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Instrumentelle analytische und physikalische Chemie (Subject) / Konduktometrie (Lesson)
- Spezifische Leitfähigkeit Formel: λ=L*C=C/R L...Leitwert C...Zellkonstante R...Widerstand Die spezifische Leitfähigkeit λ ist direkt proportional zur Äquivalenzkonzentration c(eq) Die Gesamtleitfähigkeit setzt sich additiv aus den Beträgen der einzelnen Ionen zusammen (Gesetz der unabgängigen Ionenwanderung) Bei der konduktometrischen Titration wird die Änderung der Leitfähigkeit gemessen, in Abhängigkeit von dre zugesetzten Reagenzmenge. Sie ist daher ungeeignet, wenn eine hohe Fremdenionenkonzentration vorliegt Es muss grundsätzlich mit Wechselstrom gemessen werden, da sonst Elektrolyse eintreten könnte
- Konduktometrische Titrationskurve HCl mit NaOH HCl (Aliquot) mit NaOH (Maßlösung) Reaktionsgleichung: H3O+ + Cl- + Na+ + OH- -> Na+ + Cl- + 2H2O H3O+ und OH- Ionen haben eine wesentlich höhere Äquivalenzleitfähigkeit (Beweglichkeit) als andere Kationen und Anionen. Deshalb nimmt die Gesamtleitfähigkeit zunächst proportional zur Verringerung der H3O+ Konzentration ab und nach Überschreiten des Äquivalenzpunktes wieder zu - durch Zunahme an freien OH- Ionen. Es entstehen lineare Diagramme.
- Konduktometrische Titrationskurve HAc mit NaOH Folgende Gleichgewichte herrschen I: HAc + H2O -> H3O+ + Ac- II: H3O+ + Ac- + Na+ + OH- -> Na+ + Ac- + 2H2O III: Ac- + H2O -> HAc + OH- Die Gesamtleitfähigkeit ist am Anfang klein (geringe Dissoziation von HAc, I) und nimmt weiter ab (AB), weil H3O+ Ionen durch Na+ Ionen mit geringerer Äquivalentleitfähigkeit verdrängt werden (II). Erst allmählich bildet sich so viel Na+ Ac-, dass die Äquivalenzleitfähigkeit wieder ansteigt. Nach Überschreiten des ÄP steigt weiter die Leitfähigkeit, weil keine OH- Ionen mehr verbraucht werden. Der Schnittpunkt der Geraden BC und CD lässt sich umso weniger genau bestimmen, je kleiner die Säurekonstante (und je größer die Verdünnung) ist, da die Leitfähigkeit im Bereich BC infolge der stärkeren Protolyse des Anions (III) überproportional zunimmt.
- Konduktometrische Simultantitration von HCl und HAc mit NaOH In einer Lösung, die eine starke und eine schwache Säure beinhaltet, kann man beide Bestandteile in einem einzigen Titrationsgang qualitativ bestimmen. Voraussetzung: die Dissoziationskonstanten (Ks1 und Ks2) müssen sich genügend stark voneinander unterscheiden. Zuerst erfolgt die Neutralisation der starken Säure, wodurch eine Leitfähigkeitsabgnahme resultiert bis der 1. ÄP erreicht ist. Dann erfolgt die Neutralisation der schwachen Säure, was Leitfähigkeitszunahme verursacht, bis der 2.ÄP erreicht ist. In weiterer Folge erfolgt Leitfähigkeitszunahme, weil Na+ und OH- Ionen im Überschuss vorhanden sind.
- Konduktometrische Titrationskurve NH4NO3 mit NaOH Schwache Base wird von starker Base verdrängt. Die Kurvenform bei der Verdrängungsreaktion von Salzen schwacher Basen richtet sich nach dem Verhältnis der Äquivalenzleitfähigkeit der Kationen (siehe RG) RG: NH4+ + NO3- + Na+ + OH- -> NH3↑ + H2O + Na+ + NO3-
- Konduktometrische Titrationskurve von NH4Cl mit NAOH Verhält sich ähnlich wie NH4NO3 mit NaOH RG: NH4+ + Cl- + Na+ + OH- -> NH3 + Na+ + Cl- + H2O Auch hier richtet sich die Kurvenform nach der Äquivalenzleitfähigkeit der Kationen.
- Konduktometrische Titrationskurve NaAc mit HCl RG: Na+ + Ac- + H3O+ + Cl- -> NaCl + HAc Erhöhung der Leitfähigkeit durch Verdrängung von Ac- durch Cl-, da Grenzleitfähigkeit von Chlorid größer als jene von Acetat ist. Ab dem ÄP steigt die LF an, da zusätzlich zu den Cl- Ionen H+ Ionen dazukommen.
- Warum funktioniert die Konduktometrie bei Säure/Base Reaktionen so gut? Aufgrund der Extraleitfähigkeit von H3O+ und OH- Ionen ist die Konduktometrie besonders gut geeignet für Säure/Base Titrationen.
- Titrationskurve einer Aminosäure (Glycin) Aminosäuren zeigen deutliche Säure/Basen-Eigenschaften Bei niedrigem pH-Wert dominiert die kationische Form, bei hohem die anionische. Im Verlauf der Titration mit einer starken Base, verliert Glycin schrittweise zwei Protonen. Die pK-Werte jedes Ionisierungsschrittes sind die Wendepunkte jeder Teilkurve und können durch die Henderson-Hesselbalch-Gleichung gut angenähert werden. c(H+)=Ks*(csäure/csalz) Bei pH=2,35 sind die Konzentrationen der kationischen Form +H3NCH2COOH und des Zwitterions +H3NCH2COO- gleich, ebenso liegen bei pH=9,78 gleiche Konzentrationen des Zwitterions und der anionischen Form H2NCH2COO- vor.
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