, es handelt sich also um eine sehr präzise Widerstandsmessung.

Anwendung der Konduktometrie

Typische Anwendungsbereiche sind:

• Kontrolle der Reinheit von Lösungen (Beispiel: demineralisiertes Wasser)
• Kontrolle von Titrationen (als Indikator)
• Bestimmung der Konzentration ( Säurebad, Salzlösung ) mit Eichkurven, Tabellen
• Bestimmung der Gesamtheit aller Elektrolyte ( Wasseranalyse, Medizin )
• Analyse einer Substanz anhand von typischen Stoffeigenschaften ( Vergleich mit Tabellen )

Links

• Leitfähigkeitsmessung von www.cci.ethz.ch
• Unter anderem die Konduktometrie kurz zusammengefasst